九寨溝7.0級地震前天水地區(qū)前兆資料異常形態(tài)特征及震情分析

王建榮

(甘肅天水趙崖磁偏角觀測臺，甘肅 天水 741025)

0 引 言

2017年8月8日21時19分，四川省阿壩藏族羌族自治州九寨溝縣(33.20°N，103.82°E)發(fā)生7.0級地震，震源深度20 km。震中距九寨溝縣城39 km，距甘肅文縣85 km，距天水市241 km。四川九寨溝7.0級地震造成29人死亡，1人失蹤，525人受傷。

在這次地震發(fā)生前，天水趙崖磁偏角、麥積元龍井水位、清水李溝井、禮縣石橋井流量及天水中心地震臺地電阻率出現(xiàn)了短臨異常，作者依據(jù)以上異常上報了《臨時震情分析報告》。在震前，天水市地震局向天水市委市政府做了專題震情匯報，引起了市委市政府的高度重視，震后得到了市委市政府的高度評價和肯定，同時也得到了甘肅省地震局專家們的認可。

1 天水地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造背景與臺站分布概況

天水地區(qū)位于甘肅省東南部，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復雜，眾多的構(gòu)造體系和構(gòu)造帶在此交匯復合。區(qū)內(nèi)深大斷裂帶縱橫，是多個斷裂帶呈“X”形交匯的咽喉之地。秦嶺緯向構(gòu)造帶橫貫本區(qū)，武都山字型構(gòu)造體系前弧和東翼跨本區(qū)東南部，北西向隴西系內(nèi)旋褶帶末端由北偏西方向插入?yún)^(qū)內(nèi)。西禮盆地等幾個醒目的北東向新生代盆地，迭置在前述構(gòu)造成分之上。本區(qū)西部，有北西向青藏歹字型構(gòu)造體系—宕昌弧形褶帶插入。武都文縣以南有古老的北東向龍門山構(gòu)造帶[1]。上述各構(gòu)造展布方向可歸納為東西、南北、北東、北西四組方向。它們彼此交接復合，構(gòu)成了極其復雜的構(gòu)造圖形。

天水趙崖磁偏角觀測臺、麥積元龍井、清水李溝井孔和天水地電臺位于本區(qū)東部，禮縣石橋井孔位于本區(qū)西南部的西禮盆地西南緣。甘川交界地區(qū)正處在我國南北地震帶中、北段結(jié)合部位，而四川九寨溝位于岷江斷裂帶、塔藏斷裂帶和虎牙斷裂帶附近。岷江斷裂帶是西傾的全新世逆斷裂帶，塔藏斷裂帶和虎牙斷裂帶是全新世斷裂帶，發(fā)震構(gòu)造推測為塔藏斷裂帶南側(cè)分支和虎牙斷裂帶北段(圖1)。

2 前兆監(jiān)測手段概況

2.1 趙崖磁偏角概況

天水趙崖磁偏角觀測臺所使用的是陶瓷偏角磁變儀(以下簡稱“磁偏角”)，觀測臺位于甘肅省天水市麥積區(qū)趙崖天水礦產(chǎn)勘查院。磁偏角主要由主體、光源燈和記錄器三部分組成，這三部分分別放置在相距1.72 m的兩個墩子上(圖2)。該儀器主要是用來測量磁偏角相對變化量的，其基本原理是用一根吊絲把磁針水平地懸吊起來，使磁針只能繞著垂直軸(吊絲)在水平面隨著地磁場的變化而自由地轉(zhuǎn)動(圖3)。另外用光杠桿進行放大來提高讀數(shù)精度；同時采用一片小凹面反射鏡固定在磁針與吊絲的轉(zhuǎn)動中心的附近，在相應反射鏡上用一個光源狹縫把光照射在小反射鏡上，其狹縫的像(光縫)經(jīng)過反射鏡反射后，就落在了光源燈附近的讀數(shù)尺上，讀數(shù)尺上的格值按mm計算。讀數(shù)尺上的光點隨著地磁場的變化，只能東西移動，筆者設(shè)定讀數(shù)尺上的光點西偏為上升，反之為下降。

圖1 天水及九寨溝地區(qū)構(gòu)造體系與天水臺站分布

圖2 儀器布置示意圖

圖3 儀器基本原理

2.2 麥積元龍井

麥積元龍井位于天水市麥積區(qū)元龍鄉(xiāng)東南12 km秦嶺大山深處，構(gòu)造上位于秦嶺北緣大斷裂帶上，原為甘肅水文隊勘探孔，井深100.21 m，觀測含水層為燕山期花崗巖裂隙承壓水，上伏第四系礫石層，厚度12.15 m，井內(nèi)下套管61 m，22.8 m以上止水，水位埋深2.8 m。井處陰濕山區(qū)，植被發(fā)育，年降雨量1 000 mm左右，連陰雨和30 mm以上的大雨會引起水位上升，上升幅度一般在20～30 mm，當?shù)啬杲涤陜?yōu)勢月為7～9三個月。井水位日變形態(tài)主要是受固體潮的影響，據(jù)1984年統(tǒng)計潮差為3 mm。該井1981年12月開始觀測，使用SW40-1型水位自計儀，同時觀測氣壓、降雨量等，觀測資料連續(xù)可靠。

