2021年漾濞MS6.4級地震前兆異常分析

張華英，楊建文，高 瓊

（中國地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場大理中心，云南 大理 671000）

0 引言

根據(jù)中國地震臺網(wǎng)測定，北京時(shí)間2021年5月21日21時(shí)48分，云南大理白族自治州漾濞縣發(fā)生6.4級地震，震中位置25.67°N、99.87°E，震源深度8 km，并發(fā)生多次余震，云南省內(nèi)多地州震感強(qiáng)烈。此次地震打破了云南地區(qū)6級地震6年零7個(gè)月平靜，滇西地區(qū)6級地震9年零7個(gè)月平靜。

地震前的異常表現(xiàn)十分復(fù)雜，不僅表現(xiàn)為單一的指標(biāo)或臺站出現(xiàn)異常，而且表現(xiàn)為不同觀測手段和前兆異常的群體活動化[1-3]。例如，2017年四川九寨溝7.0地震前1到6個(gè)月內(nèi)，甘東南地區(qū)部分傾斜和應(yīng)變觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)了中短期地震前兆異常變化[4]。2020年新疆于田6.4級地震前于田垂直擺傾斜EW分量破年變異常，和田、于田GNSS觀測EW方向均顯示了西向運(yùn)動異?；痆5]。

中國地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場大理中心現(xiàn)有地震觀測項(xiàng)目涵蓋地下流體、形變，漾濞地震發(fā)生前震區(qū)周圍諸多觀測資料均出現(xiàn)了不同程度的異常，中國地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場大理中心捕捉到了震前異常，并向云南省地震局填報(bào)了地震預(yù)報(bào)卡，三要素正確。本文通過漾濞6.4級地震的前兆觀測資料異常分析，并結(jié)合基于背景噪聲的云南地區(qū)波速測量結(jié)果，探索用傳統(tǒng)前兆觀測資料與背景噪聲相結(jié)合的方法，為今后滇西特別是滇西北地區(qū)的短臨預(yù)報(bào)提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 前兆觀測資料異常分析

云南省前兆臺網(wǎng)現(xiàn)有專業(yè)臺站13個(gè)，滇西地區(qū)就占了7個(gè)（滇西北有6個(gè)，另一個(gè)是騰沖臺）。滇西地區(qū)專業(yè)臺站分別是：下關(guān)、洱源、云龍、彌渡、麗江、永勝、騰沖。漾濞6.4級地震前滇西地區(qū)除下關(guān)臺和麗江臺以外，其余臺站均出現(xiàn)不同程度異常，異常臺站占比高達(dá)71%。本文選取異常臺站記錄到的10條典型異常作為分析研究，主要觀測資料為地下流和形變異常，所選臺站包含五個(gè)省局專業(yè)臺站和一個(gè)縣局觀測站龍陵，均分布在滇西地區(qū)。震中與異常臺站分布如圖1所示。

圖1 震中與異常臺站分布圖Fig.1 Distribution map of epicenter and abnormal stations

漾濞地震發(fā)生前洱源、龍陵、彌渡、騰沖、永勝、云龍的水位、水溫、水氡、水汞以及形變等測項(xiàng)的觀測資料在短期或中期內(nèi)均出現(xiàn)了不同程度的異常，詳見表1。

表1 漾濞6.4級地震前兆異常特征Table 1 Precursory anomaly characteristics of the Yangbi MS6.4 earthquake

臺鉆 觀測項(xiàng) 異常開始時(shí)間/（年-月-日） 異常特征描述 異常開始（或結(jié)束）至發(fā)震間隔動水位 2021-04-20 水位持續(xù)上升 30 d水管傾斜NS分量 2019-12-09 持續(xù)南傾 162 d水管傾斜EW分量 2019-12-02 持續(xù)向東傾 169 d騰沖 疊水河碳酸泉汞 2021-05-20 臨震前1天開始高值突跳 1 d永勝 水管傾斜NS分量 2020-08-24 破年變 273 d云龍 洞體應(yīng)變EW分量 2021-01-02 破年變 139 d彌渡

