水位前兆異常特征探析范文

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《地震研究雜志》2016年第3期

摘要:

以正式出版的《中國震例》(1966～2006年)資料為基礎，選取M≥5.0地震的水位異常數據，分別從水位異常形態、異常數量、異常幅度、震中距分布、異常時間、震級等方面進行分析，發現所有震例中，水位上升形態最多，占43.82%;震級越大，水位平均異常數量越多;在漸變幅度≥3.0cm、突變幅度≥0.5cm、破年變幅度≤70%或≥120%的情況下，可初步判定為水位前兆異常;震級越大，水位異常范圍越廣;地震前水位異常集中爆發的時間越長，距離震中越遠。地震孕育進入短臨階段的水位異常特征如下:云南和川滇地區在震前50～75天時，水位異常數量突然減小，之后增加;西北地區從震前75天開始，水位異常數量減少;其它地區從震前50天開始，水位異常數量急劇增加;從全國整體來看，在震前100天后，水位異常數量逐漸增加。

關鍵詞:

地震孕育;前兆異常;水位異常;異常指標;異常幅度

0引言

地震前兆是地震預報的基礎。張肇成等(1988，1990a，b，1999，2000)、陳琪福等(2002a，b，2003，2008)、蔣海昆等(2014)曾對1966～2006年我國大陸地區發生的240次5級以上地震進行了系統統計和分析，并對震前的異常現象和特征進行了總結，為地震預測預報研究提供了非常有價值的資料。張肇成等(1991)、鄭兆苾等(2006)、付虹等(2008)、陳立德等(2008)對震例中的前兆異常現象進行了系統的分析，對區域孕震規律的認識有重要的意義。地下流體是地殼中最活躍的組成部分之一，在地震孕育過程中，它的變化能靈敏地響應地殼應力—應變狀態的變化信息(萬迪坤等，1993;劉耀煒等，2010)。許多學者對水位前兆異常特征進行了總結，但多集中于單個地震或單井，對大區域的震前水位異常缺乏系統的分析:李軍(2003)利用強震前水位對構造應力的響應，分析了四川地區水位的階段性異常特征;陸明勇等(2005)分析了華北地區水位的短臨異常特征與地震的關系。本文以1966～2006年正式出版的《中國震例》為基礎，選取M≥5.0地震的水位異常資料，將中國大陸分為云南地區、川滇地區(包括云南和四川)、西北地區(包括甘肅、寧夏、青海和新疆)和其它地區等，從水位異常形態、異常數量、異常幅度、震中距分布、異常時間、震級等方面，對水位前兆異常特征進行系統總結分析，為區域的孕震規律和地震預測提供參考。

1基礎資料

1966～2006年的《中國震例》中，有水位前兆異常的共有100個震例，占統計震例的41.7%。100個震例中，共有283項水位異常，平均每個震例有2.83項異常。每個區域水位前兆異常具體分布如下(表1):云南地區水位前兆異常從1976年5月29日龍陵7.4級地震開始有記錄，共30個震例，105項水位異常，其中異常數量最多的是1988年11月6日瀾滄—耿馬7.6、7.2級地震，有13項。川滇地區中的四川地區水位前兆異常從1976年8月16日松潘7.2級地震開始有記錄，共16個震例，39項水位異常，其中異常數量最多的是2001年2月14和23日雅江5.0和6.0級地震，共有9項。西北地區水位前兆異常從1980年11月6日新疆瑪納斯5.8級地震開始有記錄，共22個震例，41項水位異常，其中異常數量最多的是1986年6月13日新疆烏魯木齊5.0級地震，2000年6月6日甘肅景泰5.9級地震和2003年2月14日新疆石河子5.4級地震，均為4項。其它地區水位前兆異常從1966年3月8日、22日河北省邢臺6.8、7.2級地震開始有記錄，共32個震例，98項水位異常，其中異常數量最多的是1989年10月19日山西大同—陽高6.1級地震，為16項。有水位異常的100個震例中，5.0～5.4級地震占48%，5.5～5.9級地震占17%，6.0～6.4級地震占19%，6.5～6.9級地震占6%，7.0～7.4級地震占8%，7.5級以上地震占2%，震級最大的地震為1976年7月28日河北唐山7.8級地震。

2水位前兆異常與地震關系分析

本文從水位前兆異常形態、異常數量、異常幅度、震中距分布、異常時間、震級等方面，分析水位前兆異常與地震之間的關系。

2.1形態特征

水位前兆異常形態較為復雜，有上升、下降、突升、突降、上升(—下降)—恢復、下降(—上升)—恢復、破年變、脈沖、畸變、階躍、階降、異常高值、異常低值等多種形態。本文從水位曲線的原始形態進行統計，結果顯示為上升、下降、破年變和其它4種異常形態(表2)，共283項，其中全國震例中上升形態最多，占43.82%，下降形態占24.73%，破年變形態占27.56%，其它形態占3.89%(圖1)。

