2016年云南云龍5.0級(jí)地震前中短臨異常特征

楊 芬 趙麗蘭

1）中國(guó)云南 671000 中國(guó)地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)大理中心

2）中國(guó)云南 671003 大理農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院

0 引言

我國(guó)地震預(yù)報(bào)的基本思路是長(zhǎng)、中、短臨相結(jié)合的綜合預(yù)測(cè)（梅世蓉等，1993）。地震活動(dòng)性異常多以長(zhǎng)期背景異常和中短期異常為主。地下水動(dòng)態(tài)在7 級(jí)以上大震前存在中長(zhǎng)期趨勢(shì)異常，而對(duì)于5—6 級(jí)地震，趨勢(shì)異常數(shù)量少，地下水動(dòng)態(tài)異常則更多表現(xiàn)為短期或短臨異常（梅世蓉等，1993）。

地下水廣泛賦存于地震巖石的孔隙之中，能在各種驅(qū)動(dòng)力作用下自由地流動(dòng)。這一特性，決定了地下水對(duì)地殼運(yùn)動(dòng)，尤其是對(duì)地震的孕育與發(fā)生會(huì)有較靈敏的響應(yīng)（孫麗娟等，2004）。

當(dāng)震中附近的震源應(yīng)力場(chǎng)變化、蠕動(dòng)傳播以及應(yīng)變遞次讓位等震源演化過(guò)程出現(xiàn)時(shí)，處于同一孕震應(yīng)力場(chǎng)的多個(gè)應(yīng)力集中點(diǎn)必將產(chǎn)生相應(yīng)活動(dòng)。因此，可在該孕震應(yīng)力場(chǎng)內(nèi)多處觀測(cè)到前兆同步性異?，F(xiàn)象（趙洪聲等，2000；石紹先，2005；楊芬等，2009）。

滇西實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地震中短臨動(dòng)態(tài)跟蹤綜合預(yù)測(cè)方案（簡(jiǎn)稱綜合預(yù)測(cè)方案）利用數(shù)學(xué)模型，對(duì)通過(guò)R信度檢驗(yàn)的地下流體單項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合處理，建立滇西實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地震危險(xiǎn)性判定綜合概率值預(yù)測(cè)閾值，并建立了中期和短臨分級(jí)預(yù)警模式，提供定量的預(yù)測(cè)判定依據(jù)（楊芬等，2012）。同時(shí)，短臨階段地下水動(dòng)態(tài)特征，即不同測(cè)點(diǎn)相同測(cè)項(xiàng)和同一測(cè)點(diǎn)不同測(cè)項(xiàng)的同步異?，F(xiàn)象，可為地震短臨預(yù)測(cè)提供定性參考依據(jù)。定量預(yù)測(cè)和定性預(yù)測(cè)相結(jié)合，能有效提高預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率。

及時(shí)系統(tǒng)回顧和總結(jié)2016 年云龍5.0 級(jí)地震前預(yù)測(cè)指標(biāo)異常，可以更好地指導(dǎo)今后的地震預(yù)測(cè)工作，可以使滇西實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地震短臨動(dòng)態(tài)跟蹤綜合預(yù)測(cè)方案在地震短臨跟蹤工作中發(fā)揮更好的作用。

1 云龍構(gòu)造背景與歷史地震

云龍縣地處滇西地槽（即三江褶皺帶）之中，屬青藏滇緬印尼巨型“歹”字型構(gòu)造體系的中部，大地構(gòu)造走向成近NS 或NNW 西向。

2016 年云龍5.0 級(jí)地震發(fā)生在云龍—永平斷裂東側(cè)約10 km 處（圖1）。1900 年以來(lái)此次地震震中50 km 范圍內(nèi)發(fā)生5 級(jí)以上地震10 次，最大地震為1948 年6 月27 日劍川6.3 級(jí)地震。

圖1 2016 年云龍5.0 級(jí)地震與4 級(jí)地震條帶起始和結(jié)束地震Fig.1 The beginning and the ending earthquakes of magnitude 4 to 5.0 earthquakes seismic belt in Yunlong in 2016

