云南地區(qū)定點形變觀測異常特征與地震預測研究

李智蓉 付虹 高華宴

摘要：對1966-2007年正式出版的《中國震例》中云南定點形變異常震例進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)云南地區(qū)6級以上地震前均有形變異常，且隨著發(fā)震時間的逼近，定點形變異常數(shù)量有增加趨勢。對2000-2015年云南定點形變觀測異常進行分析，發(fā)現(xiàn)云南及其鄰區(qū)6級以上地震發(fā)生前，定點形變均有顯著異常出現(xiàn)。當顯著形變異常數(shù)量N≥2，1年內云南及其鄰區(qū)發(fā)生6級以上地震的概率可達75%。6～6.5級地震震前形變異常分布的震中距最遠為470km，7級地震達到700km，且具有震級越大分布范圍越廣的特征。因此，形變異常臺站數(shù)量可以作為云南及其鄰區(qū)有6級以上地震的中短期預測指標。

關鍵詞：云南地區(qū)；定點形變；地震預測；預測指標

中圖分類號：P315.725 文獻標識碼：A 文章編號：1000-0666（2018）01-0090-08

0 引言

定點形變觀測作為前兆觀測重要手段之一，具有明確的物理意義，在日常數(shù)據(jù)跟蹤及地震危險性判定中發(fā)揮著重要作用，許多學者也對定點形變的異常機理做過分析（羅桂安等，1996；盧艷清，王賢仁，1992；張燕，吳云，2010：王小平等，2010）。1970年通海7.8級地震發(fā)生后，云南省內發(fā)生多次5.0級以上地震，積累了許多定點形變前兆異常資料，在已出版的《中國震例》（張肇成等，1988，1990a，b，1999，2000，2006；陳棋福等，2002a，b，2003，2008）中均有詳細記錄。許多學者對這些震例進行了再歸納，并提取了基于震例分析的前兆異常統(tǒng)計特征。鄭兆苾等（2006）以1986-1999年中國大陸地震震例為基礎，對中國大陸及其不同分區(qū)的測震和前兆異常進行了統(tǒng)計和分析；蔣海昆等（2009）以1966-1999年中國大陸地震震例為基礎，得到中國大陸5.0級以上地震前兆異常綜合特征。付虹等（2008）對1970年以來云南38組M≥5.0地震震前異常進行了綜合分析，得到云南M≥5.0地震的異常共性特征。前人的統(tǒng)計多為綜合性分析，而不同觀測手段在不同地區(qū)震前存在差異性，因此本文從定點形變觀測資料入手，一方面對已有震例進行統(tǒng)計，尋找能用于指導今后地震預測的共性特征，另一方面結合2000年以來云南的定點形變觀測異常與M≥6.0地震，更深入地分析震前定點形變異常特征。

1 基于1966-2007年震例形變異常的統(tǒng)計結果

1.1 震例資料選取及典型異常

基于1966-2006年正式出版的《中國震例》（張肇成等，1988，1990x，b，1999，2000x，b，2006；蔣海昆等，2013）和2007年云南省震例總結報告，對云南的定點形變異常進行統(tǒng)計研究，該時間段內云南省內共發(fā)生5級以上地震41組，有記錄的定點形變異常83條。其中，5.0～5.9級地震27組，占全部地震的66%；6.0～6.9級地震8次，占20%；7.0～7.9級地震6次，占14%，小震級地震多、大震級地震少，符合地震活動總體規(guī)律。

根據(jù)異常形態(tài)特征將定點形變異常分為破年變、速率加大、矢量打結、其他（固體潮畸變，相關系數(shù)降低）異常4類。各類典型異常形態(tài)特征如圖1所示。

1.2 不同震級范圍形變前兆異常分布

不同震級前兆異常表現(xiàn)形式有可能存在差異，因此將所選取的41組地震按照不同的震級范圍分別統(tǒng)計，具體見表1。從表1可知，83項定點形變異常中，98%為傾斜類異常，線應變異常僅為2%。這與云南傾斜儀數(shù)量較多，且多年觀測資料質量連續(xù)性較好有關。

1.3 異常數(shù)量、持續(xù)時間與震級的關系

從表1可知，并非所有地震前都可以觀測到形變前兆異常，隨著震級增大，出現(xiàn)異常的震例數(shù)未成線性增加趨勢。5.0～5.9級地震，對應形變異常的地震占地震總數(shù)的50%左右，6.0～7.4級地震震前基本都可觀測到形變異常。7.5級以上地震只發(fā)生2次，其中，1970年通海7.8級地震前周邊沒有形變觀測臺站；1988年瀾滄—耿馬7.6、7.2級地震震中靠近邊境一帶，沒有在臺站觀測集中區(qū)，加之統(tǒng)計范圍限定，所以2次7.5級地震震前統(tǒng)計到的異常數(shù)量較少。但將異常數(shù)量平均到每次地震，從平均異常數(shù)量與震級的關系可以看出（圖2a），除7級以上地震，平均異常數(shù)量總體上隨震級增大有加速增長的趨勢，這與7級以上地震多發(fā)生在遠離臺站集中區(qū)域，且研究范圍限制有一定關系。

