在地表所进行的各种地震前兆观测,其观测数据的变化,实际上是多种因素共同作用于地壳和观测系统的综合反映(中国地震科技监测预报司,1995)。国内外地震地下流体动态观测始于上世纪60年代。1966年邢台地震后,我国第一个水化观测点在邢台地区新集市建点(王云基等,1999),目前已经发展到拥有近千口观测井,开展以水位、水温(地热)、氡、汞观测为主体的规模宏大的地震地下流体动态观测网。40年来积累了大量的资料,取得了一批强震和中强震震例; 观测到一系列地震地下流体前兆异常信息(中国地震科技监测预报司,2002)。地下流体化学组份因其灵敏的映震效能受到地震工作者的重视(车用太等,1998; 何崇君等,2005),实践表明,利用地下流体方法进行地震预报探索有着良好的发展前景。

在国外,主要是独联体国家、日本和美国在这一学科领域中开展了较多的研究工作。前苏联广泛开展了利用水文地球化学方法预报地震的工作,其观测项目有:气体组分、化学组分、同位素比值以及水位、流量、水温等。日本侧重于地下水中氡浓度、断层气体的测量和氦的观测。美国主要对地下水和土壤中的氡进行测定,还对一系列井泉的流量、水质成分、温度、电导率、pH值及气体组分进行观测。

甘孜地震台水氡观测始于1974年3月,至今已积累了30余年的观测资料,期间四川甘孜州及邻区发生了多次5.0以上地震,地震前观测资料出现了不同程度的短临异常,为地震预报提供了丰富的信息。笔者借助四川中短期地震预报研究成果(程万正,1994),全面分析观测资料,排除观测资料的各种干扰因素,提取地下流体地震前兆信息(王长岭等,1982),结合典型震例,总结其短临异常特征随时间变化的规律,进一步发挥地下流体观测在地震短临预报中的作用。

甘孜地震台水氡观测泉点位于甘孜县县城西面河坝村对面5 m处,距县城1 km,距台站3.5 km,海拔为3 360 m。构造上位于甘孜河谷盆地内北西向隐伏断裂——甘孜断裂上盘,鲜水河断裂带西北端,“歹”字型构造的头部向中部的转折部,雅砻江左岸高河漫滩上(四川省地震局,1989)。泉点井口是边长为1 m的正方形,水深2 m,该泉点出水方式为自流上升型,属基岩裂隙承压上升泉; 基岩成份主要是石英砂板岩,水质主要成份为HCO₃^-、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等,水层时代为上三迭纪。

1974年3月15日至1975年11月30日,观测人员在骑兵营洗澡堂池子内取水分析,1975年10～11月重新在现址选点、挖井,并修建取水平房一座,12月1日开始取水进行水氡分析。1974～1983年使用的仪器为FD-105氡钍射气仪,1984年至今,使用的仪器为FD-105K氡钍射气仪。

通过对甘孜地震台水氡30余年资料的整理分析可以看出,1974～1980年和1996～2003年这两个时段的资料有较好的年变规律; 其它时段资料的年变规律不明显(图4)。尤其是1982～1990年的观测数据起伏波动大,有的年份观测曲线变平; 有的年份曲线起伏波动较大; 有的年份的高值、低值时段颠倒,打破了以前较好的年变规律。在此期间恰是四川地区中强地震活跃时段,在甘孜地震台300 km范围内发生了多次5级以上中强地震。

(1)甘孜地震台水氡的短临异常特征主要表现为:日均值突升、突降; 短趋势的上升或下降。2个月左右的时间内多次出现大幅度波动; 相对稳定的变化背景上出现单点突跳异常; 异常变化的幅度在10%以上,异常幅度的大小与地震的大小并无明显的相关性(图5)。

