強震臨震微波動現象初步研究（二）

楊立明 郝臻 王建軍 張淑珍 姚家俊 董蕾

1）中國地震局蘭州地震研究所，蘭州市東崗西路450號 730000

2）青海省地震局，西寧市興海路1號 810001

3）中國地震局地球物理勘探中心，鄭州 450002

4）重慶市地震局，重慶 401147

0 引言

在《強震臨震微波動現象初步研究（一）》（楊立明等，2018）中，作者通過對汶川地震、玉樹地震、青川地震等3次震例臨震階段寬頻帶數字地震記錄的反復對比研究，初步識別出具有共性頻譜特征以及時、空表現的臨震微波動，其主要特征表現為：①頻譜范圍較寬，優勢頻率為11～16Hz，頻譜形態較為整齊；②出現在震前12～14天，有可能被震中距50km范圍內的臺站記錄到，而震中距大于50km的臺站一般記錄不到；③可能具有方向性，表現為活動度N值變化顯著的方向可能與強震的震源位置、發震斷層及余震分布等有關。初步認為，臨震微波動可能與臨震階段震源區的預活動、微震動、微破裂或與臨震階段相關活動構造的微活動、微破裂、裂隙擴展等事件有關。

為了對臨震微波動及其上述主要特征作進一步的驗證和檢驗，考慮到青藏高原地區強震頻繁、便于檢驗的特點，作者于2011年6月在蘭州建成了覆蓋青藏高原地區的實時震情動態監控和跟蹤分析技術系統（簡稱“蘭州地脈動實時監控技術系統”）。該系統將甘肅、四川、云南、西藏、青海等區域臺網約200余個寬頻帶數字地震臺站的地脈動波形資料實時匯集到蘭州，利用6臺服務器構成技術支撐平臺，實現了對青藏塊體地脈動觀測的實時、動態監控和跟蹤分析。通過對2012～2014年間發生的24次5級以上地震及部分無震區域臺站觀測的全程跟蹤來檢驗和驗證臨震微波動及其主要特征，并進一步提煉震情監視指標和判據。

1 2012～2014年青藏塊體地震活動概況

從2011年6月起，“蘭州地脈動實時監控技術系統”實現了對青藏塊體地脈動觀測的實時動態監控。由于數據量巨大，保持穩定連續實時計算對數據流及技術系統要求較高，在3年的連續實時監控運行過程中，存在部分時段的斷記，即該時段資料不完整，無法對其間發生的地震事件進行分析處理。具體來講，2012年6月2日寧蒗5.7級、2013年1月18日白玉5.4級、2013年1月30日雜多5.1級、2013年7月22日岷縣漳縣6.6級等4次地震發生前短時間內，臺站或“蘭州地脈動實時監控技術系統”處于斷記或缺乏記錄狀態。

據中國地震臺網測定，2012～2014年間，監控區發生獨立的5級以上地震28次，扣除上述4次地震后，其余24次地震具體參數如表1所示。

2 臨震微波動現象及其主要特征的跟蹤檢驗

為了對臨震微波動現象及其主要特征進行檢驗，作者對表1中列出的24次5級以上地震進行全時空的實時跟蹤研究。同時，對監控區內具有連續觀測但未發生地震的局部地區，從無震檢驗的角度對臨震微波動現象進行檢驗。

2.1 2012～2014年監控區震例研究

由于地脈動實時跟蹤分析的數據量十分巨大，盡管實際跟蹤過程包括了2012～2014年間全部200余個臺站的連續實時結果，但以下僅介紹震中距100km范圍內的臺站跟蹤結果；不同臺站事件活動度N值也僅展示震前2個月的資料，其他時段及臺站的跟蹤結果不再贅述。同時，由于分析思路一致，故逐年選擇具有代表性的地震為例進行說明。

2.1.1 2012年9月7日宜良5.6級地震

2012年9月7日宜良5.6級地震震中位于昭通臺東北34km，距丙乙底臺85km、鹽津臺71km、雷波臺96km、筠連臺83km。震前8月1日～9月17日間，臨震微波動事件活動度隨時間的變化如圖1所示。8月21～27日間昭通臺出現明顯的異常變化，此時距發震16天；異常幅度最大21，NS測道異常突出。

2.1.2 2013年3月3日洱源5.5級地震

2013年3月3日洱源5.5級地震震中位于洱源臺西南35km，距云龍臺33km、團山臺65km、瀘水臺85km、鶴慶臺86km。震前2月1日～3月3日間，臨震微波動事件活動度隨時間的變化如圖2所示。2月9～15日間洱源臺出現明顯的異常變化，此時距發震24天；異常幅度最大達到6，NS測道異常突出。

2.1.3 2013年4月20日蘆山7.0級地震

2013年4月20日蘆山7.0級地震震中位于雅安臺正北24km，距姑咱臺82km、峨眉臺91km、小金臺99km。震前3月1日～4月20日間，臨震微波動事件活動度隨時間的變化如圖3所示。4月15～19日間雅安臺出現明顯的異常變化，此時距發震6天；異常幅度最大為8，NS測道異常明顯。