從圖2b可見異常持續(xù)時間與震級未發(fā)現(xiàn)有明顯關系，其中，6.5～6.9級地震異常持續(xù)時間最長。

1.4 震級和前兆異常數(shù)量與震中距的關系

從圖3a可見，6級以上地震震前出現(xiàn)形變異常臺站的震中距與震級有一定的相關性。5級左右地震震中距變化與震級關系不明顯，而6級以上地震隨著震級增加，異常震中距成線性增加，即震級越高，異常分布范圍越廣。

將所研究震例的形變異常數(shù)量和出現(xiàn)異常的臺站震中距進行統(tǒng)計（圖3b），發(fā)現(xiàn)7級以上大震前異常多出現(xiàn)在距震中較遠的地區(qū)（>300km），5.5～6.9級地震前異常集中在震中距300km范圍內，但基本沒有震前預測能用的規(guī)律可循。

1.5 新出現(xiàn)異常頻次與時間關系

對所研究的41組地震，將異常最新出現(xiàn)的時間（異常開始時間與發(fā)震時間間隔的天數(shù)）進行統(tǒng)計，統(tǒng)計新出現(xiàn)的異常數(shù)量與距離發(fā)震時間的關系，見圖4。從圖中可以明顯看出，異常出現(xiàn)時期多為中短期，且隨著發(fā)震時間臨近，異常頻次逐漸增多，在震前75～150d范圍內達到頂峰，后逐漸減少。

1.6 異常形態(tài)分布

從圖5中可看出，統(tǒng)計結果中各震級檔地震異常形態(tài)并無明顯區(qū)別。5.0～5.4級地震，形變速率加大類異常占總數(shù)的60%，而5.5～7.4級地震異常多以破年變?yōu)橹鳌?.5級以上地震震例較少，且受異常統(tǒng)計范圍限制，可能記錄不完整，并未發(fā)現(xiàn)明顯規(guī)律。

從以上震例總結結果可見，除隨著發(fā)震時間的逼近，異常數(shù)量有顯著增加外，其它的統(tǒng)計特征基本上不能用于指導震前預測。

2 云南定點形變異常特征與M≥6地震關系

2000-2015年云南省地震局基于形變異常對多次6級以上地震進行過預測，因此對這些地震前形變異常圖像進行時空掃描分析，有可能提取出異常的特征作為預測的依據(jù)。

2.1 顯著異常特征分析

2儀刃年初以來，云南定點形變觀測資料出現(xiàn)多次異常，尤其是一些變化幅度較大的在日常跟蹤中容易被識別的異常變化，如破年變加速等，與6級以上地震都有較好的相關性。

將趨勢異常變化持續(xù)時間在1個月以上，變化幅度大于正常年變幅度2倍以上的異常稱為顯著異常。對云南所有定點形變觀測資料進行全時空的異常提取，得到表2。圖6給出了部分定點形變顯著異常曲線。

圖6a為2013年1月至2016年1月云龍臺水管傾斜EW向變化情況。水管傾斜自2014年初加速西傾，7月速率減小恢復正常，最大變幅為380.81×10-3"。圖6b為2005年1月至2010年1月云龍臺水管傾斜EW向變化情況。水管傾斜自2007年3月加速西傾，6月起速率減小，后轉折東傾，最大變幅為1232.1×10-3"。圖6c為1993年1月至2006年1月彌渡臺水管傾斜EW向變化情況。水管傾斜自2002年初加速東傾，在2003年大姚6.2級地震后速率減緩，最大變幅為1458.8×10-3"。圖6d為2009年1月至2016年1月勐臘臺洞體應變EW向變化情況。洞體應變自2010年2月加速拉張，直至2011年調儀器后恢復正常，而后發(fā)生緬甸7.2級地震，最大變幅為21400.5×10-8。2013年10月又發(fā)生一次加速拉張，拉張過程中發(fā)生景谷6.6級地震，震后持續(xù)拉張至2015年2月變緩，最大變幅為34507.85×10-8（2010年及2013年斷數(shù)部分為調儀器干擾）。

2.2 異常的群體特征與M≥6地震

2000-2015年，云南定點形變共觀測到26個測項顯著異常，異常持續(xù)時間均為1個月以上，異常形態(tài)均為破年變和加速變化。對表2給出的異常進行匯總分析，單個測項出現(xiàn)顯著異常記為1，按月累計異常數(shù)量，結果如圖7所示。2000年初以來云南及其鄰區(qū)6級以上地震發(fā)生前，定點形變均觀測到顯著異常。異常出現(xiàn)后，云南及其鄰區(qū)首發(fā)6級以上地震時間間隔最短為27d，最長為1767d，有88%的地震發(fā)生在2年以內（楚雄EW向洞體應變異常暫時未對應地震，統(tǒng)計未算人其中）。如果以1年為尺度，出現(xiàn)異常后1年內發(fā)生地震為對應，1年內無震為虛報。則2000年以來異?？梢苑譃?2組，其中有9組地震在1年內發(fā)生，地震對應率達到75%。