1.1 地下流體異常

洱源水化站距離漾濞6.4級地震震中76 km，震前洱源水化站的中層水溫和靜水位兩個(gè)測項(xiàng)的觀測資料均出現(xiàn)了明顯的短臨異常。中層水溫自2015年10月更換儀器后，觀測環(huán)境良好，資料連續(xù)可靠。2015年11月12日至2016年4月5日洱源中層水溫持續(xù)下降，2016年5月18日發(fā)生了云龍5.0級地震；2016年12月13日至2017年3月18日洱源水化站中層水溫持續(xù)下降，2017年3月27日發(fā)生漾濞5.1級地震。結(jié)合以往震例，洱源中層水溫出現(xiàn)低值后，兩個(gè)月內(nèi)滇西北地區(qū)發(fā)生5級以上地震的概率高。此次漾濞6.4級地震前，洱源中層水溫明顯低值異常（圖2），再次驗(yàn)證了該條指標(biāo)對滇西北地區(qū)5級以上地震的短臨指示意義。

圖2 洱源水化站中層水溫異常圖Fig.2 Water temperature Anomaly in the middle layer of Eryuan hydration station

洱源臺靜水位2021年5月10起挑頭且快速上升，也表現(xiàn)出明顯的短臨特征（圖3）。

圖3 洱源水化站靜水位異常圖Fig.3 Static water level anomaly of Eryuan hydration station

龍陵邦臘掌一號泉水溫自2018年9月起持續(xù)升高、水氡自2020年8月起一直低值異常。統(tǒng)計(jì)1978年以來的數(shù)據(jù)資料，包括此次漾濞地震在內(nèi)，邦臘掌一號泉水溫持續(xù)上升一共出現(xiàn)過五組，持續(xù)時(shí)間最短3年，最長5年，滇西地區(qū)發(fā)生5級以上地震的概率為100%（見圖4）。

圖4 龍陵邦臘掌一號泉水溫異常圖Fig.4 Water temperature anomaly of Banglazhang No.1 spring in Longling

統(tǒng)計(jì)1985年以來的數(shù)據(jù)資料，包括此次漾濞地震在內(nèi)，每當(dāng)一號泉水氡出現(xiàn)低值異常，隨后滇西地區(qū)出現(xiàn)5級以上概率為100%（見圖5）。

圖5 龍陵邦臘掌一號泉水氡異常圖Fig.5 Radon anomaly of Banglazhang No.1 spring in Longling

此外，從流體方面來看，彌渡水化站動水位從2021年4月20起，地震發(fā)生前的一個(gè)月內(nèi)測值快速上升（圖6）。騰沖疊水河碳酸泉汞臨震前一天大幅升高，測值從4.4 ng/L突升至20 ng/L，測值升高了將近4倍，是較為明顯的臨震前異常（圖7）。

圖6 彌渡動水位Fig.6 Midu dynamic water level

圖7 騰沖疊水河碳酸泉汞Fig.7 Mercury in carbonated spring of Dieshuihe in Tengchong

1.2 形變異常

形變方面，彌渡臺水管傾斜的北南向分量和東西向分量于2019年的12月初同步出現(xiàn)異常，表現(xiàn)為北南分量持續(xù)向北傾（圖8），東西分量持續(xù)向西傾（圖9）。結(jié)合震例來看，彌渡臺的水管傾斜東西向分量異常對半年內(nèi)滇西地區(qū)5級以上地震具有良好的指示意義。

圖8 彌渡臺水管傾斜NS向Fig.8 Water pipe inclines in NS direction at Midu Station

圖9 彌渡臺水管傾斜EW向Fig.9 Water pipe inclines in EW direction at Midu Station

此外，永勝臺水管傾斜北南向自2020年8月起出現(xiàn)了明顯的破年變現(xiàn)象（圖10），而云龍臺洞體應(yīng)變量東西向則是在漾濞地震前以往的年變現(xiàn)象消失了（圖11）。

圖10 永勝臺水管傾斜NS向Fig.10 Water pipe inclines in EW direction at Yongsheng Station

圖11 云龍洞體應(yīng)變量EW向Fig.11 Cave strain in EW direction in Yunlong

2 基于背景噪聲的云南地區(qū)波速測量結(jié)果

地下介質(zhì)速度變化研究是背景噪聲地震學(xué)的主要應(yīng)用方向之一。背景噪聲波速測量主要依托于臺站記錄的連續(xù)波形資料，波形資料連續(xù)、實(shí)時(shí)記錄的特點(diǎn)，決定了背景噪聲波速測量結(jié)果應(yīng)該具有捕捉強(qiáng)震發(fā)生前短臨異常的能力。

