安徽地震前兆台网始建于20世纪70年代,主要由定点观测站点与流动观测点组成。截至2009年初,全省已拥有国家Ⅰ类台4个、Ⅱ类台8个、Ⅲ类台13个、地市(企业)台11个以及20多个静水位观测井; 流动观测主要有流动重力、流动水准和流动地磁。安徽地震前兆监测涉及到地表形变、地下水位、水温、地下化学成分含量、地磁、地电阻率、大地电场与电磁波等多种手段。随着科技的不断进步,这些前兆观测系统大都已实现数字化观测。目前安徽省境内已有120多个数字化前兆测项,实现了数据的自动采集、自动传输、自动报送,实现了前兆仪器的远程监控、数据浏览、数据预处理等,观测数据精度也大大提高,数据信息量成量级增长,并实现了台网前兆数据的数据库管理与共享,拥有对观测数据的分级管理权限。
目前,前兆观测数据更多地用于地震预测会商、前兆映震分析、同震效应检验,通过渐进方式拟合已发生地震与存在异常的区域前兆观测数据的物理关系,从而对未来区域地震趋势开展有条件的预测研究,逐步有序地推进前兆观测资料在区域地震预测中的应用。
2.1 地电磁观测映震能力分析
安徽现有蒙城、嘉山、泾县、合肥、金寨、蚌埠、安庆、黄山8个地电磁监测台站(图1)。从图1可见,皖中西部台站较密集,南北走向台站较稀疏,分布极不均匀,这种布局与安徽的构造断裂分布有关。安徽地电磁观测主要是定点测量大地某一地域浅层深度岩体或土层介质的地电磁场特性,即:地电阻率、大地电场与相对定点地磁场,物理量观测较为清晰。通过定点观测区域地下岩石介质电磁特性变化规律,可以初步了解该区域表层地下结构速度变化。通过长期资料积累与数据分析,能够初步判断一段时间内该区域地下岩石或土层结构介质电性变化是否存在异常,从而推测未来一段时间该地域岩体或土层介质的电性变化是否与未来地震有关(陆明勇等,2006),是否为区域场地电磁的前兆异常。由于这些地电磁观测点大都仅在地表面几十米至数百米深处,地壳深处孕震发震过程是否与观测到的地电磁异常有关,还有待于更深入的研究和检验。
针对地电磁观测资料特点,我们收集了2004年1月至2008年12月安徽数字化地电磁观测数据,进行整理与均值计算,结果是:每个台站地
图1 安徽地区地电磁观测台站分布示意图
Fig.1 Sketch of geoelectric stations in Anhui
电磁观测数据年变均值基本正常。合肥台及邻区地电阻率为12.90～13.44 Ω·m,嘉山台及邻区地电阻率为19.74～21.15 Ω·m,蒙城台及邻区地电阻率为80.13～87.69 Ω·m,年变化率Δρ≤±5.0%/年; 台站地磁总场强相对测值为100～120 nT,年变化率ΔB≤±3%/年,基本上也在允许变化范围内; 大地电场由于观测时间不长,观测数据受场地环境影响也较大,电极测数极不稳定,目前还不能用于前兆映震检验。
以上地电磁观测数据分析处理结果描述的仅仅是台站所在地域的地表岩体或上土层结构介质电性,而这些数据在2008年汶川大地震前后近一年没有明显异常特征。2007年初至今,安徽及周边(省界外延100 km)地区也未发生5.0级以上地震,因而无法检验安徽地电磁观测资料的近场映震能力。结合过去该区域地震活动情况,笔者认为安徽地电磁前兆观测数据的同震效应并不明显,难以根据此类数据对近场前兆异常作出判定。
2.2 地下流体观测映震能力分析
安徽地下流体观测网点较密集且分布均匀(图2),观测台点密度达1.36个/万km2。其中,水位观测有静水位和动水位两种观测方式,静水位观测站点主要有淮北皖22井、淮北皖35井、涡阳皖18井、临泉皖08井、怀远召郢井、五河皖女山井、五河皖11井、天长皖07井、定远04井、金寨05井、霍山皖33井、肥东路口井、巢湖皖14井、无为皖24井、含山皖10井、芜湖皖28井、芜湖皖29井、马鞍山皖17井、马鞍山皖27井、安庆皖23井、泾县凤村井、宣城皖20井、黄山皖30井; 动水位观测站点有庐江地震台、香泉地震台2个。地下水化学成分与水温观测站点很少,氡值观测仅有庐江地震台、蚌埠地震台、香泉地震台、临泉地震台和汤池水化观测站5个; 水温观测站点仅有庐江地震台、巢湖皖14井、无为皖24井、黄山皖30井和香泉地震台5个; 气体成分观测点仅庐江地震台1个。水温与地缝隙氡值观测点密度为0.28个/万km2。显然,从该区域地下流体中获取背景场值或辨析异常信息所需数据量与台站密度不相符。距郯庐断裂中南段最近的地下流体观测点只有庐江地震台,要真正获取与郯庐断裂中南段区域地下构造间岩石块体蠕变有关的地下流体信息,真正提高安徽区域前兆监测能力与预测研究水平,应在该区域增加台点密度。
图2 安徽地区地下流体(水位、水温)站点布局图
Fig.2 Distribution of underground fluid(water table,water temperature)stations in Anhui
