2014年云南魯甸MS6.5地震前水管傾斜特征分析*

陳俊磊，楊潤海

(云南省地震局，云南 昆明 650224)

2014年云南魯甸MS6.5地震前水管傾斜特征分析*

陳俊磊，楊潤海

(云南省地震局，云南 昆明 650224)

摘要：選取2008年1月1日～2014年9月14日云南省前兆臺網昭通、楚雄等6個臺站的水管傾斜數據，通過對比同一臺站、不同年份的水管傾斜年變曲線，對這6個臺站的水管傾斜年變特征進行研究。對比分析了昭通、昆明等6個臺站的水管傾斜在魯甸MS6.5地震前的響應特征，結果表明：魯甸MS6.5地震前昭通臺水管傾斜EW向和楚雄臺水管傾斜NS、EW向均表現出了一定的異常特征。

關鍵詞：水管傾斜；魯甸MS6.5地震；年變特征

0前言

地震是地殼內應力應變不斷積累的結果，地殼內局部區域應力應變的積累在前兆數據中將有所反應。因此加強對前兆數據的研究可以在一定程度上為地震預報創造有利條件。水管傾斜作為地震前兆觀測手段之一，具有明確的幾何物理意義。位錯理論研究表明，孕震區在地震前后伴隨有重力與形變場的改變(吳翼麟等，1993)。高精度的水管傾斜觀測是一種以地殼傾斜變形觀測為基礎，研究地震物理過程和地球動力學的基本手段，它在大地測量和地球物理領域發揮著重要作用(謝富仁，2006)。對不同臺站的傾斜固體潮分析，可了解震源及其附近地區應力應變積累的情況(段華琛，1991)。

在云南省前兆臺網的監測手段中，水管傾斜儀的安裝比較普遍，DSQ型水管傾斜儀工作穩定，采集的數據質量較高。許多學者利用云南地區的地傾斜數據進行過很多研究，如唐伯雄等(1988)研究楚雄水管傾斜儀觀測的傾斜變化特征，周摯等(1993)對易門地傾斜前兆資料進行過綜合分析，劉仲全(2001)研究了姚安6.5級地震前云南傾斜場變化特征，王永安等(2003)研究了云南地區大震前地傾斜趨勢性異常的典型特征，楊玲英等(2012)對云龍地震臺水管傾斜儀與水平擺傾斜儀進行同震響應對比分析。但對云南水管傾斜的年變曲線特征進行過全面分析的研究較少。傾斜年變曲線更能反映區域應力傾斜分量的緩慢積累與變化，研究其特征有助于判斷在地震前是否出現了異常。

2014年8月3日昭通魯甸發生MS6.5地震，造成了巨大的人員傷亡與財產損失，引起了國內外的廣泛關注。本文選取2008年1月1日～2014年9月14日云南地區昭通、昆明、楚雄等6個臺站的水管傾斜數據進行研究，通過對比這些地傾斜數據年變趨勢，歸納其規律特征，以此了解與局部應力應變有關的地傾斜特征，以期對魯甸MS6.5地震的孕育過程有更進一步的認識。

1地震概況

根據中國地震臺網測定，2014年8月3日16時30分10.2秒，在云南省昭通市魯甸縣龍頭山鎮發生MS6.5地震，震中位置(27.1°N，103.3°E)，震源深度12 km，震中最高烈度達Ⅸ，龍頭山強震儀記錄到最大加速度達948 gal。根據中國地震局地球物理研究所(2014)給出的矩張量反演結果，此次地震為走滑型，地震斷層節面Ⅰ，走向74°，傾角84°，滑動角177°；節面Ⅱ，走向165°，傾角87°，滑動角6°。

根據中國地震局地質研究所(2014)聯合有關研究機構利用最新觀測資料，對魯甸MS6.5地震的發震構造進行了綜合分析，此次地震的發震斷層為北西向包谷垴—小河斷裂，此斷裂是北東向昭—魯斷裂系的北西向次級走滑斷層。因此，此次地震為一次左旋走滑型地震。

2數據分析

水管傾斜在云南前兆臺網中作為較普遍的形變觀測手段之一，其數據記錄穩定、質量較高，并且與地震孕育過程的關系相對較為密切。本文選取2008年1月1日至2014年9月14日水管傾斜數據，由于原始數據一般會有缺數，記為99 999，本文采用簡單的線性插值對原始數據進行處理，缺數太多的年份剔除不用。圖1給出云南前兆臺網部署有水管傾斜儀的臺站分布圖。

