2013年云南洱源5級雙震的中短臨異常特征和短臨預測研究＊

楊 芬薛 艷金明培

1）中國地震局滇西地震預報實驗場，云南大理671000

2）中國地震局地球物理研究所，北京100081

3）中國地震臺網中心，北京100045

2013年云南洱源5級雙震的中短臨異常特征和短臨預測研究＊

楊 芬1）薛 艷2，3）金明培1）

1）中國地震局滇西地震預報實驗場，云南大理671000

2）中國地震局地球物理研究所，北京100081

3）中國地震臺網中心，北京100045

摘 要云南洱源2013年3月3日MS5.5和4月17日MS5.0地震前，滇西實驗場（24°～28°N，98°～102°E）在地震活動性震兆、地震短臨動態跟蹤綜合預測方案指標和地下流體前兆等方面，均存在中短臨異常現象。地震活動性方面的異常有，云南自2008年以來M≥4.8地震成條帶分布，且存在MS≥5.0地震背景性空區；滇西實驗場小震平靜異常；中甸窗口地震和程海斷裂窗口地震中期震兆異常；洱源ML3.6前兆震群短臨震兆異常。滇西實驗場地震短臨動態跟蹤綜合預測方案于2012年10月20日達到中期預測指標，且分別于2012年12月25日和2013年3月30日達到短臨預測指標。在短期階段，地下流體于2012年12月～2013年1月出現同測點不同測項的同步性異常和不同測點同測項的同步性異常現象。在長、中、短、臨漸進式預報思路的指導下，綜合分析以上異常，在時間上進行逐步逼近，于2013年2月對洱源2013年3月3日MS5.5和4月17 日MS5.0雙震作出了地震三要素的短臨預測。

關鍵詞洱源5級雙震；中短臨異常特征；短臨預測；地震三要素

中圖分類號：P315.72；

文獻標識碼：A；

doi：10.3969/j.issn.0235-4975.2015.04.004

收稿日期：＊2014-08-28；修回日期：2014-12-04。

基金項目：2013年云南省地震局繼續深入推進預防和處置地震災害能力建設10項重點工程課題資助。

AbstractSeismicity anomalies such as seismic belts and gaps of earthquakes of M≥4.8 in the region（24°～28°N，98°～102°E），seismic quiescence in north-west Yunnan，seismic windows in Zhongdian and Yongsheng and the anomaly earthquake swarm in Eryuan，as well as different underground fluid parameters synchronously appeared in different stations were found before the Eryuan earthquakes of MS5.5and MS5.0on March 3and April 17，2013. The synthetic decision scenario of the Western Yunnan Earthquake Prediction Study Area （WYEPSA）and its adjacent area reached the threshold value on December 25，2012and March 30，2013.Then the successful 3-month short-term prediction for this earthquake was made on February 28，2013.We try to review and introduce this case，because it may be helpful for pridicting the next event.

Keywordsthe 2013Eryuan earthquakes of MS5.5and MS5.0；medium to short-term anomaly feature；short-term prediction；three elements of earthquake

引言

2013年3月3日云南洱源發生MS5.5地震，45天后（4月17日）再次發生MS5.0地震。據云南省地震局地震現場災評組報告（云震發[2013]44號文和云震發[2013]82號文），這組雙震造成44人受傷，其中重傷1人，受災人口達16.447萬人，直接經濟損失9.167 8億元。根據云南省地震局監測預報處通報的2013年全省預報效能評比情況，滇西地震預報實驗場對這兩次地震作出了地震三要素的短臨預測，獲得云南省地震局2013年預報效能評比第二名。

作為此次地震預測意見的決策人，筆者及時對這組地震的預測思路、預測方法和預測指標做了系統的回顧與總結，以便更好地指導今后的地震預測預報工作，繼續發揮滇西實驗場地震短臨動態跟蹤綜合預測方案在地震短臨跟蹤工作中的作用。

