2014年云南盈江MS6.1、魯?shù)镸S6.5、景谷MS6.6地震前通海臺垂直擺傾斜儀異常變化特征分析＊

蔣 薇 楊銘昌 王華柳 楊學(xué)慧 姚 遠(yuǎn) 徐 金

（云南省地震局通海地震臺，云南通海 652700）

2014年云南盈江MS6.1、魯?shù)镸S6.5、景谷MS6.6地震前通海臺垂直擺傾斜儀異常變化特征分析＊

蔣 薇 楊銘昌 王華柳 楊學(xué)慧 姚 遠(yuǎn) 徐 金

（云南省地震局通海地震臺，云南通海 652700）

對云南省通海地震臺垂直擺傾斜儀觀測資料在2014年云南盈江MS6.1、魯?shù)镸S6.5、景谷MS6.6地震前出現(xiàn)的異常進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，通海臺傾斜儀在震前出現(xiàn)明顯的中期、短臨異常，有明顯的趨勢轉(zhuǎn)折、破年變、矢量反向、速率超2倍均方差等現(xiàn)象。

盈江MS6.1地震；魯?shù)镸S6.5地震；景谷MS6.6地震；垂直擺傾斜儀；異常特征

引言

2014年，云南在4個(gè)多月的時(shí)間里發(fā)生了3次6級以上地震。讓廣大人民的生命財(cái)產(chǎn)遭受了巨大的損失。2014年5月30日云南盈江發(fā)生MS6.1地震，震中（25.0°N，97.8°E）。極震區(qū)烈度Ⅷ度，震源深度12km。震中距云南省通海地震臺約520km。2014年8月3日云南魯?shù)榘l(fā)生MS6.5地震，震中（27.1°N，103.3°E）。地震最大烈度Ⅶ度［1］，震源深度10km。震中距云南省通海地震臺約340km。2014年10月7日云南景谷發(fā)生MS6.6地震，震中（23.4°N，100.5°E）。極震區(qū)烈度Ⅷ度，震源深度5km。震中距云南省通海地震臺約240km（圖1）。3次地震前云南省通海地震臺垂直擺傾斜儀均出現(xiàn)了明顯的趨勢異常和短臨異常。本文利用多種數(shù)學(xué)方法對這次前兆異常特征進(jìn)行了分析研究，希望對其變化規(guī)律有進(jìn)一步的認(rèn)識，積累更多的震例分析，增加對今后地震監(jiān)測短臨異常辨別判斷的依據(jù)。期待我們的工作能為云南這個(gè)地震頻發(fā)的地區(qū)提供更好的服務(wù)。

圖1 通海地震臺及震中位置圖

1 臺址及儀器概況

云南省通海地震臺位于云南省昆明市以南100km的通海縣境內(nèi)，屬南北地震帶南端小江斷裂帶西支，有NW向的曲江斷裂和NS向的小江斷裂經(jīng)過并在其附近交匯，斷裂構(gòu)造發(fā)育。歷史上該地區(qū)發(fā)生過多次6級以上地震，最近的1次為1970年1月5日在云南通海發(fā)生的MS7.8地震。

云南省通海地震臺山體基巖為白云質(zhì)灰?guī)r，觀測洞室覆蓋厚度23m，洞深54m。山洞內(nèi)干燥，儀器墩基直接澆灌在基巖上。傾斜儀采用武漢地震科學(xué)儀器研究院研制的VS垂直擺傾斜儀，采樣率為1次/min。傾斜儀于2008年11月安裝，2008年12月記錄就已經(jīng)穩(wěn)定，能清晰地記錄到固體潮。通海臺從安裝儀器至今，除2009年11月12日～2010年2月12日NS分量儀器故障外，其余時(shí)段儀器觀測正常，無故障。記錄連續(xù)，年變清晰［2］。

2 異常特征分析

地震的孕育發(fā)生過程實(shí)質(zhì)上是地殼承受的最大變形極限和最大變形速度的反映。因此，識別地震前兆變形的關(guān)鍵性問題是研究變形過程的基本特征——變形幅度和速度［3］。在2014年云南發(fā)生的3次6級以上地震前，通海臺垂直擺傾斜儀觀測到了地震前兆變形現(xiàn)象——變形加速及形態(tài)異常，并對這個(gè)異常用以下幾種方法作了進(jìn)一步的分析。

