昆明地震臺地震前形變異常分析

馮瓊松白仙富李 鵬錢文品

1）中國云南 650204 昆明基準(zhǔn)地震臺

2）中國貴州 550018 貴陽基準(zhǔn)地震臺

昆明地震臺地震前形變異常分析

馮瓊松1）白仙富1）李 鵬2）錢文品1）

1）中國云南 650204 昆明基準(zhǔn)地震臺

2）中國貴州 550018 貴陽基準(zhǔn)地震臺

選擇昆明地震臺2012—2014年形變儀記錄，利用形態(tài)法、年變曲線、矢量合成法，分析云南省MS≥5.0和全球MS≥8.0地震前出現(xiàn)的短中期和臨震異常特征。分析表明：形態(tài)法分析甄別出較好的臨震異常，日均值年變曲線和矢量合成圖分析獲得較好映震效果的中短期異常。

中短期異常；臨震異常；異常特征

0 引言

云南是地震多發(fā)地區(qū)，2014年云南地震頻發(fā)，筆者為此對2012—2014年單臺形變資料異常進(jìn)行分析。大量震例表明，地震前確實存在地殼形變異常變化信息，而形變連續(xù)觀測是捕捉變化信息直接有效的監(jiān)測方法。本文通過對昆明地震臺形變儀觀測資料的形態(tài)圖、年變曲線圖、矢量合成圖進(jìn)行分析，提取異常特征，并根據(jù)異常變化形態(tài)特征，探討異常與地震三要素的相關(guān)性。

1 臺站參數(shù)

昆明地震臺是地震監(jiān)測Ⅰ類觀測臺站，位于昆明市北郊黑龍?zhí)叮０? 952 m。各類地震監(jiān)測儀器安置于洞室內(nèi)，洞室主體為凵字型，長73 m；有6個支洞，支洞主長71 m，最深處距洞口47 m；覆蓋層約30—50 m。洞內(nèi)溫度約15℃，日變化小于0.1℃，年溫差0.5℃，相對濕度約93%。2007年6月底進(jìn)行數(shù)字化改造，安置兩套數(shù)字化形變觀測儀器，分別是DSQ型水管傾斜儀和SS-Y型伸縮洞體應(yīng)變儀，7月1日正式開始觀測記錄。兩套形變儀器自安裝運行以來，工作性能穩(wěn)定，數(shù)據(jù)連續(xù)率達(dá)99.9%以上，能清晰記錄傾斜及應(yīng)變固體潮。

2 資料異常統(tǒng)計

選取2012—2014年昆明地震臺形變記錄，以云南省MS≥5.0及全球MS≥8.0地震為研究對象，對水管傾斜和洞體應(yīng)變觀測記錄到的14個震例（表1）進(jìn)行異常特征圖像分析，總結(jié)出現(xiàn)地震異常的形態(tài)和進(jìn)程；并對比兩套形變儀的映震能力，分析記錄地震異常的差異。為了很好地確認(rèn)昆明地震臺形變觀測異常與地震的對應(yīng)關(guān)系，筆者對形變記錄曲線在震前出現(xiàn)的異常進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果見表1、表2。

表1 形變分析地震統(tǒng)計Table 1 Statistical data for deformation analysis

表2 形態(tài)記錄圖震前異常統(tǒng)計Table 2 Statistical of abnormal morphology before earthquake

從表2可見，對于全球MS≥8.0地震，水管傾斜和洞體應(yīng)變具有較好的映震能力，洞體應(yīng)變儀記錄到的震前異常多于水管傾斜儀記錄。對于云南省MS≥5.0地震，水管傾斜和洞體應(yīng)變均有漏記現(xiàn)象，洞體應(yīng)變記錄到的震前異常明顯多于水管傾斜儀記錄。

3 資料異常與地震對應(yīng)關(guān)系

2012—2014年，全球發(fā)生MS≥8.0地震2次，云南省發(fā)生MS≥5.0地震12次。其中：2012年發(fā)生2次MS≥5.0地震和1次MS≥8.0地震；2013年發(fā)生3次MS≥5.0地震；2014年發(fā)生7次MS≥5.0地震和1次MS≥8.0地震。云南地區(qū)因地質(zhì)構(gòu)造特殊，具有獨特的孕震力源，使得云南地區(qū)地震頻發(fā)，據(jù)歷史地震統(tǒng)計，5.0級以上地震年頻度為2.5次（中國地震局監(jiān)測預(yù)報司，2005）。

