2022年1月8日門源MS6.9地震前青海地區(qū)地下流體群體異常特征＊

劉 磊 高小其 蘇維剛 趙玉紅李 霞 馮麗麗

1） 中國西寧 810001 青海省地震局

2） 中國北京 100085 應急管理部國家自然災害防治研究院

據(jù)中國地震臺網(wǎng)正式測定，2022年1月8日1時45分，青海省海北州門源縣發(fā)生MS6.9地震，震中位置（37.77°N，101.26°E），震源深度為10 km.此次地震造成地表破裂長約22 km，地震震中位于門源縣皇城蒙古族鄉(xiāng)附近，距門源縣城54 km，西寧、蘭州等地有明顯震感.研究區(qū)處于青藏高原東北緣，位于柴達木—祁連地塊、阿拉善地塊和鄂爾多斯地塊的交會處，屬祁連地震構造帶，距此次地震震中最近（約5 km）的斷層為冷龍嶺斷裂帶西北端與托萊山斷裂的階區(qū).此次地震的發(fā)震斷層以左旋為主，震源機制解為走滑型（圖1）.

圖1 研究區(qū)域的地質(zhì)構造背景Fig. 1 The geotectonic settings of the study area

門源MS6.9地震前，青海地區(qū)地下流體先后出現(xiàn)八項中短期異常，異常形態(tài)多以上升、下降、破年變?yōu)橹鳎ū?，圖2）.震前，筆者依據(jù)流體異常出現(xiàn)的時間順序多次開展現(xiàn)場核實，排除了人為、環(huán)境和儀器等干擾，確定了門源靜水位、佐署動水位、佐署淺層水溫等多項信度較高的異常，經(jīng)綜合分析，于2021年12月6日填卡較好地預測了門源MS6.9地震.震后，進一步對部分顯著流體異常進行現(xiàn)場采樣和分析，并對可能的前兆孕震機理進行分析，為門源MS6.9地震跟蹤過程提供科學的參考依據(jù).

圖2 2022年門源MS6.9地震前定點流體觀測異常Fig. 2 Observation of fluid anomalies at the fixed points before MS6.9 Menyuan earthquake in 2022

表1 2022年青海門源MS6.9地震前定點流體觀測異常Table 1 Observation of fluid anomalies at the fixed points before MS6.9 Menyuan，Qinghai earthquake in 2022

依據(jù) 《地下流體分析預報手冊》 （中國地震局監(jiān)測預報司，2020）中異常識別方法的原始曲線法，2021年7—9月出現(xiàn)的流體群體異常對門源MS6.9地震的發(fā)生具有較好的指示意義.以水位、逸出氣氡異常為主，從異常出現(xiàn)時間及空間演化來看，最早于震前6個月出現(xiàn)的異常為佐署動水位、水溫異常，距震中132 km；隨后于震前4.5個月出現(xiàn)平安靜水位破年變異常，距震中160 km；2021年9月15—22日（震前3.5個月）先后集中出現(xiàn)樂都逸出氣氡、門源靜水位和西寧逸出氣氡異常，距震中分別為169 ，37和133 km.從異常出現(xiàn)及持續(xù)時間推測優(yōu)勢發(fā)震時間在2022年1月31日前；依據(jù)異?？臻g分布及演化特征推測優(yōu)勢發(fā)震地區(qū)有兩個，其一為青海中南部地區(qū)，其二為祁連地震帶，以青海中南部地區(qū)為主；所發(fā)生歷史地震的震級均介于M5.6—7.4之間，綜合分析后認為目標地震震級約為M6，最終給出預測震級為M6.0—6.4.

圖2所示的異常時空演化顯示：在時間尺度上，異常均在地震前半年出現(xiàn)，具有中期趨勢向短期演化的特征，并且一半以上的異常具有短臨預報指示意義；在空間分布上，異?？傮w呈現(xiàn)由外圍異常區(qū)向震中區(qū)域發(fā)散—聚攏—發(fā)散的特點.

異常出現(xiàn)后通過現(xiàn)場水化學取樣分析，并與較早的取樣結果（背景值）進行對比（劉磊等，2017，2021；蘇維剛等，2021）.樣品分別委托中國地震局地殼應力地殼動力學重點實驗室、中國地震局地震預測重點實驗室、中國科學院青海鹽湖研究所分析測試中心依據(jù) 《DZ/T0064—1993 地下水質(zhì)檢驗方法》 ，數(shù)據(jù)結果見表2和圖3.

