2022年青海門(mén)源MS6.9地震前地下流體異常特征分析*

鐘 駿，馮曉博，王 博，周志華，晏 銳

(中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京 100045)

0 引言

地下流體能夠客觀、靈敏地反映地下深處與地震孕育有關(guān)的物理、化學(xué)變化，在地震預(yù)測(cè)研究中發(fā)揮著不可替代的作用(Roeloffs，1998；車(chē)用太，魚(yú)金子，2006；孫小龍等，2020)。汪成民(1990)通過(guò)統(tǒng)計(jì)中國(guó)歷史地震發(fā)現(xiàn)，在所有地震前兆異常中，地下流體異常數(shù)量占比超過(guò)50%。不同震級(jí)引起的地下流體異常響應(yīng)范圍從幾千米到上萬(wàn)米不等(車(chē)用太，魚(yú)金子，1997；Montgomery，Manga，2003)。Cicerone等(2009)統(tǒng)計(jì)分析了水位、水溫、氡等異常幅度與震級(jí)的關(guān)系，認(rèn)為震前異常最大幅度的大小與震級(jí)大小呈正比。這些異常變化很可能與區(qū)域應(yīng)力加載作用引起斷層裂隙的開(kāi)啟和閉合有關(guān)(劉耀煒等，2015)。此外，諸多學(xué)者進(jìn)一步研究中國(guó)歷史地震發(fā)現(xiàn)，地下流體前兆異常不僅在時(shí)空上呈現(xiàn)“向震中收縮”“構(gòu)造控制”“相對(duì)集中”等演化特征，還往往在地震孕育短臨階段表現(xiàn)出趨勢(shì)異常轉(zhuǎn)折、突變異常增多，更為明顯地向震源區(qū)收縮的特點(diǎn)(晏銳等，2004；付虹等，2008；蔣海昆等，2009；孫小龍等，2016；孔慶敏等，2018)。

2022年1月8日1時(shí)45分，青海省海北州門(mén)源縣(37.77°N，101.26°E)發(fā)生6.9地震，震源深度10 km。震中位于冷龍嶺斷裂和托萊山斷裂的交匯部位，震源機(jī)制解為走滑型(韓立波，2022；Yang，2022)。地震發(fā)生前，震中附近的地下流體觀測(cè)臺(tái)站的測(cè)項(xiàng)出現(xiàn)了不同程度異常變化。本文通過(guò)系統(tǒng)梳理震前異常變化特征，研究異常動(dòng)態(tài)演化過(guò)程并開(kāi)展震例對(duì)比，積累震例資料，以期為提高地下流體前兆異常認(rèn)識(shí)水平以及未來(lái)震情研判工作提供參考。

1 觀測(cè)資料及異常概述

青藏高原北部地下流體觀測(cè)點(diǎn)分布不均，主要集中在青藏高原東北緣，其它地區(qū)監(jiān)測(cè)能力較弱。2022年門(mén)源6.9地震震中500 km范圍內(nèi)共有42個(gè)地下流體觀測(cè)點(diǎn)，79個(gè)測(cè)項(xiàng)(圖1)，以水溫和水位觀測(cè)為主。其中，水溫31項(xiàng)，水位22項(xiàng)，氣氡12項(xiàng)，水氡7項(xiàng)，以及氫氣、氦氣、甲烷、二氧化碳、氯離子、重碳酸根離子和電導(dǎo)率等各1項(xiàng)。按照測(cè)項(xiàng)預(yù)報(bào)效能分類(lèi)，可分為A類(lèi)8項(xiàng)，B類(lèi)18項(xiàng)，C類(lèi)36項(xiàng)，D類(lèi)9項(xiàng)，未評(píng)估8項(xiàng)，以C類(lèi)和B類(lèi)為主。

門(mén)源6.9地震震中500 km范圍內(nèi)共出現(xiàn)9項(xiàng)地下流體異常，其基本信息見(jiàn)表1。圖1中震源機(jī)制來(lái)自全球質(zhì)心矩張量數(shù)據(jù)庫(kù)(GCMT)，截至2022年1月31日，共發(fā)生≥3.0余震21次。