3.1 形態(tài)異常分析

形態(tài)異常分析是跟蹤原始記錄資料變化的一種有效方法。通常，當(dāng)資料的正常變化規(guī)律被打破而出現(xiàn)異常變化時，若經(jīng)分析斷定非干擾所致，便可以認(rèn)為資料出現(xiàn)震前異常。在形態(tài)分析中，昆明地震臺形變資料異常均顯示為臨震異常，即地震前幾天或幾個小時的異常。經(jīng)核實，資料異常期間，觀測儀器工作正常，觀測環(huán)境系統(tǒng)及周圍未發(fā)生異常變化，無人為和外界因素干擾，觀測資料記錄的地震前兆異常真實可靠。圖1為2012—2014年昆明地震臺形變記錄到的臨震異常。

圖1 昆明地震臺形變形態(tài)異常Fig.1 Abnormal deformation recorded at Kunming Seismic Station

圖1中 2012年6月22日昆明地震臺水管北南向、東西向數(shù)據(jù)出現(xiàn)突跳，對應(yīng)6月24日云南寧蒗縣5.6級地震。2013年8月27日昆明臺水管傾斜北南向、洞體應(yīng)變東西向數(shù)據(jù)出現(xiàn)階變鼓包，8月29日水管傾斜北南向、洞體應(yīng)變北南向再次出現(xiàn)數(shù)據(jù)階變鼓包，對應(yīng)8月31日云南香格里拉縣5.1級和5.9級兩次地震。2014年4月2日洞體應(yīng)變東西向、北南向出現(xiàn)數(shù)據(jù)階變鼓包，對應(yīng)4月2日智利8.1級地震。2014年8月1日洞體應(yīng)變東西向、北南向出現(xiàn)數(shù)據(jù)階變鼓包，對應(yīng)8月3日云南昭通6.5級地震。2014年10月6日洞體東西向、北南向出現(xiàn)數(shù)據(jù)階變鼓包，對應(yīng)10月7日云南景谷6.6級地震。分析可知，昆明地震臺形變形態(tài)圖異常距離發(fā)震時間最長兩天，最短幾小時，屬臨震異常。

從昆明地震臺多個震例的水管傾斜和洞體應(yīng)變形態(tài)圖可以看到，某些地震前出現(xiàn)了形態(tài)相近的數(shù)據(jù)突跳和階變鼓包異常，不同手段不同分量的形態(tài)異常在地震前表現(xiàn)的形態(tài)和時間特征類似，映震效果較好，且洞體應(yīng)變異常明顯強(qiáng)于水管傾斜異常。地震孕育模式多樣，發(fā)生在不同構(gòu)造部位，所以地殼形變的表現(xiàn)形式也具有多樣性和復(fù)雜性（沈曉松等，2012）。昆明地震臺形變形態(tài)圖異常出現(xiàn)無一定規(guī)律，有的異常只有單方向記錄，有的只被一種手段記錄到，有的被兩種手段同時記錄到。在地震孕育過程中伴有不同形式和不同程度的地殼形變，水管傾斜和洞體應(yīng)變就是分別用來觀測地殼的垂直形變和水平形變的儀器（唐九安等，1995；李國斌，2005）。筆者排查了各種干擾，判定異常由震前地殼形變引起的地面應(yīng)變和固體潮變化。根據(jù)多年多次地震跟蹤形態(tài)圖異常得知，在水管傾斜或洞體應(yīng)變形態(tài)圖出現(xiàn)如此數(shù)據(jù)突跳或階變鼓包異常，排查無外界干擾，應(yīng)判定為地震前兆異常，一般3天內(nèi)發(fā)生5級以上地震的可能性較大。因此，地震跟蹤形態(tài)圖異常可用于臨震預(yù)報。

3.2 日均值年變曲線異常

日均值圖年變曲線分析是地震跟蹤分析常用方法。2012—2014年昆明地震臺水管傾斜和洞體應(yīng)變儀日均值年變曲線見圖2。

圖2 昆明地震臺形變?nèi)站的曜兦€Fig.2 Average daily change curve of deformation at Kunming Seismic Station