圖3 Durov圖和Na-K-Mg三角圖Fig. 3 Durov diagram and triangle diagram of Na-K-Mg

表2 各異常臺站水樣的離子濃度Table 2 The analysis results of water chemical composition

門源臺靜水位異常前后Cl-和Na＋的濃度變化顯著，其它離子的濃度變化程度相當，具體表現(xiàn)為：Cl-和Na＋的濃度在水位異常出現(xiàn)后均有升高跡象，兩者可形成水體中的氯化物，說明沉積巖中巖鹽及其它氯化物溶解反應相較未出現(xiàn)異常前有所增強；濃度呈反向變化，西寧地區(qū)樣本出現(xiàn)氣氡異常后，濃度低于背景值，佐署臺動水位、水溫及平安臺靜水位出現(xiàn)異常后濃度高于背景值，分析認為這是由于離子是中等礦化水中含量最多的陰離子，西寧臺逸出氣氡水體是溫泉水，循環(huán)深度較深，濃度降低指示有部分低礦化水混入，反之，佐署臺動水位、水溫及平安臺靜水位水體均為地表水，循環(huán)深度淺，濃度升高指示有部分中等礦化水混入；Ca2＋和Mg2＋濃度只在佐署臺動水位、水溫出現(xiàn)異常后顯著變化，表現(xiàn)為異常出現(xiàn)后Ca2＋和Mg2＋濃度明顯低于背景值，說明Ca2＋的地下水徑流途徑比較長（劉耀煒，施錦，2000；官致君，2001）.

結合所得實驗數(shù)據(jù)，依據(jù)舒卡分類法，西寧臺逸出氣氡、平安臺靜水位采樣點水樣的水化學類型為Na-SO4，門源臺靜水位采樣點水樣的水化學類型為Na-HCO3，佐署臺靜水位、水溫采樣點水樣水化學類型由背景值的Na-HCO3型轉(zhuǎn)變?yōu)楫惓３霈F(xiàn)后的Na-SO4型.從Na-K-Mg三角形圖解可以看出：大部分采樣點測值結果集中分布于部分平衡水與未成熟水的交界區(qū)域，并且位于Mg2+端元，表明水樣與周圍環(huán)境的水巖作用加劇，顯示有深、淺兩部分水的混合（高小其等，2002；劉耀煒等，2004）；西寧臺逸出氣氡的背景值與異常值均位于部分平衡水區(qū)域，說明水巖反應程度較強，循環(huán)深度較深.另外，佐署臺動水位、水溫采樣點由背景值位于未成熟水區(qū)域轉(zhuǎn)變至異常出現(xiàn)后的部分平衡水區(qū)域，顯示有其它深部水體的混入，水巖反應程度增強，此現(xiàn)象與離子濃度分析結果一致.

綜上所述，震前青海地區(qū)出現(xiàn)罕見群體性流體異常，且大部分出現(xiàn)在震中200 km范圍內(nèi)，較為集中，并且呈現(xiàn)出由外圍異常區(qū)向震中區(qū)域發(fā)散—聚攏—發(fā)散的特點.2021年瑪多MS7.4地震后部分流體異常并未完全恢復至正常觀測狀態(tài)，表明區(qū)域應力調(diào)整還在繼續(xù)，隨后新增多項流體同步異常，致使異常數(shù)量整體不減反增，為后續(xù)震情判定提供了科學的參考依據(jù).此次門源MS6.9地震的發(fā)生表明震前對預測時間的判斷正確，但優(yōu)勢發(fā)震地區(qū)與門源MS6.9地震震中相差240 km；最終預測震級為M6.0—6.4，與實際發(fā)生地震存在0.5的偏差.這表明地下流體異常對于優(yōu)勢發(fā)震時間具有較好指示意義，但對震級及發(fā)震地區(qū)判斷不夠準確，需要結合測震學及其它地球物理異常進一步梳理預測指標.

震前的區(qū)域應力加載導致周圍巖石產(chǎn)生裂隙孔隙，使承壓井水位、井水溫發(fā)生持續(xù)變化，同一時段的水巖反應加劇，使得水化學離子組分的濃度亦發(fā)生相應變化，需特別關注的是最早出現(xiàn)的佐署臺動水位、水溫異常，其水化學類型及水化學組分也發(fā)生很大改變，由此推斷該觀測點是構造靈敏點，對后續(xù)該區(qū)震情判定具有地點指示意義.綜合所有異常形態(tài)、時空演化特征分析認為，基于現(xiàn)場異常核實和異常信度分類認識，排除干擾，對提高震情跟蹤工作效能具有重要作用.盡管本次群體性異常特征與觀測點密度存在一定關系，但對于震例總結仍具有重要參考意義，同時也有助于提升該區(qū)的震情研判能力.