2.1 年變畸變分析

自然環(huán)境變化引起變形的年變化形態(tài)較為緩和，而與地震斷層失穩(wěn)活動(dòng)相關(guān)的變形則往往具有加速變形的特征［3］。在排除了其他干擾因素后，則要考慮為地震前的異常信息。雖然通海臺垂直擺傾斜儀的觀測資料時(shí)間不是很長，但是，它具有明顯的年變規(guī)律，兩個(gè)分量年變化幅度在2012年前變化相似，平均年變幅NS分量2.5″，EW分量1.0″（表1）。從2013年開始，兩個(gè)分量年變化幅度同時(shí)減小，比之前的平均年變幅減小了1/2～1/3。而2014年的年變幅則達(dá)到觀測6年來的最小值，屬于地震前趨勢異常變化。

表1 通海臺垂直擺傾斜儀2009—2014年年變幅情況表

2.2 趨勢異常和短臨異常分析

2.2.1 云南盈江MS6.1地震前異常分析

云南省通海臺垂直擺傾斜儀NS分量幾年來年變呈現(xiàn)出一直向北變化的趨勢。而從2013年10月22日開始到2014年4月16日出現(xiàn)了破年變反向異常，轉(zhuǎn)向南傾，異常持續(xù)時(shí)間近6個(gè)月（圖2）。這大大超出了從2009年觀測以來反向異常的持續(xù)時(shí)間（之前的5次反向異常持續(xù)時(shí)間都在1個(gè)月內(nèi)），屬于地震前趨勢異常變化。反向異常結(jié)束后1個(gè)多月，在2014年5月30日發(fā)生云南盈江MS6.1地震。

2014年盈江MS6.1地震前，云南省通海臺垂直擺傾斜儀只出現(xiàn)趨勢異常：兩分量年變化幅度在震前1年同時(shí)出現(xiàn)大幅減小，持續(xù)到2014年，且年變更小；NS分量震前7個(gè)月出現(xiàn)持續(xù)6個(gè)月的反向異常。

2.2.2 云南魯?shù)镸S6.5地震前異常分析

云南盈江MS6.1地震結(jié)束后2個(gè)月，在8月3日云南魯?shù)橛职l(fā)生MS6.5地震。魯?shù)榈卣鸢l(fā)生在通海垂直擺傾斜儀NS分量破年變反向異常結(jié)束后3個(gè)多月。在魯?shù)榈卣鹎埃站捣至繄D在7月份出現(xiàn)明顯的異常波動(dòng)，從分鐘值圖分析，分鐘值分量圖在7 月6日開始出現(xiàn)5次向北方向抬升的固體潮畸變大幅波動(dòng)，這個(gè)異常是自垂直擺傾斜儀觀測以來沒出現(xiàn)過的。同時(shí)，EW分量也在7月份出現(xiàn)類似異常變化，只是變化幅度較小（圖3），而且EW分量在7月22日至8月1日出現(xiàn)大幅的反向東傾異常（魯?shù)樵谕ê５臇|北邊），9天的變化幅度多于120ms，是2014年平均日變幅的10倍，達(dá)到觀測6年來的最高值（圖4），屬于地震前短臨異常變化。魯?shù)镸S6.5地震發(fā)生在EW分量幅度加劇異常開始后12天。

圖2 通海臺垂直擺傾斜儀2009—2014年年變曲線圖

圖3 通海臺垂直擺傾斜儀2014年7月1日至8月5日分鐘值分量圖

圖4 通海臺垂直擺傾斜儀2014年1～10月日均值分量圖

2014年云南魯?shù)镸S6.5地震前，云南省通海臺垂直擺傾斜儀觀測到了趨勢異常和短臨異常：兩分量年變化幅度在震前1年同時(shí)出現(xiàn)大幅減小的趨勢異常，并持續(xù)到2014年，且年變更小；NS分量震前9個(gè)多月出現(xiàn)持續(xù)6個(gè)月的反向異常；兩分量震前1個(gè)月出現(xiàn)固體潮畸變短臨異常，EW分量震前12天出現(xiàn)反向異常（反向的方向指向震中）且變化幅度加劇的短臨異常。在兩分量出現(xiàn)的異常中，以NS分量震前1個(gè)月出現(xiàn)固體潮畸變異常，還有EW分量震前12天出現(xiàn)反向東傾且變化幅度加劇的短臨異常最為突出。

