苏有锦等(2001)认为,1900年以来云南地区的强震活动可分为4个活跃期和4个平静期。1996年丽江7.0级地震是第四强震活跃期结束的标志,至今已进入第四强震平静期的第13年,下一个强震活跃期逐步逼近,提取强震前的震兆异常特征,预测未来的强震已成为当前刻不容缓的工作。

本文剖析了云南地区强震前波速比和震源深度的变化及中小地震的活动特征,动态追踪7级地震前的异常信息,寻求可预测7级大震的发震时间的依据; 分析了云南第四强震活跃期前后,云南地区波速比显著低值与强震活动的关系,并初步探讨了波速变化、中小地震活动与强震孕育之间的机理。

云南地区于1982年建立区域地震台网,1986年前云南部分地区的地震监控能力达M≥2.5,1986年后云南全省的地震监控能力达M≥2.5,同时也有比较完整的地震波形记录资料。为减少干扰,保证所用基础资料的可靠性,笔者采用云南遥测台网M≥2.5地震的波形记录及M≥3地震的定位结果。

大地震的发生具有一定的复杂性及必然性,其孕育过程中一定范围内的地壳应力会增强,地下介质也会出现不稳定变化,并常伴随着中小地震活动的增强或平静异常。波速比、震源深度从不同的角度反应了地下介质的地壳速度结构变化,提供了未来强震的孕震信息(傅征祥,1997)。因此,本文基于地震孕育过程中反映地下介质特性的波速比、震源深度及中小地震的变化特征,从时间上追踪大震孕育的变化规律,寻求大震孕育的前兆信息,为预测未来大震的发震时间提供依据。

众所周知,1900年以来云南地区M≥6.8地震活动呈现出显著的动、静相间的韵律特征。按此规律,苏有锦等(2001)把1900年以来云南地区的地震活动分为4个活跃期(图4)。图4中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表云南地区4个强震活跃期时间段,各活跃期之间为强震平静期。云南遥测台网从1982年始有数字地震记录,依据图4中对云南强震活动规律的划分,上述分析中采用地震记录资料的时间段,仅包含了第四活跃期前后共22年的资料。在强震孕育过程中,区域的波速比显著低值异常与区域的介质特性变化密切相关,故选取每月波速比的最小值,按月为时间点绘制时间进程曲线,剖析第四活跃期前后,云南地区波速比与强震活动周期之间的关系(图5),图中波速比最小值的平均值为1.39。

图4 云南地区M≥6.8地震M-T图
Fig.4 M-T diagram of the M≥6.8 earthquakes in Yunnan

图5 云南地区波速比最小值的趋势变化
Fig.5 Variation tendency of the minimum value of wave velocity ratio in Yunnan

一次强烈地震的发生不是偶然的,地震前常伴随着大量中小地震活动事件,经过一定时间突发失稳,发生中强甚至大地震(梅世容等,1993)。而大震前一定区域内中小地震活动与大区域地震活动的背景值之比,反映的是强震孕育中地震活动的动态变化,而云南省内与省外地震频度比在强震孕育的过程中,表现为有规律的变化特征。

在测定震源基本参数时,使用的台网不同,计算结果就有所不同(Lee,Stewart,1984),人工交切地震的范围大小和计算机定位的走时残差,反映的是计算精度而不是定位精度,残差小并不意味震源位置就准确。在平面上,震中的周围有台站包围,变动范围小,而在垂直方向只是一维约束,所以震源基本参数的差别首先表现在震源深度上,若台站同在高(低)速区,震中位置相差不大而震源深度变浅(深),因而震源深度变化反映的是区域波速特征。赵晋明等(1996)通过岩石破裂实验发现,在破裂孕育过程中,随着压力的增大,岩石微裂隙也在变化,当压力达70%～90%破裂压力后,微裂隙增多,P、S波的波速下降,且P波波速比S波波速下降快,因而波速比V_P/V_S的值减小,至岩石破裂时P、S波的波速会增大,波速比V_P/V_S突升。因而地震的震源深度和波速比V_P/V_S,显示的是区域介质在应力积累时地壳速度结构发生的变化,两者与大震孕育、发生密切相关,在大震孕育过程中常体现出有一定规律的动态变化过程。

