玉树井位于青海省玉树县结古镇团结村,井深105 m,井内套管下置深度100 m,水温观测仪器为SZW-1A型数字式温度计,传感器放置深度为100 m,此处为中生代侏罗纪花岗岩。玉树水温为“十五”数字化前兆资料,自2007年8月5日数据开始正常入库以来,至2016年6月30日,数据完整率较差; 2009年2～4月、2012年3月～2013年11月,因仪器故障,数据缺失较多。

自观测以来,玉树井水温动态呈上升趋势,先后出现6次大幅度的突变异常。经分析,前6次的突变异常表明:2007年10月的突变跟仪器安装初期处于仪器平衡过程有关(何案华等,2012); 2008年3月15～27日出现的突降跟2008年汶川M_S8.0地震有关; 2009年11月12～30日出现的突降跟2009年德令哈M_S5.0地震有关; 2010年1月19日～2月2日出现的突降跟2010年玉树M_S7.1地震有关(陈玉华等,2010); 2015年3月13～20日出现的突升跟2014年尼泊尔M_S8.1地震有关(杨晓霞等,2016); 2015年10月7日～11月17日出现的V字型变化跟门源M_S6.4地震有关(图1)。进一步分析这5次地震前的异常形态,发现前3次异常形态特征具有高度相似性,对这种相似性进行定量计算,用下式求得相关系数

r=(∑_m∑_n(A_mn-A¹)(B_mn-B¹))/((∑_m∑_n(A_mn-A¹)²)^1/2(∑_m∑_n(B_mn-B¹)²)).(1)

其中,A、B分别表示为2个矩阵(即代表两条曲线数据序列); A¹、B¹分别为两矩阵的均值。计算结果表明:图2中a异常与b异常相关系数为0.99,a异常与c异常相关系数为0.96,b异常与c异常相关系数为0.98。由此可见,前3次水温异常形态特征具有高度的相似性,异常形态均表现为突降型,异常幅度有一定差异(表2),尼泊尔地震前的水温异常形态表现为突升型(杨晓霞等,2016),门源地震前水温异常形态呈现V字型变化特征,与前4次的异常形态不同,且异常持续时间也比较长。

图1 2007年8月5日～2016年6月30日青海玉树地震台水温变化
Fig.1 The water temperature variation curve recorded by Qinghai Yushu Seismic Station from Aug.5,2007 to Jul.30,2016

平安地震台所在的平安县地处青海省东部,是青海省海东地区海东行署所在地,隶属于青海省海东地区地震局,位于达坂山与拉脊山夹持的山间盆地内,地质构造上隶属祁连构造带。

平安静水位仪架设在该台站院内。观测井深108 m,观测仪器为SWY-II型水位仪,传感器放置深度为27.92 m,井内水面距井口约22.38 m。

表2 玉树井水温异常统计
Tab.2 The statistic of water temperature anomaly recorded by Yushu well

图2 地震前玉树井水温异常形态对比(a)汶川地震前(2008-03-06～04-05);(b)德令哈地震前(2009-11-06～12-06);(c)玉树地震前(2010-01-11～02-10);(d)尼泊尔地震前
(2015-03-03～04-02);(e)门源地震前(2015-10-07～11-17)
Fig.2 The comparison of abnormal shape recorded by Yushu well before earthquake(a)before Wenchuan earthquake(2008-03-06～04-05);(b)before Delingha earthquake(2009-11-06～12-06); (c)before Yushu earthquake(2010-01-11～02-10);(d)before Nepal earthquake(2015-03-03～04-02); (e)before Menyuan earthquake(2015-10-07～11-17)

该井自2014年6月开始观测,同年7月后资料趋于稳定,数据资料连续,年变比较清晰(图3b)。

该井水位具有明显夏高冬低的年变特征,每年的10月至次年的1月为水位低值区间,3～7月为水位的高值区间,年变幅度为40 cm。2015年9月23日平安静水位打破原来下降趋势,转为上升变化,2015年10月25日～12月7日出现了快速下降,2015年12月8日～2016年1月20日继续缓慢上升。为了进一步研究异常的可靠性,对比分析降雨与水位变化之间关系(图3),结果表明,平安静水位破年变与降雨因素无关,2016年1月21日发生门源M_S6.4地震,震中距128 km。震后静水位测值出现转折下降,对比2015年5月6日～2016年3月6日(虚线)跟2014年7月1日～2015年4月30日(实线)的数据,目前平安静水位恢复正常的年变形态(图4)。

