騰沖臺(tái)地電場(chǎng)在中強(qiáng)地震前異常特征分析

起衛(wèi)羅,曹舸斌,曾慶堂

(云南省地震局，云南 昆明 650224)

地電場(chǎng)由固體地球內(nèi)部和外部的各種非人工電流體系與地球介質(zhì)相互作用在地球表面產(chǎn)生，包括大地電場(chǎng)和自然電場(chǎng)兩部分。其中，前者由外源產(chǎn)生，具有廣域性和相對(duì)變化性；后者由地下場(chǎng)源產(chǎn)生，具有局部不均勻性和相對(duì)穩(wěn)定性(席繼樓等，2008)。在地震震源區(qū)應(yīng)力積累過(guò)程中，巖石受壓產(chǎn)生張裂、錯(cuò)位及斷裂等，導(dǎo)致大量微破裂的形成，從而引起各種各樣的物理和化學(xué)現(xiàn)象，其中電磁輻射就是一種常見(jiàn)的物理現(xiàn)象。地電場(chǎng)受控于地球外部各種電流體系和地球內(nèi)部的介質(zhì)電性性質(zhì)，蘊(yùn)涵了豐富的電性結(jié)構(gòu)及電流源信息，積累了大量震例資料，受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者越來(lái)越多的關(guān)注(吳華平等，1995；毛桐恩等，1999；趙玉林等，2001；張學(xué)民等，2005；阮愛(ài)國(guó)等，2000；張學(xué)民，2006)。我國(guó)地電場(chǎng)觀測(cè)采用了“多方向、多極距”裝置布設(shè)方法，基于大地電場(chǎng)的廣域性特點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)同測(cè)向不同測(cè)道之間觀測(cè)數(shù)據(jù)具有較高的變化一致性，但絕對(duì)變幅有所差別。騰沖臺(tái)地電場(chǎng)觀測(cè)有長(zhǎng)極距和短極距觀測(cè)，電極布設(shè)有3個(gè)方向6個(gè)測(cè)道，電極埋深5.5 m。自2007年6月開(kāi)始觀測(cè)以來(lái)，資料連續(xù)可靠，近年來(lái)在騰沖及周邊發(fā)生的多次中強(qiáng)地震震前出現(xiàn)明顯異常。本文對(duì)這些異常情況進(jìn)行深入細(xì)致的分析，以期尋找規(guī)律、總結(jié)震例、提取預(yù)報(bào)指標(biāo)，提高觀測(cè)資料的實(shí)用性。

1 臺(tái)站概況及周邊地震

騰沖臺(tái)位于騰沖縣城東南約3 km處的尚家寨董庫(kù)自然村，距中緬邊界約70 km。臺(tái)站前面是兩個(gè)天然出露的低溫碳酸泉水塘，后面是山坡，兩邊是村子。臺(tái)站地處怒江深大斷裂、瀘水—瑞麗斷裂以西，臺(tái)址位于以全新世沖積層、熔巖為基底的騰沖盆地東側(cè)近山麓地帶，處在騰沖火山分布區(qū)內(nèi)，騰沖盆地屬熔巖盆地堆積地貌類型，臺(tái)站后靠東山為近代火山，成近南北向線狀排列。構(gòu)造極為發(fā)育，各組斷裂于盆地內(nèi)被第四紀(jì)堆積物所覆蓋，其基底由燕山期花崗巖構(gòu)成。臺(tái)站位于騰沖—龍陵地震區(qū)，是云南地塊與歐亞帶板緣最近的地震區(qū)，與緬北密支那一帶構(gòu)造相連，地震密集不可分。騰沖—龍陵地震區(qū)內(nèi)含三條主要活動(dòng)構(gòu)造，即怒江斷裂、大盈江斷裂和龍陵—瑞麗斷裂，以怒江斷裂和瑞麗—龍陵斷裂帶為主體，構(gòu)成一條弧形構(gòu)造帶，騰沖盆地位于該構(gòu)造帶向南東凸的弧頂部位，這三條活動(dòng)構(gòu)造都延伸到緬甸境內(nèi)。

