氡觀測預報發震地點和震級的方法初探＊

楊紹富 張嘉敏 徐長銀

（新疆維吾爾自治區地震局庫爾勒地震臺，新疆庫爾勒841000）

（作者電子信箱，楊紹富：49846678＠qq.com）

引言

氡的化學性質是惰性的，它在地下水中以溶解氡和逸出氡兩種方式存在。作為研究地震的孕育過程及預報地震的一種手段，中外學者對氡濃度變化與地震的關系進行了廣泛而深入的觀測與研究。1966年4月前蘇聯學者烏洛莫夫在蘇聯塔什干地區發生的5.3級地震的前兆資料中發現了水氡濃度在震前具有明顯異常變化以后，各國學者相繼發現了震前氡濃度變化的實例［1］。利用氡異常預報發震時間，郭增建等［2］做過一些有益的探討，并取得過成功震例。然而，在預報發震地點和震級方面還未得出較好方法。日本地震學者力武常次提出利用各種前兆資料預報發震地點和震級的實用方法［3］。姚慶春等［4］就水氡觀測資料對發生在我國大陸的地震進行了抽樣驗證，結果是令人滿意的。本文引用力武常次的統計結果，對新疆發生的兩次地震進行驗證和探討。

1 預測方法和資料介紹

1.1 預測方法介紹

對于不同震級的地震，出現氡觀測異常的范圍和幅度也不同。一般來說，震級越大其異常范圍也越大。根據力武常次統計研究提出的震級與水氡異常出現的最大距離關系（表1），可以預測未來發震的可能區域和震級。

在井（泉）異常已經確認的情況下，分別以各異常點為圓心，以表1給出的最大異常距離Dmax為半徑做圓，各圓相交的公共區域即為發震區域。震級根據經驗假設，從低到高逐一嘗試，若假設震級偏小，各圓沒有交集，需往大一級假設，直到出現面積不小于實際地震極震區面積的公共區域。當然，震級也不可假設得太大，否則各圓相交的公共區域過大，甚至超出了實際地震的有感范圍，這便失去了預測意義。

1.2 資料介紹

考慮到資料連續率等方面因素，本文選取新15泉（水磨溝公園冷泉）和新43 泉（庫爾勒501泉）氡觀測資料作為研究對象。新15泉位于烏魯木齊市水磨溝公園內（43°49′N，87°39′E），海拔高度831 m。構造上處于水磨溝背斜軸部，巖石破碎，裂隙發育，周圍區域多次發生中強以上地震。泉水沿二疊系砂巖及薄層灰巖中滲出，地下水屬基巖裂隙潛水類型，水溫10℃左右，年變規律明顯，流量1.5L／s，礦化度為0.87g／L，PH 值為7.6。1979年開始觀測水氡，2007年6月進行數字化改造，所用儀器為FD－125型測氡儀。新43泉位于庫爾勒市西霍拉山南麓吉格代布拉克（41°54′N，85°48′E），海拔高度1 090m。構造上處于南天山構造帶北輪臺斷裂帶附近。泉水出露于元古代片麻花崗巖和第三系頁巖交界地帶，水溫20℃，不具有年變規律，流量0.03L／s，礦化度為1.7g／L，PH 值為7.2。2006年投入觀測，2008年由巴州地震局移交給庫爾勒地震臺，氣氡觀測儀器為SD－3A 型測氡儀。多年的資料表明，新43泉氣氡資料對該地區的中強地震有較好的前兆顯示［5］。

表1 震級與水氡異常出現的最大距離關系

2 驗證實例

2.1 反演2013年3月29日烏魯木齊—昌吉交界MS5.6地震

選取2012年1月1日至2013年4月30日新15泉水氡、新43泉氣氡原始日均值數據（圖1），從圖上看，新15泉水氡2012年11月出現異常，氡值明顯高于其他時間；新43泉氣氡2 0 1 3年1月1 1日突然下降11.2Bq／L，2月1日上升5.9Bq／L，現場調查排除儀器和環境因素。

