地震从孕育到发生的过程也是一个能量从积累到释放的过程。在地震孕育过程中,环境应力场会发生变化,各种地震前兆场也会发生变化。目前人们分析、预报地震和总结震例更多的是从各种前兆测项的异常数量、异常幅度、异常持续时间及异常的时间和空间分布与地震的相关性这一角度来进行(蒋海昆等,2009; 张肇诚,1988,1990a,b,1999,2000; 陈棋福,2002a,b,c),较少从前兆场的概念入手。从场的角度分析得最多的是GPS观测资料的运用,如人们常用GPS观测结果分析中国大陆现今水平应变场和长趋势垂直构造运动特点(杨国华等,2002; 顾国华,2005),还对中国大陆现今应变场动态做了研究(郭良迁等,2008)。这些研究都是从大区域应力场的角度出发,较少结合地震活动性进行分析,而是侧重于地壳或板块运动学与动力学。杨仕升等(2004)曾将环境剪应力场与区域地震活动性做了相关性分析; 李强等(2005)则对环境应力值在地震空区形成到临近地震及前震发生时的变化情况做了分析; 王晓强等(2009)对新疆巴楚—伽师6.8级地震前的剪应力进行了分析。这些分析表明在地震孕育和发生的同时环境应力场确实发生了同步变化。本文运用福建前兆观测台网资料,从流体水位测项、形变伸缩仪、钻孔体应变、跨断层短水准等测项在应力作用下成场的空间变化与福建区域地震的相关性分析入手,以期利用前兆场的空间变化规律对未来地震的发震地点做出准确判断。

为了便于分析,笔者做如下定义:如果相邻的3个以上(含3个)水井水位震后效应形态一致从而形成一个水位阶跃上升(或下降)的集中区,我们就称之为水位震后效应场。同样地,如果相邻的3个以上(含3个)形变应力测点在趋势上均呈一致的受压或拉张状态,我们就称之为形变压应力场或张应力场。我们将所有这些前兆测项在应力作用下形成的场统称为前兆场。

福建省地震局沿NW和NE两组主要的构造断裂带布设了密度较大的前兆观测台网,包括地下流体、地壳形变和磁电3大学科13种观测手段,观测形式有24小时连续自动记录的数字化观测和模拟观测。地下流体学科目前共有37个观测点、111个台项,观测手段主要有氡、水质、水位、水温等; 地壳形变学科有13个流动跨断层短水准场地、122个流动重力测段、40个定点台项,定点观测手段主要有GPS、钻孔应变、地倾斜、洞体应变、重力、跨断层短水准等; 磁电学科目前共有20个定点台项、39个流动地磁测点,观测手段主要有电磁波、磁场强度和磁偏角。

近两年来,全省各地磁观测台均受周边基建及台站本身迁移改造影响,资料信度不高,而且电磁波反映的多是短临地震异常,因此磁电学科资料不参与场的分析。由于水位观测与形变观测得到的一致性变化应该与环境应力场的变化有关,因此本文主要对水位及各种应变资料进行分析。由于水位受降雨影响较大,其趋势变化更多的是体现年变及降雨,故本文不统计水位的趋势变化,只统计水位的震后效应。而漳州台体应变受降雨影响较大,其趋势变化更多的是体现年变及降雨,因此也不列入统计范围。

地球上绝大多数地震都是构造地震,是断层错动造成的(徐果明,周蕙兰,1982)。地震孕育过程中,在区域应力和震源应力的共同作用下,大区域范围内地壳的不同层位岩石的构造应力会发生明显的变化。在一定的构造部位上,压应力增强,而在另一些部位,则张应力增强(中国地震局监测预报司,2004)。大区域应力场提供了孕震背景,局部应力场则与强震孕育关系密切,它促进了强震的形成和发育(郭良迁等,2008)。因此统计分析形变学科各测项压应力和张应力在不同时期相对集中的空间分布情况,结合同期发生的地震事件,就可了解局部应力场的变化情况与发震地点的相关性,从而对未来地震的发震地点做出一定程度的预测。

由于地下流体中水位与应力的物理相关性很明确——受压则上升,受拉张则下降,因此水位的观测对象实际上是体应变。但水位的干扰因素很多,其测值短时间上升或下降并不全是构造应力场受压或拉张的真实体现,大多数是降雨、外界环境干扰或观测技术系统故障引起的,因此区域应力变化不能仅凭水位测值的阶段性上升或下降来分析。近年来全球8级强震频发,福建地区中强地震频度也增大。笔者注意到,在大区域应力场相同并且没有降雨的情况下,同一次地震事件引起的各水井水位的同震效应和震后效应大不相同,表现为水震波、阶升及阶降等形式。水震波是地震波在传播路途中,含水层发生应变波动性变化在井孔水面上的响应。波动性应变一般以弹性形变为主,主要是对地震波的反映。但是,有理由认为水位的阶升和阶降可能与水井所在区域的局部应力有关,而当多个水井水位阶升和阶降呈相对集中分布时,很可能就是局部应力场异常的体现(廖丽霞等,2009)。因此统计分析不同时期井水位震后阶升和阶降的空间分布情况,就有可能对未来地震的发震地点做出一定程度的预测。

前兆场的形成及地震事件的发生均是同一区域应力场作用的结果。地震孕育过程中,与应力相关的前兆测项如形变的伸缩仪、钻孔体应变、跨断层短水准及流体的水位会在应力作用下在一定区域范围内变化并趋于一致,最后成场,当形变应力场与水位震后效应场的时空演化规律趋于一致时,这一区域就具备发生中强以上地震的背景条件。追踪分析形变应力场及水位震后效应场的空间迁移规律,就有可能对未来地震的空间位置作出较为准确的判断。

随着“九五”、“十五”前兆观测仪器数字化进程的不断推进,我们获取的前兆信息量飞速递增。由于数字化观测系统将地震监测到地震预报的每一个工作环节都串到一起,从而大大缩短了数据从获取到应用的周期,但系统中的每个环节都可能影响观测资料的质量。实际上目前观测资料所反映的绝大多数“异常”均与地震无关,而是由电源系统、仪器观测系统、观测环境及人为干扰等引起的(廖丽霞等,2007)。只有充分运用各种前兆资料,从场的角度进行分析,动态跟踪各前兆应力是否成场及其随后的迁移演化规律,在应力成场而不是呈无序状态的前提下再动态跟踪各前兆测项的变化规律,从中提取短临异常,并结合以往震例,才能对地震作出较为准确的预报。

本文只是笔者从场的角度分析孕震地点的一种尝试,由于目前取得的震例还不多,所得结论应在今后更多的震例中不断加以验证。