(Earthquake Administration of Guangdong Province,Guangzhou 510070,Guangdong,China)
备注
根据广东潮州井24年的水化学观测资料,通过对强震以及中等地震前水化学异常研究得到,潮州井水化学资料在中等地震前以中短期异常为主,而强震前水化学测项出现长趋势异常变化。研究还表明,同样的震前异常持续时间,未来地震的震中距越大,其震级也应更大。从异常形态对比可见,震中距越小的地震,其异常变化的幅度和速率也较大。
According to twenty four years hydrochemical monitoring data of Chaozhou well in Guangdong Province,we have found the feature of hydrochemical anomaly precursor before the moderate and strong earthquakes.The results show that hydrochemical precursor for moderate earthquakes is short-term and impending anomaly,but the one for strong earthquakes is long-term anomaly.It's also indicated that the forecasted epicenter is larger and the forecasted magnitude is also larger for the same duration of the anomaly.For the abnormal pattern contract,the forecasted epicenter is smaller than the anomaly range and the velocity of variation is larger.
引言
潮州水化学观测井位于北东向的三饶—潮州—普宁断裂与北西向的韩江断裂的交汇处,围岩为燕山期花岗岩,井深51.3 m,为花岗岩微承压水,水温常年平均在24℃左右,水质为HCO3-—Ca2+型。该井作为水化学观测专用井,无抽水等环境干扰。从1980年4月起开始观测CO2、HCO3-和总硬度,以后又陆续增加Ca2+和电导率测项。从1985年1月至今5个测项已积累了24年的连续观测资料。从台湾东部邻侧海域往西,横穿过台湾岛区、台湾海峡直到大陆东南沿海地区,地震活动的频度和强度逐渐减弱,菲律宾板块与欧亚板块在台湾东侧挤压、碰撞使得台湾地区强震频发(魏伯林等,2001)。观测资料显示,无论是台湾地区的强震还是华南地区的中强震,潮州井都记录到一定的前兆异常。前人对中强地震前地下流体映震能力、异常特征也做了大量的分析(冯绚敏等,1995; 张立等,2006; 陆明勇等,2004; 陈立德等,2008; 车用太,鱼金子,2006)因此,总结水化学前兆资料的近距离中等地震和远距离强震前的异常特征及其差异,是值得深入探讨的问题。
1 水化学异常实例
1.1 水化学观测和资料选取潮州井的观测项目包括CO2、HCO3-、Ca2+、电导率和总硬度。所使用的地震目录取自中国地震台网中心的目录。选取地震的原则是距该井250 km以内ML≥4.5地震和台湾海峡ML≥6.0地震。符合条件的地震共13个,列于表1。图1为所取地震分 布图,所绘图件由地震前兆信息与软件系统EIS2000完成(蒋骏等,2002)(▲为井位)。
图1 距该井250 km以内ML≥4.5地震和
台湾海峡ML≥6.0地震分布图
Fig.1 The distribution map of ML≥4.5 earthquakesML≥6.0 earthquakes happened in Taiwan channel
在1987年9月至1988年8月的1年时间里,潮州井的观测资料属正常动态(图2)。在此时段内,距井250 km范围内没记录到ML≥4.0地震。在无人为干扰影响的情况下,CO2、HCO3-、Ca2+、电导率和总硬度变化平稳,CO2、Ca2+、电导率和总硬度变化较同步,似“年周期”变化的正常形态,表现为:6~9月测值相对较高,变化幅度不超过3%,可见该井总体上具有平稳变化的化学动态特征,给识别地震异常特征提供了分析基础。
图2 潮州井观测资料的正常动态图(a)硬度日均值;(b)Ca2+日均值;(c)HCO3-日均值; (d)CO2日均值;(e)电导率日均值;(f)日降雨量
Fig.2 The normal dynamic map of the monitoring data at Chaozhou well1.2 1986年台湾海峡6.0级地震、1987年江西寻乌5.8级地震在两次地震震级接近,震前多项水质的测项先后出现趋势变化(图3)。两次地震前硬度、Ca2+出现下降后缓慢回升,上升趋势转平后发震; CO2测值出现缓慢上升,发震后缓慢下降。台湾海峡6.0级地震前HCO3-快速下降后缓慢回升,上升趋势转平后发震。CO2测项则是快速上升,发震后缓慢下降(表2)。
1.3 1992年东沙群岛6.2级地震、台湾海峡7.4级地震1992年4月起井水的硬度、Ca2+、HCO3-出现准同步的缓慢趋势上升,东沙群岛地震前快速上升、快速下降异常形态突出,之后测值没有恢复,并在台湾海峡地震前1个半月出现同步的显著下降—回升异常变化(图4、表3)。
图3 台湾海峡6.0级、江西寻乌5.8级地震前潮州井水化学前兆异常
(a)硬度日均值;(b)Ca2+日均值;
(c)HCO3-日均值;(d)CO2日均值
Fig.3 The hydrochemical anomaly precursor before the M6.0 Taiwan channel earthquake and M5.8 Xuwu earthquake in Jiangxi Province图4 东沙群岛6.2级、台湾海峡7.4级地震前潮州井水化学前兆异常图
(a)硬度日均值;(b)Ca2+日均值;
(c)HCO3-日均值;(d)CO2日均值