圖1云南前兆臺網水管傾斜儀的臺站分布

Fig.1Distribution of stations of water tube tilt in Yunnan Precourcy Network

通過分析實測水管傾斜數據，可以總結出其數據具有以下基本規律：(1)水管傾斜儀容易受溫度、濕度(降水)的影響，因此水管傾斜年變的形態與溫度和降水有一定的相關性(劉其壽等，2010)，不同年份即同一臺站相同測向的水管傾斜曲線隨季節的變化呈現一定的規律性；(2)每套儀器系統的特性不同(楊軍，1998)，因此不同臺站相同測向的記錄曲線形態各異，即不同臺站相同測向的水管傾斜曲線不具規律性；(3)由于區域應力積累而形成的大地形變是一種長期的積累，因此此種形變積累應該包含在年變里；(4)水管傾斜原始記錄每到一年便自動調零，數據的比對長度最長以年為單位，因此本文把同一臺站同一測項數據按照不同年份進行比對。通過總結以上特點，使對數據的分析更合理、更科學，也可以更加清晰地表現出曲線的異常形態，其顯示的異常也更有說服力。

2.1水管傾斜NS向

圖2為2008～2014年昭通、昆明、楚雄、永勝、洱源、云縣6個臺站的水管傾斜NS向曲線對比。從圖中可以看到，昭通臺NS向水管傾斜自2011年開始呈逐漸下降的趨勢，而2012和2013年則比較平穩，一直保持到2014年6月中旬以前，到6月12日即魯甸MS6.5地震前一個半月左右，傾斜量突然增大，其異常是由UPS電源故障導致，如圖2a中的紅圈所示。由于受到這一干擾，昭通臺水管傾斜NS向自2014年6月以后受到一定影響。

受云南前兆臺網密度的限制，加上昭通地處云南東北角，與昭通臺距離最近且架設水管傾斜儀的分別為昆明臺、楚雄臺、永勝臺、洱源臺和云縣臺。這些臺站分布在昭通臺的西南和西向，距昭通臺約300～400 km。西南方向距離昭通臺最近的是昆明臺，直線距離約270 km。2014年昆明臺水管傾斜NS向的形態與2011和2012年的形態基本相似，均比較平緩，沒有表現出特別的上升或下降趨勢。楚雄臺距昭通臺300 km，2014年水管傾斜NS向在形態上與往年相似，而在6月以前表現出比往年偏高的上升幅度，6月后迅速下降到正常水平。云縣臺距昭通臺480 km，2014年水管傾斜NS向形態與2013年基本相似，形態比較平緩。而永勝和洱源臺與昭通臺的距離分別為300 km和400 km，這兩個臺2014年的水管傾斜NS向曲線形態基本與往年相似，形態相對較平緩。綜上所述，魯甸MS6.5地震前，昭通臺受到停電干擾，楚雄臺水管傾斜NS向在2014年表現出了一定的年變畸變，其余臺站均表現正常。

2.2水管傾斜EW向

圖3給出昭通、昆明、楚雄、永勝、洱源和云縣臺的EW向水管傾斜年變曲線。如圖所示，2011～2014年昭通臺水管傾斜EW向的年變曲線表現為：2011至2013年7月傾斜量均為下降，下降幅度逐年減??；2013年8月至2014年變為上升。2009～2011年昆明臺水管傾斜EW向曲線均表現得相對平緩，2012～2014年均表現為明顯的上升趨勢，上升幅度逐年增高。2009～2012年楚雄臺水管傾斜EW向變化均比較平緩，2013年8、9月有明顯下降，10月后有一定回升，但2014年5、6月卻顯示出明顯上升，7、8月后迅速下降的趨勢。2014年永勝臺水管傾斜EW向的形態與往年的形態基本相似。洱源臺水管傾斜EW向自2008年以來，均表現為逐漸上升的趨勢，形態基本相似。自2010年以來，云縣臺水管傾斜EW向每年的年變曲線形態基本相似，只是起伏的幅度有差別，2014年的年變形態沒有明顯畸變。

綜上所述，魯甸MS6.5地震前各臺站水管傾斜EW分量年變曲線特征總體表現為：(1)2013年8月楚雄臺開始出現明顯年變畸變，2009～2012年年變幅度不超過±200×10-3″，但自2013年8月開始傾斜量下降幅達-600×10-3″，為過去幾年的3倍以上，2014年表現為先上升后下降的趨勢，上升值達+600×10-3″；(2)昭通臺自2013年8月至2014年9月14日，年變曲線趨勢均上升，與2011和2012年方向相反；(3)除昭通臺和楚雄臺有同步變化外，其余臺站均無明顯畸變。

