2014年安徽霍山M43地震異常特征及預測過程總結

王俊 王行舟 周振貴 李軍輝 何康 鄭海剛 王雪瑩 徐如剛

摘要：對2014年4月20日安徽霍山M43地震前地震預測意見和預測依據進行了回顧總結。自2013年10月開始，安徽地區(qū)小震活躍，相繼出現地震條帶、地震頻度、“霍山地震窗”開窗等3項地震學異常;前兆異常位于震中200 km范圍內，包括流動重力、流動地磁，蒙城臺地電阻率、肥東臺定點短水準、地下流體等13項。中期階段，前兆異常月頻次不斷增加，具有協(xié)調性特征;短臨階段，中期異常趨于結束或測值反向，地下流體異常突出，且異常由外圍逐漸向震中遷移;臨震階段，異常月頻次轉折下降。由此可見，霍山地震前異常特征明顯，時間上具有階段性、協(xié)調性特征;空間上具有遷移性特征，異常形態(tài)具有重復性特征，為地震三要素預測提供了較好的依據。

關鍵詞：地震預測;霍山M43地震;“霍山地震窗”;地震前兆

中圖分類號：P31575?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1000-0666（2019）03-0349-09

0 引言

地震預報是世界性科學難題，尤其是短臨預報目前依然困難，因此，不斷積累震例資料、探索地震預報的可能性，是一代又一代地震工作者孜孜不倦追求的目標（付虹等，2013）。地震是地球構造活動的產物，涵蓋著地球深部的應力應變狀態(tài)及地下介質變化狀態(tài)的豐富信息。地震孕育過程的不同階段可能有著不同的異常表征，所以在日常震情跟蹤中，有可能根據觀測到的異常信息特征進行階段性預測預報（付虹等，2007）。如1966年河北邢臺地震（林邦慧，2017）、1975年遼寧海城地震（馬宗晉等，2008;高建華，2011）、2013年四川蘆山地震（曾佐勛，王杰，2013）以及2014年云南魯甸地震（付虹，倪喆，2017）等的預測，主要是發(fā)現了地震前某一顯著異常特征，并結合以往經驗進行了共性組合?？梢姮F階段不斷找尋地震前異常的共性、顯著特征，是可能實現地震預報的重要途徑之一（付虹等，2013）。張國民等（2005）對1966—2001年中國大陸發(fā)生的100多個震例進行綜合分析，認為前兆異常是有地區(qū)性的，同時具有規(guī)律性和復雜性。因此，不斷總結每次地震前所觀測到的地震活動、前兆異常，豐富震例資料，對于提升地震孕育過程的認知是有益的。

2014年4月20日16時，在安徽省六安市霍山縣（3140°N，11610°E）發(fā)生了M43地震（以下簡稱“霍山M43地震”），震源深度10 km。該地震發(fā)生在安徽省地震局判定的2014年度M40～50地震危險區(qū)內，震前短臨階段，安徽省地震局進一步給出了地震危險性的預測預報意見。本文對霍山M43地震前的異常判定依據（地震學異常、前兆學異常）進行回溯性分析，真實地記錄地震前的異常和科學認知，以期為今后該地區(qū)的地震預測提供參考。

1 地震學異常

11 地震條帶異常

2013年10月以后，安徽省霍山至固鎮(zhèn)地區(qū)地震活動顯著增強，形成了ML≥23地震條帶（圖1），該條帶形成時間短，其展布與郯廬斷裂帶走向（NE向）具有一致性，安徽省地震局分析認為其信度較高，并根據這一判據指標認為，在未來1年內，該條帶兩端或附近地區(qū)可能發(fā)生43～53級地震，霍山M43地震就發(fā)生在該條帶的西南端。

12 地震頻度異常

安徽省M≥15地震異常的年累積頻次N≥21，對安徽及鄰區(qū)的中等以上地震有較好的指示意義（表1）。2013年10月2日開始，安徽地區(qū)M≥15地震異常年累積頻次不斷上升，在異常頻次達到峰值（36次）時發(fā)生霍山M43地震，并在震前6個月達到預報閾值，震后地震頻次迅速下降。

