云南地区地处印度板块和欧亚板块碰撞带东侧,新构造运动强烈,活动断裂发育,地震频繁发生。云南的地震活动从1996年丽江7.0级地震后至今已经历了14年平静期,活跃期随时都可能开始,目前云南7级地震危险性进一步增强,应引起高度重视(皇甫岗等,2000,2002)。

云南地震的动力源主要来自于印缅板块向北北东的推挤作用,当区域内某处的应力应变达到一定程度时,就可能发生岩体变形,破裂或沿已有断层粘滑错动,从而产生地震。在此过程中,该区域内也有可能出现与孕震伴生的各种物理效应,如形变、电磁、重力、地下流体等的异常变化(张立等,2008; 李永莉等,2002)。

通海地磁台是中国地震局地磁观测Ⅰ类台。1986年正式投入观测以来,通海台在历年全国观测资料评比中均取得较好的成绩,地磁观测数据连续可靠,为研究地磁与地震的关系提供了有利条件。前人用通海台的地磁资料做了不少的研究工作,其中,用地磁特征线法,计算出通海地磁H、Z分量的地磁特征线斜率K和相关系数C,并与邻区地震的对应关系做了研究,表明异常出现2个月内,发生中强地震的概率可达93.8%,提取的地震磁异常对地震的短临跟踪有很好的应用前景(孙维怀,2008; 李树华,石绍先,2005; 丁鉴海,1998)。

本文主要分析了云南通海地磁相对观测Z分量月均值拟合差及月距平分析的变化特征,及其与云南地区6级以上地震的关系。目前云南第五活跃期可能一触即发,笔者对通海地磁相对观测资料作深入分析,希望能找出预测云南强震的方法,力争用地磁资料捕获大震前的某些异常信息。

选取1986～2010年通海地磁相对观测Z分量资料,利用GIS地震预报分析系统,首先选用线性拟合方法消除长期漂移变化,再进行月距平分析处理来消除年变周期,得到线性拟合差与月距平分析值(付虹,刘丽芳,2003; 张立,唐彩,2003; 李树华等,2006)。

(1)对1986年以来的通海地磁相对观测Z分量数据进行清理连接,消除调仪器等造成的影响,计算得到连续可靠的月均值曲线(图1)。

(2)利用通海地磁相对观测Z分量月均值资料,进行线性拟合消除漂移,即:由Y=a+bx 得到线性拟合差曲线(图2)。

(3)由图2可看到,通海地磁相对观测Z分量月均值曲线,通过线性拟合后,还存在年变周期,为了能够更清楚地突出异常变化,笔者利用距平法消除年变周期(图3)。

ΔY_ij=x_ij-1/n∑ⁿ_j=1X_ij(1)

其中:j为年周期序号; i为取样月序号。

通过线性拟合与距平分析,得到通海地磁Z分量线性拟合差与月距平值曲线的变化动态; 以加速上升或加速下降17 nT并持续时间3个月以上为异常判定值,即可得到异常统计及映震效果统计表(表1,2)。

图1 通海地磁Z分量月均值曲线
Fig.1 Monthly mean of geomagnetic Z-component at Tonghai station

图2 通海地磁Z分量月均值最佳线性拟合差值曲线
Fig.2 Optimum linear fitting residual of monthly mean of geomagnetic Z-component at Tonghai station

图3 通海地磁Z分量拟合差与月距平值曲线
Fig.3 Linear fitting residual and monthly mean geomagnetic Z-component at Tonghai station

表1 通海地磁Z分量拟合差与月距平值异常映震统计表
Tab.1 Reflecting earthquake statistic of fitting residual and monthly mean of geomagnetic Z-component at Tonghai station

表2 通海地磁Z拟合差与月距平值映震效能百分比
Tab.2 Reflecting earthquake ability percentage of fitting residual and monthly mean of geomagnetic Z-component at Tonghai station

由通海地磁Z分量拟合差与月距平值曲线(图3)可看到,通海地磁Z分量变化可分4个阶段:

(1)1986～1995年为下降段。在此过程中1991年3月～1992年1月,出现反向加速上升19.5 nT异常变化,持续时间10 个月,异常结束3个月后,1992年4月23日发生缅甸6.7,6.9级地震。

(2)1995年4月到1997年7月为上升阶段。在这一阶段出现了大幅加速上升67.1 nT的异常变化,持续时间为2年零3个月,异常持续时间长,上升幅度和速率非常显著,该时段云南地震活动处于第四活跃期,大地震频繁发生,即:1995年7月12日孟连7.3级、1995年10月24日武定6.5级、1996年2月3日丽江7.0级地震。1997年7月～2000年3月曲线恢复为下降形态,2000年3～6月再次出现反向上升17.7 nT异常变化,2000年6月8日发生缅甸7.0级地震。

(3)2000年12月到2006年3月处于又一下降阶段。2001年4月～2003年3月大幅加速下降40.1 nT,下降过程中,2001年10月27日永胜发生6.0级地震,2003年3月出现转折,4个月后的7月12日发生大姚6.2级地震,2003年10月大姚发生6.1级地震,震后恢复下降趋势。

(4)2006年3月后进入又一个上升阶段。2006年3～12月加速上升28.2 nT,2007年6月3日发生宁洱6.4 级地震震后速率恢复,持续高值。2009年3月～2010年6月再次出现大幅加速上升异常变化,在此过程中2009年7月9日姚安发生6.0级地震,震后异常变化没有恢复,加速上升变化持续至今。从2009年3月进入加速上升阶段的速率看,与1995年至1997年的大幅加速上升异常变化类似。目前,云南地震活动即将进入第5活跃期,笔者认为未来1年或更长时间,云南存在发生6级甚至7级地震的危险。

(5)由以上分析可以看出,曲线变化形态存在10年左右的大周期变化,这可能与太阳活动及地磁场本身的变化有关。本文主要观注的是,在这个周期中曲线的加速、转折、幅度及持续时间的异常变化。云南强震活动将进入第五活跃期,目前观测曲线出现的加速上升变化,与云南强震活动第四活跃期的曲线加速上升异常类似。若将曲线再进行斜率分析,消除大周期的影响,就会发现目前异常尤为显著(图4)。

图4 通海地磁Z分量距平与斜率分析曲线
Fig.4 Analysis curve between the slope and monthly mean of geomagnetic Z-component at Tonghai station

(1)对通海地磁Z分量作拟合差及距平分析,可以发现主要异常特征为:① 在下降的背景上出现反向上升或转折,存在发生6级地震的危险; ② 当曲线大幅度加速上升或大幅度加速下降,变化幅度大于17 nT,并且持续时间大于3个月时,可能预示发生6～7级地震的危险; ③ 2009年3月至2010年6月出现大幅度加速上升,异常幅度和持续时间已超指标,预示云南强震活跃期即将到来,应警惕发生6～7级地震的危险。

(2)在统计时段内,云南及周边地区发生6级以上地震10组,曲线出现加速变化异常有7组,对应地震6组,漏报4组,对应率86%,可见曲线变化与云南及周边地区6级以上地震有较好对应。

(3)在今后的工作中,应加强对该曲线的跟踪分析,关注曲线的变化情况,警惕云南发生6～7级地震的危险,并收集其它地磁台的资料作对比分析,配合云南地震活动及其它前兆学科的异常变化,力争对云南强震活跃期的判断及大震的预报有所贡献。