2.2.3 云南景谷MS6.6地震前異常分析

云南魯?shù)镸S6.5地震結(jié)束后2個(gè)月，在10月7日云南省景谷又發(fā)生MS6.6地震。在震前1個(gè)半月，云南省通海臺垂直擺傾斜儀分鐘值分量圖NS分量在8月24日開始，出現(xiàn)6次向北方向抬升的固體潮畸變大幅波動(dòng)，與魯?shù)榈卣鹎爱惓Ｗ兓愃疲皇亲兓壬孕。⑶襈S分量從9月24日開始又出現(xiàn)了大幅反向異常，轉(zhuǎn)向南傾（景谷在通海的西南邊）。到10月1日共8天變化幅度多于200ms，是2014年平均日變幅的10多倍，達(dá)到觀測6年來的最高值（圖5）。幅度加劇并反向的短臨異常才開始13天就發(fā)震。EW分量則持續(xù)7月22日以來的反向異常。在震前幾天也出現(xiàn)幅度加劇的現(xiàn)象，但沒有魯?shù)镸S6.5地震前的變化幅度大。

2014年云南景谷MS6.6地震前，云南省通海臺垂直擺傾斜儀觀測到了趨勢異常和短臨異常：兩分量年變化幅度在震前1年同時(shí)持續(xù)大幅減小的趨勢異常，并持續(xù)到2014年且年變更小；兩分量震前1個(gè)半月出現(xiàn)固體潮畸變短臨異常，NS分量震前10多天出現(xiàn)反向異常（反向的方向指向震中）且變化幅度加劇的短臨異常；EW分量震前幾天也出現(xiàn)幅度加大的短臨異常。在兩分量出現(xiàn)的異常中，以NS分量震前12天出現(xiàn)反向南傾且變化幅度加劇的短臨異常最為突出。

2.3 差分法異常分析

單分量測值的一階差分反映的是該分量形變速率的變化，是抑制較長周期變化，突出前兆信息的有效方法。可能反應(yīng)地殼介質(zhì)的應(yīng)力變化過程中的較高頻擾動(dòng)部分，多屬短臨前兆［4］。具有一定的短臨異常指示意義。通海臺垂直擺傾斜儀兩分量在2014年變化形態(tài)較往年不同，為了更加明顯地體現(xiàn)異常的變化形態(tài)，用EIS2000程序，對2014年通海臺傾斜儀日均值進(jìn)行加速度檢驗(yàn)，從圖6可以看出，通海臺傾斜儀兩個(gè)分量在2014年5月30日盈江地震前沒有出現(xiàn)明顯異常變化，而在8月3日魯?shù)椤?0月7日景谷地震前1個(gè)月出現(xiàn)異常變化，速率加快超出2倍均方差線。這跟3次地震的震中距有關(guān)：盈江地震的震中距大于500km，而魯?shù)楹途肮鹊卣鸬恼鹬芯嘣?00～300km范圍。地傾斜觀測一般在震中距300km左右是可以觀測到一定的前兆信息，對6級以上地震來說，震中距在200km范圍內(nèi)，異常反應(yīng)更為顯著［5］。所以，盈江地震前沒有出現(xiàn)異常變化，而魯?shù)楹途肮鹊卣鹎爱惓Ｃ黠@這一現(xiàn)象就得到了解釋。

圖5 通海臺垂直擺傾斜儀8月20日至10月7日分鐘值分量曲線圖

圖6 通海臺垂直擺傾斜儀2014年一階差分分量圖

圖7 通海臺垂直擺傾斜儀2014年1～10月日均值矢量圖

在魯?shù)榈卣鹎埃琋S分量差分值異常時(shí)段比EW分量先出現(xiàn)，異常頻率也較EW分量密集。異常從7月初持續(xù)到8月3日發(fā)震，異常持續(xù)時(shí)間1個(gè)月，而且EW分量在7月22日出現(xiàn)大幅度突跳，突跳異常結(jié)束后10天發(fā)生魯?shù)镸S6.5地震。

在景谷地震前，EW分量差分值異常時(shí)間從9月中旬開始至9月底結(jié)束，異常結(jié)束后10天發(fā)生地震。NS分量差分值異常時(shí)段從9月中下旬開始至10月初結(jié)束，異常結(jié)束后6天發(fā)生景谷MS6.6地震（圖5的10 月4日至5日空缺處因降大暴雨，數(shù)據(jù)受到影響而被剔除）。

