基金项目:云南省人民政府十项重大措施监测预报(JCYB-20080601-05)项目资助.
(昭通市防震减灾局,云南 昭通 657000)
(Zhaotong Earthquake Prevention and Disaster Reduction Administration,Zhaotong 657000,Yunnan,China)
Yiliang M5.7,5.6 earthquakes; near field region; earthquake activity anomaly; precursory anomaly
备注
基金项目:云南省人民政府十项重大措施监测预报(JCYB-20080601-05)项目资助.
通过对2012年9月7日云南省昭通市彝良县洛泽河一带5.7、5.6级地震前近场区的地震活动和前兆异常研究,总结得出地震活动异常主要为“震前4级地震活动水平增强、出现小震活动空区,孕震早期有‘信号震',短期出现‘逼近地震'”; 前兆异常开始于震前1年左右,流体异常早于形变异常,短临阶段前兆异常有由外围向震中迁移的现象,临震异常出现的时间较为集中,主要在9月1日和5日2个时间点。
Research on seismic activity and precursory anomalies in the near field before the M5.7,5.6 earthquakes in Luoze River of Yiliang County in Zhaotong on Sep.7,2012,we summarized the maim characteristic of seismic activity before Yiliang M5.7,5.6 earthquakes is that the increasing of M4.0 earthquakes activity and small earthquake activity gap appeared before the earthquake,‘signal shock' appeared in the early stage of earthquake preparation and the impending earthquakes appeared in a short time. Precursory anomalies had begun in one year before the earthquake and fluid anomalies occurred earlier than deformation anomalies. In the short-term and impending stages,the precursory anomalies migrated from the periphery to epicenter and the appearance time of impending anomalies mainly focused on Sep.1 and Sep.5 in 2012.
引言
云南是中国大陆地区地震发生最为频繁的省份之一,对震前出现的异常进行归纳、总结,一直是地震工作者较为重视的一项工作。《中国震例》(1965—2002)就1965年以来云南地区36个M≥5地震震例进行了总结(张肇成等,1990,1999,2000; 陈棋福等,2002a,2002b,2003,2008),这些总结都是选取以震中为圆心,半径R≥200 km内进行的前兆异常分析。目前还没有州(市)地震局(防震减灾局)根据自己观测的资料,对本区发生的地震且震前观测到的异常进行总结的相关研究。彝良5.7、5.6级地震前滇东北地区地震活动和前兆观测均出现了显著的异常,特别是昭通市、县两级防震减灾局的前兆观测资料,长、中、短临异常都较为显著。本文以昭通市前兆观测资料为主,结合地震活动性异常,对彝良5.7、5.6级地震的异常现象及时空演化特征进行归纳、总结。
1 地震参数
据云南省地震台网测定,北京时间2012年9月7日云南省昭通市彝良县洛泽河一带发生了5.7、5.6级地震,地震参数如表1所示。
2 昭通及邻区地震活动异常
3 前兆异常分析
昭通市、县两级防震减灾局现有模拟前兆观测点15个:其中水氡观测点7个、水化学观测点3个(15测项)、断层气CO2观测点5个; 数字化前兆观测点21个:其中形变观测点8个(石英水平摆3个、垂直摆倾斜1个、四分量钻孔应变4个)、电磁波观测点3个、数字化水位和水温观测点7个、数字化逸出气体观测点3个。