1.1 門(mén)源臺(tái)水位

門(mén)源臺(tái)地處北祁連新元古代—早古生代縫合帶，位于達(dá)坂山斷裂以北約15 km。觀測(cè)井深105.4 m，為靜水位觀測(cè)，觀測(cè)含水層巖性為砂巖、間夾泥巖(鐘駿等，2021)。門(mén)源臺(tái)自2017年11月開(kāi)始水位觀測(cè)，觀測(cè)資料連續(xù)穩(wěn)定，無(wú)明顯年變特征。2021年9月16—21日水位在正常下降動(dòng)態(tài)過(guò)程中出現(xiàn)快速上升，幅度約0.1 m，然后又恢復(fù)下降趨勢(shì)，109 d后發(fā)生門(mén)源6.9地震，水位出現(xiàn)幅度為0.019 m的同震階升變化，并在震后大幅上升，至2022年1月9日累計(jì)上升了0.387 m，之后發(fā)生轉(zhuǎn)折下降，于1月12日恢復(fù)到背景值水平(圖2a)。

圖1 門(mén)源MS6.9地震前震中500 km范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造及地下流體觀測(cè)臺(tái)站和異常臺(tái)站空間分布

表1 門(mén)源MS6.9地震前震中500 km范圍內(nèi)地下流體異常基本信息

1.2 西寧臺(tái)氣氡

西寧臺(tái)位于中祁連中間隆起帶東部的西寧盆地凹陷內(nèi)部，盆地邊緣被達(dá)坂山斷隆帶、日月山斷隆帶和拉脊山斷隆帶包圍。觀測(cè)井深261 m，觀測(cè)含水層巖性為泥質(zhì)砂巖(李滔等，2021)。西寧臺(tái)自2008年10月開(kāi)始?xì)怆庇^測(cè)，2010年受開(kāi)發(fā)建設(shè)影響停止觀測(cè)，2015年12月更換新井并開(kāi)始正常觀測(cè)，觀測(cè)資料連續(xù)穩(wěn)定，具有較好的“夏低冬高”年變形態(tài)。2020年12月SD-3A型數(shù)字測(cè)氡儀因老化更換為DDL-1型數(shù)字測(cè)氡儀，更換儀器后氣氫濃度呈趨勢(shì)性下降。

2021年9月23日—10月2日西寧氣氡濃度加速下降，幅度約13.6 Bq/L，10月3日轉(zhuǎn)平后在低值發(fā)生波動(dòng)起伏變化，累計(jì)變化幅度為20 Bq/L，11月6—7日出現(xiàn)轉(zhuǎn)折并加速上升，累計(jì)上升幅度為12.4 Bq/L，之后恢復(fù)平穩(wěn)，62 d后發(fā)生門(mén)源6.9地震，整個(gè)異常過(guò)程的氣氫濃度最大變化幅度為26.4 Bq/L(圖2b)。

1.3 平安臺(tái)水位

平安臺(tái)在地質(zhì)構(gòu)造上隸屬祁連構(gòu)造帶，位于達(dá)坂山與拉脊山夾持的山間盆地內(nèi)。觀測(cè)井深105.3 m，為靜水位觀測(cè)，觀測(cè)含水層巖性以湟水河沖洪積卵石層和泥巖為主(王永剛，孫麗，2016)。平安臺(tái)自2014年7月開(kāi)始水位觀測(cè)，觀測(cè)資料連續(xù)穩(wěn)定，整體呈現(xiàn)出“夏低冬高”的年變形態(tài)。歷史資料分析顯示，平安水位的前兆異常特征為破年變，例如在2016年1月21日青海門(mén)源6.4地震和2019年9月16日甘肅甘州5.0地震前分別表現(xiàn)為破年變上升和下降變化。

2021年8月3日，平安臺(tái)水位在正常上升過(guò)程中開(kāi)始轉(zhuǎn)平，4 d后發(fā)生轉(zhuǎn)折下降，至8月21日累計(jì)下降0.028 m，之后再次轉(zhuǎn)平，于25日恢復(fù)到正常上升的年變形態(tài)，異常結(jié)束136 d后發(fā)生門(mén)源6.9地震(圖2c)。