2.3 清水李溝井

清水李溝井位于清水縣城以西6 km處，構(gòu)造上位于秦嶺北緣大斷裂帶北側(cè)，原為甘肅水文隊勘探孔，鉆孔揭露地層為第四系和第三系，觀測含水層為42.16 m以下的第三系孔隙承壓水，含水層封閉性較好，年變化動態(tài)較穩(wěn)定，干擾少，一般降雨對流量沒有影響，但一次性降雨在30 mm以上對流量稍有影響，可這樣的降雨在一年中并不多見。由于水頭壓力較高，靜水水位為15 m，不宜觀測動水位，所以從1981年6月開始直接觀測流量，觀測方法為定體積測時間法，即記下每流滿1 L容器所需要的時間，然后換算成mL/s。同時觀測水溫、氣壓和降雨量變化。

2.4 禮縣石橋井

該井位于西禮盆地西南緣，禮縣—宕昌斷裂帶以南10 km處，也是甘肅省水文隊的勘探井孔，成井于1981年6月21日，井深268.40 m，鉆孔揭露的井孔深度范圍內(nèi)地層為第三系和第四系，其中第四系厚度為11.46 m，井內(nèi)套管長267.70 m，含水層在24.19 m以下，其巖性為第三系砂巖，富水程度比較差。該井流量比較小，為6.25 mL/s，但水頭壓力較高(2.4 m)，屬于自流井。該井流量觀測從1981年10月開始，觀測方法與清水李溝井相同。同時也觀測水溫、氣壓及降水量變化。

禮縣地區(qū)平均年正常降水量約600 mm左右，降水量較大時對該井流量有一定的影響，如1984年7月25日一次性降水達100.2 mm，4天后流量增加了0.89 mL/s，1988年7月1日和8月8日2次降水分別達57 mm和61.5 mm，降水當天，該井流量分別增加了3.37 mL/s和3.75 mL/s。當然，這樣的降水在一年中很少見，一般降水時該井流量無變化。該井流量受氣壓影響較大，經(jīng)計算，二者相關(guān)系數(shù)為0.89，氣壓變化1 mbar可引起的流量變化幅度為0.06 mL/s。

2.5 天水地電阻率

天水地電阻率電極布設(shè)區(qū)域位于天水市麥積區(qū)甘泉物流園，地處崖灣村與白石村之間的永川河Ⅰ、Ⅱ級河谷階地上，上覆第四系層厚20～30 m，其下是第三系粘土層厚約450～500 m，基底為古生界變質(zhì)巖，布設(shè)區(qū)域海拔1 153 m，年降水量500 mm左右，年平均濕度約63%，年平均溫度18 ℃。布極分布呈等腰三角形(頂角81°)，大致呈北南、東西、北西向分布。北南、東西向井孔間距100 m，北西向井孔間距130 m，共有9口井。由于場地限制，北南、東西向井孔并非四點一線，電纜線采用全地埋方式蛇形彎曲布設(shè)(圖4)。

圖4 天水地電井下綜合觀測系統(tǒng)分布

天水地電阻率映震能力較強，例如2013年4月20日，四川蘆山7.0級地震(震中距540 km)震前11天、7月22日甘肅岷縣6.6級地震(震中距155 km)震前40天出現(xiàn)異常[2]。

3 前兆觀測資料異常特征與震情分析

天水趙崖磁偏角、麥積元龍、清水李溝、禮縣石橋井水位(流量)和天水地電阻率自投入觀測以來，在甘東南至甘青川交界[3-5]乃至我國西部地區(qū)多次強震前[6]，分別出現(xiàn)了明顯的短臨前兆異常，并根據(jù)這些異常變化，在震前都提交過震情分析報告。

2017年2月中旬以來，麥積元龍井水位持續(xù)上升，4月16日以后轉(zhuǎn)為高值波動,最大幅度30 cm，7月10日轉(zhuǎn)折下降(圖5a)。清水李溝井流量從4月16日開始出現(xiàn)快速下降，最大降幅為0.1 mL/s，而后在低值持續(xù)波動(圖5b)。天水地電阻率用日均值繪圖分析，北南、東西、北西三個測道，分別從2017年3月和4月份出現(xiàn)負異常，6月6日下降為最低值，下降幅度為0.02Ω·m；7月10日以后，除了東西向測值上下波動較大外，北南和北西測道先后出現(xiàn)轉(zhuǎn)折上升，形成約20天的峰值，異常形態(tài)與2013年甘肅岷漳6.6級地震異常形態(tài)近似(圖5c)。禮縣石橋井流量7月17日開始下降，7月21日下降為最低值，下降幅度為0.8 mL/s；而后在低值持續(xù)波動，8月8日7時恢復(圖5d)。天水趙崖磁偏角于7月7日20時突跳3 mm，7月12日20時又突跳3 mm(圖5e)。