彝良地震前,先后有13个观测台站的24项前兆测项出现了异常(图6),笔者根据异常出现的时间先后顺序分类,对异常的时空进程进行分析。
3.1 中期异常统计彝良地震前3个月出现的中期前兆异常,共计6个测项,包括流体类5个测项(图7),形变类1个测项(图8)。巧家台水氡(Δ=127 km)
图6 彝良地震前兆异常台站分布图
Fig.6 Distribution of precursory anomalies stations before Yiliang M5.7,5.6 earthquakes图7 彝良地震中期流体测项异常
(a)巧家台水氡;(b)永善台水氡;(c)盐津台水氡;
(d)鲁甸台氟离子;(e)鲁甸台电导
Fig.7 Abnormities of medium-term fluid items of Yiliang M5.7,5.6 earthquakes (a)water radon recorded by Qiaojia Station;(b)water radon recorded by Yongshan Station;(c)water radon recorded by Yanjin Station;(d)fluorinion recorded by Ludian Station; (e)conduction recorded by Ludian Station3.2 短期异常在“9·7”彝良地震前3个月至震前10天,滇东北地区出现9项前兆异常,其中流体类6项(图9)。四川布拖台(Δ=118.2 km)和普格台(Δ=143.4 km)二氧化碳测值从6月初开始出现加速上升异常,盐津台水氡在低值背景中于6月中旬再次出现阶降。大关台(Δ=30.6 km)二氧化碳7月开始出现高值上升异常,8~9月达观测以来最高值,且测值不稳定; 鲁甸茨院台(Δ=49.4km)
图9 彝良地震短期流体测项异常
(a)四川普格台二氧化碳;(b)四川布拖台二氧化碳;
(c)盐津台水氡;(d)大关台二氧化碳;(e)鲁甸
茨院台地温;(f)昭阳区一中台地温
Fig.9 Abnormities of fluid items in short-term of Yiliang M5.7,5.6 earthquakes (a)Carbon dioxide recorded by Puge Station in Sichuan;(b)Carbon dioxide recorded by Butuo Station in Sichuan;(c)water radon recorded by Yanjin Station;(d)Carbon dioxide recorded by Daguan Station;(e)ground temperature recorded by Ciyuan Station in Ludian;(f)ground temperature recorded by Zhaoyang Station形变类短期异常有3个测项(图 10)。彝良台(Δ=14.8 km)垂直摆倾斜仪矢量方向6月起大幅向北东方向倾斜; 永善台(Δ=88.5 km)石英水平摆矢量方向也在6月出现转折,8月底曲线打结、绕圈; 彝良台(Δ=14.8 km)四分量钻孔应变8月中旬开始出现转折,表现为向东受压。加上中期异常中所列出的水富台石英水平摆异常,以上4条形变测项的矢量曲线,在滇东北地区有震和无震年份,年变形态均表现出明显的差异性。
3.3 临震异常在震前10天内,昭通境内有9项前兆观测手段出现“准同步”异常,包括流体异常2个点、形变类异常5个点、电磁类异常2个点。第一次“准同步”异常出现的时间为9月1日,有形变类异常4项和流体类异常2项,形变异常有:大关台四分量钻孔应变(Δ=26.8 km)、彝良台四分量钻孔应变(Δ=14.8 km),渔洞台四分量钻孔应变(Δ=32.8 km)、彝良台倾斜(图 11); 流体异常有:昭阳区乐居台地温(Δ=37.4 km)和威信台氦气(Δ=114.4 km)(图 12)。3个钻孔应变的异常表现为出现应变阶跃,2项流体异常表现为高值突升异常。第二次“准同步”异常出现在9月5日,渔洞电磁波和巧家电磁波(Δ=127 km)在同一时间点上出现高频异常信号(图 13)。此类多台站不同测项出现“准同步”异常,是昭通市近几年来加大监测投入,新增数字化前兆手段后,第一次记录到区域内破坏性地震的前兆异常。