圖2 2022年門(mén)源MS6.9地震地下流體異常觀測(cè)曲線

1.4 佐署臺(tái)水位、水溫

佐署臺(tái)位于拉脊山構(gòu)造帶北緣、日月山斷裂和拉脊山斷裂交匯處。觀測(cè)井深107 m，為動(dòng)水位觀測(cè)，觀測(cè)含水層巖性為砂礫巖(張昱等，2008)。佐署臺(tái)水位、水溫分別于1986年5月和2014年6月開(kāi)始觀測(cè)。2014—2019年受儀器故障和道路施工影響，觀測(cè)極不穩(wěn)定、數(shù)據(jù)質(zhì)量較差。2019年10月施工結(jié)束后，水位、水溫開(kāi)始正常觀測(cè)，分別呈現(xiàn)出波動(dòng)趨勢(shì)下降和緩慢趨勢(shì)上升的變化。在2021年5月22日瑪多7.4地震前水位曾出現(xiàn)明顯突降的異常變化，水溫僅出現(xiàn)同震階升變化(鐘駿等，2021)。

2021年7月，佐署臺(tái)水位、水溫在正常動(dòng)態(tài)變化背景下，出現(xiàn)同步反向變化。7月11日，水位開(kāi)始加速下降，并于8月25日發(fā)生突降，累計(jì)下降幅度達(dá)0.642 m，之后呈波動(dòng)下降趨勢(shì)。136 d后發(fā)生門(mén)源6.9地震，水位出現(xiàn)幅度為0.273 m的同震上升變化；7月11日水溫開(kāi)始加速上升，至31日上升速率逐漸減緩，之后維持趨勢(shì)性上升狀態(tài)，11月6日又恢復(fù)原有上升速率，63 d后發(fā)生門(mén)源6.9地震，累計(jì)上升幅度為0.105 ℃，并在震后3 h內(nèi)出現(xiàn)“V”型上升變化，最大變化幅度達(dá)0.018 ℃(圖2d、e)。

1.5 樂(lè)都臺(tái)氣氡

樂(lè)都臺(tái)地處祁呂—賀蘭“山”字形構(gòu)造前弧西冀的達(dá)坂山、日月山、拉脊山等隆起帶及西寧盆地拗陷帶內(nèi)，位于達(dá)坂山和拉脊山交匯處的NE向斷裂帶上。觀測(cè)點(diǎn)位于臺(tái)站東北側(cè)1.5 km處，緊鄰引勝河。因泉水?dāng)嗔?，原水氡觀測(cè)改為斷層氣氡觀測(cè)(李延京等，2014)。樂(lè)都臺(tái)自2007年10月開(kāi)始?xì)怆庇^測(cè)以來(lái)資料質(zhì)量較差，2013年更新觀測(cè)儀器，觀測(cè)資料開(kāi)始連續(xù)穩(wěn)定，2016年8—10月觀測(cè)點(diǎn)附近河道改造，氣體運(yùn)移路徑發(fā)生改變，氣氡年變形態(tài)由“夏高冬低”變?yōu)椤跋牡投摺薄?021年1月原有的SD-3A型數(shù)字測(cè)氡儀老化，更換為BG2015R型數(shù)字測(cè)氡儀(劉磊等，2015)。樂(lè)都臺(tái)氣氡分別于2015年12月和2017年10月出現(xiàn)快速上升異常，第1次異常反映了附近區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的變化，異常結(jié)束后，于2016年1月21日發(fā)生門(mén)源6.4地震。第2次異常為河道改造引起的干擾變化(劉磊等，2020)。

2021年9月15—16日氣氡再次出現(xiàn)快速上升變化，幅度為324 Bq/L，之后在高值波動(dòng)，22日開(kāi)始下降，10月1日恢復(fù)至背景值水平，99 d后發(fā)生門(mén)源6.9地震(圖2f)。

1.6 共和臺(tái)水溫

共和臺(tái)地處昆侖—秦嶺緯向構(gòu)造帶與河西系構(gòu)造復(fù)合部位的沉降帶、共和盆地北緣斷裂和共和盆地南緣斷裂之間。觀測(cè)井深174.35 m，觀測(cè)含水層巖性為砂質(zhì)黏土、礫石(邱鵬成等，2010)。2套水溫觀測(cè)儀器分別于2011年和2015年投入觀測(cè)，觀測(cè)數(shù)據(jù)同步性較好，無(wú)年變特征(鐘駿等，2021)。據(jù)歷史資料分析，共和臺(tái)水溫異常一般出現(xiàn)在震前1～6個(gè)月，異常持續(xù)時(shí)間為1～48 d，異常形態(tài)基本為同向或反向同步變化，至少有1個(gè)水溫探頭的異常幅度大于0.01 ℃。2017年四川九寨溝7.0、2018年青?，敹?.3、2019年甘肅夏河5.7以及2021年青?，敹?.4等地震前共和水溫均出現(xiàn)異常。