此次地震預測意見是對長、中、短、臨漸進式預報思路的實踐和運用。滇西實驗場地震短臨動態跟蹤綜合預測方案為地震短臨預測提供了定量的預測依據，地震活動性時

空活動異常指標和地下流體前兆同步性異常指標，為短臨預測提供了定性的預測依據。定量和定性分析相結合，提高了短臨預測的準確率，定量預測是基礎，定性預測則為補充依據。

1　洱源構造背景與歷史地震

洱源地區（25.50°～26.54°N，99.36°～ 100.40°E）位于云南西北部，其所屬的中甸—大理地震帶是云南地區7個M≥6.0強震地震帶之一[1]，是M≥6.0強震主體活動區域。該地區活動斷裂豐富（圖1），著名的紅河斷裂展布其間，次一級斷裂有通甸—巍山斷裂、龍蟠—喬后斷裂、麗江—劍川斷裂、鶴慶—洱源斷裂[2]。此區域地震活躍，是云南中強震頻發地區。

圖1　洱源1500年以來MS≥5.0地震分布

洱源地區自1500年以來，共發生MS≥5.0地震36次（余震不計，雙震或震群計一次），其中5.0～5.9級26次，6.0～6.9級9次，7.0～7.9級1次（圖1）。6級以上地震共發生了10次，即1515年6.0級、1623年6.2級、1688年6.2級、1751年6.8級、1839年6.2級雙震、1876年6.0級、1901 年6.5級、1925年7.0級、1948年6.2級、1963年6.0級。36次地震中雙震有3組，即1839年2月7日和23日6.2級雙震、1977年3月17日5.4級和5.2級雙震、2013年3 月3日5.5級和4月17日5.0級雙震。這3組雙震都發生在洱源縣界內。

2　中期異常

2.1云南2008年以來M≥4.8地震成條帶分布

2008年以來，云南及鄰區M≥4.8地震成NEE向條帶分布，帶上存在兩個空段（圖2），這兩個活動空段歷史上曾發生過MS≥

5.0地震。因此認為以上兩個活動空段為MS≥5.0地震的背景性空區，存在發生強震的危險。

2.2滇西實驗場小震平靜異常

圖3是滇西實驗場（24°～28°N，98°～102°E）ML3.0～4.9地震年頻次圖（不包括中強震的余震），同時標注了該區MS≥5.5地震。可以看出，1965年以來共出現9組年頻次低于60次的現象，其中僅有1次低值（1982年）后沒有發生MS≥5.5地震，其余8次在低值持續過程中或異常結束后均發生了1次或多次MS≥5.5地震。當ML3.0～4.9地震年活動頻次連續3年低于60次時（圖3紅色標注部分），其后會發生多次MS≥5.5地震。MS≥5.5地震發生在低頻度出現1年后或連續幾年低頻度后。

圖3　滇西實驗場1965年以來ML3.0～4.9地震年頻次圖

2012年ML3.0～4.9地震年頻次出現低值異常（51次），因此認為滇西實驗場2013年存在發生MS≥5.5地震的危險。2013年3月3日洱源發生MS5.5地震。

2.3中甸地震窗

青藏高原板塊運動是云南地區SSE方向運動的構造力源，中甸地區是這種力源作用的受力前沿區域，此區域的中等地震活動是區域應力場作用增強的一個信號。

1968年以來，中甸地震窗（中甸—劍川斷裂帶以東至100.13°E，北起28.23°N，南至27.58°N范圍）共發生10組中等地震（3.6≤ML≤4.5），其中9組中等地震活動結束后的12個月內滇西實驗場發生了MS≥5.0地震（表1），在這9組中有6組結束后3個月內發震，1組結束后3～6個月發震。

表1　中甸3.6≤ML≤4.5地震與滇西實驗場MS≥5.0地震對應關系表

續表1　

2012年8月22日中甸發生ML3.7地震，6個多月后發生洱源MS5.5地震。

2.4程海斷裂地震窗

程海斷裂4級地震與滇西實驗場MS≥5.0地震具有一定的相關性。據統計，1966年以來，程海斷裂共發生10組4級以上地震，其中有7組地震后的12個月內滇西實驗場發生了MS≥5.0地震（表2），而在這7組中有3組結束后3個月內發震，4組結束后3～11個月發震。

2013年2月22日程海斷裂發生ML4.3地震，9天后發生洱源MS5.5地震。

表2　1966年以來程海斷裂與滇西實驗場MS≥5.0地震對應關系表

2.5滇西實驗場地震短臨動態跟蹤綜合預測方案達到中期異常指標

2.5.1滇西實驗場地震短臨動態跟蹤綜合預測方案地震分級預警模式

利用數學模型公式（1）、（2）和（3），對已通過R信度檢驗的8條單項前兆異常指標（表3）進行綜合計算處理，形成滇西實驗場MS≥5.0地震危險性綜合概率值[3]。選用通過R檢驗的8條單項前兆異常指標異常臺項數（Yi）作為基本參量（有異常為1，無異常為0），用相應權重（Wi）集成方法對其進行綜合計算處理。綜合概率為：