表1 2012～2014年監控區5級以上地震震例檢驗

2.1.4 2014年8月3日昭通6.5級地震

2014年8月3日昭通6.5級地震震中位于昭通臺西南48km，距巧家臺41km、普格臺81km、石門坎臺60km、丙乙底臺80km。震前6月3日～8月3日間，臨震微波動事件活動度隨時間的變化如圖4所示。其中，7月20～25日間昭通臺出現臨震微波動變化，此時距發震15天；異常幅度最大8，NS測道異常突出。

圖1 2012年9月7日宜良5.6級地震前后不同臺站N值的變化

圖2 2013年3月3日洱源5.5級地震前后不同臺站N值的變化

2.1.5 2014年11月22日康定6.3級地震

2014年11月22日康定6.3級地震震中位于姑咱臺正西50km，距雅江臺73km、道孚臺96km、小金臺100km。震前9月22日～11月22日間，臨震微波動事件活動度隨時間的變化如圖5所示。其中，11月8～18日間姑咱臺出現明顯的異常變化，此時距發震14天；異常幅度最大6，EW測道異常突出。

依照上述思路，逐一研究2012～2014年間發生的其他20次地震。基本結果匯總如表1所示。由表1可以看出：

圖3 2013年4月20日蘆山7.0級地震前后不同臺站N值的變化

圖4 2014年8月3日昭通6.5級地震前后不同臺站N值的變化

圖5 2014年11月22日康定6.3級地震前后不同臺站N值的變化

表2 不同震級檔的映震率

（1）在24次震例中，有14次地震，在震中距50km半徑范圍內有地震臺站；其中的5次，即2012年宜良5.7級、2013年洱源5.5級、2013年蘆山7.0級、2014年昭通6.5級、2014年康定6.3級等地震中觀測到類似汶川地震、玉樹地震前的臨震微波動現象。

（2）5次觀測到臨震微波動現象的震例中，從臨震微波動出現到主震發生時間最長24天，最短6天，優勢時段集中在14～16天；在空間特征方面，5次地震震前的臨震微波動均有震中距50km半徑范圍內的臺站記錄到，超過50km的臺站沒有記錄到；在方向性特征方面，表現出活動度N值變化顯著的方向基本與強震的發震斷層、余震分布及震源位置較為一致。因此，5次震例與汶川地震、玉樹地震、青川地震等震例的結論基本一致。

（3）在地震強度方面，出現臨震微波動現象的5次震例，其震級均大于5.5級；而震中距50km半徑范圍內有地震臺站，但沒有觀測到臨震微波動現象的9次震例中，震級為5.0～5.4級的7例。也就是說，臨震微波動現象的出現似乎與地震強度有關，震級越大，震前越可能出現持續臨震微波動。表2給出了上述14次震例不同震級檔的統計結果。由表2可見，在7次5.0～5.4級地震中，沒有1次震前出現臨震波動現象；3次5.5～5.9級地震中，有2次震前出現臨震微波動現象，映震率67%；4次6.0級及以上地震中，有3次震前出現臨震波動現象，映震率75%。其實，如果僅考慮7.0級以上地震，那么，2008年以來監控區內發生的汶川、玉樹、蘆山等地震震前均出現了臨震波動現象，映震率100%。因此，臨震微波動現象可能與地震強度有關，震級越大，震前出現持續臨震微波動的可能越大。

2.2 臨震微波動的無震跟蹤研究

在對臨震微波動現象持續3年時間的實時連續觀測中，有一個現象值得關注。那就是在2012年1月～2014年12月長達3年時間的連續觀測期間，出現臨震微波動現象的臺站很少；且即使出現，能夠持續異常達到或超過4天則很少。以下以西藏地震臺網、甘青川交界部分臺站為例進行說明。

西藏臺網由13個臺站組成。2012年1月～2014年12月間，西藏地區5級以上地震震中沒有一次在距臺站50km半徑范圍內，10個臺站的N值變化過程如圖6所示。由圖6可見，在3年連續觀測期間，所有臺站的N值均處于一種隨機起伏的狀態，沒有一個臺站的N值出現過類似汶川地震、玉樹地震、青川地震等震例的異常狀態。

圖6 2012年1月～2014年12月西藏臺網臺站N值變化過程

與此類似，2012年1月～2014年12月間，甘青川交界地區未發生5級以上地震。該區域內的瑪曲、迭部、若爾蓋等臺站的N值變化過程如圖7所示。由圖7可見，N值變化過程表現出類似于西藏臺網的特點，即在3年時間內沒有一個臺站出現過類似汶川地震、玉樹地震、青川地震等震例的異常狀態。