3.4 彝良地震前兆异常的时空进程演化从彝良地震前前兆异常的时空演化进程可明显看出,在孕震初期(3个月以上),前兆异常主要以地下流体测项为主,分布于震源外围地区; 在孕震中期(1~3个月),前兆异常除地下流体外,以四分量钻孔应变为主的形变类异常开始出现,震中地区开始出现异常,但异常点位仍表现为离散状态; 到临震阶段(1个月以内),流体、形变、电磁三大前兆测项均出现异常,且震中地区异常显著增加,在9月1日和5日2个时间点上出现多项前兆测项异常“准同步”暴发特征,可判定孕震期进入临震阶段的标志。彝良地震是昭
图 10 彝良地震短期形变测项异常
(a)彝良台倾斜矢量图;(b)永善台石英水平摆矢量图;
(c)彝良台四分量钻孔应变矢量图
Fig.10 Abnormities of short-term deformation items of Yiliang M5.7,5.6 earthquakes (a)tilt vectorgraph recorded by Yiliang Station;(b)quartz horizontal pendulum vectorgraph recorded by Yongshan Station;(c)borehole strain vectorgraph in four component recorded by Yiliang Station图 11 彝良地震前临震形变异常
(a)彝良台钻孔应变;(b)渔洞台钻孔应变;(c)大关台
钻孔应变;(d)威信台钻孔应变;(e)彝良台倾斜
Fig.11 Impending earthquake deformation anomalies before Yiliang M5.7,5.6 earthquakes(a)borehole strain recorded by Yiliang Station;(b)borehole strain recorded by Yudong Station;(c)borehole strain recorded by Daguan Station;(d)borehole strain recorded by Weixin Station;(e)tilt recorded by Yiliang Station图 12 彝良地震前临震流体异常
(a)昭阳区乐居台地温整点值曲线图;(b)威信台氦气整点值曲线图
Fig.12 Impending earthquake fluid anomalies before Yiliang M5.7,5.6 earthquakes(a)whole point graph of ground temperature recorded by Leju Station in Zhaoyang;(b)whole point graph of helium recorded by Weixin Station4 认识和讨论
滇东北地区(26°~29.1°N,102°~106°E)的M≥5地震活动具有“活跃—平静”的韵律特征,且活跃期内又可再分为“弱幕”和“强幕”阶段。2003年“11·15”昭鲁间5.1级地震标志着该区域进入新一轮强震活动期,之后滇东北地区M≥5地震呈连发态势。2006年“8·25”盐津5.1级地震后至2011年,出现了5 a的5级地震
图 14 彝良地震前兆异常台站分布图
(a)中期异常;(b)短期异常;(c)临震异常
Fig.14 Station distribution of precursory anomalies before Yiliang M5.7,5.6 earthquakes (a)mid-term anomaly;(b)short-term anomaly;(c)impending earthquake anomaly平静,为这一活跃期内“弱幕”向“强幕”的过渡期。2010年以来,滇东北地区4级地震丛集,表明区域应力水平增强,有利于发生M≥5地震,启动“强幕”地震活动。2012年彝良5.7、5.6级地震发生标志该强震幕活动开始。
2010年以来,滇东北地区4级地震丛集,区域释放速率加大,是彝良5.7、5.6级地震近场区最显著的地震活动特征; 震前震源区附近小震活动出现显著的空区(段),但震前2年震中附近曾出现了4级显著地震活动。
彝良地震前,昭通市内的前兆观测出现了较多的前兆观测异常。中期异常主要开始于震前1年,如巧家、永善、盐津台水氡,鲁甸台氟离子和电导率的异常都开始于2011年8、9月,异常测项以流体观测为主,形变类只有水富石英水平摆出现异常; 短期异常有从外围向震中迁移的特征,临震异常在9月1日和5日两个时间点表现出多测项准同步现象。
感谢中国地震台网中心刘杰研究员和云南省地震局付虹研究员在文章修改过程中给予的意见和建议。