各參數的權重由對實際預報的貢獻大小決定：

式中n＝1，2，…，8。 Ei表示地震虛報率和漏報率之和：

表3　滇西實驗場MS≥5.0地震危險性綜合判定量化指標預報效能參數表

利用地震分級預警模式分別建立了滇西實驗場區中期預測和短臨預測的判定原則。以下為地震分級預警模式的判定原則：

（1）綜合概率值達到異常指標（0.53），為黃色預警，意味著滇西實驗場區6個月內存在發生MS≥5.0地震的危險，進入中期預測起報階段。

（2）綜合概率值達到異常指標（首要條件），且同時8條指標異常中有一個水汞測項和一個固體CO2測項達標（必要條件），為紅色預警，表明滇西實驗場區3個月內存在發生MS≥5.0地震的危險，進入短臨預測起報階段，同時滿足以上條件的時間為起報時間。

2.5.2滇西實驗場地震短臨動態跟蹤綜合預測方案達到中期異常指標

圖4給出了1992年以來綜合概率值隨時間的變化曲線，并標注了滇西地區MS≥5.0的地震。表4列出了1992年以來綜合概率值達到預報閾值0.53的時間及其后滇西地區MS≥5.0的地震。可以看出，當綜合概率值達到0.53時，其后6個月左右滇西實驗場區存在發生MS≥5.0地震的危險性，一般對應2次5.0≤MS＜6.0地震或1次MS≥6.0地震，只有1996年和1997年麗江余震例外。綜合指標漏報了2001年楚雄MS5.1、2009年賓川MS5.0、2010年元謀MS5.1和2012年寧蒗MS5.7地震。綜合指標對應率

為16/20＝0.80，概括率為16/18＝0.89，R實＝0.414，R理＝0.236，R實＞R理。統計中規定4個月內的地震視為一組地震。

圖4　滇西實驗場MS≥5.0地震危險性綜合概率值

表4　滇西實驗場綜合概率值和MS≥5.0地震相關性統計表

1992年以來綜合概率值對應MS≥5.0地震16次，其中6次應震時間小于3個月，10次應震時間在3～6個月，最長應震時間為6.2個月，最短應震時間為0.3個月，平均應震時間為3.5個月。滇西實驗場MS≥5.0地震危險性綜合概率值對滇西實驗場區MS≥5.0地震的中期（6個月內）預測有較好的指導意義。

表4中，最大概率值是指8項前兆指標中出現異常的所有指標概率值的總和，概率值總和出現時間為最大概率值出現的時間；達標概率值是指8項前兆指標中出現異常的指標概率值之和突破預報閾值0.53時的值，綜合概率值達到預報閾值0.53的時間為概率值達標時間。

2012年10月20日綜合概率值達到0.655 6（圖4和表4），超過預報閾值0.53，預示著6個月內滇西實驗場存在發生MS≥5.0地震的危險。本次洱源地震的發生符合這個規律（達到閾值后4.4個月發震）。

3　短臨異常

3.1滇西實驗場地震短臨動態跟蹤綜合預測方案達到短臨異常指標

震例總結顯示（表5），當綜合概率值達到預測閾值（首要條件），同時8條異常中有一個水汞測項和一個固體CO2測項達標（必要條件），則進入短臨預測起報階段（同時滿足以上條件的時間為起報時間），預測滇西實驗場區3個月內存在發生MS≥5.0地震的危險性。

1992年以來，同時滿足首要條件和必要條件的共有20次，其中16次對應MS≥5.0地震（統計中約定，在4個月內發生的多次地震視為一組地震），對應率為16/20＝0.80。其中5次應震時間小于1個月，6次應震時間在1～3個月，5次應震時間在3～4.8個月，平均應震時間為2.3個月。漏報了2001年楚雄MS5.1、2009年賓川MS5.0、2010年元謀MS5.1和2012年寧蒗MS5.7地震，概括率為16/18＝0.89，R實＝0.573，R理＝0.236，R實＞R理。顯然，滇西實驗場MS≥5.0地震綜合預測方案對滇西實驗場區MS≥5.0地震3個月內短臨預測有較好的指導意義。