2021年11月6—13日，共和臺(tái)2套水溫觀測(cè)儀器記錄數(shù)據(jù)出現(xiàn)同步反向變化，形態(tài)分別表現(xiàn)為“下降—轉(zhuǎn)平—下降”和“突跳—轉(zhuǎn)平—突跳”，累計(jì)變化幅度分別為0.446 ℃和0.097 ℃，之后同步轉(zhuǎn)平。12月4—14日2套水溫儀器記錄數(shù)據(jù)再次出現(xiàn)同步下降變化，幅度分別為0.065 ℃和0.106 ℃，25 d后發(fā)生門(mén)源6.9地震(圖2g、h)。

1.7 德令哈臺(tái)水溫

德令哈臺(tái)地處合黎山—龍首山褶皺帶南緣與走廊斷陷的分界處，河西系德令哈—榆木山隆起與祁呂西褶皺外緣與古北西向構(gòu)造斜撞復(fù)合部位，位于宗務(wù)隆山斷裂以南10 km。觀測(cè)井深98 m，觀測(cè)含水層巖性為海西期花崗巖(李國(guó)佑等，2014)。德令哈臺(tái)自2007年5月開(kāi)始水溫觀測(cè)。2014年前水溫表現(xiàn)為波動(dòng)趨勢(shì)上升變化，年變幅度不超過(guò)0.05 ℃，2014年至今表現(xiàn)為緩慢趨勢(shì)下降，年變幅度不超過(guò)0.009 ℃(文勇等，2018)。由于臺(tái)站周邊環(huán)境干擾嚴(yán)重，2011—2019年水溫觀測(cè)資料極不穩(wěn)定，其它時(shí)段連續(xù)穩(wěn)定。震例研究表明，德令哈臺(tái)水溫的震前異常形態(tài)為快速上升，這種異常曾在2008年四川汶川8.0、2008年青海海西6.3、2009年青海海西6.4以及2010年青海玉樹(shù)7.1等地震前出現(xiàn)過(guò)(楊曉霞，屠泓為，2013)。

2021年12月2—4日，德令哈臺(tái)水溫在正常下降過(guò)程中出現(xiàn)快速上升變化，幅度為0.017 ℃，12月5日轉(zhuǎn)平后維持在高值波動(dòng)，15日開(kāi)始快速下降，并恢復(fù)至原有下降趨勢(shì)，24 d后發(fā)生門(mén)源6.9地震(圖2i)。

1.8 嘉峪關(guān)臺(tái)氣氡

嘉峪關(guān)臺(tái)地處昆侖祁秦地槽系的祁連地槽西段北部地帶，位于阿拉善斷塊南緣斷裂帶和祁連山北緣斷裂帶之間的嘉峪關(guān)斷裂上(張昱等，2004)。嘉峪關(guān)臺(tái)自1989年開(kāi)始?xì)怆庇^測(cè)，多年來(lái)觀測(cè)資料穩(wěn)定可靠，具有清晰的“夏高冬低”年變形態(tài)。前人研究表明，嘉峪關(guān)臺(tái)氣氡存在短期異常和趨勢(shì)異常，短期異常表現(xiàn)為破年變低值和高值突跳變化，趨勢(shì)異常表現(xiàn)為在多年趨勢(shì)上升背景下出現(xiàn)趨勢(shì)轉(zhuǎn)折下降并持續(xù)1 a以上，這2類(lèi)異常對(duì)臺(tái)站周邊400 km范圍內(nèi)，特別是對(duì)祁連山西段和德令哈附近地區(qū)≥5.0地震反應(yīng)較為靈敏，映震效能較好(王博等，2010)。