根據(jù)表2作震級和震中距關系圖，從圖8可見，6～6.5級地震異常集中分布在300km內，最遠的是470km；而7～8.級地震異常主要分布在500～700km，500.km內沒有異常。其主要原因為2000年初以來云南境內沒有7級以上地震，震中附近沒有觀測點。

總體來看，震級越大，異常分布范圍越廣。6～6.5級地震異常分布的震中距可達470km，7級地震可達到700km，異常分布比原來震例總結得到的6級地震異常分布震中距為300km，7級地震500km要范圍大，這主要反映了震例統(tǒng)計的范圍增大。

3 結論與討論

通過對1966-2007年正式出版的《中國震例》中云南定點形變異常震例以及2000年初以來云南定點形變觀測異常進行分析，得到以下認識：

（1）云南定點形變觀測出現(xiàn)大幅度的顯著異常與云南及其鄰區(qū)6級以上地震有一定的相關性。當定點形變有2項以上的觀測出現(xiàn)大幅度異常，云南及其鄰區(qū)一年內發(fā)生6級以上地震的概率可以達到9/12。且2000-2015年，云南地區(qū)所有6級以上地震發(fā)生前，定點形變均有顯著異常出現(xiàn)，如果把異常數(shù)量N=2作為閾值，所有6級以上地震前，群體異常均達到預測判別指標。

（2）基于1966年初以來震例總結得到的結果顯示，隨著發(fā)震時間的逼近，異常數(shù)量逐漸增加，但臨震前有可能減少；2000-2015年異常數(shù)量曲線也顯示，6級以上地震發(fā)生前半年內異常數(shù)量開始增加，因此異常數(shù)量的增多也可以作為預測6級地震的中短期預測判據(jù)。

（3）從震級和震中距離的統(tǒng)計情況看，無論是從1970-2007年震例總結得到的結果，還是近年來顯著異常的結果，均顯示震級越大，異常分布范圍越廣。按照6級地震異常分布震中距300km，7級地震異常分布震中距500km進行震例總結的，如果震例總結的結果因為范圍的限制不能真實反映場上的異常，則全時空的研究是更接近真實的。其異常的范圍比震例總結給出的大，6～6.5級地震異常分布震中距達到了470km，7級地震達到700km。

（4）云南及其鄰區(qū)6級以上地震前均出現(xiàn)顯著定點形變觀測異常，表明6級以上地震前有可能存在地殼變形異常現(xiàn)象，這種變形范圍相對于震源區(qū)的范圍大得多。形變異常與地震都是區(qū)域應力水平增加的結果（陳立德，付虹，2003），當塊體受力后，變形區(qū)域應以整個構造塊體為主體，這種狀態(tài)下異常范圍較大也就可以得到很好的解釋。

參考文獻：

陳立德，付虹.2003.地震預報基礎與實踐[M].北京：地震出版社.

陳棋福，鄭大林，車時，等.2002a中國震例（1992～1994）[M].北京：地震出版社.

陳棋福，鄭大林，劉桂萍，等.2002b.中國震例（1995～1996）[M].北京：地震出版社.

陳棋福，鄭大林，高榮勝，等，2003.中國震例（1997～1999）[M].北京：地震出版社.

陳棋福，鄭大林，車時，等.2008.中國震例（2000～2002）[M].北京：地震出版社.

付虹，李永莉，趙小艷，等.2008.云南M≥5級地震震前異常的統(tǒng)計特征[J].地震研究，31（4）：335-339.

蔣海昆，付虹，楊馬陵，等.2013.中國震例（2003～2006）[M].北京：地震出版社.

蔣海昆，苗青壯，吳瓊，等.2009.基于震例的前兆統(tǒng)計特征分析[J].地震學報，31（3）：245-259.

盧艷清，王賢仁.1992.瀾滄——耿馬大震的短臨形變特征[J].內陸地震，6（4）：377-382.

羅桂安，宋治平，梅世蓉，等.1996.1974年永善7.1級地震活動異常特征及其機理探討[J].地震研究，19（1）：1-8.

王小平，尹京苑，倪友忠，等.2010.上海定點形變異常特征及機理分析[J].大地測量與地球動力學，30（增刊1）：50-61.

張燕，吳云.2010.2008年汶川地震前的形變異常及機理解釋[J].武漢大學學報·信息科學版，35（1）：25-29.

張肇成，羅蘭格，李海華，等.1988.中國震例（1966～1975）[M].北京：地震出版桂.

張肇成，羅蘭格，李海華，等.1990a中國震例（1976～1980）[M].北京：地震出版社.

張肇成，羅蘭格，李海華，等.1990b.中國震例（1981～1985）[M].北京：地震出版社.

張肇成，鄭大林，徐京華，等.1999.中國震例（1986～1988）[M].北京：地震出版社.

張肇成，鄭大林，徐京華，等，2000.中國震例（1989～1991）[M].北京：地震出版社.

張肇成，鄭大林，徐京華，等.2006.中國震例（1989-1991）[M].北京：地震出版社.

鄭兆苾，張國民，何康，等.2006.中國大陸地震震例異常統(tǒng)計與分析[J].地震，26（2）：29-37.