2 地震活動(dòng)性異常

地震活動(dòng)性存在云南5 級(jí)以上地震平靜異常、中甸中等地震窗活動(dòng)、滇西2015 年以來(lái)4 級(jí)以上地震成條帶分布等中期異常。2015 年10 月云南昌寧5 級(jí)地震發(fā)生后研究區(qū)出現(xiàn)6 個(gè)多月的5 級(jí)以上地震平靜。中甸地震窗于2015 年9 月發(fā)生3 次中等地震，8 個(gè)月后即發(fā)生2016 年云龍5.0 級(jí)地震。

2.1 云南MS ≥5 地震平靜

1986 年以來(lái)云南MS≥5.0 地震年平均活動(dòng)頻次為3—4 次（圖2）。2015 年10 月30日昌寧5.0 級(jí)地震至2016 年5 月18 日云龍5.0 級(jí)地震期間，云南5 級(jí)以上地震平靜時(shí)間長(zhǎng)達(dá)200 天（圖3）。

圖2 云南1986 年以來(lái)5 級(jí)以上地震年活動(dòng)頻度Fig.2 The frequency of seismic activities of MS ≥5 earthquakes in Yunnan since 1986

圖3 云南地區(qū)1986 年以來(lái)5 級(jí)以上地震發(fā)震間隔Fig.3 The time interval of MS ≥ 5 earthquakes in Yunnan since 1986

按云南MS≥5.0 地震年平均活動(dòng)頻次3 次來(lái)統(tǒng)計(jì)，實(shí)際平均復(fù)發(fā)周期T=0.33 a，其倒數(shù)ν=3。從2015 年10 月30 日昌寧5.0 級(jí)地震發(fā)生至2016 年5 月18 日，待預(yù)測(cè)時(shí)間段τ=0.56 a。將上述參數(shù)代入某地區(qū)發(fā)生地震自然概率的計(jì)算關(guān)系式（Shi et al，2004），即

其中，ν是復(fù)發(fā)周期的倒數(shù)，τ為待預(yù)測(cè)時(shí)間。據(jù)式（1）可得，云南發(fā)生MS≥5.0 地震自然概率為0.814。因此，云南存在發(fā)生MS≥5.0 地震的危險(xiǎn)。

2.2 中甸中等地震窗

中甸地震窗特指中甸—?jiǎng)Υ〝嗔褞槲鬟吔?，東至100.07°E，北起28.23°N，南至27.62°N 范圍內(nèi)3.6—4.5 級(jí)中等地震分布區(qū)。1968 年以來(lái)該地震窗共發(fā)生10 組中等地震，其后1 年內(nèi)，滇西實(shí)驗(yàn)場(chǎng)及鄰區(qū)均發(fā)生了MS≥5.0 地震（表1）。平均映震時(shí)間為2.9 個(gè)月，最短應(yīng)震時(shí)間為0.3 個(gè)月，最長(zhǎng)映震時(shí)間為11.2 個(gè)月。3 個(gè)月內(nèi)發(fā)生MS≥5 地震的概率為6/9 ≈0.67。2015 年9 月3 日、12 日和14 日分別發(fā)生3.7、3.6 和4.1 級(jí)地震，8.5 個(gè)月后發(fā)生2016 年云龍5.0 級(jí)地震。

表1 1968 年以來(lái)中甸中等地震與實(shí)驗(yàn)場(chǎng)及鄰區(qū)MS ≥5 地震相關(guān)性統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of the correlation between moderate earthquakes in Zhongdian and MS ≥5 earthquakes in experimental field and adjacent areas since 1968

2.3 滇西M ≥4 地震有序活動(dòng)