2015年嘉峪關(guān)氣氡在正常年變形態(tài)下出現(xiàn)趨勢(shì)上升變化，至2017年7月底，月均值達(dá)到開(kāi)展觀測(cè)以來(lái)的歷史最高值87 Bq/L，之后開(kāi)始呈現(xiàn)轉(zhuǎn)折趨勢(shì)下降變化，到2022年門(mén)源6.9地震發(fā)生時(shí)，持續(xù)下降時(shí)間超過(guò)4 a，根據(jù)每年的最高值計(jì)算，累計(jì)下降量達(dá)14 Bq/L(圖2j)。

2 異常特征分析

2.1 數(shù)量特征

2022年門(mén)源6.9地震震中500 km范圍內(nèi)共有9項(xiàng)異常，約占測(cè)項(xiàng)總數(shù)的11%。其中，水溫、水位和氣氡異常各3項(xiàng)，分別占各觀測(cè)手段的10%、14%和25%。震中100 km范圍內(nèi)流體觀測(cè)2項(xiàng)，異常1項(xiàng)，異常測(cè)項(xiàng)比為50%；100～200 km范圍內(nèi)流體觀測(cè)23項(xiàng)，異常6項(xiàng)，異常測(cè)項(xiàng)比約為26%；200～300 km范圍內(nèi)流體觀測(cè)13項(xiàng)，無(wú)異常；300～400 km范圍內(nèi)流體觀測(cè)10項(xiàng)，異常2項(xiàng)，異常測(cè)項(xiàng)比約為20%；400～500 km范圍內(nèi)流體觀測(cè)31項(xiàng)，無(wú)異常(圖3)。

2.2 時(shí)間特征

從時(shí)間特征上看(圖4)，震前地下流體異常主要為6個(gè)月內(nèi)的中短期異常，有8項(xiàng)異常在2021年7月之后出現(xiàn)，約占異?？倲?shù)的89%。異常起止時(shí)間的分段性特征明顯，僅嘉峪關(guān)臺(tái)氣氡1項(xiàng)的趨勢(shì)異常出現(xiàn)在震前53個(gè)月，至2022年門(mén)源地震發(fā)生時(shí)，異常持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)1 621 d，目前下降趨勢(shì)仍未結(jié)束；其余8項(xiàng)中短期異常均出現(xiàn)在震前6個(gè)月內(nèi)并在震前結(jié)束，異常持續(xù)時(shí)間較短(5～117 d)。整個(gè)演化過(guò)程呈現(xiàn)出異常數(shù)量由少增多、在震前6個(gè)月內(nèi)顯著加速的特點(diǎn)。

圖3 不同震中距范圍內(nèi)的地下流體異常項(xiàng)數(shù)、觀測(cè)項(xiàng)數(shù)及異常測(cè)項(xiàng)比

圖4 2022年門(mén)源MS6.9地震前地下流體異常時(shí)間進(jìn)程

2.3 空間特征

從空間特征上看，震中500 km范圍內(nèi)的79項(xiàng)地下流體測(cè)項(xiàng)主要集中在震中東部400～500 km和東南部100～300 km范圍內(nèi)，均為31項(xiàng)，約占測(cè)項(xiàng)總數(shù)的39%；異常的空間演化特征表現(xiàn)為震前7項(xiàng)中短期異常在震中附近集中出現(xiàn)，有6項(xiàng)主要分布在震中南部200 km范圍內(nèi)(約占異?？倲?shù)的67%)，以100～200 km范圍內(nèi)居多，其余2項(xiàng)異常零散分布在震中西部300～400 km范圍內(nèi)，流體觀測(cè)和異常測(cè)項(xiàng)在空間分布上整體呈現(xiàn)出不均勻性(圖1、5)。

圖5 2022年門(mén)源MS6.9地震前地下流體異常時(shí)空演化特征

3 討論

據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心國(guó)家地震科學(xué)數(shù)據(jù)中心地震目錄統(tǒng)計(jì)，距離2022年門(mén)源地震震中最近的≥6.0地震有2次，分別為1986年8月26日門(mén)源6.4地震和2016年1月21日門(mén)源6.4地震，均距門(mén)源6.9地震震中約33 km；距離此次地震時(shí)間最近的≥6.0地震為2021年5月22日瑪多7.4地震。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，在這3次≥6.0地震前震中500 km范圍內(nèi)地下流體異常存在一定的相同性及差異性變化(表2)。

