云南省紅河地區(qū)斷層氣CO2觀測及其與地震關系初探

劉 飛，祁 燕

(1.紅河州地震局，云南 蒙自 661199；2.彌勒市地震局，云南 蒙自 652399)

我們生活的地球是一個巨大的開放系統(tǒng)，地殼放氣現象是巖石圈和大氣圈進行物質、能量、信息交換的一種重要形式，在地震前能觀測到地下Rn、Hg、H、He、CO2等活躍成分異常已被國內諸多震例證實(林元武等，1998b)，因此這些成分作為地震前兆信息的觀測一直在開展。CO2在地球中的分布極為廣泛，在地球的各種動力學過程中，地殼中的CO2會參與到其中，其含量會發(fā)生明顯的變化。在地震的孕育過程中，由于應力的匯集常常導致地下巖石發(fā)生破裂，釋放出CO2氣體，所以CO2氣體是表征深部物質運移的指示性氣體，它的釋放規(guī)律能靈敏地反映地殼應力狀態(tài)的變化(林元武等，1998b)。對地殼中CO2含量的動態(tài)變化進行監(jiān)測，可以提取到地震的孕育信息，對地震預測預報有重要的意義和價值(王基華等，1994)。我國的斷層土壤氣監(jiān)測工作開始于20世紀80年代。1988年首先在華北地區(qū)試驗研究了斷層氣CO2總量測定法，該方法具有簡便、價廉、干擾少及機動性強等特點(高小琪等，2002)。王基華和林元武(1998a)在斷層上采用簡便、可靠、經濟、易推廣的快速測定管法分析CO2，取得許多震前出現明顯異常的實例，如在張北—尚義地震前12天提出了較好的短臨預報意見。多年的觀測結果表明，斷層氣CO2是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ亩膛R預報參考指標。經過三十多年的改進與完善，斷層氣CO2的觀測方法日趨成熟，已先后多次應用于地震前兆監(jiān)測、隱伏斷裂和地裂縫的現場探測，目前CO2觀測方法及其觀測資料已經成為流體學科年度地震趨勢研究和震情強化跟蹤的重要判據之一(高小琪等，2004)。

云南省是中國大陸地震活動最為頻繁的地區(qū)之一，開展斷層氣(壤中氣)CO2觀測較早，始于1999年，至今已經20年，積累了大量的觀測數據和震例。云南昭通地區(qū)開展CO2觀測相對較早，在2012年彝良5.6、5.7級地震和2014年魯甸6.5級地震前，該地區(qū)的CO2觀測數據變化出現了大量異常，獲得了較好的震例。地處小江斷裂和紅河深大斷裂附近的紅河哈尼族彝族自治州(以下簡稱“紅河州”)，近年來為加強震情跟蹤工作，陸續(xù)建立了10個CO2觀測點，本文旨在利用這些觀測點的資料提取地震預測可用的信息，為今后的地震預測提供借鑒(上官志等，1993)。

1 觀測概況

1.1 紅河州CO2觀測方法

紅河州的斷層氣CO2觀測，主要采用的是CO2測試管方法。在斷層上勘選適合的觀測位置，打孔后埋設PVC管，管下端50～100 cm打成篩眼(孔距20～30 mm)，起到吸收集氣作用，形成觀測井孔，井孔口用膠塞堵住密封，將CO2測試管用細線拴好下至距孔底5～10 cm處進行測量。本觀測法是累積測定法，每天定時下入井孔中一根CO2測管，24小時后于第二天讀取數值作為一天的觀測值，同時同步進行了井孔溫度、氣象三要素等輔助測項觀測。觀測系統(tǒng)是由一支CO2測試管、一個2 m左右深的觀測孔和一個兩探頭溫度計組成。

1.2 觀測點基本情況

依據斷層土壤氣CO2的觀測方法，斷層氣CO2埋測點的選取十分重要，測點應選擇在活動斷層破裂帶上或緊鄰破裂帶的敏感地帶，且地表為無覆蓋的原生土為佳，觀測效果會更好(林元武等，1994)。在實際選點時還需兼顧到距離較近、利于觀測和便于環(huán)境保護等方面的因素。紅河州的CO2測點主要布設于紅河斷裂兩側，其中有6個位于斷層區(qū)域的觀測點和4個位于斷層附近的觀測點，測點具體情況見表1。

表1 紅河州地區(qū)CO2觀測點情況表

2 觀測資料與映震分析

2.1 正常年動態(tài)特征

除蒙自2和金平、屏邊測點的資料較短，還未能認識他們的正常變化形態(tài)外，其余7個測點，近6年觀測的數據顯示，紅河州大部分斷層氣CO2具有明顯的年變規(guī)律，測值與溫度呈正相關，存在夏高冬低的年動態(tài)變化規(guī)律，也有少部分為負相關和無明顯相關性。正常動態(tài)的高低值之間是漸變關系，而不是突變(見圖1)。CO2觀測的年變規(guī)律與地下的生物化學作用有關(王基華等，1994)。

圖1 紅河州CO2測值

2.2 異常特征

已有震例測點的CO2異常主要表現為突升、突降和打破正常年動態(tài)，這一特征與前人給出的CO2異常的識別標志基本相同(王基華等，2000)。在近6年的觀測時間里，紅河州測點周邊200 km內分別發(fā)生了2016年個舊4.6、4.7級和2018年通海5.0、5.0級以及墨江5.9級地震。3組地震前CO2均觀測到了異常，其異常與地震對應情況見表2。個舊4.6、4.2級地震前的異常主要是破壞正常年動態(tài)，通海2次5.0級地震和墨江5.9級地震前，異常主要表現為破壞正常年動態(tài)和突變(見圖2、圖3)。從表2可見，破年變的異常，主要出現在震前4～6個月，而突變異常主要出現在震前5～40天，異常形態(tài)為測值突升。由于通海2次5.0級地震距墨江5.9級地震的時間間隔不到1個月，因此就破年變異常而言，沒有辦法區(qū)分2次地震所對應的異常，但從突升情況看，綠春和元陽測點在通海地震后新出現了突升變化，因此認為震后的突升異?？赡苁切碌卣鸬姆磻?。此外在破年變異常中，3組地震的異常均顯示震中距近的測點異常開始時間比遠的要早。

表2 紅河州CO2異常與地震對應關系一覽表

圖2 紅河州CO2破年變異常

圖3 紅河州CO2突變異常

3 結論與討論

(1)紅河州7個觀測時間段內有地震發(fā)生的測點觀測數據顯示，除彌勒測點外，其余的測點在震前都出現過異常，異常特征主要表現為偏離正常年動態(tài)和突升，偏離年變異常主要出現在震前4～6個月，突升異常出現在震前5～40天內，因此CO2突升可以作為紅河州有地震的短臨異常指標。(2)斷層氣CO2觀測異常顯著，從原始曲線上直觀的就能識別。從前述震例看，偏離年變異常距離震中近的測點出現比遠的早。(3)在已有的3組震例中，震級越大，出現異常的測點越多，特別是短臨異常。(4)在重點監(jiān)視區(qū)布設較密集的CO2觀測臺陣對震情跟蹤有很好的指示意義。(5)斷層氣CO2觀測具有簡便、價廉和有效等特點，觀測方式對經濟欠發(fā)達地區(qū)的地震部門開展地震預測不失為一種好方法，值得推廣。