根據(jù)上述異常變化，并結(jié)合2008年汶川8.0、2010年玉樹7.1、2013年蘆山7.0和岷縣6.6級等震例進行綜合分析認為，這次前兆資料變化特征特別是地下流體資料以負異常為主，天水地區(qū)應該是地應力舒張區(qū)，而地應力舒張區(qū)一般不是震中區(qū)。因此作者于7月13日在《臨時震情分析報告》中認為：“ 7月中下旬，在川西或青海東南部及鄰近地區(qū)，有發(fā)生≥5級地震的可能性?！辈⒂诋斕鞂⒃搱蟾嫔蠄筇焖械卣鹁郑⑥D(zhuǎn)呈甘肅省地震局預報中心。7月17日6時55分59秒，在四川青川發(fā)生了Ms4.9級地震，震中距246 km。這次地震發(fā)生后，磁偏角異常仍在高值持續(xù)，禮縣石橋井流量異常剛開始出現(xiàn)；麥積元龍和清水李溝井水位(流量)異常還沒有恢復；天水地電阻率北南、東西、北西三個測道，同時出現(xiàn)高值異常波動。隨后作者分析認為，一次4.9級地震不可能引起磁偏角和地下流體等前兆資料如此大的異常變化。故在7月31日上報《八月份震情分析報告》中提到：“8月份在川西或青海東南部及鄰近地區(qū)仍有發(fā)生≥5級地震的可能性?！?月8日21時19分46秒，在四川九寨溝發(fā)生了Ms7.0級地震，震中距241 km。

圖5 天水地區(qū)前兆異常變化曲線

4 震情信息服務政府與社會的認識與思考

2017年4月份開始，天水及鄰區(qū)近年來映震能力較強的幾項監(jiān)測手段(如天水趙崖磁偏角、清水李溝、禮縣石橋等井流量和天水地電阻率等)先后出現(xiàn)短臨異常；為此，作者多次陪同天水市地震局、天水市地震監(jiān)測預報中心前往井點落實異常。6月29～30日，中國地震局地電學科專家組來天水落實異常。7月7日，甘肅省地震局向中國地震局監(jiān)測預報司上報的《關(guān)于邀請流體科學管理組赴甘東南地區(qū)開展異常核實工作的函》提出：“甘東南地區(qū)一共有8項流體異常，目前情況是我們多年觀測以來均未碰見過的新情況，出現(xiàn)了多年震情跟蹤過程中從未出現(xiàn)過的新的顯著異常形態(tài)”。7月16日～18日，中國地震局地下流體學科專家組來天水落實異常，省、市、縣(區(qū))地震局全程參與，大家深知震情非常嚴峻。7月18日，在天水市清水縣召開了省、市、縣“甘東南地震短臨跟蹤坐談會”， 甘肅省地震局分析預報中心負責人指出：“震情形勢非常復雜，省局分管領(lǐng)導非常著急，更加堅定了我們對近期震情形勢的判斷和焦慮不安”。座談會上，省局預報部門負責人也比較明確的回答了市、縣地震局同志提出即將發(fā)生的7級、6級地震在什么地方、什么時間發(fā)生等問題。

座談會后，天水市地震局負責人結(jié)合以前震例和王建榮7月13日《臨時震情分析報告》，分析認為震情緊急，就于2017年7月21日，用手機短信向市委市政府主要領(lǐng)導和分管領(lǐng)導及秘書長進行了匯報。7月24日，按照市委安排，天水市地震局專題向市委書記進行震情匯報，主要回答了領(lǐng)導最關(guān)心的地震三要素(如地震發(fā)生在甘寧陜交界，震級可能為6級；如地震發(fā)生在甘青川交界，震級可能在6.5級左右，但重點是甘青川交界。同時也向領(lǐng)導說明了預測的發(fā)震日期等)，引起了市委市政府的高度重視，震后得到了市委市政府的高度評價和肯定，體現(xiàn)了地震部門服務政府、服務社會的社會價值。

5 結(jié)束語

四川九寨溝7.0級地震發(fā)生后，2017年9月28日甘肅省地震局預報意見評審委員會部分專家對《臨時震情分析報告》進行了評審，專家認為：“王建榮同志7月13日報送的預測意見對7月17日四川青川4.9級、8月8日四川九寨溝7.0級等地震具有一定的預測價值。依據(jù)《甘肅省地震予測意見管理辦法》(甘震發(fā)[2014]60號)第二十一條，給予王建榮同志一萬元獎勵”，甘肅省地震局黨組研究決定，對王建榮和天水市地震局給予通報表揚。

本文在完成過程中，得到了青海省地震局和甘肅省地震局相關(guān)領(lǐng)導、甘肅省天水市地震局臺小明局長、甘肅有色地質(zhì)勘查局天水礦產(chǎn)勘查院材料科副科長馬海霞等同志的悉心指導和幫助，在此表示真摯的感謝！