2016年門(mén)源6.4地震前地下流體異常共4項(xiàng)，分別為平安臺(tái)水位、樂(lè)都臺(tái)氣氡、海原臺(tái)甘鹽池水溫和嘉峪關(guān)臺(tái)氣氡，震中距范圍為135～380 km；2021年瑪多7.4地震前地下流體異常共5項(xiàng)，分別為玉樹(shù)臺(tái)水溫、共和臺(tái)水溫、共和臺(tái)氣氡、佐署臺(tái)水位和門(mén)源臺(tái)水位，震中距范圍為213～421 km(鐘駿等，2021)。

表2 3次MS≥6.0地震前震中500 km范圍內(nèi)地下流體異常統(tǒng)計(jì)

數(shù)量特征上(圖6)，2016年門(mén)源6.4地震和2021年瑪多7.4地震前地下流體異常數(shù)量基本相同，明顯少于2022年門(mén)源6.9地震。3次地震前的異常測(cè)項(xiàng)種類(lèi)一致，均為水位、水溫和氣氡，不同種類(lèi)測(cè)項(xiàng)之間的數(shù)量差別不大，且中短期異常明顯多于趨勢(shì)異常(占比超過(guò)80%)。時(shí)空特征上(圖7)，地下流體異常在3次地震前6個(gè)月均呈加速增長(zhǎng)趨勢(shì)，其中，2022年門(mén)源6.9地震前絕大多數(shù)地下流體異常分布在震中附近，異常集中性十分突出；2016年門(mén)源6.4地震和2021年瑪多7.4地震前地下流體異常雖然分布較為分散，但均表現(xiàn)出較為明顯的由外圍向震中收縮的遷移特征。

圖6 3次MS≥6.0地震前震中距500 km范圍內(nèi)地下流體異常數(shù)量對(duì)比Fig.6 Quantitative comparison of the underground fluidanomalies within 500 km before 3 MS≥6.0 earthquakes

圖7 3次MS≥6.0地震前地下流體異常出現(xiàn)至發(fā)震時(shí)間與震中距的關(guān)系

2016年門(mén)源6.4地震和2022年門(mén)源6.9地震震中空間位置相近，但前者震前異常的數(shù)量和時(shí)空特征上明顯不如后者多且集中，可能與這2次地震的發(fā)震構(gòu)造和震源機(jī)制解不同有關(guān)。一方面，2016年門(mén)源6.4地震發(fā)生在冷龍嶺北側(cè)斷裂為冷龍嶺斷裂伴生的一條逆沖斷裂，具有構(gòu)造關(guān)聯(lián)性，該地震的發(fā)生可能使冷龍嶺斷裂應(yīng)力更加聚集，在一定程度上觸發(fā)了2022年門(mén)源6.9地震的發(fā)生(李振洪等，2022；潘家偉等，2022)。另一方面，2016年門(mén)源6.4地震為逆沖型，其釋放地震能量的能力遠(yuǎn)小于2022年走滑型的門(mén)源6.9地震(Convers，Newman，2011)。根據(jù)Gutenberg和Richter(1954)地震能量()與面波震級(jí)()的關(guān)系：=10(1.5×+4.8)，推算得到2016年門(mén)源6.4地震和2022年門(mén)源6.9地震的能量分別為2.51×10J和1.41×10J，兩者在能量上相差1個(gè)數(shù)量級(jí)，這很可能造成這2次地震的震前異常特征存在明顯差異。2021年瑪多7.4地震震源區(qū)附近在臨震破裂階段未出現(xiàn)異常，可能與震中周?chē)_(tái)站稀少有關(guān)(鐘駿等，2021)。

研究表明，地下流體前兆響應(yīng)與地震孕育過(guò)程中區(qū)域應(yīng)力加載作用密切相關(guān)(劉耀煒等，2015)。如圖7所示，2016年門(mén)源6.4地震和2021年瑪多7.4地震前的地下流體異常時(shí)空演化特征可能反映了區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)向局部構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)化的演化過(guò)程(車(chē)用太等，1999)；而2022年門(mén)源6.9地震前地下流體異常的集中出現(xiàn)可能是長(zhǎng)期應(yīng)力加載后的巖石膨脹破裂階段，震中附近的應(yīng)力應(yīng)變由積累轉(zhuǎn)變?yōu)獒尫诺耐怀霰憩F(xiàn)(張學(xué)民等，2018)。雖然此次地震震中外圍區(qū)域的嘉峪關(guān)臺(tái)氣氡和德令哈臺(tái)水溫2項(xiàng)地下流體出現(xiàn)異常，但是否能作為地震前兆有待探討。