2012年10月20日綜合概率值達到0.655 6（圖4和表4），突破預報閾值0.53，首要條件已滿足。下關水汞日均值變化速率在2012年11月21日達到跟蹤指標預測閾值，鶴慶固體CO2日均值一階差分在2012 年12月25日達到跟蹤指標預測閾值，必要條件也已滿足（表5）。因此2012年12月25日已具備進入短臨預測的條件。時隔2.2個月發生2013年3月3日洱源MS5.5地震。

2013年3月30日綜合概率值為0.548 6（圖4和表4），再次突破預報閾值0.53，首要條件已滿足。下關水汞日均值變化速率在2013年3月18日達到跟蹤指標預測閾值，下關固體CO25日均值一階差分于2013年3月20日達到跟蹤指標預測閾值，必要條件也已滿足（表5）。因此2013年3月30日再次具備進入短期預測的條件。18天后（2013 年4月17日）發生洱源MS5.0地震。

3.2地下流體前兆同步性異常

當震中附近的震源應力場變化、蠕動傳播以及應變遞次讓位等震源演化過程出現，必將作用和牽連處于同一孕震應力-應變場作用下的多個應力集中點產生相應活動和演化。因此，在同一孕震應力-應變場作用下，會觀測到前兆同步性異常現象[4-6]。本文對前兆異常的同步性定義為：不同測項30天內同時達到異常指標值[6]。

3.2.1同測點不同測項的同步性異常

（1）下關水汞、水氡和PH值同步性異常。

下關水汞2012年12月22日出現499ng/L高值異常。下關水氡2012年12月30日出現6.4Bq/L低值異常。下關PH值2013年1月11日出現6.3低值異常。即下關3個測項在本次洱源MS5.5地震前出現同步性異常（圖5）。

表5　滇西實驗場綜合概率值、水汞和固體CO2達標時間與MS≥5.0發震時間統計表

（2）鶴慶水氡和固體CO2同步性異常。鶴慶測點2個測項在2012年12月底至2013年1月初出現同步性異常（圖6）。其中鶴慶水氡2012年12月27日出現22.6Bq/L高值異常，鶴慶固體CO22013年1月14日出現191mg/L高值異常。

（3）龍陵水氡、水溫和流量同步性異常。龍陵水氡2012年12月3日出現557Bq/L高值異常。龍陵水溫5日均值變化速率在2012年12月20日出現0.012 7℃高值異常。龍陵流量日均值一階差分2012年12月24日出現0.001 33L/s高值異常。即龍陵測點

3個測項在2012年12月出現同步性異常（圖7）。

圖5　下關測點水汞（a）、水氡（b）和PH值（c）日均值變化

圖6　鶴慶測點水氡（a）和固體CO2（b）日均值變化

3.2.2不同測點同測項同步性異常

（1）洱源和下關水汞同步性異常。圖8顯示，當洱源水汞日均值≥20ng/L時，300km內存在發生MS≥5.0地震的危險性。2012年12月16日洱源水汞出現20.8ng/L高值異常。下關水汞2012年12月22日出現499ng/L高值異常（圖5a）。洱源和下關水汞出現同步性異常變化。

（2）龍陵、鶴慶和下關水氡同步性異常。龍陵、鶴慶和下關水氡在2012年12月出現同步性異常變化。其中，龍陵水氡2012 年12月3日出現557Bq/L高值異常（圖7a），

鶴慶水氡2012年12月27日出現22.6Bq/L高值異常（圖6a），下關水氡2012年12月30日出現6.4Bq/L低值異常（圖5b）。

圖7　龍陵測點水氡（a）、水溫（b）和流量（c）變化

圖8　洱源測點水汞日均值變化

3.3洱源發生3級前兆震群

2013年3月3日0時52分洱源發生ML3.6震群。該震群發生在鶴慶—洱源斷裂上，共發生ML≥1.0地震31次，其中1.0～1.9級23次，2.0～2.9級3次，3.0～3.9 級5次。該震群最后一次地震發生在2013 年3月3日7時25分，6小時16分后，洱源發生MS5.5地震（圖9）。洱源MS5.5地震與該ML3.6震群僅相距30km。