鑒于此，在日常的工作中，我們主要基于云南數(shù)字地震臺網(wǎng)22個(gè)臺站記錄的2018年以來的寬頻帶垂直分量連續(xù)波形數(shù)據(jù)（圖12），采用背景噪聲互相關(guān)及傅立葉變換等方法，獲取了28臺站對間的瑞利波走時(shí)偏移，并以±1.5倍標(biāo)準(zhǔn)差作為異常閾值，動態(tài)跟蹤了云南地區(qū)波速異常變化特征。并將波速測量結(jié)果應(yīng)用到了云南地區(qū)M≥5.0破壞性地震的日常跟蹤及分析預(yù)測工作中。

圖中紅色表示波速異常一直在持續(xù)的臺站對，綠色表示現(xiàn)已恢復(fù)，但3個(gè)月內(nèi)仍有指示意義的臺站對。

由圖12可知，在2021年5月21日漾濞6.4級地震前，異常臺站對主要分布于滇西北、滇南和川滇菱形塊體內(nèi)部，且滇西北的異常臺站對主要集中分布于漾濞6.4級地震震中附近。圖13為震中附近TUS-DAY臺站對的瑞利波走時(shí)偏移時(shí)間序列。

圖12 2021年5月21日漾濞6.4級地震前云南地區(qū)異常臺站對分布Fig.12 Distribution of abnormal station pairs in Yunnan before the Yangbi MS6.4 earthquake

圖13 TUS-DAY臺站對的瑞利波走時(shí)偏移時(shí)間序列Fig.13 Rayleigh wave travel time migration time series of TUS-DAY station pairs

由圖13可知，對TUS-DAY臺站對的瑞利波走時(shí)偏移時(shí)間序列劃定±1.5倍標(biāo)準(zhǔn)差作為異常閾值后，該臺站對的超指標(biāo)異常3個(gè)月內(nèi)對云南地區(qū)的M≥5.0地震的發(fā)震時(shí)刻具有一定的指示意義。另外，從2021年4月21日開始，該臺站對的瑞利波走時(shí)偏移出現(xiàn)了明顯的超指標(biāo)異常，31天后發(fā)生了漾濞6.4級地震，且該超指標(biāo)異常一直在持續(xù)中。

3 結(jié)論與討論

漾濞6.4級地震前滇西地區(qū)的前兆觀測資料出現(xiàn)不同程度的異常，其中地下流體和形變異常最為明顯。洱源水化站水溫、水位，彌渡動水位，騰沖疊水河碳酸泉汞等地下流體觀測資料在此次漾濞地震前大幅變化，是較為明顯的短期異常，而形變資料在震前則更多表現(xiàn)為破年變異常。結(jié)合歷史震例，洱源中層水溫低值異常對滇西北地區(qū)尤其大理境內(nèi)的5級以上地震有較強(qiáng)短臨指示意義。龍陵邦臘掌一號泉水溫和水氡對滇西地區(qū)5級以上地震有較強(qiáng)指示意義，且截止到本文發(fā)稿前龍陵邦臘掌一號泉水溫、水氡異常仍然持續(xù)，是否意味著漾濞6.4級地震后滇西地區(qū)仍存在發(fā)生5級以上地震危險(xiǎn)性？

此外，漾濞地震前云南地區(qū)背景噪聲也出現(xiàn)異常，且滇西北的異常臺站對主要集中分布于漾濞6.4級地震震中附近?？蓢L試用背景噪聲來判定短臨地震的地點(diǎn)，且將此新方法更廣泛應(yīng)用到地震短臨預(yù)報(bào)工作中。

以往滇西北地區(qū)發(fā)生5級以上地震前，洱源水化站水汞，下關(guān)水化站水汞、水氡在震前往往都會有明顯異常變化，但是此次漾濞6.4級地震，這幾條指標(biāo)均沒有出現(xiàn)異常，分析原因，可能是從震源機(jī)制解上看此次漾濞地震是走滑型地震，因而沒有表現(xiàn)出明顯的拉張或壓縮。