2015 年以來(lái)，滇西4 級(jí)以上地震成條帶分布，其形成時(shí)間為2015 年1 月19 日—2016 年2 月8 日，分布區(qū)域?yàn)楣ⅠR—昌寧—洱源—香格里拉（圖4），起始地震為2015年1 月19 日洱源4.0 級(jí)地震，結(jié)束地震為2016 年2 月8 日洱源4.5 級(jí)和4.0 級(jí)地震。2016 年5 月18 日云龍5.0 級(jí)地震即發(fā)生在該4 級(jí)以上地震條帶上（圖4），且距其起始地震震中25 km，距結(jié)束地震震中僅5 km（圖1）。

圖4 云南2015 年—2016 年5 月18 日M ≥4 地震分布Fig.4 The distribution of M ≥ 4.0 earthquakes from 2015 to May 18,2016,in Yunnan

3 地下流體同步性異常

文中對(duì)前兆異常的同步性定義為，測(cè)項(xiàng)30 天內(nèi)達(dá)到異常指標(biāo)值（楊芬等，2009）。2015 年11 月中旬至2016 年5 月中旬，云南地下流體出現(xiàn)不同測(cè)點(diǎn)相同測(cè)項(xiàng)同步性異常和同測(cè)點(diǎn)不同測(cè)項(xiàng)同步性異常。下關(guān)、鶴慶、保山、昌寧和龍陵水氡，下關(guān)和鶴慶固體二氧化碳呈現(xiàn)不同測(cè)點(diǎn)同測(cè)項(xiàng)短臨同步性異常。下關(guān)水氡、固體二氧化碳和水汞，鶴慶水氡和固體二氧化碳呈現(xiàn)同測(cè)點(diǎn)不同測(cè)項(xiàng)短臨同步性異常。

下關(guān)、鶴慶、保山二井、昌寧和龍陵水氡呈現(xiàn)不同測(cè)點(diǎn)同測(cè)項(xiàng)同步性異常。下關(guān)水氡日均值2015 年11 月20 日、12 月6 日、2016 年1 月6 日、2 月19 日、4 月19 日和5 月17日突破≥7.8 Bq/L 或≤6.5 Bq/L 指標(biāo)值（圖5）。鶴慶水氡日均值2015 年11 月16 日、11 月27 日、11 月28 日、12 月17 日、12 月19 日、12 月24 日、2016 年1 月4 日—2 月7 日連續(xù)多次、2 月17 日—5 月8 日多次突破2.0 倍方差指標(biāo)值（圖6）。保山二井水氡日均值2015 年11 月11 日、11 月20 日、12 月1 日、12 月11 日、2016 年1 月20—22 日 和1 月27 日突破2.0 倍方差指標(biāo)值（圖7）。昌寧水氡日均值2015 年11 月15 日、2016 年1 月7 日、1 月13 日、2 月16 日、2 月17 日、3 月2 日、3 月22 日、4 月14—17 日、5 月9 日 和5月10 日突破2.0 倍方差指標(biāo)值（圖8）。龍陵水氡日均值2016 年1 月9 日突破470 Bq/L 指標(biāo)值（圖9）。

圖5 下關(guān)水氡日均值Fig.5 Daily mean values of water radon in Xiaguan

圖6 鶴慶水氡日均值Fig.6 Daily mean values of water radon in Heqing

圖7 保山二井水氡日均值Fig.7 Daily mean values of water radon in No.2 well of Baoshan

圖8 昌寧水氡日均值Fig.8 Daily mean values of water radon in Changning

圖9 龍陵水氡日均值Fig.9 Daily mean values of water radon in Longling

下關(guān)和鶴慶固體二氧化碳呈現(xiàn)不同測(cè)點(diǎn)同測(cè)項(xiàng)同步性異常。下關(guān)固體二氧化碳日均值2016 年2 月13 日、2 月25 日、3 月5 日、3 月14 日、3 月16 日和5 月4 日突破2.0 倍方差線指標(biāo)值（圖10）。鶴慶固體二氧化碳日均值2015 年12 月23 日、12 月24 日、2016 年1 月9 日、1 月22 日、2 月13 日、2 月14 日、3 月5 日、3 月23 日和5 月9 日突破2.8 倍方差線指標(biāo)值（圖11）。