圖1 氡觀測原始數據

根據預測方法，對發震地點和震級做一驗證。考慮表1中震級間隔偏大，為使預測結果更加準確，用內插法得到新的MS－Dmax關系（表2）。

表2 擴展后震級與水氡異常出現的最大距離關系

新15泉與新43泉相距262km，若以各點為圓心，兩點之間距離的一半為半徑做圓，則兩圓相切，其公共部分為一點。若半徑小于131km，則兩圓沒有公共部分。對照表2可知，此次氡觀測異常，預測地震震級不低于5.1。假設震級為5.5，由表2查得，Dmax為174km，分別以新15泉和新43泉為圓心，174km 為半徑做圓得圖2a，兩圓有公共區域，但實際地震并不發生在公共區域內。因此，認為震級偏小，需逐步增加震級大小。假設震級為5.6，查表2 知，Dmax為190km，用上述方法做圓得圖2b。兩圓有公共部分，且實際地震處于公共部分內，認為震級合適。若繼續增大震級，則兩圓公共部分面積會逐步增大，當半徑超過262km 時，兩圓公共部分基本包括了兩點間的廣大區域，因此，可以確定6.1級是此次氡異常預測震級的上限。

圖2 （a）預測發震地點示意圖（假設MS=5.5）；（b）預測發震地點示意圖（假設MS=5.6）

2.2 反演2012年6月30日新源—和靜交界MS6.6地震

圖3 氡觀測數據曲線

圖4 預測發震地點示意圖（假設MS＝6.1）

選取2012年1月1日至2012年10月31日新15泉水氡原始日均值數據，2012年1月1日至2012年8月31日新43泉氣氡小波分析第4階趨勢結果（圖3）［5］，小波分析第4階趨勢結果是利用“基于GIS的地震分析預報系統”MapSIS軟件中的Matlab小波趨勢、細節分析工具，將數據分析為趨勢部分和細節部分，分析結果共6階，對比后選取較好的第4階趨勢結果進行分析。

從圖上看，新15泉水氡4月26日出現異常，氡值顯著上升，明顯高于其他時間；新43泉氣氡4月26日趨勢信號部分的周期相位和幅值發生顯著變化，變化超出了2倍均方差，可以認為是地震前兆。按照2.1節的分析，6.1級應該是預測震級的上限。據此，假設震級為6.1，由表2 查得Dmax為282km，考慮到兩個異常點之間距離實際為262km，分別以新15泉和新43泉為圓心，260km 為半徑做圓（圖4），兩圓有公共區域，且實際地震就發生在公共區域內。

實際地震為6.6級，若根據表2查詢結果，氡異常出現的最大距離應該為410km。對比預測結果發現，預測震級偏小。但實際上，本次地震氡異常出現的最大距離為260km，即約為兩個異常點之間的路離。因此，分析認為，異常點的數量少和相互之間的距離影響了預測結果。

3 結論與討論

（1）文中利用氡觀測資料對發生在新疆的兩次中強地震進行了反演，結果是令人滿意的。力武常次統計研究提出的MS－Dmax預測未來發震的可能區域和震級是準確、可行的。若結合楊紹富等人［5］利用氣氡觀測異常預測發震時間的初步研究成果，有望嘗試取得同時對地震三要素的預測結果。

（2）目前新疆地下流體，尤其是氡觀測臺站數量少，且分布極不均勻。這一現狀造成利用氡觀測預報發震地點和震級方法的結果具有一定局限性，可能會出現2.2節中預測震級偏小等問題。隨著防震減災事業的不斷發展，在觀測點數量增加、布局合理的條件下，該方法預測的發震區域和震級范圍將具有一定的參考價值。

（3）力武常次提出利用各種前兆資料預報發震地點和震級的實用方法，文中利用氡觀測資料進行了初步的探討，認為其他觀測資料，如傾斜、重力、應力應變等也可進行嘗試。若結果可行，則可進一步增強預測地震方法的多樣性，提高預報的準確性。

［1］張煒，史勇，張平.地下水中逸出氣氡的研究：水化地震前兆新項目探索.中國地震，1992，8（1）：18－25

［2］郭增建，秦保燕，李海華.地震活動的倍九日期.地震戰線，1978：4

［3］力武常次.根據前兆現象的經驗公式進行實用性地震預報（2）：地震發生時間.地震譯文集，1989（1）：1－9

［4］姚慶春，閻賢臣.水氡觀測預報發震地點和震級的一種方法.地震預報方法實用化研究文集，北京：地震出版社，1990：374－379

［5］楊紹富，徐長銀.小波分析在庫爾勒地震臺氣氡資料處理中的應用.內陸地震，2011，25（4）：329－333