如圖2j所示，嘉峪關(guān)臺(tái)氣氡濃度出現(xiàn)多年趨勢(shì)轉(zhuǎn)折的顯著變化有2次，第1次為1995年1月—1998年6年趨勢(shì)上升，1998年7月開(kāi)始發(fā)生轉(zhuǎn)折，下降過(guò)程中于1999年5—7月出現(xiàn)破年變低值異常，但臺(tái)站400 km范圍內(nèi)并未發(fā)生≥5.0地震；第2次為2004年1月—2007年8月趨勢(shì)上升，2007年9月開(kāi)始轉(zhuǎn)折，下降過(guò)程中距臺(tái)站318 km和323 km處分別發(fā)生了2008年海西6.3和2009年海西6.4地震，并且在這2次地震前出現(xiàn)短期的破年變低值異常。嘉峪關(guān)臺(tái)氣氡于2017年8月開(kāi)始出現(xiàn)轉(zhuǎn)折下降變化，截至2022年1月31日，下降持續(xù)時(shí)間已超過(guò)53個(gè)月，期間除發(fā)生2022年 1月8日門(mén)源6.9地震外，在臺(tái)站400 km范圍內(nèi)還發(fā)生了2019年9月16日張掖5.0、2021年8月26日阿克塞5.5和2022年1月23日德令哈5.8共3次≥5.0地震(未統(tǒng)計(jì)余震)(圖8a、c)。從時(shí)間、空間和震級(jí)的角度來(lái)看，這4次地震都與前人震例總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)相符，但鑒于異常的復(fù)雜性和孕震過(guò)程的不確定性，很難明確此次嘉峪關(guān)臺(tái)氣氡的異常究竟是與門(mén)源6.9地震有關(guān)，還是與震中距最近的德令哈5.8地震有關(guān)。

同樣，德令哈臺(tái)水溫雖然在2022年門(mén)源6.9地震前出現(xiàn)異常，但在震后15 d，距臺(tái)站117 km處于1月23日再次發(fā)生德令哈5.8地震。結(jié)合其歷史震例形態(tài)來(lái)看，4次地震前異常變化中，與本次“上升—下降”異常形態(tài)類(lèi)似的異常有2次，對(duì)應(yīng)的地震均發(fā)生在異常結(jié)束3個(gè)月內(nèi)、臺(tái)站周邊200 km范圍內(nèi)(圖8b、c)。因此，從時(shí)空特征分析，德令哈臺(tái)水溫異常屬于德令哈5.8地震前兆的可能性更大。

2022年門(mén)源6.9地震前震中附近區(qū)域內(nèi)群體流體異常加速集中，部分異常的重現(xiàn)性和對(duì)應(yīng)地震比例較高，證明了地下流體異常在短期地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)中發(fā)揮著無(wú)法替代的作用。與2021年瑪多7.4地震相比，雖然此次門(mén)源6.9地震前地下流體異常數(shù)量更多，但類(lèi)似玉樹(shù)臺(tái)水溫這種具有明確地點(diǎn)和震級(jí)指示意義的關(guān)鍵性異常并未出現(xiàn)，因此在地點(diǎn)和震級(jí)判定上認(rèn)為巴顏喀拉塊體發(fā)生≥7.0地震的可能性相對(duì)較低，而在異常集中區(qū)附近發(fā)生6.0～7.0地震的可能性較大。本次地震預(yù)報(bào)實(shí)踐表明，不斷總結(jié)積累地震前異常的共性特征，對(duì)于今后震情形勢(shì)判定具有重要的參考價(jià)值。

圖8 2017-07—2022-01嘉峪關(guān)臺(tái)氣氡(a)和2008—2010年德令哈臺(tái)水溫(b)觀測(cè)曲線及周邊地震空間分布(c)