圖10 下關(guān)固體二氧化碳日均值Fig.10 Daily mean value of solid carbon dioxide in Xiaguan

圖11 鶴慶固體二氧化碳日均值Fig.11 Daily mean value of solid carbon dioxide in Heqing

下關(guān)水汞日均值2016 年2 月24 日、4 月23 日和4 月24 日突破230 ng/L 指標(biāo)值（圖12）。

圖12 下關(guān)水汞日期均值Fig.12 Daily mean value of water mercury in Xiaguan

下關(guān)水氡、固體二氧化碳和水汞，鶴慶水氡和固體二氧化碳呈現(xiàn)同測(cè)點(diǎn)不同測(cè)項(xiàng)同步性異常。下關(guān)水氡日均值2 月19 日、4 月19 日和5 月17 日突破指標(biāo)值，下關(guān)固體二氧化碳日均值2016 年2 月13 日、2 月25 日和5 月4 日突破2.0 倍方差線指標(biāo)值，下關(guān)水汞日均值2016 年2 月24 日、4 月23 日和4 月24 日突破230 ng/L 指標(biāo)值，下關(guān)測(cè)點(diǎn)3 個(gè)測(cè)項(xiàng)滿足同步性異常條件。鶴慶水氡日均值12 月17 日、12 月19 日、12 月24 日、2016 年1 月4 日—2 月7 日連續(xù)多次、2 月17 日—5 月8 日多次突破2.0 倍方差線指標(biāo)值，鶴慶固體二氧化碳日均值2015 年12 月23 日、12 月24 日、2016 年1 月9 日、1 月22 日、2月13 日、2 月14 日、3 月5 日、3 月23 日和5 月9 日突破2.8 倍方差線指標(biāo)值。鶴慶測(cè)點(diǎn)2 個(gè)測(cè)項(xiàng)滿足同步性異常條件。

4 滇西實(shí)驗(yàn)場(chǎng)綜合預(yù)測(cè)方案

利用數(shù)學(xué)模型式（2）—（3）對(duì)已通過(guò)R信度檢驗(yàn)的8 條地下流體單項(xiàng)前兆異常指標(biāo)（表2）進(jìn)行綜合計(jì)算處理，形成滇西實(shí)驗(yàn)場(chǎng)區(qū)（24°—28°N，98°—102°E）MS≥5.0 地震危險(xiǎn)性綜合判定量化指標(biāo)。選用異常臺(tái)數(shù)Yi作為基本參量，相應(yīng)權(quán)重為Wi，綜合概率為

表2 滇西實(shí)驗(yàn)場(chǎng)MS ≥5.0 地震危險(xiǎn)性綜合判定量化指標(biāo)預(yù)測(cè)效能參數(shù)Table 2 The efficiency parameters of comprehensive determination quantitative index prediction of seismic risk for MS ≥ 5.0 earthquakes in western Yunnan experimental site

權(quán)重Wi由對(duì)實(shí)際預(yù)報(bào)貢獻(xiàn)大小由Ei決定，公式如下

式中：n=1，2，…，8；Ei=A+B，其中A為虛報(bào)率，B為漏報(bào)率，則

綜合概率值達(dá)到預(yù)報(bào)閾值0.53 時(shí)，其后6 個(gè)月左右滇西實(shí)驗(yàn)場(chǎng)區(qū)存在發(fā)生MS≥5.0地震的危險(xiǎn)性（圖13），對(duì)應(yīng)率為22/25=0.88，概括率為22/28=0.79，R實(shí)=0.44，R理=0.196，R實(shí)＞R理。

圖13 滇西實(shí)驗(yàn)場(chǎng)MS ≥5.0 地震綜合判定量化指標(biāo)概率值Fig.13 The synthetical assessment of quantitative index probability value for the MS ≥5.0 earthquakes in western Yunnan experimental site