汶川8.0级大震安徽前兆流体测项是否存在异常与同震效应?笔者使用2007年5月至2008年12月全省20多个地下流体站点的水位以及水温、氡值观测资料进行分析与计算,结果表明:汶川地震发生时全省水位站点均记录到瞬间的明显的水位振荡(
图3a)及同震效应。地震波能量传递到每个观测井点,部分能量被井下流体吸收转换成水波能量,使水位上下振荡,振幅大小与震级大小、震中距离有关,也就是与震波能量转换率有关。2007年9月12日印尼8.5级巨震与2008年5月12日汶川8.0级地震发生时,庐江地震台、临泉地震台氡值观测均记录到同震效应,庐江地震台氡值振幅瞬间高于正常值的25%～40%,震后1～5个月才逐渐趋于正常; 水温观测同震效应出现较大离散性,虽有一些异常特征,但用于地震预测较勉强,经数据处理后的时间变化记录曲线与地震前兆信息间关联程度很难准确判定(
图3b)。
以往地震工作者在选建流体观测点时,更多考虑的是台站是否易于维护管理,因此所选井点并不一定是断层附近岩体缝隙处的观测敏感点。根据同震效应,地震波能量通过岩石介质传递给地下流体介质,转换成另一形式,引起井下水位移变化。在时域分析中,无论水温、水化学物质含量或浓度的突跳现象,人们都无法判定它们是否属于构造带内岩体间流体出现的物理、化学现象异常。通过前人的工作我们知道数据有用性与采样率有关(陆明勇等,2006),高采样率可获取海量数据及更多有用的地下信息。虽然目前数字化前兆观测的采样率已大大提高,达到小时或分钟量级,但数据变化过程仍不能满足判定水温、水化学物质含量或浓度的变化现象就是构造带内岩体间流体出现的物理、化学异常现象的要求。通过对2007年5月至2008年12月安徽流体资料的分析表明:水位、氡值含量有较好的大震同震效应,但存在数据量不够,信息量明显不足的现象,无法判定数据的突跳与大震孕震过程之间的物理、化学关联。在合适的地点增加观测点,提高数据采样率以增加数据信息量是改善这一方法的有效手段。
2.3 形变观测映震能力分析
安徽地形变观测有定点观测和野外流动观测两种。定点观测主要有淮北、泗县、金寨、泾县、安庆、肥东及佛子岭7个定点观测台站(图4); 野外流动观测主要由郯庐断裂中南段流动观测场和大别山地区的霍山落儿岭—土地岭断裂与仙人冲断裂两侧的流动观测场组成。定点观测传感器主要采用水管倾斜仪,金属摆、石英摆倾斜仪和高精密水准测量仪,观测区域场地球表面潮汐变化趋势; 流动观测主要为定期跨断层短水准测量,
图3 2008年5月12日庐江台(a-1)、淮北台(a-2)、巢湖台(a-3)水位观测曲线和庐江井(b-1)、巢湖井(b-2)、无为井(b-3)水温观测曲线
Fig.3 Curve of water table of Lujiang station(a-1),Huaibei station(a-2),Chaohu station(a-3) and Curve of water temperature of Lujiang well(b-1),Chaohu well(b-2) and Wuwei well(b-3)on 12th May,2008
其中霍山地区有5个跨断层流动短水准场地,郯庐断裂中南段有2个跨断层流动短水准场地。仪器采用高精密水准测量仪,观测方式是跨断层主断面测量,点位为基岩点,复测频率为6次/年,流动测量通过观测监视该区域跨断层面间地表的相对位移变化,判断区域变形是否存在异常。形变观测的原理是区域性潮汐变化或相对位移变形一定程度上反映了地球内部某一部位点应力聚集或迁移(钱晓东等,2004)。
笔者选取2007年5月至2008年12月安徽5个定点形变台观测资料与跨断层流动水准资料进行复核计算,绘制时间曲线,得出的定点台站倾斜记录曲线固体潮清晰,对较远的大地震(M≥7.0)有明显同震效应(图5)。由图5可见,泾县、金寨、淮北、泗县台的倾斜记录较好地反映了2008年5月12日汶川地震引起的区域场形变位移过程,但在大震发生前没有出现明显异常,如矢量打折、固体潮畸变、曲线高频抖动、阶跃、锯齿波或串珠形状等现象。近几年来安徽及周边地区(由省界外延100 km)没有5.0级以上中强震发生,因而安徽地形变倾斜观测的近场同震效应和短临异常无法验证。
图4 安徽地区地形变观测台站布局图
Fig.4 Distribution of deformation stations in Anhui
图5 2008年5月12日 泾县台(a)、金寨台(b)、淮北台(c)、泗县台(d)形变观测的日变化曲线
Fig.5 Deformation curve of Jingxian station(a),Jinzhai station(b),Huaibei station(c)and Sixian station(d)on May 12,2008