從圖2可見，昆明地震臺形變?nèi)站的曜兦€各分向不同程度地打破年變規(guī)律。水管傾斜形變年變規(guī)律正常走勢是春、夏季逐漸傾向北東，夏、冬季傾向西南的形態(tài)；洞體應(yīng)變年變規(guī)律走勢是9月至次年3月逐漸呈拉張性，3月至9月呈擠壓性形態(tài)。排除外界干擾，形變?nèi)站祱D年變規(guī)律的改變（走勢改變、數(shù)據(jù)突跳或階變鼓包等）則要考慮為地震前兆異常的可能性。圖2中水管傾斜分量在一些地震發(fā)生前半個月至半年明顯出現(xiàn)走勢改變、數(shù)據(jù)突跳或階變鼓包等年變趨勢異常，同一地震前不同分量異常大約在同時段出現(xiàn)。例如，2014年云南發(fā)生了罕見的7次地震，水管北南向年變曲線呈直線形態(tài)，在12月6日云南景谷5.9級地震前，兩個分向同時出現(xiàn)大幅度數(shù)據(jù)突跳，可見水管儀年變曲線能較好記錄地震的中短期異常。

由圖2可見，洞體儀除2012年和2013年北南向年變曲線逐漸走高外，其他分向基本符合正常年變規(guī)律走勢，在一些地震發(fā)生前半個月至半年也明顯出現(xiàn)數(shù)據(jù)突跳、階變鼓包或曲線走勢改變等異常。2012—2014年昆明地震臺形變資料連續(xù)、完整、可靠，所以形變?nèi)站的曜兦€圖的異常是可靠的。分析可知，昆明地震臺形變?nèi)站的曜兦€圖異常的主要表現(xiàn)形式為時序曲線走勢改變、數(shù)據(jù)突跳或階變鼓包等，一般在異常變化結(jié)束后半個月至半年發(fā)生地震。形變年變圖趨勢改變是判別地震前異常的主要標(biāo)志之一，昆明地震臺形變?nèi)站祱D異常屬于中期異常，映震效果較好，可在中短期地震預(yù)報探索中發(fā)揮作用。

3.3 矢量合成圖變化異常

水管傾斜形變兩分量測值的合成矢量表示某一時刻地面相對于起始位置的傾斜角，由于大多數(shù)形變觀測值具有較強(qiáng)的年變規(guī)律，因此矢量圖也具有一定年變規(guī)律。日均值矢量變化圖是形變預(yù)報分析的一種常用方法，矢量圖若出現(xiàn)不規(guī)律轉(zhuǎn)向、加速和打結(jié)變化，則為破年變（李國斌，2005）。2012—2014年昆明地震臺形變資料矢量合成見圖3，圖中矢量出現(xiàn)大量不規(guī)律拐彎、走勢加速或打結(jié)等破年變異常。

圖3 昆明地震臺形變矢量合成Fig.3 Vector synthesis of deformation at Kunming Seismic Station

由圖3可見：①2012年4月11日蘇門答臘8.6級地震，云南地區(qū)發(fā)生3次5級以上地震。第1次水管儀矢量合成圖在打結(jié)過程中發(fā)生蘇門答臘8.6級地震，打結(jié)后于6月24日發(fā)生云南寧蒗5.6級地震（中國地震臺網(wǎng)測定震級MS5.7）；第2次快速拐彎、打結(jié)過程中于9月7日連發(fā)云南彝良5.7級和5.6級地震；②2013年全球無8級以上地震發(fā)生，云南地區(qū)發(fā)生3次5級以上地震。合成矢量在1月拐彎后，3月3日發(fā)生云南洱源5.5級地震，在3月打結(jié)，4月17日再次發(fā)生云南洱源5.0級地震，7月出現(xiàn)加速拐彎后，在8月28日、31日發(fā)生四川得榮—云南香格里拉5.1級、5.9級地震；③2014年4月2日智利發(fā)生8.2級地震，云南發(fā)生7次5級以上地震。從2014年形變矢量合成圖可看出，水管矢量合成圖在每次不規(guī)律拐彎、走勢加速或打結(jié)等破年變異常后均發(fā)生地震。

由圖3可知，在云南地區(qū)數(shù)次5.0級和國外8.0級以上地震前均發(fā)生矢量圖不規(guī)律拐彎、走勢加速或打結(jié)等破年變異常，且在半個月至半年后有5級以上地震發(fā)生。在地震分析預(yù)報中，常利用矢量合成圖的不正常轉(zhuǎn)向、加速或打結(jié)等破年變異常來判斷地震震級和時間，長期跟蹤分析表現(xiàn)出較好的中短期地震異常和震級大小特征（趙小賀等，2007；馮英等，2012）。