因此，西藏臺網、甘青川交界部分臺站沒有觀測到臨震微波動現象、也沒有地震發生的事實，從另一個角度對臨震微波動現象的有效性進行了驗證。

圖7 2012年1月～2014年12月甘青川交界部分臺站N值變化過程

3 討論與結論

3.1 臨震微波動及地震強度特征

在汶川地震、玉樹地震、青川地震等震例研究的基礎上，綜合上述24次震例的實際跟蹤，得出如下初步結論。

（1）臨震微波動現象具有重現性。該現象不僅在汶川、玉樹、青川等地震前出現，也在宜良、洱源、蘆山、康定等地震前出現；且西藏地區及甘青川交界地區連續3年的觀測和地震活動實況，從另一個角度檢驗了臨震微波動的客觀性。這意味著以此現象為跟蹤指標，進一步開展臨震預測探索具有實際價值。

（2）臨震微波動現象可能與地震強度有關，震級越大，震前出現持續多天臨震微波動的可能性越大。對5.5級以下地震，幾乎觀測不到臨震微波動現象，除非是臺站附近發生的地震，如2011年11月1日青川5.4級地震，其震中距僅7km。

3.2 基于臨震微波動的震情跟蹤指標初步提煉

綜合汶川地震、玉樹地震、青川地震等震例及2012～2014年24次震例的實際跟蹤結果，可初步提煉震情監視、跟蹤的判據如下，以期作為進一步研究驗證的基礎。

（1）跟蹤指標：以臨震微波動及其活動度為目標，動態跟蹤震情的變化。若臨震微波動活動度在一定范圍內隨機起伏，則屬正常活動，不具有強震危險性；若臨震微波動活動度超出隨機起伏的變化范圍，且持續時間達到或超過4天，則意味著可能具有強震危險性。

（2）時間判據：當臨震微波動活動度N值出現異常變化，且從異常出現之日計算，預測未來6～24天，平均15天左右可能存在強震的危險。

（3）地點判據：可有依次逼近的3條判據：① 以出現臨震微波動異常變化的臺站為中心，50km為半徑的區域可能是未來發震的區域；② 臨震微波動活動度優勢異常方位為未來可能強震的發震方位；③ 判據①、判據②所指區域及方向存在的活動斷層段為可能的發震危險區段。

（4）強度判據：臨震微波動現象預測的地震震級一般應在5.5級以上，對5.5級以下地震一般不具有預測效能，除非是臺站附近發生的地震。

3.3 有關問題的討論

（1）臨震微波動活動度N值異常幅度與震級間的關系

在《強震臨震微波動現象初步研究（一）》（楊立明等，2018）中，汶川地震、玉樹地震、青川地震等震例呈現出震級大，則臨震微波動活動度N值大、持續時間長；震級小，則臨震微波動活動度N值小、持續時間短的特征。但是，在2012～2014年間的震例跟蹤中，該特征似乎并不明顯。因此，有關臨震微波動活動度N值異常幅度、持續時間與震級間的關系還需要進一步的研究和驗證。

（2）臨震微波動現象機理的初步討論

臨震微波動現象是否來源于臨震階段震源區的預活動、微震動、微破裂等事件，仍然難以確定，這需要更多的研究來驗證。但是，2012～2014年持續3年的連續跟蹤研究給出了臨震微波動現象的檢驗和驗證，相關震例的增加進一步強化了對臨震微波動現象重現性和客觀性的認識。

據已有研究可知（馬瑾等，2012；馬瑾，2016），地震是以突發形式表現的構造變形，存在一個由慢變快的物理過程。預滑、震顫等現象正好刻畫了構造變形由慢變快的過程。同時，地震的發生是一個力學過程，斷層處于應力峰值強度后的亞失穩階段時，進入一個不可逆的變形階段，這標志著地震的發生已不可避免。據此，我們不難聯想到，臨震微波動在持續數年的觀測中不存在，但是在臨震階段出現，且具有重現性、方向性、臨震性、近源性、微弱性等特征，這是否是震源應力狀態進入亞失穩階段的表現，是否可作為地震孕育進入亞失穩的標志，值得我們進一步跟蹤研究。

（3）盡管本文僅給出了2012～2014年間臨震微波動的跟蹤結果，但實際上，“蘭州地脈動實時監控技術系統”至今已連續穩定運行了6年，關于2015～2017年間的典型震例、典型地球物理事件及環境變化的頻譜特征與臨震微波動的差異性分析等研究結果，有待另文介紹。

（4）2014年10月7日景谷6.6級地震前，景谷臺震中距27km，但沒有記錄到臨震微波動，其原因需進一步研究。

致謝：馬瑾院士，陸遠忠、張曉東、江在森、徐平、聶永安、吳云、車時、馬宏生、周龍泉等給予了有力的指導、啟發和鼓勵；中國地震局地球物理研究所國家測震臺網數據備份中心提供了具體的波形數據，鄭秀芬研究員給予了大量的幫助，一并表示感謝。