比较典型的震例有:① 1976年8月16日和23日的松潘—平武7.2级地震前,甘孜地震台水氡测值从1975年5月1日正常的41 Bq/L下降到

表2 甘孜水氡的短临异常与台站附近5级以上地震的对应情况统计表

图4 甘孜水氡日均值曲线图(a)1974～1979;(b)1980～1994;(c)1996～2003

33.6Bq/L,这是短期异常。在8月8日、12日、14日出现了3次临震负突跳异常,幅度达40%; ② 1979年3月29日青海玉树南6.2级地震前,从1979年2月26日开始在低值时间出现了2月26日至3月10日,3月11～19日、3月22日至发震时

图5 甘孜水氡各种典型短临异常图(a)松潘—平武7.2级双震;(b)青海玉树6.2级地震; (c)雅江6.0级地震;(d)巴塘6.5级地震

仍在高值异常中的3个“鼓包”式的高值异常,由20 Bq/L左右上升到最高值40.7Bq/L,测值增高了近1倍,在其值上升的过程中,单点最高上升幅度达45%; ③ 2001年2月23日雅江6.0级地震前,甘孜台水氡从1999年6月开始出现高值异常,高值持续至2000年11月中旬,时间长达18个月,2000年1～3月应为低值的年变规律也被打破,这是典型的中期异常。11月中旬测值开始缓慢下降,恢复正常的年变,异常结束约2个月后雅江发生5.0级地震,此后的2001年2月18日,水氡出现了低值时段的突跳异常,相对变幅达11.2%,达到下降前的高值异常水平,之后测值开始下降,在下降过程中雅江发生6.0级地震。甘孜地震台根据此异常,及时提交了地震预报意见。

(2)异常时间大多在震前2个月内出现。异常出现最短的只有4天,最长的时间为93天; 异常持续的时间较短,大多集中在1个月内。

(3)6.0级以上地震前出现短临异常的比例比5.0级以上地震高。在统计的震例中,8次6.0级以上的地震有7次在震前出现明显的短临异常; 而7次5.0级以上的地震中,只有3次出现明显的短临异常。

(4)在研究的震例中,没有发现异常与未来地震地点有较好的相关性,也就是说,就甘孜水氡单测项而言,对未来地震的地点预测并没有太大的指示作用。

甘孜地震台水氡观测资料的主要干扰因素为观测系统、环境和年变干扰,年变干扰中又主要是气温、流量干扰。

甘孜水氡异常具有破年变、相关关系改变等特点,水氡测值的变化与水温、流量有关,更与岩石应力—应变、地壳构造活动等有关。

在中强地震前,在震中距为500 km范围内水氡多次出现明显的短临异常变化,其短临异常特征表现为:短临异常出现的时间较短,大多集中在1个月内,异常形态以突升、突降为主,异常变化的幅度在10%以上; 异常幅度的大小与地震的大小并无明显的相关性。

甘孜水氡1982～1990年的观测数据起伏、波动大,长时间打破年变规律; 此期间正好是四川的一个中强地震活跃时段,在甘孜300 km的范围发生了多次5级以上中强地震。在中短期异常判定中,观测值破年变被认为是水化学参量中短期异常的重要特征。因此甘孜水氡出现的这种长时间打破年变规律的异常情况,是否因该地区处于高应力水平所致,两者之间是否存在必然的联系,这是一个值得探讨的问题。

当然,用甘孜台水氡异常来预报地震也存在一些问题,仍存在有异常无地震,有地震无异常等现象。另外在资料的处理过程中发现,有些地震虽然离甘孜台较远,如1979年3月29日青海玉树南6.2级地震和1991年2月18日小金5.4级地震(震中距分别是323 km和265 km),在地震前有较好的短临异常,这可能是因为地下流体的远场前兆(何崇君等,2006; 车用太等,2002); 而1982年6月16日甘孜6.0级和1988年6月2日道孚5.0级地震距甘孜台较近(震中距分别是31 km和198 km)却没有明显的短期异常出现。这些问题应当认真总结和深入研究。