騰沖臺(tái)地電場(chǎng)采用L型布極方式平行布極觀測(cè)(見(jiàn)圖1)，架設(shè)儀器為ZD9A-Ⅱ型數(shù)字化地電場(chǎng)儀，長(zhǎng)極距、短極距分別為300 m和250 m，電極采用自制的圓柱型鉛電極，采用鉆機(jī)打孔埋設(shè)，電極埋深5.5 m，共埋設(shè)6個(gè)電極，電極引線采用四芯2.5 cm2電纜，外套PVC管保護(hù)。2005年3月至5月完成觀測(cè)場(chǎng)地勘測(cè)、電極鉆埋和外線電纜架設(shè)工作，2006年11月完成儀器安裝調(diào)試，并投入試運(yùn)行，2007年6月正式運(yùn)行。外線路及輔助設(shè)施等裝置系統(tǒng)性能良好，儀器投入觀測(cè)以來(lái)，運(yùn)行率為100%，觀測(cè)數(shù)據(jù)連續(xù)率為98.86%，完整率為98.46%，各測(cè)道相關(guān)系數(shù)平均值為0.89，差值平均值為0.843。騰沖臺(tái)地電觀測(cè)場(chǎng)地區(qū)域環(huán)境地勢(shì)平坦，無(wú)機(jī)械場(chǎng)、采石場(chǎng)，無(wú)輸變電站，無(wú)電場(chǎng)、電磁發(fā)射設(shè)備，無(wú)通訊電纜、高層建筑等干擾源。近年來(lái)受房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)的影響存在一定的干擾(見(jiàn)圖2)，干擾形態(tài)主要為鋸齒狀和臺(tái)階，但資料連續(xù)，曲線形態(tài)基本穩(wěn)定。

圖1 騰沖臺(tái)地電場(chǎng)布極圖

圖2 騰沖臺(tái)地電場(chǎng)受基建施工干擾

2 騰沖臺(tái)地電場(chǎng)觀測(cè)資料分析

2.1 地電場(chǎng)長(zhǎng)極距NS向日均值

圖3為騰沖臺(tái)地電場(chǎng)長(zhǎng)極距觀測(cè)NS向的日均值曲線。2008年1月26～31日長(zhǎng)極距觀測(cè)NS向的日均值加速上升了19.1 mV，異常結(jié)束第50天，2008年3月21日發(fā)生盈江5.0級(jí)地震。2008年4月27日至5月3日上升19.3 mV。2008年10月27～31日突升14.9 mV，2008年11月1日發(fā)生賓川5.0級(jí)地震。2009年4月1日至5月24日出現(xiàn)波動(dòng)上升變化，最大變幅16.4 mV，對(duì)應(yīng)有2009年7月9日姚安6.0級(jí)地震。2010年3月25日出現(xiàn)較大幅度波動(dòng)變化，最大變幅為29.4 mV，波動(dòng)變化一直持續(xù)到5月22日，在此期間發(fā)生了盈江4.6、4.8、4.6、5.8級(jí)4次地震，緬甸7.2級(jí)地震，騰沖2次5.2級(jí)地震。這次異常持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，主要為波動(dòng)變化，異常過(guò)程中發(fā)生了7次地震，但無(wú)法區(qū)分各個(gè)地震異常，這也是云南地區(qū)常見(jiàn)的異常形式。盈江、騰沖系列地震就發(fā)生在騰沖臺(tái)地電場(chǎng)觀測(cè)區(qū)附近，對(duì)騰沖臺(tái)地電場(chǎng)觀測(cè)的映震能力也是一次較好的檢驗(yàn)及實(shí)踐機(jī)會(huì)。

2.2 地電場(chǎng)長(zhǎng)極距EW向日均值

從騰沖臺(tái)地電場(chǎng)長(zhǎng)極距EW向日均值曲線圖(見(jiàn)圖4)可知，自投入觀測(cè)以來(lái)曲線變化較穩(wěn)定，但出現(xiàn)過(guò)兩次大的變化，即2010年9月18日至11月2日出現(xiàn)了正異常變化，最大幅度35.9 mV，異常結(jié)束48天后，2011年1月1日至3月10日發(fā)生了盈江一系列地震；2011年3月25日至6月14日再次出現(xiàn)類似的異常變化，2011年6月20日、8月8日分別發(fā)生了2次騰沖5.2級(jí)地震。

