安庆地震前水位中期异常主要表现为趋势下降和趋势上升(图2)。从时间进程上看,水位趋势上升异常出现时间早于趋势下降异常,如定远皖04井水位总体呈上升趋势,但从2007年8月开始上升速率变小(2006年定远M4.2地震前,该井水位上升速率于2005年开始变小,与本次情况类似),而最早出现下降的五河女山井水位是于2009年1月开始的。从空间分布上看,距震中较远的宿迁苏05井、五河女山井、姜堰苏10井及武进苏19井水位表现为下降变化,而相对靠近震中的定远皖04井、巢湖皖14井及丹徒苏18井水位、南京江浦台流量为上升变化(图2a,b)。值得注意的是2005年九江M5.7地震前,江浦台流量也呈上升趋势(图2b)。进入临震阶段,大部分水位趋势上升异常开始转折下降(图2b,c,d),且趋势下降速率进一步增大(图2e,f),这符合Mjachkin等(1975)提出的裂隙串通(IPE)模型理论,即进入临震阶段,在构造应力的持续作用下,微裂隙剧烈增加,小裂隙发育成较大的裂缝,介质的不均匀性会导致大裂缝加速扩容,导致水位下降或加速下降(李利波等,2016)。

图2 安庆地震前后部分水位中期异常特征曲线
Fig.2 The mid-term anomaly characteristic curve of some water level before and after Anqing M4.8 earthquake

安庆地震前的2项水温中期异常均表现为趋势上升(上升速率增大),进入临震阶段,水温转为平稳变化状态,随后发震。如无为皖24井水温从2010年1月15日开始,上升速率明显加快,由原来的0.000 8 °C/d上升至0.001 5 °C/d,至2011年1月1日恢复,之后发震。在2012年高邮M4.9地震前,该井水温上升速率再次增大,与本次地震前异常具有相似性(图3a); 巢湖皖14井于2010年4月15日开始,水温出现快速上升变化,至2010年8月7日转平,随后缓慢下降,在下降恢复过程中发生安庆地震(图3b)。

图3 安庆地震前后水温中期异常特征曲线
Fig.3 The mid-term water temperature anomaly characteristic curve before and after Anqing earthquake

安庆地震震中400 km范围内仅靠近震中的合肥台出现地电阻率异常,为中期异常,信度高。合肥台NE向地电阻率于2010年5月开始出现反常变化,在梅雨季节未出现正常规律下降,反而持续上升(图4)。在2010年8月没有出现往年同期的极小值,却出现了极大值,呈明显的破年变异常现象,震后异常逐渐恢复。李军辉等(2013)研究得出,在安庆地震前29 d,大陆东部出现较

图4 安庆地震前后合肥台地电阻率变化特征曲线
Fig.4 The ground resistivity characteristic curve of Hefei station before and after Anqing earthquake

明显地磁低点位移异常,分界线沿安徽金寨、山东新沂、大山等台站,这种地磁场的变化可能与安庆地震的孕育、发生相关联。

震源区定点地形变观测站仅出现1项中短期异常变化,为肥东台定点短水准中期趋势下降异常。自投入观测以来,肥东台短水准高差逐渐变大,2009年11月20日该测线基岩标A点出现反向下降变化,至2010年8月10日高差累计减小2.96 mm,之后又增大恢复,在恢复过程中发生安庆地震(图5)。定点跨断层短水准是直接测量断层位移的,其观测数据真实、可靠,它的下降可能反映了短期内局部断裂的蠕动现象(黄英等,2015)。

图5 安庆地震前后肥东台定点短水准变化特征曲线
Fig.5 The fixed point short level characteristic curve of Feidong station before and after Anqing earthquake

徐如刚等(2011)根据2010年5月和9月的2期重力场测量结果,进行了差分处理,得出2010年9月重力场差分动态异常。中期阶段,震中西侧区域出现显著的重力值变化(图6a),短期阶段,西侧重力值恢复正常而震中附近出现明显梯级带特征。而重力梯级带,特别是位于重力相对较大变化的部位,容易产生剪切应力而发震,为地震的发生提供了破裂条件和能量(申重阳等,2009; 徐如刚等,2011)。

一般认为获取临震异常是预测地震发生时间的有效手段(刘耀炜等,2004)。安庆地震发生前,水位短、临异常突出。从2010年10月初(震前3个多月)开始,马鞍山皖27井、安庆皖23井水位及宿迁苏05井水温都出现了明显的短期同步突降异常变化(图7a～c)。进入临震阶段,黄山台钻孔应变、泾县台水管倾斜超限、霍山皖33井水位(图7d)出现先突降后缓降的异常变化。时间上,这些短临异常变化具有同步、协调性特征; 空间上,除宿迁苏05井水温观测站震中距较大,其他异常观测站均位于震中200 km范围内。在孕震初期,异常向外围扩散,进入临震阶段,异常由外围向震中迁移(图1)。从异常演化特征分析,马鞍山皖27井、安庆皖23井沿枞阳—宿松断裂分

布,异常出现的时间早于其他短临异常,且安庆、宿迁、泾县、黄山及霍山观测点数据在临震阶段表现为异常结束或下降速率减缓特征。下面对部分观测点异常进行介绍。

(1)马鞍山皖27井水位快速下降

皖27井于2008年9月开始数字化观测,观测以来水位总体变化平稳,年变幅约60 cm。2010年10月5日开始水位大幅度、快速下降,至2011年

图6 安庆地震前2010年5月(a)和9月(b)重力场差分异常图(据徐如刚等(2011)修改)
Fig.6 Gravity difference anomalies before Anqing earthquake on May,2011(a) and Sep.,2011(b)(modify from Xu et al,2011)

图7 安庆地震前水位,水温短、临异常时间曲线
Fig.7 The short impending abnormal time curves of water level and water temprature before Anqing earthquake

1月18日下降幅度达1.9 m,在水位最低值时发生安庆地震,震后又快速回升(图7a)。

(2)安庆皖23井水位加速下降异常

皖23井于2007年9月2日开始数字化水位观测,记录具有规则的年变动态,年变幅度为35～80 cm。2010年10月9日水位开始快速下降,后缓慢下降,在下降过程中发震,异常幅度约45 cm,震后继续下降(图7b)。时间上与马鞍山皖27井水位异常变化同步; 构造上两者相关联,均位于枞阳—宿松断裂近侧(图1)。

(3)宿迁苏05井水温下降异常

苏05井水温为趋势上升型动态变化,2010年11月5日水温出现转折下降变化,至2010年12月25日累计下降0.1°C,后在上升恢复过程中发生安庆地震(图7c),震后异常继续上升恢复到正常趋势状态,该井水温映震特征为短期下降异常,如2012年高邮M4.9地震前(图7c)。

(4)霍山皖33井水位突降异常

皖33井水位日变幅1～2 cm,固体潮清晰,观测资料表明,该井映震表现是水位突升或突降异常,为短临异常。该井水位于2010年12月8日突降约6.5 cm,12月9日继续缓慢下降,在下降过程中发生了安庆地震,震后水位继续下降(图7d)。