13 “霍山地震窗”開窗

鄭兆苾等（1999）研究認為當M≥10地震3個月累積頻次達到或超過異常閾值（40次）時，為“霍山地震窗”（31°～319°N，1157°～1165°E）開窗（異常判定指標），其對華東地區(qū)的中強震具有一定的指示意義。繆鵬等（2014）研究認為“霍山地震窗”具有清晰的動力學背景，其開窗后對華東地區(qū)中強震及安徽地區(qū)的中等地震有極好的預測意義。2013年10月15日開始，“霍山地震窗”小震活動顯著增強，M≥10地震3個月累積頻次快速上升，于10月25日達到開窗閾值，12月底達到峰值，之后地震頻次逐步下降，4個月后發(fā)生霍山M43地震（表2）。

2 前兆異常

霍山M43地震前出現多項前兆異常變化，空間上，集中在200 km范圍內（圖2），進入臨震階段，由外圍不斷向震中遷移。時間上，中期、短期及臨震異常相互配套：在中期階段，先后出現地下流體、地形變、地球物理場及地電阻率等不同學科、相互配套的前兆異常變化;進入短臨階段，地下流體異常尤為突出，水位、水溫、水化學測項出現同步異常變化;臨震階段，霍山33井水位、水溫呈同步突升異常變化特征，這些異常在時間進程中表現為配套性和階段性特征。

21 中期趨勢異常

211 水位異常

霍山M43地震前2項水位中期異常均呈趨勢上升狀態(tài)（圖3）。所有中期異常中水位異常出現最早，如2011年安慶地震后，定遠04井水位上升速率再次減小，根據以往震例，在該井周邊中等地震前水位上升速率減?。ㄍ蹩〉龋?018），地震后上升速率逐漸恢復（圖3a）。巢湖皖14井水位在震前趨勢上升變化尤為明顯，該井具有清晰的年變動態(tài)，每年1—6月上升、7—12月下降，但2013年7月該井水位不降反而持續(xù)上升直至發(fā)震，震后水位突降至上升前水平（圖3b）。

212 地電阻率異常

蒙城臺地電阻率3個方向年變規(guī)律強，其中NS和NE方向在每年的7—8月達到極小值，但2013年7—10月蒙城臺地電阻率3個方向與往年同時期相比數據偏高，NS和NE方向出現明顯破年變異常，EW方向出現了近20年來最高值，異常最大幅度達到08%，在異?；謴?個月后發(fā)生霍山M43地震（圖4）。

213 地形變異常

霍山M43地震前，出現肥東臺定點短水準趨勢分別轉平異常，金寨—霍山一帶的流動地磁、流動重力差分動態(tài)異常變化。這些異常在空間上，呈現出由外圍向震中不斷遷移的特征。

肥東臺定點短水準測線橫跨郯廬斷裂帶的池河—西山驛斷裂，1985年開始觀測，觀測環(huán)境較好。根據以往震例，肥東定點短水準測值趨勢轉折前后，安徽及鄰區(qū)可能發(fā)生顯著地震（圖5a），2011年安慶M48地震后，其轉折異常仍未恢復，之后數值出現反向變化，在此過程中發(fā)生了霍山M43地震。流動重力梯度帶部位，容易產生剪切應力，易發(fā)生地震（徐如剛等，2011）;流動地磁異常梯級帶與深部構造、地震之間存在著相互關系（吳偉奇，2001;王青華等，2017）。2013年5月至2014年5月在霍山及鄰區(qū)流動地磁（圖5b）、流動重力（圖5c，d）差分動態(tài)變化結果顯示在金寨—霍山、安慶—池州形成了2個異常區(qū)域。中期階段在震中的南側、北側出現重力場梯度帶異常，進入短臨階段，在震中附近出現明顯梯度帶特征。

