魯甸MS6.5地震前昆明地震臺定點形變觀測異常分析

常玉巧錢文品楊仁華姚休義

1）中國云南650204昆明基準地震臺

2）中國昆明650224云南省地震預報研究中心

魯甸MS6.5地震前昆明地震臺定點形變觀測異常分析

常玉巧1）錢文品1）楊仁華1）姚休義2）

1）中國云南650204昆明基準地震臺

2）中國昆明650224云南省地震預報研究中心

2014年8月3日魯甸MS6.5地震前，昆明地震臺形變觀測4個分量出現短臨異常，排除降雨干擾，結合發震斷裂性質及相關研究，分析定點形變異常與該地震前地殼活動的內在聯系。分析認為，魯甸6.5級地震前1—2個月，昆明地震臺定點形變觀測資料異常較為顯著，洞體應變NS分量異常突出，是定點形變投入觀測以來的顯著異常；形變觀測資料異常特征與魯甸地震發震斷裂性質吻合較好；NS分量和EW向分量較好記錄了此次魯甸地震NNW—SSE向包谷垴—小河左旋走滑斷裂和NEE—SWW向破裂斷層的震前活動過程。

魯甸6.5級地震；定點形變；異常；包谷垴—小河斷裂

0 引言

地震是地殼介質在構造應力長期作用下，某些特殊部位能量長期積累和突然釋放的結果（張燕等，2009）。地震孕育經歷了應變能線性積累、非線性積累和巖石破裂3個階段（馮建琴等，2013）。研究表明，大震前發震斷層往往出現預滑動（周碩愚等，2009；馮建琴等，2013），是大地震斷層大破裂前的慢破裂或預位移，也是地震前兆異常的物理基礎（朱航，2003）。預滑動引起的地殼活動被地震前兆儀器記錄，通過分析各種地震觀測數據，提取有關異常，進而分析地震發生的可能性。

定點形變觀測精度高，資料連續完整，較好記錄了地殼運動的動態過程，同時保存了各種與地震相關的前兆異常信息（張燕等，2009；史繼平等，2015）。對可能屬于地震短臨階段的異常記錄進行深入研究，有助于推進地震短臨預測研究進展（楊又陵等，2004）。

對昆明基準地震臺（以下簡稱昆明臺）定點形變（SS-Y型洞體伸縮儀和DSQ型水管傾斜儀）觀測資料進行分析，發現多次中強地震前存在值得關注的異常現象。現以2014年8月3日16點30分魯甸MS6.5地震為例，重點分析昆明臺洞體伸縮儀和水管傾斜儀兩套定點形變觀測儀器記錄的地震前兆異常，并探討異常與該地震的內在聯系，以期通過分析定點形變觀測資料，初步識別地震短臨異常，為地震預測提供參考。

1 觀測背景

1.1 臺站背景參數

昆明臺位于昆明北郊黑龍潭公園北側沖溝東部，設有測震、形變和地下流體測項，定點形變于2007年7月投入觀測，觀測資料能清晰記錄到形變固體潮。昆明臺東距小江活動斷裂帶約40 km，西離普渡河—西山左旋走滑斷裂60 km，南為云南山字型前弧地震帶，東側出露近NS走向的黑龍潭—官渡左旋走滑斷裂（圖1）。昆明臺臺基系二疊系石灰巖，基巖完整而堅硬，全長150 m，觀測條件優良。最長徑深47 m，覆蓋層厚度30—50 m，植被為灌木和雜木。儀器室溫度年變化小于0.5℃，日變化小于0.1℃，氣壓年變化小于20 hPa，相對濕度大于93%。形變山洞安裝水管儀和伸縮儀，具體參數見表1。

圖1　昆明臺地震構造位置（據程佳等，2014）Fig.1 The seismotectonic setting of Kunming Seismic Station（modified from Cheng Jia et al，2014）

表1　昆明臺形變儀器基本參數Table 1 The basic parameters of deformation instrument at Kunming Seismic Station

1.2 觀測資料

對比分析昆明臺定點形變觀測資料，認為形變數據曲線年度正常變化形態符合正弦規律（圖2），具有正常年變規律，觀測資料基本可靠。年變規律反映了太陽輻射導致的地層膨脹與收縮隨季節更替而變化，表現為傾斜變化和伸縮變形，從而被地面儀器所記錄（孫毅等，2003）。