2016 年2 月24 日綜合概率值為0.64，突破預(yù)報(bào)閾值0.53，綜合預(yù)測(cè)方案于2016 年2月24 日達(dá)到中期預(yù)測(cè)指標(biāo)，84 天后即2016 年5 月18 日發(fā)生云龍5.0 級(jí)地震。

綜合預(yù)測(cè)方案分級(jí)預(yù)警模式判定原則為：①綜合概率值達(dá)指標(biāo)，為黃色預(yù)警，為中短期預(yù)測(cè)階段。滇西實(shí)驗(yàn)場(chǎng)區(qū)6 個(gè)月內(nèi)存在發(fā)生5 級(jí)以上地震的危險(xiǎn)性；②綜合概率值達(dá)指標(biāo)（首要條件），同時(shí)8 條指標(biāo)異常中有一個(gè)水汞測(cè)項(xiàng)和一個(gè)固體二氧化碳測(cè)項(xiàng)達(dá)標(biāo)（必要條件），為紅色預(yù)警，為短臨預(yù)測(cè)階段。滇西實(shí)驗(yàn)場(chǎng)區(qū)3 個(gè)月內(nèi)存在發(fā)生5 級(jí)以上地震的危險(xiǎn)性，進(jìn)入短臨預(yù)測(cè)起報(bào)階段，滿足以上條件的時(shí)間為起報(bào)時(shí)間。

2016 年2 月24 日綜合概率值為0.64，突破預(yù)報(bào)閾值0.53，綜合預(yù)測(cè)方案首要條件已滿足。鶴慶固體二氧化碳日均值2015 年12 月23 日達(dá)到預(yù)測(cè)指標(biāo)，下關(guān)水汞日均值2016年2 月24 日達(dá)到預(yù)測(cè)指標(biāo)。2016 年2 月24 日綜合預(yù)測(cè)方案必要條件也已滿足，依據(jù)綜合預(yù)測(cè)方案分級(jí)預(yù)警模式判定原則，達(dá)到綜合預(yù)測(cè)方案短臨預(yù)測(cè)指標(biāo)，并時(shí)隔84 天在云龍發(fā)生5.0 級(jí)地震。

5 結(jié)論和討論

（1）2016 年5 月18 日云南云龍5.0 級(jí)地震前，地震活動(dòng)性存在5 級(jí)以上地震平靜異常、中甸中等地震窗活動(dòng)以及滇西2015 年以來(lái)4 級(jí)以上地震條帶分布等中期異常。

（2）多次震例表明，地下流體不同測(cè)點(diǎn)相同測(cè)項(xiàng)同步性異常和同一測(cè)點(diǎn)不同測(cè)項(xiàng)同步性異?，F(xiàn)象同時(shí)出現(xiàn)，是地震孕震過(guò)程進(jìn)入短臨階段的重要標(biāo)志。2015 年11 月中旬至2016 年5 月中旬，云南地下流體出現(xiàn)了不同測(cè)點(diǎn)同測(cè)項(xiàng)同步性異常和同測(cè)點(diǎn)不同測(cè)項(xiàng)同步性異常的短臨異常現(xiàn)象，而云龍5.0 級(jí)地震的發(fā)生，即印證了該指標(biāo)的可靠性。

（3）滇西實(shí)驗(yàn)場(chǎng)于2016 年2 月24 日達(dá)到綜合預(yù)測(cè)方案短臨預(yù)測(cè)指標(biāo)，84 天后云龍發(fā)生2016 年5 月18 日5.0 級(jí)地震。

（4）滇西實(shí)驗(yàn)場(chǎng)綜合預(yù)測(cè)方案為地震短臨預(yù)測(cè)提供了定量預(yù)測(cè)依據(jù)。地震活動(dòng)性異常和地下流體同步性異常為短臨預(yù)測(cè)提供了定性預(yù)測(cè)依據(jù)。定量和定性分析相結(jié)合，可提高地震短臨預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率。定量預(yù)測(cè)是基礎(chǔ)，定性預(yù)測(cè)是補(bǔ)充依據(jù)。