(1)2008年5月12日四川汶川8.0级地震和1988年澜沧—耿马7.6、7.2级地震前,云南地区波速比异常和震源深度异常均出现大幅度的变化,而汶川8.0级地震前的波速比异常和震源深度异常的变化幅度更为研究时段之最; 两次地震异常差异表现为震前4级地震的活动水平不同:汶川8.0级地震前,云南地区的4级地震表现为弱活动,而澜沧—耿马7.6、7.2级地震前4级地震为强活动。从地震背景上看,这两组强震均发生于云南甚至西南地区长期强震平静的背景下,这说明波速比的变化更好地体现了区域应力活动状态,与强震孕育过程密切相关,而中小地震活动的区域性特征更突出。

由图5还可看出,在这两组强震前波速比均出现下降的趋势,汶川8.0级地震后波速比就很快回到了下降前的水平,而澜沧—耿马7.6、7.2级地震后波速比仍然呈现低值异常,体现出与强震活动的密切关系。由于目前震例仅此两例,还需积累资料做深入分析。

(2)1998年下半年、2001年下半年和2008年的波速比异常频次高达10次(图1),之后分别发生1998年11月宁蒗6.2级、2001年10月永胜6.0级、2009年7月大姚6.0级地震; 而1990～1993年与2005～2008年两个时段中均出现波速比异常频次高达10次以上的情况,之后4年内虽发生了丽江、汶川7级以上地震,但异常过程中还发生了1993年1月普洱6.3级与2007年6月宁洱6.4级地震。从震例结果看云南地区6级强震前一至半年也会出现高波速比异常,异常缺少恢复过程,且时间较短。

从图2、图3可以看出,震源深度异常频次如以4次为异常指标,4级双震若以2次为指标,同时省内与省外3级地震月频度比出现高、低值异常,则在云南地区部分6级地震前1至半年异常均达指标,如:1993年1月普洱6.3级,1998年11月宁蒗6.2级,2001年10月永胜6.0级,2003年7、10月大姚6.2、6.1级与2007年6月宁洱6.4级地震。波速比、震源深度、中小地震的活动在大多数6级地震前也出现了不同程度的异常,表明中小地震的活动与6级和7级地震的孕育有着密切的关系。这与蔡静观和张喜玲(1999)、毛慧玲和李永莉(2004)、李永莉等(2007)对云南地区6级地震震例前的地震活动分析结论相一致。但云南地区6级与7级地震前,中小地震活动异常在幅度、时间上有一定程度的差异,因此预测不同强度的地震应考虑选用不同的异常指标。

(3)云南地区的波速比以1998年为界分为两段(图5),1998年云南遥测台网从模拟记录转为数字化记录,2004年完全采用数字化记录,但2004年波速比未出现明显的分段现象。李永莉等(2008)的研究中发现云南地区长期的波速比均值约为1.70,因此可以认为遥测台网记录方式的影响可以忽略,波速比的变化趋势值得认可。

(4)本文虽然总结出了1988年云南及周边区域大震前的前兆现象,为中长期、短期预测强震提供了时间依据,但因所用观测资料从1982年才开始,时间相对较短,强震孕育过程又比较复杂,文中所总结的异常特征外推时有局限性,研究结果需在今后的地震预测工作中补充修正。

至2008年,这几项参数值均未出现明显的大震前的变化,因此笔者推测云南7级大震的首发时间为2010年后,但发震地点没有讨论。

(1)云南M≥7.0大震前3～4年震源深度异常频次超过均值(6次),或连续3年低于均值,至大震前1年下降幅度均为震前最高值的50%以上,甚至降至0次。

(2)波速比异常和中小地震活动异常主要出现于云南地区M≥7.0大震前2年左右。若波速比出现高频次异常,同时还出现4级地震活跃异常和3级地震活跃异常或平静异常,那么在云南省内可能会发生7级地震; 若3、4级地震活动均呈现平静异常,就可能在省外发生7级甚至8级地震。

(3)云南强震第四活跃期前2年至活跃期结束,云南地区波速比的月最小值整体相对较低,且在活跃期首发7级大震前半年左右出现最低点,强震活跃期结束时波速比回升至均值,即随着强震活跃期的开始至结束的过程,波速比也经历了下降至恢复的过程。