圖3 騰沖臺(tái)地電場(chǎng)長(zhǎng)極距觀測(cè)NS向震例曲線

圖4 騰沖臺(tái)地電場(chǎng)長(zhǎng)極距EW向震例曲線

2.3 地電場(chǎng)長(zhǎng)極距NE向日均值

騰沖臺(tái)地電場(chǎng)長(zhǎng)極距NE向與NS向的日均值曲線變化形態(tài)相似，異常變化具有同步性(見(jiàn)圖5)。2008～2011年NE向日均值出現(xiàn)了7次異常，對(duì)應(yīng)了7次地震，即2008年3月21日盈江5.0級(jí)地震，2008年11月1日賓川5.0級(jí)地震，2009年7月9日姚安6.0級(jí)地震，2011年盈江4.6、4.8、4.6、5.8級(jí)地震，緬甸7.2級(jí)地震。

2.4 地電場(chǎng)短極距NS向日均值

2008～2011年騰沖臺(tái)地電場(chǎng)短極距NS向日均值共出現(xiàn)3次異常(見(jiàn)圖6)。其中2010年1月2日至2月22日出現(xiàn)突跳變化，最大幅度19.6 mV，對(duì)應(yīng)了2010年2月25日發(fā)生的元謀5.0級(jí)地震。2010年9月19日至11月11日出現(xiàn)了下降負(fù)異常，幅度17.8 mV，分別對(duì)應(yīng)了2011年1月1日、1月2日、2月12日、3月10日發(fā)生的盈江4.6、4.8、4.6、5.8級(jí)一系列地震，2011年3月24日至7月2日再次出現(xiàn)負(fù)異常變化，對(duì)應(yīng)了2011年6月20日、8月9日發(fā)生的2次騰沖5.2級(jí)地震。

圖5 騰沖臺(tái)地電場(chǎng)長(zhǎng)極距NE向震例曲線

圖6 騰沖臺(tái)地電場(chǎng)短極距NS向震例曲線

2.5 地電場(chǎng)短極距EW向日均值

騰沖臺(tái)地電場(chǎng)短極距EW向日均值自開(kāi)始觀測(cè)以來(lái)有2次顯著異常(見(jiàn)圖7)，與2011年1月1日至3月10日盈江發(fā)生的一系列地震，2011年6月20日和8月9日發(fā)生的2次騰沖地震有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

2.6 地電場(chǎng)短極距NE向日均值

騰沖臺(tái)地電場(chǎng)短極距NE向日均值自投入觀測(cè)以來(lái)出現(xiàn)6次異常(見(jiàn)圖8)，分別對(duì)應(yīng)了姚安6.0級(jí)地震，盈江4.6、4.8、4.6、5.8級(jí)地震，以及騰沖5.2級(jí)地震，其中騰沖5.2級(jí)地震前異常顯著，有較好的短臨指示意義。

圖8 騰沖臺(tái)地電場(chǎng)短極距NE向震例曲線

3 異常判定指標(biāo)及映震效能統(tǒng)計(jì)

利用日均值分析方法對(duì)各測(cè)項(xiàng)進(jìn)行分析，以日變化幅度為異常判斷指標(biāo)，對(duì)騰沖臺(tái)地電場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)異常映震情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見(jiàn)表1。從表1可以看出，NS向長(zhǎng)極距日均值變幅≥13 mV時(shí)，對(duì)應(yīng)了距離騰沖臺(tái)19～300 km內(nèi)的盈江、賓川、姚安、騰沖等一系列5.0級(jí)左右的地震，異常時(shí)間在2個(gè)月左右；EW向長(zhǎng)極距日均值變幅≥19 mV時(shí)，對(duì)應(yīng)了2011年1月1日至3月10日盈江一系列地震和騰沖5.2級(jí)地震，異常時(shí)間約為48天；NE向長(zhǎng)極距日均值變幅≥11 mV時(shí)，對(duì)應(yīng)了賓川、姚安及盈江系列地震，異常時(shí)間也在2個(gè)月左右；NS向短極距日均值變幅≥17 mV時(shí)，對(duì)應(yīng)了距離騰沖臺(tái)19～300 km內(nèi)的元謀、盈江和騰沖一系列5.0級(jí)左右的地震，異常時(shí)間在2個(gè)月以內(nèi)；EW向短極距日均值變幅≥10 mV時(shí)，對(duì)應(yīng)了騰沖附近、盈江系列5.0左右的地震，異常時(shí)間在1個(gè)月以內(nèi)；NE向短極距日均值變幅≥6 mV時(shí)，對(duì)應(yīng)了距離騰沖臺(tái)19～300 km的姚安、騰沖和盈江系列5.0級(jí)左右的地震，異常時(shí)間在1個(gè)月以內(nèi)。對(duì)比長(zhǎng)、短極距發(fā)現(xiàn)：(1)長(zhǎng)極距的日均值異常變幅較短極距的大，異常持續(xù)時(shí)間較短極距的長(zhǎng)；(2)長(zhǎng)極距的日均值異常對(duì)應(yīng)地震的范圍多在距離騰沖臺(tái)19～300 km，而短極距的日均值異常對(duì)應(yīng)地震的范圍多在距離騰沖臺(tái)100 km內(nèi)。