Fig.4 The dydrochemical anomaly precursor map before M6.2 Pratas Islands and M7.4 TaiWan Channel earthquake表2 台湾海峡6.0级、江西寻乌5.8级地震前潮州井水化学前兆异常统计
Tab.2 The statistics of the hydrochemical anomaly precursor before the M6.0 Taiwan channel earthquake and M5.8 Xuwu earthquake in Jiangxi Province1.4 2007年福建永春4.9级地震、2008年厦门4.8级地震这两次地震前1~3个月水化学资料的硬度、Ca2+、HCO3-出现准同步的显著下降,持续低值,发震后回升; 从2007年6月起CO2显著上升,永春4.9级地震前10天测值下降,回升发震,之后回降; 2008年2月至6月即厦门4.8级地震前CO2测值在相对低值波动,临震突跳(图5、表4)。
表4 福建永春4.9级、厦门4.8级地震前潮州井水化学前兆异常统计
Tab.4 The statistics of the hydrochemical anomaly precursor before M4.9 YongChun earthquake and M4.8 Xiamen earthquake in Fujian Province表5 其余各震例震前潮州井水化学前兆异常统计
Tab.5 The statistics of the hydrochemical anomaly precursor before other earthquakes图5 福建永春4.9级、厦门4.8级地震前井水化学前兆异常
(a)硬度日均值;(b)Ca2+日均值;
(c)HCO3-日均值;(d)CO2日均值
Fig.5 The hydrochemical anomaly precursor before the M4.9 YongChun earthquake and M4.8 Xiamen earthquake in Fujian Province2 认识与讨论
(1)震前所观测的异常变化具有多测项同步异常的特征。震前异常不仅是水中某个组分显示异常变化,而且是水中多个组分在某一时段内集中显示出异常变化。本文所研究的13次地震中,观测项目CO2、HCO3-、Ca2+、电导率和总硬度震前同步异常达到61%。这种同步异常代表地下水的物理化学整体异常变化,应该是孕震过程中的一种表现。对比粤闽交界陆区上的中强地震与台湾海峡7.4 级地震,前者以短临异常为主,后者则出现2~4年的长趋势异常。因此,有无多测项长趋势异常可作为华南地区强震预测的判据之一。
(2)震前异常形态复杂多样。HCO3-、Ca2+、总硬度变化形态以下降—回升为主的占70%,但也有缓慢下降和突降类型,回升的速率也不一样。在该井同一方向的地震,如台湾海峡1986年ML6.0地震和1994年ML7.4地震前,同一测项也有正、负异常变化的情况,异常的幅度和起伏变化速率也不一样。
(3)震级、地点相近的不同地震,异常也不同。河源地区先后发生的3次地震,即1991年9月21日ML5.0、1999年3月25日ML4.7和 1999年8月20日ML5.1地震。这3次地震的震级相差不大,震中位置仅相差10 km左右,但其前兆异常的形态完全不同。1991年ML5.0地震前兆,以持续1~2个月的短期异常为主,异常测项包括硬度、Ca2+、HCO3-; 1999年3月ML4.7地震却无明显地震前兆异常; 而ML5.1地震则以突跳短临异常为主,硬度、Ca2+、HCO3-和电导率出现突跳。河源地区地质构造复杂,断裂发育,主体呈NE走向,局部呈NEE和近SN走向,还有东西向的清远—河源—丰顺断裂(康英等,2005),这两次地震前兆异常差异与所处构造有关,还是与发震机制有关,还有待以后进一步研究。
(4)震前异常持续时间、异常形态与震中距有关。① 震级接近的地震:2007年福建永春4.9级地震和2008年厦门4.8级地震。地震震中距分别为243 km和164 km,异常形态也有所不同。震级接近的地震,震中距较小的,其异常变化的幅度和速率也较大。1986年台湾海峡6.0级地震和1987年江西寻乌5.8级地震震例也证实了这点。震级较大的地震,其震前异常变化显示出相对平缓的趋势变化特征; ② 震中距接近的地震,异常持续时间越长,震级越大。东沙群岛6.2级地震和台湾海峡7.4级地震为震例。
(5)异常的迭加等原因会使地震预报漏报率增加。如1989年11月河源4.4级地震发生在台湾东部海中6.8、6.4级地震后2个月,震前异常很难区分; 硬度、HCO-3、Ca2+3个测项在2005年6~7月间、2006年6~8月间都出现了一个“∧”型高值异常,在异常出现的时段,2005年4~9月在1994年台湾海峡7.3级地震震中区附近出现了一组ML4~ML5的震群活动,最大震级ML5.0(震中距约200 km),2006年10月、12月台湾以南海域发生了MS6.3、7.2强震(震中距451 km),两年来 出现的先升后降的异常过程作为两组海域地震的前兆,在时间上也是吻合的,但这两次异常都出现在雨季,2005、2006年同期的降雨量分别为 422.2 mm、1 213.9 mm,显然,这些异常也存在受降雨影响的可能,这两种情况都会使异常难以辨认,地震预报漏报率增加。
(6)目前潮州井观测仪器为人工取样、测定,不是自动连续观测记录,因而可能丢失相当多的临震信息,而且由于地震监测与预报研究本身尚处在探索阶段,对临震信息的特征、信息强度等问题认识还不深,有目的地捕捉前兆信息还有困难,如1995年丰顺ML4.7地震,震中距为63 km,震前异常少,是短临异常变化发生在两次取样之间被漏测,还是由于区域地质构造以及发震机制等原因,有待进一步研究。因此改进提高仪器性能,并且地下流体的综合观测中,寻找临震效应灵敏的测项,是一项对地震预报很有意义的工作。
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