付虹等（1997）在研究云南地區(qū)的強震后，認為這種中期異常在短臨階段趨于結束或測值反向是強震進入短臨階段的基本特征。而在本次地震中，個別中期異常在震前1個月趨于結束，如巢湖14井水位;部分異常在臨震階段出現測值轉向變化，如肥東臺定點短水準在震前出現轉折下降變化，這種特征可能也是中強震短臨階段的基本特征之一。

22 短臨異常

霍山M43地震前1～6個月出現的異常為短期異常，震前1個月內出現的異常屬于臨震異常。一般認為獲取短臨異常，特別是臨震異常是預測地震發(fā)生時間的有效手段（劉耀煒等，2004;王俊等，2018），而本次地震前短臨異常有7項（異常占比538%），且均為地下流體異常。其中，短期異常有安慶23井水位、巢湖14井水溫、無為24井水溫及廬江臺氫氣，臨震異常有舒城水氡、霍山33井水位、霍山33井水溫。在空間分布上具有一定規(guī)律性，即震中外圍的水溫異常表現為下降，震中附近的水溫異常表現為突升，而且震中100 km范圍的所有異常均為突升變化，這可能是受區(qū)域應力場的統(tǒng)一作用。從空間發(fā)展來看，

異常具有從外圍不斷向震中附近遷移的協(xié)調性特征。在時間進程中，具有水物理、水化學測項異常的配套性和異常月頻次的加速、轉折下降的階段性特征，震前15個月，異常月頻次出現加速性特征，進入臨震階段，短期異常結束，異常月頻次出現轉折下降，這一階段性特征是本次地震前作出短臨預測的重要依據。

221 短期異常

（1）安慶23井水位低值異常

安慶23井具有規(guī)則的年變動態(tài)，每年1—7月水位上升，8—12月下降，水位年正常變幅在35～68 cm，而2013年7月開始水位持續(xù)下降，與以往同期相比，2013年水位明顯偏低（圖6a），水位年變幅達到738 cm，在水位轉折上升恢復過程中發(fā)生霍山地震。

（2）巢湖14井水溫和無為24井水溫下降異常

位于震中外圍（100～200 km）的巢湖14井、無為24井水溫均表現為下降異常特征，時間上同步，空間上接近（圖2）。巢湖14井、無為24井水溫于2014年2月，分別出現“V”型和“U”型突降變化，變化幅度分別為0018℃和0008℃，之后有水溫上升恢復過程中發(fā)生霍山地震（圖6b，c）。

（3）廬江臺溶解氫氣突升異常

氫氣具有較強的映震靈敏性，特別是在短臨階段的映震能力明顯優(yōu)于其它氣體測項，是地震短臨預測預報的重要手段之一（張培仁，王基華，1993;車用太等，2002;劉耀煒等，2006）。自2013年7?月1日以來，廬江臺氫氣數據總體變化平穩(wěn)，但2014年1月20日出現氫氣突升變化，變化幅度達到005%，至2014年2月28日恢復突升前水平（圖7a）。該突升異?？赡芊从沉藖碜陨畈康臍錃鉂舛仍龃?，表明了該區(qū)域存在一定的構造活動，時間上可能進入臨震階段。

222 臨震異常

（1）舒城臺水氡

舒城地震臺自2007年開始進行水氡觀測，多年來水氡總體變化較為平穩(wěn)，但2014年3月28日水氡出現突升變化，觀測值由118 Bq/L突升至165 Bq/L，幅度達398%，霍山地震后，水氡逐漸恢復（圖7b）。時間上，與廬江氫氣異常變化較為同步，空間上二者均位于郯廬斷裂帶南段西側（圖2）。

（2）霍山33井水位、水溫

霍山33井位于本次地震的震中，2014年3月26日該井水位突升65 cm，4月20日15時水位再次突升，至霍山M43地震發(fā)生時，達到最大值（約66 cm）;水溫同步突升，變化幅度為0009 ℃，震后水位、水溫逐步下降恢復。其異常形態(tài)與2015年安徽阜陽M43地震前類似（圖7c，d）。