4 結(jié)論

綜上所述，通過對昆明地震臺形變數(shù)據(jù)與地震關(guān)系的分析，可以嘗試預(yù)測未來地震的發(fā)生時間和震級。通過分析，認(rèn)為云南昆明地震臺2012—2014年形變異常具有以下特征。

（1）形態(tài)法分析能甄別出較好的臨震異常。地震前兆異常形態(tài)圖復(fù)雜，某些地震前存在突出的臨震異常。云南昆明地震臺地震監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，水管傾斜映震能力高于洞體應(yīng)變，洞體應(yīng)變對于震前異常效能高于水管傾斜。根據(jù)地震短臨異常表現(xiàn)，在時間上，地震一般在數(shù)據(jù)突跳、鼓包幾小時后或1—2天內(nèi)發(fā)生；在震級上，震前出現(xiàn)形態(tài)異常多集中在5級以上的地方震。

（2）通過日均值年變曲線和矢量合成圖分析，可獲得映震效果較好的中短期異常。云南昆明地震臺監(jiān)測資料顯示，水管傾斜和洞體應(yīng)變?nèi)站的曜兦€均有明顯的年變異常，水管傾斜矢量合成具有明顯的年變異常。日均值年變曲線圖異常的主要表現(xiàn)形式為時序曲線走勢改變、數(shù)據(jù)突跳或階變鼓包等，一般在異常變化結(jié)束后半個月至半年時間后均有地震發(fā)生，可用于中短期地震預(yù)測。水管儀矢量合成圖在每次不規(guī)律拐彎、走勢加速或打結(jié)等破年變異常后均發(fā)生5級以上地方震，可用于中短期地震和震級大小預(yù)測。

云南地區(qū)為地震多發(fā)區(qū)域，如何對定點形變觀測異常變化進(jìn)行分析、篩選，剔除干擾，提取有用的地震前兆異常信息，仍需不斷積累震例進(jìn)行對比分析，深入研究，為防震減災(zāi)服務(wù)。

馮英，史勇軍，徐洐剛，等.2012年3月9日新疆洛浦6.0級地震前前兆異常初步分析［J］.內(nèi)陸地震，2012，26（4）：316-323.

李國斌.印尼8.7級地震前銀川臺形變數(shù)字化觀測資料短臨異常特征分析［J］.高原地震，2005，17（2）：33-36.

沈曉松，馮建琴，程冬炎，等.山西地區(qū)水管儀和伸縮儀在中強(qiáng)地震前的異常淺析［J］.山西地震，2012，149（1）：17-23.

唐九安，彭偉榮，常千軍，等.蘭州形變與景泰地震的短臨前兆［J］.地震地磁觀測與研究，1995，16（3）：41-45.

趙小賀，陳傳華，王偉，等.數(shù)字化地形變資料異常形態(tài)與地震［J］.華北地震科學(xué)，2007，25（3）：50-52.

中國地震局監(jiān)測預(yù)報司.2004年印度尼西亞蘇門答臘8.7 級大地震及其對中國大陸地區(qū)的影響［M］.北京：地震出版社，2005.

Analysis on the deformation anomalies before earthquake at Kunming Seismic Station

Feng Qiongsong1），Bai Xianfu1），Li Peng2）and Qian Wenpin1）
1） Kunming Seismic Station，YunnanProvince 650204，China
2） Guiyang Seismic Station，Guizhou Province 550018，China

Based on the deformation record data of Kunming Seismic Station from the year 2012 to 2014，with the methods of morphology，yearly mean value curve and vector composition diagram，all the medium-short term anomalies and impending earthquake anomalies of both MS≥ 5.0 in Yunnan Province and MS≥8.0 worldwide are analyzed in this article.The results showed that the morphology method could identify the impending earthquake anomalies，the daily mean value curve by year and the vector composition diagram could be used to recognize the medium-short term earthquake anomalies.

medium-short term anomaly，impending earthquake anomaly，anomaly characteristics

10.3969/j.issn.1003-3246.2015.05.014

馮瓊松（1976—），女，云南昆明人，工程師，主要從事地震前兆形變觀測技術(shù)工作

三結(jié)合課題《昆明臺形變觀測典型干擾特征分析》資助

本文收到日期：2015-07-08