图3 平安地震台降雨(a)与静水位日均值曲线(b)
Fig.3 The rainfall(a)and daily mean curve of static water level(b)in Pingan Seismic Station

图4 平安静水位年变对比
Fig.4 The comparison of annual variation of statistic water levee in Pingan well

湟源水氡观测项目于1982年5月投入观测,观测仪器为FD-105K静电计。1997年11月一期改造升级为FD-125氡钍分析仪。观测泉点位于湟源县波航乡泉湾村,水点属断层裂隙上升泉,地处日月山断裂带和拉脊山断裂带的交汇复合处的北缘地段,其水氡含量为73 Bq/L左右(哈辉,2005)。

1990年共和7.0级地震前湟源水氡出现长趋势异常(万存绪等,2001),湟源水氡对1986年门源6.5级地震、1994年共和6.0级地震、5.7级余震、2000年的兴海6.6级地震等有一定异常变化,为多次地震预测预报提供依据(杜娟等,2012; 张敏,2002)。对湟源水氡日均值进行分析发现,2016年1月9～13日湟源水氡出现了快速下降,下降幅度为7.3 Bq/L,之后

图5 湟源水氡日均值曲线
Fig.5 The daily mean curve of water radon recorded by Huangyuan Station

转平,2016年1月21日发生门源M_S6.4地震,震后测值出现转折上升变化,目前数据恢复正常的变化形态(图5)。

乐都地震台水点位于台站东北部约1.5 km处,水点属断层裂隙上升泉,地处达坂山、拉脊山交汇处的加里东期花岗岩长岩NE向小断裂带上,三面是中高山区,南与乐都盆地相邻,海拔2 200 m。乐都气氡为“十五”数字化前兆资料,2007年7月开始观测,8月后资料趋于稳定。2007年7月～2013年9月乐都气氡没有年变现象,断记也比较严重,一直持续到2014年1月,气氡测值才开始稳定,年变比较清晰,分析认为乐都气氡跟气温有很好的相关性。2015年12月16～22日,乐都气氡出现了快速上升,打破原来的缓慢上升变化趋势,上升幅度为96.7 Bq/L,之后开始转折下降,直至12月27日; 2015年12月27日～2016年1月9日气氡值又开始上升,之后一直保持高值。为了进一步研究该异常的可靠性,对周边及观测室进行环境调查,仪器观测系统检查,地下、地表水开采及降水调查。初步判定此次乐都气氡上升情况具有一定可信度,为单井单项观测手段异常,成为地震前兆异常的可能性较大。2016年1月21日门源发生M_S6.4地震,震后气氡测值出现转折下降,目前已恢复正常的变化形态(图6)。

图6 乐都气氡日均值曲线
Fig.6 The daily mean curve of gas radon recorded by Ledu Station

从时间过程看(图7),地下流体异常以中短期异常为主,主要出现在2015年下半年,异常出现的时间是渐进式的,最早出现在震前4个月,最晚在震前12天。物理测项异常出现的时间早于化学测项,水位异常出现的时间早于水温异常,最早出现异常的是平安静水位,其次是玉树水温,最晚出现的异常为湟源水氡。玉树水温异常在地震前结束,而平安静水位、湟源水氡和乐都气氡异常在震后才结束。

从现有的资料来看,空间上,据此次地震震中300 km范围内的测点有11项,其中有3个测项出现异常,占27%,且这3项异常在震中距200 km范围内。说明门源地震相对应的异常项次少,异常范围小。在震中距600 km以外的玉树水温也出现异常。与以往6级地震相比,地下流体前兆场的分布具有明显的“远场”效应,也说明玉树水温测点对门源M_S6.4地震反应比较敏感。但从图8中可以看出,异常出现的时间和震中距关系不成比例。

图7 异常时间进程图
Fig.7 The process diagram of abnormal time

图8 异常出现时间和震中距关系图
Fig.8 The relationship between anomaly occurrence time and epicenter distance

玉树水温异常形态和异常幅度复杂多变,形成的原因还有待进一步的研究,平安静水位、乐都气氡都表现为破年变异常,湟源水氡在震前12天出现了快速下降,目前所有数据恢复正常的变化形态。