強震臨震微波動現(xiàn)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(xiàn)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(shù)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(xiàn)的臨震微波動，其主要特征表現(xiàn)為：①頻譜范圍較寬，優(yōu)勢頻率為11～16Hz，頻譜形態(tài)較為整齊；②出現(xiàn)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(xiàn)為活動度N值變化顯著的方向可能與強震的震源位置、發(fā)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(qū)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(qū)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(qū)的實時震情動態(tài)監(jiān)控和跟蹤分析技術系統(tǒng)（簡稱“蘭州地脈動實時監(jiān)控技術系統(tǒng)”）。該系統(tǒng)將甘肅、四川、云南、西藏、青海等區(qū)域臺網(wǎng)約200余個寬頻帶數(shù)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(xiàn)了對青藏塊體地脈動觀測的實時、動態(tài)監(jiān)控和跟蹤分析。通過對2012～2014年間發(fā)生的24次5級以上地震及部分無震區(qū)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(jiān)視指標和判據(jù)。

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(jiān)控技術系統(tǒng)”實現(xiàn)了對青藏塊體地脈動觀測的實時動態(tài)監(jiān)控。由于數(shù)據(jù)量巨大，保持穩(wěn)定連續(xù)實時計算對數(shù)據(jù)流及技術系統(tǒng)要求較高，在3年的連續(xù)實時監(jiān)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(fā)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(fā)生前短時間內，臺站或“蘭州地脈動實時監(jiān)控技術系統(tǒng)”處于斷記或缺乏記錄狀態(tài)。

據(jù)中國地震臺網(wǎng)測定，2012～2014年間，監(jiān)控區(qū)發(fā)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(shù)如表1所示。

2 臨震微波動現(xiàn)象及其主要特征的跟蹤檢驗

為了對臨震微波動現(xiàn)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(jiān)控區(qū)內具有連續(xù)觀測但未發(fā)生地震的局部地區(qū)，從無震檢驗的角度對臨震微波動現(xiàn)象進行檢驗。

2.1 2012～2014年監(jiān)控區(qū)震例研究

由于地脈動實時跟蹤分析的數(shù)據(jù)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(xù)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(xiàn)明顯的異常變化，此時距發(fā)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(xiàn)明顯的異常變化，此時距發(fā)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(xiàn)明顯的異常變化，此時距發(fā)震6天；異常幅度最大為8，NS測道異常明顯。

表1 2012～2014年監(jiān)控區(qū)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(xiàn)臨震微波動變化，此時距發(fā)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(xiàn)明顯的異常變化，此時距發(fā)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(fā)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(xiàn)象。

（2）5次觀測到臨震微波動現(xiàn)象的震例中，從臨震微波動出現(xiàn)到主震發(fā)生時間最長24天，最短6天，優(yōu)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(xiàn)出活動度N值變化顯著的方向基本與強震的發(fā)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(xiàn)臨震微波動現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)象的出現(xiàn)似乎與地震強度有關，震級越大，震前越可能出現(xiàn)持續(xù)臨震微波動。表2給出了上述14次震例不同震級檔的統(tǒng)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(xiàn)臨震波動現(xiàn)象；3次5.5～5.9級地震中，有2次震前出現(xiàn)臨震微波動現(xiàn)象，映震率67%；4次6.0級及以上地震中，有3次震前出現(xiàn)臨震波動現(xiàn)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(jiān)控區(qū)內發(fā)生的汶川、玉樹、蘆山等地震震前均出現(xiàn)了臨震波動現(xiàn)象，映震率100%。因此，臨震微波動現(xiàn)象可能與地震強度有關，震級越大，震前出現(xiàn)持續(xù)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(xiàn)象持續(xù)3年時間的實時連續(xù)觀測中，有一個現(xiàn)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(xù)觀測期間，出現(xiàn)臨震微波動現(xiàn)象的臺站很少；且即使出現(xiàn)，能夠持續(xù)異常達到或超過4天則很少。以下以西藏地震臺網(wǎng)、甘青川交界部分臺站為例進行說明。

西藏臺網(wǎng)由13個臺站組成。2012年1月～2014年12月間，西藏地區(qū)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(xù)觀測期間，所有臺站的N值均處于一種隨機起伏的狀態(tài)，沒有一個臺站的N值出現(xiàn)過類似汶川地震、玉樹地震、青川地震等震例的異常狀態(tài)。

圖6 2012年1月～2014年12月西藏臺網(wǎng)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(qū)未發(fā)生5級以上地震。該區(qū)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(xiàn)出類似于西藏臺網(wǎng)的特點，即在3年時間內沒有一個臺站出現(xiàn)過類似汶川地震、玉樹地震、青川地震等震例的異常狀態(tài)。

因此，西藏臺網(wǎng)、甘青川交界部分臺站沒有觀測到臨震微波動現(xiàn)象、也沒有地震發(fā)生的事實，從另一個角度對臨震微波動現(xiàn)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(xiàn)象具有重現(xiàn)性。該現(xiàn)象不僅在汶川、玉樹、青川等地震前出現(xiàn)，也在宜良、洱源、蘆山、康定等地震前出現(xiàn)；且西藏地區(qū)及甘青川交界地區(qū)連續(xù)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(xiàn)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(xiàn)象可能與地震強度有關，震級越大，震前出現(xiàn)持續(xù)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(xiàn)象，除非是臺站附近發(fā)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(jiān)視、跟蹤的判據(jù)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(tài)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(xù)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(jù)：當臨震微波動活動度N值出現(xiàn)異常變化，且從異常出現(xiàn)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(jù)：可有依次逼近的3條判據(jù)：① 以出現(xiàn)臨震微波動異常變化的臺站為中心，50km為半徑的區(qū)域可能是未來發(fā)震的區(qū)域；② 臨震微波動活動度優(yōu)勢異常方位為未來可能強震的發(fā)震方位；③ 判據(jù)①、判據(jù)②所指區(qū)域及方向存在的活動斷層段為可能的發(fā)震危險區(qū)段。

（4）強度判據(jù)：臨震微波動現(xiàn)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(fā)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(xiàn)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(xiàn)出震級大，則臨震微波動活動度N值大、持續(xù)時間長；震級小，則臨震微波動活動度N值小、持續(xù)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(xù)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(xiàn)象機理的初步討論

臨震微波動現(xiàn)象是否來源于臨震階段震源區(qū)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(xù)3年的連續(xù)跟蹤研究給出了臨震微波動現(xiàn)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(xiàn)象重現(xiàn)性和客觀性的認識。

據(jù)已有研究可知（馬瑾等，2012；馬瑾，2016），地震是以突發(fā)形式表現(xiàn)的構造變形，存在一個由慢變快的物理過程。預滑、震顫等現(xiàn)象正好刻畫了構造變形由慢變快的過程。同時，地震的發(fā)生是一個力學過程，斷層處于應力峰值強度后的亞失穩(wěn)階段時，進入一個不可逆的變形階段，這標志著地震的發(fā)生已不可避免。據(jù)此，我們不難聯(lián)想到，臨震微波動在持續(xù)數(shù)年的觀測中不存在，但是在臨震階段出現(xiàn)，且具有重現(xiàn)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(tài)進入亞失穩(wěn)階段的表現(xiàn)，是否可作為地震孕育進入亞失穩(wěn)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(jiān)控技術系統(tǒng)”至今已連續(xù)穩(wěn)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(huán)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(fā)和鼓勵；中國地震局地球物理研究所國家測震臺網(wǎng)數(shù)據(jù)備份中心提供了具體的波形數(shù)據(jù)，鄭秀芬研究員給予了大量的幫助，一并表示感謝。