圖9　洱源ML3.6震群和MS5.5地震分布

4　結論

綜上所述，在洱源MS5.5地震前，地震活動和前兆觀測在孕震的不同階段，即中期（3～12個月）和短臨（≤3個月）階段均出現了較為顯著的異常，小結如下：

（1）地震活動性方面，中期異常為：云南自2008年以來M≥4.8地震成條帶分布，且存在MS≥5.0地震的背景性空區，滇西實驗場小震平靜異常，并發生中甸窗口地震和程海斷裂窗口地震；短臨異常為洱源ML3.6震群。

（2）滇西實驗場地震短臨動態跟蹤綜合預測方案于2012年10月20日達到中期預測指標，且分別在2012年12月25日和2013年3月30日達到短臨預測指標。

（3）在短期階段，地下流體于2012年12月～2013年1月出現同測點不同測項的同步性異常和不同測點同測項的同步性異常現象。

基于以上異常，筆者于2013年2月進行了短臨預測，預測時間2013年3月1日～5月31日，地點一，以（26.15°N，100.44°E）為中心點，半徑100km范圍內；地點二，以（26.28°N，103.22°E）為中心點，半徑100km范圍內；預測強度MS5.5～6.4。洱源2013年3月3日MS5.5（震中位置：25.9°N，99.7°E）和4月17日MS5.0（震中位置：25.9°N，99.8°E）地震的發生，表明預測的時間、地點和強度三要素較為準確。

強地震的孕育、發生是一個非常復雜的過程，經歷不同的發展階段。在地震的孕育過程中，以應力-應變為主的力學過程通過不同形式的能量轉換，以多種地球物理和化學等異常變化表現出來，因而地震前兆具有階段性、多樣性和復雜性。我國地震預報的基本思路是長、中、短、臨相結合的綜合預測[7]。震例研究表明，地震活動的增強、平靜、地震空區、地震條帶和震群等異常，在強震前具有較強的普適性[8-11]，且對強震地點具有較好的指示意義，但地震活動性異常多以長期背景異常和中短期異常為主。地下水動態觀測（包括水物理和水化學）在7級以上大震前存在中長期趨勢異常，而對于5～6級地震，趨勢異常數量少，地下水動態異常則更多地表現為短期或短臨異常[7]。滇西實驗場地震短臨動態跟蹤綜合預測方案就是在選取的預測效能通過R信度檢驗的8條單項流體異常的基礎上，利用數學模型進行綜合處理，建立了分級預警模式。此外，本文還強調了在短臨階段，地下水動態觀測的不同測點的相同測項和同一測點的不同測項出現同步異常。

（作者電子信箱，楊芬：yangfen710806@sina. com）

參考文獻

[1]毛玉平，韓新民.云南地區強震（M≥6）研究.昆明：云南科技出版社，2003

[2]劉光勛，李方全，李桂榮.我國滇西北地震活動區的活動構造與應力狀態.地震地質，1986，8（1）：3-16

[3]楊芬，吳國華.滇西實驗場地震短臨動態跟蹤綜合預測方案.國際地震動態，2012（12）：8-15

[4]楊芬，金明培，趙家本，等.滇西實驗場水汞同步性異常與中強地震的關系.國際地震動態，2009（5）：14-20

[5]趙洪聲，蘇有錦，張立.云南地震前兆與短臨預報.地震研究，2000，23（1）：12-22

[6]付虹，李永莉，趙小艷，等.云南M≥5地震震前異常的統計特征.地震研究，2008，31（4）：35-39

[7]梅世蓉，馮德益，張國民.中國地震預報概論.北京：地震出版社，1993

[8]梅世蓉，宋治平，薛艷.中國巨大地震前地震活動環形分布圖像與規律.地震學報，1996，18（4）：413-419

[9]薛艷，劉杰，梅世蓉，等.汶川8.0級地震前地震活動異常特征.地震學報，2009，31（6）：12-25

[10]程萬正.對永勝6級地震的預報及依據.四川地震，2002（3）：10-15

[11]石紹先.2003年云南大姚6.2級地震預測及其科學依據.地震研究，2005，23（1）：3-7

Medium to short-term anomaly features and prediction practice of the 2013 Eryuan earthquakes of MS5.5 and MS5.0，Yunnan，China

Yang Fen1），Xue Yan2，3），Jin Mingpei1）

1）Western Yunnan Earthquake Prediction Study Area，CEA Dali 671000，Yunnan，China

2）Institute of Geophysics，CEA，Beijing 100081，China

3）China Earthquake Networks Center，Beijing 100045，China