分析持續(xù)加速變形的時(shí)間與地震發(fā)生的時(shí)間可以看出：在魯?shù)榈卣鹎埃瑑煞至砍霈F(xiàn)變形速率的幅度和頻度較景谷地震前的異常要大。NS分量比EW分量異常明顯（這也跟云南定點(diǎn)傾斜NS向觀測變化結(jié)果對強(qiáng)震的反應(yīng)優(yōu)于EW向［6］的結(jié)果相一致），NS分量在地震發(fā)生時(shí)異常仍在持續(xù)，而EW分量則呈現(xiàn)的是異常結(jié)束后發(fā)生地震。兩個(gè)分量在魯?shù)椤⒕肮鹊卣鹎?個(gè)月都出現(xiàn)速率超2倍均方差異常。

同樣，對2014年來的觀測資料進(jìn)行5日均值均方差繪圖分析，得出的異常時(shí)段與一階差分值反映的傾斜速率的突跳時(shí)段相一致，而且都呈現(xiàn)出南北分量異常變化明顯大于東西分量。

2.4 矢量異常分析

孕震過程中會出現(xiàn)形變前兆異常的階段性特征，即引起形變速率和方向的變化。方向變化判別標(biāo)志：傾斜矢量圖出現(xiàn)明顯轉(zhuǎn)折表現(xiàn)為打結(jié)或快速［7］。現(xiàn)對我臺矢量圖作以下分析：

云南省通海臺垂直擺傾斜儀日均值矢量圖變化比較穩(wěn)定，規(guī)律性強(qiáng)。從2009年來，幾年的變化趨勢都向北東方向變化。每年初至6月向北傾，然后轉(zhuǎn)向北偏東變化。2013 年10月底至2014年4月，矢量圖一改之前向北偏東變化的趨勢，反向南東變化，到5月初打結(jié)異常結(jié)束后呈現(xiàn)恢復(fù)向北變化的趨勢，至7月初持續(xù)了兩個(gè)月向北變化后，在7月又出現(xiàn)打結(jié)異常，打結(jié)異常結(jié)束后5天出現(xiàn)反向加速北傾，加速北傾持續(xù)2天后發(fā)生魯?shù)镸S6.5地震。在魯?shù)榈卣鸾Y(jié)束后3天，矢量方向轉(zhuǎn)向西南變化并伴隨打結(jié)異常，在打結(jié)異常結(jié)束后恢復(fù)向北變化，僅維持了4天就加速反向西南傾，反向西南傾持續(xù)12天后發(fā)生景谷MS6.6地震。圖6是通海臺2014年1～10月垂直擺傾斜儀日均值矢量圖，圖中3月初空缺處是受儀器調(diào)零標(biāo)定影響，10月4日降大暴雨數(shù)據(jù)受影響剔除了相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

2014年，云南盈江、魯?shù)椤⒕肮?次6級以上地震前，云南省通海臺垂直擺傾斜儀均出現(xiàn)矢量打結(jié)的短臨異常。在盈江地震前1個(gè)多月，從4月4日到5月5日矢量打結(jié)共31天，打結(jié)異常結(jié)束后25天發(fā)生地震。在魯?shù)榈卣鹎?個(gè)月，從7月6日到28日矢量打結(jié)共23天，打結(jié)異常結(jié)束后5天發(fā)生地震。在景谷地震前1個(gè)半月，從8月23日到9月19日矢量打結(jié)共26天，打結(jié)異常結(jié)束后18天發(fā)生地震。3次矢量打結(jié)異常都在地震前1～2個(gè)月出現(xiàn)，異常持續(xù)時(shí)間都在1個(gè)月內(nèi)，地震都在異常結(jié)束后1個(gè)月內(nèi)發(fā)生。

可以說，2014年云南發(fā)生的盈江、魯?shù)椤⒕肮?次6級以上地震前，云南省通海臺垂直擺傾斜儀均出現(xiàn)具有明顯指示意義的矢量打結(jié)短臨異常，而且在魯?shù)榈卣鹎?天、景谷地震前12天，矢量加速轉(zhuǎn)折并且轉(zhuǎn)折的方向指向震中。