我國(guó)地震地下流體監(jiān)測(cè)經(jīng)過(guò)幾十年的經(jīng)驗(yàn)積累，已經(jīng)建設(shè)成為了世界上規(guī)模最大、監(jiān)測(cè)水平最高的專(zhuān)業(yè)化地震地下流體觀測(cè)網(wǎng)。然而，地下流體異常在絕大部分地震前出現(xiàn)的數(shù)量比較有限，類(lèi)似于2021年瑪多7.4和2022年門(mén)源6.9地震這種大震前地下流體異常數(shù)量和占比都很低的案例比比皆是，利用震前流體異常報(bào)準(zhǔn)地震的次數(shù)更是不足十分之一(王廣才等，2003)。雖然在瑪多7.4和門(mén)源6.9地震前都觀測(cè)到了一些突出的異?，F(xiàn)象，也做出了較為準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)，但由于瑪多7.4地震處于地震監(jiān)測(cè)能力較弱地區(qū)，震中200 km范圍內(nèi)僅有2個(gè)地下流體觀測(cè)點(diǎn)(包含2個(gè)測(cè)項(xiàng))，遠(yuǎn)少于門(mén)源6.9地震震中200 km范圍內(nèi)的13個(gè)觀測(cè)點(diǎn)(包含25個(gè)測(cè)項(xiàng))，可能無(wú)法在臨震破裂階段震源區(qū)附近觀測(cè)到地下流體異常。從表1所列預(yù)報(bào)效能可以看到，本次門(mén)源6.9地震前，除了嘉峪關(guān)臺(tái)氣氡為A類(lèi)異常，其余均為C類(lèi)以下或是未評(píng)估，這與瑪多7.4地震前的情況十分相似。如果僅憑異常的歷史預(yù)報(bào)效能評(píng)估結(jié)果來(lái)決定觀測(cè)資料的信度，可能會(huì)因?yàn)檫@些觀測(cè)資料“不可靠”而造成地震的漏報(bào)。但事實(shí)上，除了門(mén)源臺(tái)水位和西寧臺(tái)氣氡以往無(wú)有效震例外，其余臺(tái)站測(cè)項(xiàng)異常都曾積累過(guò)比較好的震例(楊曉霞等，2013，2016；劉磊等，2021；鐘駿等，2021)。上述情況固然受到觀測(cè)井孔構(gòu)造條件差異和孕震環(huán)境不同的影響，但更暴露出當(dāng)下地下流體觀測(cè)網(wǎng)在空間布局上不合理以及觀測(cè)資料質(zhì)量低、評(píng)估不及時(shí)、敏感度弱、受干擾嚴(yán)重等問(wèn)題。因此，亟需進(jìn)一步加強(qiáng)臺(tái)網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)，開(kāi)展觀測(cè)井觀測(cè)質(zhì)量動(dòng)態(tài)評(píng)估，建立觀測(cè)干擾數(shù)據(jù)庫(kù)，提高干擾識(shí)別能力，最大程度地提升我國(guó)地下流體學(xué)科觀測(cè)及預(yù)報(bào)技術(shù)水平。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)2022年門(mén)源6.9地震前地下流體觀測(cè)資料及異常特征進(jìn)行分析，結(jié)合歷史地震前的地下流體異常特征，得出以下結(jié)論：

(1)2022年門(mén)源6.9地震震中500 km范圍內(nèi)地下流體異常測(cè)項(xiàng)比為11%，主要集中在震中南部100～200 km范圍內(nèi)，在空間分布上整體呈現(xiàn)出不均勻性；異常時(shí)間的分段性特點(diǎn)明顯，中短期階段異常數(shù)量顯著增多。

(2)歷史震例對(duì)比結(jié)果表明，2022年門(mén)源6.9地震與2016年門(mén)源6.4地震和2021年瑪多7.4地震前的地下流體異常存在一定的相同性及差異性變化。相同點(diǎn)為3次地震前中短期異常明顯多于趨勢(shì)異常，在震前6個(gè)月均呈加速增長(zhǎng)趨勢(shì)；不同點(diǎn)為2016年門(mén)源6.4地震和2021年瑪多7.4地震前異常具有由外圍向震中收縮的空間演化過(guò)程，而2022年門(mén)源6.9地震前異常表現(xiàn)為在震中附近集中出現(xiàn)的特點(diǎn)。