2.1 M≥5地震活动规律统计1900年以来地震活动,昭通市辖区及周边40 km范围内M≥5地震活动有“活跃—平静”的周期性特征,在每一活跃期内,又可再分为“弱幕”和“强幕”阶段。即活跃期开始3~5 a,地震活动以5级为主,之后经历3~5 a的中强地震平静,“强幕”地震开始活动,最后以1次6级以上地震为标志,活跃期结束,如图1所示。
该区域从2003年11月15日鲁甸5.1级地震开始,进入了新一轮M≥5地震活跃期,至2006年8月25日盐津5.1级地震,不到3 a的时间里共发生了6次5级地震,此时段为活跃期的“弱幕”期。之后为M≥5地震平静时段,至2012年8月已平静6 a,达到历史“弱幕”与“强幕”的最长平静间隔,彝良5.7、5.6级地震的发生标志“强幕”活动段的开始,这一活动格局符合昭通及邻区M≥5地震活动韵律特征。
2.2 小震活动异常2.2.1 4级地震活动增强2010年8月29日巧家4.8级地震后,昭通及邻区4级地震活动较为频繁,先后发生了2010年10月6日四川长宁4.3级、10月18日盐津4.6级、12月3日巧家4.3级、2011年2月12日巧家4.4级、4月15日四川会东、云南巧家间4.5级、12月6日巧家4.0级、2012年6月12日盐津4.2级等多次4级地震。云南地震活动具有层次性,4级地震的频繁活动有利于更大地震的发生(付虹等,2002)。统计昭通及邻区1965年以来4.0~4.9级地震年频度(图2),可见滇东北及周边以(27.5°N,103.8°E)为中心,300 km半径范围发生5.5级以上地震前1~2 a,昭通及邻区4级地震活动频次有增高表现(N≥2)。
2.2.2 2级以上地震活动异常云南省数字化地震台网经过“十五”升级改造,共有45个台站,选用24位数采宽(甚宽)频带地震计(60 s以上)。台站数量的增加和观测设备的升级,使得云南数字测震台网的监测能力提升,可控制云南大部分地区的ML1.8地震、边缘及邻区ML2.2地震。再加上昭通市有由7个短周期数字测震台组成的测震台网,昭通及邻区的地震监测能力可完全记录2级以上地震。
2011年10月至2012年9月,滇东北地区的2级以上地震活动主要分布在北东向的莲峰断裂和昭通—鲁甸断裂两端,在巧家—鲁甸—昭阳一带和盐津—绥江—四川长宁—兴文一带,形成一南一北两个小震活动的密集区(图3)。在此期间,
图3 滇东北地区2011年10月以来2级以上地震震中分布图
Fig.3 Epicenter distribution of M≥2 earthquakes in northeastern Yunnan since Oct.,2011图4 2000年以来马边—盐津地震带昭通“闭锁”段2.6级以上地震(a)M-T图;(b)地震时间间隔曲线图
Fig.4 M≥2.6 earthquakes occurred on the locked segment in Zhaotong of the Mabian-Yanjin seismic belt since 2000(a)M-T diagram;(b)the time interval curve of earthquakes2.2.3 孕震早期的“信号震”和临震前的“逼近地震”“信号震”是指直接发生在长期平静(缺震)状态的历史强震区或活断裂近代缺震地段的显著地震,它的发生标志着该区、段的中强以上地震重新复活开始(黄圣睦,董瑞英,1998)。2009年9月10日,在1965年以来从未有过4级以上地震活动的昭通市大关县玉碗镇一带发生一次4.2级地震(图5中a处),此次地震震中距“9·7”彝良5.7级地震震中仅有20.9 km。此后,滇东北地区巧家、盐津和四川会东、兴文、长宁一带又多次发生4级地震。可见,大关玉碗4.2级地震符合“信号震”的判别标准,可认为是彝良5.7级地震的早期“信号震”。
图5 滇东北地区1965~2012年4级以上地震震中分布图
(a)2009年9月10日大关4.2级地震;(b)2012年6月12日盐津4.2级地震
Fig.5 Epicenter distribution of M≥4 earthquakes in northeastern Yunnan from 1965 to 2012(a)Daguan M4.2 earthquake on Sep.10,2009;(b)Yanjin M4.2 earthquake on Jun.12,2012- 陈立德.2000.震源硬化模型的理论、实验及观测事实依据[J].地震,20(1):1-9.
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