4 結(jié)論與討論

（1）用年變畸變分析、矢量合成方法對觀測資料進(jìn)行分析，結(jié)果表明，2014年云南發(fā)生的盈江、魯?shù)椤⒕肮?次6級以上地震前，云南通海臺垂直擺傾斜儀出現(xiàn)了趨勢異常：兩分量在震前1年到發(fā)生地震時(shí)都出現(xiàn)年變大幅減小的異常；NS分量在震前7～9個(gè)月出現(xiàn)持續(xù)6個(gè)月的反向異常。還出現(xiàn)了短臨異常：魯?shù)榈卣鹎?2天EW分量，景谷地震前12天NS分量均出現(xiàn)反向異常且變化幅度加劇的短臨異常；魯?shù)椤⒕肮鹊卣鹎?個(gè)月出現(xiàn)多次固體潮畸變異常；矢量在3次地震前1個(gè)月均出現(xiàn)持續(xù)1個(gè)月打結(jié)的短臨異常，3次地震都在打結(jié)異常結(jié)束后1個(gè)月內(nèi)發(fā)生。

（2）用一階差分、均方差方法對觀測資料進(jìn)行分析，結(jié)果表明，2014年云南發(fā)生的盈江、魯?shù)椤⒕肮?次6級以上地震前，只有魯?shù)椤⒕肮?次6級以上地震前1個(gè)月，云南省通海臺垂直擺傾斜儀出現(xiàn)速率超2倍均方差異常；兩次地震前，NS分量在地震發(fā)生時(shí)異常仍在持續(xù)，而EW分量則呈現(xiàn)的是異常結(jié)束后發(fā)生地震，且EW分量傾斜速率異常幅度從最大值出現(xiàn)到地震發(fā)生，間隔了2～3個(gè)星期的時(shí)間。

（3）魯?shù)椤⒕肮鹊卣鹎?2天出現(xiàn)反向異常，并且反向的方向指向震中這一現(xiàn)象，對地震預(yù)測中方向的確定是否有指示意義，在今后的異常分析判斷中要進(jìn)一步跟進(jìn)。希望能發(fā)現(xiàn)更多的方法和線索，讓我們的工作為社會服務(wù)的路越走越寬。

（作者電子信箱，蔣薇：rcimli＠126.com）

［1］張振國，孫耀充，徐建寬，等.2014年8月3日云南魯?shù)榈卣饛?qiáng)地面運(yùn)動(dòng)初步模擬及烈度預(yù)測.地球物理學(xué)報(bào)，2014，57（9）：3038－3041

［2］蔣薇，楊學(xué)慧，王華柳，等.寧蒗5.7級地震前通海垂直擺傾斜異常變化分析.高原地震，2014，26（1）：31－35，7

［3］牛安福，張晶，高福旺，等.地殼持續(xù)加速變形與地震關(guān)系的研究.大地測量與地球動(dòng)力學(xué)，2002，22 （1）：29－33

［4］傅再揚(yáng)，吳紹祖，鄭勇通.福建地區(qū)地傾斜中短期前兆異常識別及映震效果初探.華南地震，2003，23 （4）：66－70

［5］劉仲全.姚安6.5級地震前云南傾斜場變化特征.地震研究，2001，24（4）：301－306

［6］王永安，王世芹，付虹.云南定點(diǎn)傾斜異常與強(qiáng)震關(guān)系研究.內(nèi)陸地震，2003，17（4）：294－299

［7］呂品姬，陳志遙，趙斌，等.定點(diǎn)傾斜觀測映震能力綜述.大地測量與地球動(dòng)力學(xué)，2010，30（B11）：50－56

Analysis on anomalies characteristic recorded by vertical pendulum tiltmeter located in Tonghai station before the Yingjiang MS6.1，Ludian MS6.5，Jinggu MS6.6 earthquakes in Yunnan

Jiang Wei，Yang Mingchang，Wang Hualiu，Yang Xuehui，Yao Yuan，Xu Jin
（Tonghai Station of Earthquake Administration of Yunnan Province，Tonghai 652700，China）

The data recorded by vertical pendulum tiltmeter located in Tonghai station before the Yingjiang MS6.1，Ludian MS6.5，Jinggu MS6.6earthquakes in Yunnan were analyzed.Results show that some differences like short－term anomalies，medium－term anomalies have turned out，including breaking year change，direction changing，vector steering and degree of variation exceed twice of the mean variance.

Yingjiang MS6.1earthquake；Ludian MS6.5earthquake；Jinggu MS6.6 earthquake；vertical pendulum tiltmeter；characteristic of anomalies

P315.72＋7；

A；

10.3969/j.issn.0235－4975.2015.11.007

2015－07－02；采用日期：2015－07－23。