表1 騰沖臺(tái)地電場(chǎng)觀測(cè)異常映震情況統(tǒng)計(jì)

表2 騰沖臺(tái)地電場(chǎng)觀測(cè)映震效能統(tǒng)計(jì)

表2為騰沖臺(tái)地電場(chǎng)映震效能的統(tǒng)計(jì)信息，從中可以看出，長(zhǎng)極距共出現(xiàn)異常19次，對(duì)應(yīng)地震共10次，平均對(duì)應(yīng)率為53%；短極距共出現(xiàn)異常15次，對(duì)應(yīng)地震共10次，平均對(duì)應(yīng)率為67%，短極距的對(duì)應(yīng)率略大于長(zhǎng)極距的對(duì)應(yīng)率。兩極距的概括率為20%～50%，漏報(bào)較多。要解決該問(wèn)題，必須提高對(duì)異常的識(shí)別能力。當(dāng)異常出現(xiàn)時(shí)，要判定儀器、供電、觀測(cè)環(huán)境等是否正常，通過(guò)排除法、替換法、逐步逼近法(賈華等，2017)等方法，更加科學(xué)地判定是映震異常還是其他干擾異常。

4 結(jié)論

從以上分析可知騰沖臺(tái)地電場(chǎng)觀測(cè)資料在震前存在明顯異常，對(duì)觀測(cè)區(qū)及周邊的地震有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。(1)異常持續(xù)時(shí)間一般為1～100天，異常結(jié)束至發(fā)震多為1～80天，異常趨勢(shì)主要表現(xiàn)為短期和臨震異常。異常結(jié)束后3個(gè)月內(nèi)應(yīng)注意5級(jí)左右地震發(fā)生。(2)長(zhǎng)極距異常幅度在11～50 mV之間，短極距異常幅度在7～30 mV之間，異常幅度值不是很大，實(shí)際工作中應(yīng)注意識(shí)別干擾的影響。(3)長(zhǎng)極距總體對(duì)應(yīng)率42%，短極距總體對(duì)應(yīng)率67%，異常出現(xiàn)發(fā)生5級(jí)左右地震的可能性較大。概括率20%～50%，漏報(bào)較多。有些地震前無(wú)明顯異常或異常幅度較小，各測(cè)向的異常幅度存在一定差異，實(shí)踐中應(yīng)關(guān)注異常幅度較大的曲線變化，進(jìn)而判定異常的性質(zhì)。(4)考慮近年來(lái)騰沖及周邊地區(qū)發(fā)生的一系列地震，利用騰沖臺(tái)地電場(chǎng)觀測(cè)資料分析提取了異常指標(biāo)，檢驗(yàn)了騰沖臺(tái)地電場(chǎng)觀測(cè)的映震能力。隨著觀測(cè)時(shí)間的延長(zhǎng)，實(shí)踐過(guò)程中可邊應(yīng)用邊總結(jié)，不斷修改完善和檢驗(yàn)異常指標(biāo)。(5)云南省現(xiàn)有7個(gè)地電場(chǎng)觀測(cè)站，今后工作中應(yīng)對(duì)所有地電場(chǎng)觀測(cè)資料進(jìn)行分析處理，提取異常指標(biāo)，在云南省層面上尋找地電場(chǎng)觀測(cè)變化的規(guī)律，形成預(yù)報(bào)方案，使地電場(chǎng)觀測(cè)資料更好地應(yīng)用于地震預(yù)報(bào)中。