2.2數量特征

在統計的100個震例中，共有283項水位異常。其中全國5.0～5.4級地震的水位異常數量最多，共93項異常，占全部異常的32.86%;6.0～6.4級地震的水位異常數量次之，占全部異常的28.98%(表3、圖2)。從震例的水位平均異常數量(表4)來看，全國5.0～5.9級地震的水位平均異常數量最少，為1.94項;7.5級及以上地震的水位平均異常數量最多，為10.5項。這表明震級越大，水位平均異常數量越多。

2.3幅度特征

由于水位前兆異常形態較多且復雜，本文僅統計水位曲線的最初形態的異常幅度，分為上升、下降、突升、突降和破年變幅度(表5)。從水位異常幅度的統計中，可以提取全國不同地區的水位異常指標的參考范圍(表6)。在漸變幅度≥3.0cm、突變幅度≥0.5cm、破年變幅度≤70%或≥120%的情況下，可初步判定為水位前兆異常。

2.4震中距分布特征

水位異常震中距分布多遵守震級—破裂尺度參數規律(鄧起東等，1992;Wells，Coppersmith，1994)，即統計到的5.0～5.9級、6.0～6.9級、7.0～7.9級地震分別在200、300和500km范圍內出現水位異常(圖3)，這表明震級越大，水位異常范圍越廣。西北地區的震例由于水位異常數量偏少，規律不是很明顯。由于本文所研究震例中的前兆異常嚴格按照《震例總結規范》(中國地震局，2007)統計，只有2次M≥7.5地震，因此水位的遠場異常特征不明顯。

2.5時間特征

(1)與水位異常數量的關系

從水位異常時間與數量的關系曲線(圖4)來看，水位異常多發生在震前150天內，屬于中短期異常。隨著異常時間的減少，異常數量呈指數增加，臨震前(25天內)，水位異常數量達到最高值，西北地區的除外。從形態上看，異常時間超過300天的，多為破年變形態，少量表現為趨勢異常，主要集中在華北地區，如1998年張北6.2級地震等。云南地區和川滇地區在震前50～75天時，水位異常數量突然減小，之后增加;西北地區在震前75天后，水位異常數量急劇減少;其它地區在震前50天后，水位異常數量急劇增加;全國在震前100天后，水位異常數量逐漸增加。這是地震進入短臨階段后的水位異常特征。

(2)與震中距的關系

從水位異常時間與震中距分布的關系曲線(圖5)來看，云南地區、川滇地區和其它地區水位異常多集中在震前400天、震中距300km內，分別占統計數量的76.2%、75%、77.6%;西北地區水位異常集中在震前200天，震中距200km內，占統計數量的70.7%;全國震例的水位異常集中在震前400天、震中距400km內，占統計數量的70.7%。這表明了地震前水位異常集中爆發的時間越長，震中距越遠。

3結論與討論

云南地區地震較多，水位異常數量也多;川滇地區位于南北地震帶的中、南段，孕震規律類似;西北地區(包括甘肅、寧夏、青海和新疆)位于南北地震帶的北段和天山地震帶，水位異常數量較少;全國其它地區震例較分散。因此本文將中國大陸分為云南、川滇、西北和其它地區等，從水位異常形態、異常數量、異常幅度、震中距分布、異常時間、震級等方面入手，分析認為:

(1)水位前兆異常形態較多且復雜，其中全國震例中，水位上升形態最多，占43.82%，下降形態占24.73%，破年變形態占27.56%，其它形態占3.89%。

(2)全國5.0～5.4級地震的水位異常數量最多，共93項異常，占全部異常32.86%;6.0～6.4級地震的水位異常數量次之，占28.98%。

(3)震級越大，水位平均異常數量越多。全國5.0～5.9級地震的水位平均異常數量最少，為1.94項;7.5級及以上地震的水位平均異常數量最多，為10.5項。

(4)水位曲線的原始形態可分為上升、下降、突升、突降和破年變等。在漸變幅度≥3.0cm、突變幅度≥0.5cm、破年變幅度≤70%或≥120%的情況下，可初步判定為水位前兆異常。

(5)地震孕育進入短臨階段的水位異常特征為:云南地區和川滇地區在震前50～75天時，水位異常數量突然減小，之后增加;西北地區在震前75天后，水位異常數量減少;其它地區在震前50天后，水位異常數量急劇增加;全國在震前100天后，水位異常數量逐漸增加。

(6)地震前水位異常集中爆發時間越長，距離震中越遠。云南、川滇和其它地區水位異常多集中在震前400天內、震中距300km內;西北地區集中在震前200天內、震中距200km內;全國地震水位異常集中在震前400天內、震中距400km內。本文以1966～2006年正式出版的《中國震例》資料為基礎，由于震例中的水位異常按照《震例總結規范》(中國地震局，2007)統計，臺網分布不均對震中距的統計特征有影響;西北地區的水位異常數量偏少，全國其它地區震例較分散，對區域水位異常規律影響較大。此外，震例中的大多數水位異常是震后總結，不同學者對異常的認識不同，存在經驗上的局限性，可能影響本文研究的結論。

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作者:李利波 張立 付虹 高文斐 羅睿潔 單位:云南省地震局