通過聯合分析同一臺站傾斜的EW向和NS向，可以研究臺站傾斜的真實方向。楚雄臺2013年EW、NS兩個分量的傾斜均為下降趨勢，尤其自8月開始快速下降。2014年1～6月傾斜的兩個分量均為上升趨勢，6月以后至魯甸地震發生前又快速下降。NS分量下降表明為南傾，EW分量下降表明為西傾(蔣靖祥等，2005)，所以楚雄臺2013年的傾斜方向是西南，尤其在8月為快速西南向傾斜。2014年1～6月傾斜分量均表現為上升，即為東北向傾斜，6月以后至魯甸地震發生前又快速變為西南向傾斜。地形傾斜變化的過程與介質所受應力變化的過程有緊密聯系，這種地形傾斜的快速變化是由應力的變化引起。但是造成此地形傾斜變化的應力作用是非常復雜的?？傮w上應力積累區與相鄰地震的應力環境相同(程建武等，2013；沈旭章，2013)。

前文分析表明，在所選臺站中楚雄臺水管傾斜年變在魯甸地震前表現出一定的畸變特征。為了甄別這種年變畸變與氣象三要素的關系，筆者作進一步分析。如圖3所示，2013和2014年楚雄臺最低氣溫約5 ℃，最高氣溫約37 ℃，可見氣溫對測洞內的溫度影響不大。2013年10～12月氣壓有一個擾動，類似的擾動于2014年1、4和5月均有出現，其變化與2013和2014年水管傾斜變化趨勢沒有明顯相關性。2013年5月出現最大降雨，最大降雨量200 mm，2014年基本無降水，2013和2014年楚雄臺地表降水均偏少，測洞內的濕度變化不會太大，即2013和2014年楚雄臺水管傾斜儀受降水的影響較小。唐伯雄等(1988)對楚雄臺水管傾斜的傾斜變化特征作了詳細研究，并給出了氣象三要素對楚雄臺水管傾斜的影響。由圖4中可知：氣象三要素的變化很難引起2013年8月至2014年9月14日楚雄臺如此明顯的水管傾斜年變畸變。

圖5為楚雄臺2009年1月1日至2014年9月14日水管傾斜去掉趨勢后的年變曲線。由圖可知，2009年至2013年8月楚雄臺水管傾斜NS和EW向年變曲線均比較規律，2013年8月至2014年9月14日年變曲線則變得不規律，變化幅度以及形態與常年均有較大差別。畸變的時間與昭通臺水管傾斜EW向出現反向的時間吻合，說明二者具有時間同步的關系。但可惜的是昭通臺水管傾斜NS向受斷電干擾，年變趨勢受到影響，已不能用于驗證這一結論。

圖5楚雄臺水管傾斜NS(a)和EW(b)向去趨勢的年變曲線對比

Fig.5Comparison of annual variation of water tube tilt in NS(a)and EW(b)after

removing the trend at Chuxiong Station

3結論

通過對魯甸MS6.5地震前，云南前兆臺網昭通、楚雄等6個臺站的水管傾斜年度曲線特征分析，我們可以得到以下結論：

(1)魯甸MS6.5地震前楚雄臺水管傾斜NS和EW向都分別表現出與昭通臺同步的年變畸變，距離更近的昆明臺和其它方向上的臺站卻表現正常。說明同步變化與距離和方位的關系并不直接。而且這種表現是否偶然，或是具有某種構造上的聯系，就目前的儀器布設密度還難以斷言。

(2)昭通臺地傾斜NS與EW向趨勢，自2013年8月起均出現明顯反向，表明在魯甸MS6.5地震前，該地區存在顯著的局部應力調整及變化。

感謝云南省監測中心前兆臺網提供的數據支持，感謝昭通臺提供的觀測說明。

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Basing on the water tube tilt data recorded by Zhaotong Station，Chuxiong Station etc.in Yunnan Precursor Network from Jan.1，2008 to Sep.14，2014，we compared the annual variation of water tube tilt at the same station in different years，and found the annual feature of water tube tilt at six stations.Then we analyzed the response of water tube tilt recorded by Zhaotong Station，Chuxiong Station etc.before LudianMS6.5 earthquake.The result shows that there appeared some abnormal feature on water tube tilt at Zhaotong Station and Chuxiong Station before the earthquake.

Key words：water tube title；LudianMS6.5 earthquake；annual variation characteristic

*收稿日期：2014-10-21. 基金項目：云南省地震局青年基金(201310)資助.

中圖分類號：P315.6

文獻標識碼：A

文章編號：1000-0666(2015)03-0401-07

Analysis of Water Tube Tilt Feature before LudianMS6.5 Earthquake in 2014

CHEN Jun-lei，YANG Run-hai

(Earthquake Administration of Yunnan Province，Kunming 650224，Yunnan，China)

Abstract