3 地震跟蹤預測過程

31 跟蹤過程

根據上述各項異常，安徽省地震局在2013年10月中下旬召開2014年度地震趨勢會商時明確提出，2014年度安徽省存在發(fā)生M45左右地震的可能，重點關注霍山地區(qū)。2014年2—3月，安徽省地震局根據2014年以來安徽及鄰區(qū)小震異?；钴S、前兆異常狀態(tài)等現象，召開了專題震情研討會，認為短期內安徽地區(qū)存在發(fā)生中等地震的可能;2014年4月，根據前兆異常的進一步發(fā)展態(tài)勢，特別是出現的顯著地下流體異常、異常月頻次轉折下降及“霍山地震窗”開窗等異?，F象，安徽省地震局認為地震危險性進一步增強，結合地震地質背景，認為近期霍山及附近地區(qū)（中心點為318°N，1162°E，預測半徑50 km）存在發(fā)生M45左右地震的可能，并于4月18日填報了為期3個月的短臨預測卡。因震前上報了安徽省人民政府，在4月20日16時霍山M43地震發(fā)生后，安徽省人民政府快速開展地震應急工作，積極應對，快速穩(wěn)定了民心，這次地震預測預報取得了良好的社會效益。

32 三要素預測

對震前異常的跟蹤分析對地震三要素的預測提供了很好的判據。地震條帶、地球物理場以及異常由外圍不斷向震中遷移的空間演化特征，為發(fā)震地點的判定提供了依據;地震頻度、“霍山地震窗”、前兆中期異常提供了震級判定依據;多種異常發(fā)生轉折反向變化或趨于結束，異常月頻次出現加速下降，多項地下流體出現顯著協(xié)調性異常，特別是時間進程上的中、短、臨的配套性為本次地震的短臨預測提供了重要支撐，也為該地區(qū)今后的地震預測提供了借鑒。

4 結論

對2014年4月20日安徽霍山M43地震前地震異常判定依據和地震預測過程進行回顧總結，得到以下結論：

（1）霍山M43地震短臨預測預報正確，主要有以下兩方面的因素，一是認真總結了以往地震中觀測到的地震學和前兆學異?，F象，提煉出了具有較好預測意義的異常指標;二是地震前，地震活動性特征明顯，前兆中、短、臨異常過程清晰，且出現的多數異常具有震例，即遵循了該地區(qū)地震發(fā)生的一般規(guī)律，表明以往總結的異常特征具有重復性。

（2）霍山地震前，水物理、水化學測項的預報效能較好，震中的水位、水溫臨震異常顯著，靠近震中水化學測項短臨異常突出。定點形變、電磁異常較少，這可能與監(jiān)測點位分布有關。震中附近開展了多期的地球物理場觀測，在本次地震前也獲得了明顯的異常變化特征信息，為地點的預測提供了重要的依據。因此，合理布設觀測點，增設具有較好預報效能的觀測手段，綜合觀測，是提升地震分析預報水平的重要環(huán)節(jié)。

（3）多種形態(tài)的中短期異常測值反向或結束，流體突變異常增多，這一特征與云南強震前有相似之處（付虹等，1997），可能表明某些地震孕育過程有相同之處。從該地震的短臨異?？?，地下流體的短臨異常最多，特別是水溫和水化學異常，因此，今后應該重點關注出現的突變短臨異常信息。

（4）雖然這只是一次M43地震，但異常特征的配套性、協(xié)調性為地震預測提供了有效途徑，不斷積累有觀測資料的不同震級的震例，對提升地震孕育復雜性的認知無疑是有益的，同時也為少震區(qū)的中等地震預測提供了借鑒。

在本文撰寫過程中，安徽省地震局姜薇薇工程師提供了相關資料，在此向她表示衷心感謝。

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