2014年云南省地震活動性顯著增強，發生9次5.0級以上地震，其中6.0級以上地震3次（圖3）。對昆明臺水管傾斜和洞體伸縮測項的觀測資料形態進行系統分析，認為中強地震前1—2個月，形變觀測資料會出現不同程度的固體潮畸變、階躍、趨勢轉折、加速變化或破年變等地震前兆異常（圖3）。

圖2　昆明臺2011—2014年洞體應變觀測曲線Fig.2 Observation curve of the extensometer at Kunming Seismic Station from the year 2011 to 2014

圖3　昆明臺2014年定點形變觀測整點值與中強地震（a）洞體NS分量；（b）水管EW分量Fig.3 Hourly observation curve of deformation for moderate earthquake at Kunming Seismic Station in 2014

2 形變觀測異常分析

2014年8月3日16時30分云南省魯甸縣發生MS6.5地震，震中（27.1°N，103.3°E），震源深度12 km。昆明臺位于震中SSW向，震中距約225 km，該地震前定點形變短期異常顯著。

2.1 水管傾斜觀測異常

2.1.1 EW分量。魯甸MS6.5地震發生前，水管儀EW分量于2014年7月1日開始加速上升，8—11日變緩，12日—13日階躍約135 ms，13—18日轉而下降，19日恢復正常年變形態，見圖4（a）。以上變化表明，震前17—35天（2014年7月1日—18日），昆明地區地殼微觀運動表現為：7月1日東傾加速，13—18日轉折為短暫西傾，19日恢復正常，15天后發生地震。

圖4　2014年6月1日—8月10日水管傾斜觀測分鐘值曲線Fig.4 Minutely value of water tube tilt meter from June 1 to August 10 in 2014

2.1.2 NS分量。水管儀NS分量2014年6月6日—7月12日破年變，加速下降（南傾），7月13日—26日緩慢回升（北傾），7月27日出現轉折，在緩慢下降過程（7天后）發生地震，見圖4（b）。

2014年6—7月昆明臺水管儀NS、EW分量異常表明，昆明地區地殼應力處于不平衡狀態，應力調整引起觀測數據異常。

2.2 洞體應變觀測異常

2014年昆明臺洞體應變觀測資料異常顯著，且與中強地震具有較好的對應關系。特別是魯甸MS6.5地震前，洞體應變NS分量異常突出［圖3（a）］。

2.2.1 EW分量。2014年6月27日—7月4日洞體EW分量短暫破年變，加速壓縮，7月5日—14日出現拉伸量高達2 766×10-10的階躍，15日—29日曲線趨于平緩，基本停駐在同一水平，30日后恢復正常年變，緩回升，5天后于8月3日魯甸發生地震［圖5（a）］。

2.2.2 NS分量。昆明臺洞體NS分量觀測曲線2014年5月相繼出現兩次破年變異常，5月下旬盈江相繼發生中強地震3次：5月24日5.6級地震、5月30日5.1級、6.1級地震［圖3（a）］；6月觀測曲線未恢復正常年變，不時出現小幅階躍；7月觀測曲線形態表現為顯著的固體潮畸變、大幅度階躍、頻繁趨勢轉折等異常，其中：7月7日出現2 765×10-10的階躍，7月12日—17日出現5 512×10-10大幅階躍，并快速回落，曲線嚴重畸變，兩次大幅階躍及回落過程形成兩個較大尖峰異常，是昆明臺定點形變投入觀測以來的顯著異常［圖5（b）］。

圖5　2014年6月1日—8月10日洞體應變觀測分鐘值曲線Fig.5 Minutely value of cave strain at Kunming Seismic Station from June 1 to August 10 in 2014

2.3 降雨干擾

由降雨量分布可知，昆明每年6—10月為雨季豐水期［圖6（c）］。將2011—2013年昆明臺水管傾斜NS分量和洞體應變NS分量觀測曲線與降雨量曲線對比分析，可以發現，隨著降雨量的增加，昆明臺形變觀測略有加速變化，但能很快恢復年變，且降雨量增加引起的形變觀測變化通常具有一致性，即同向性（圖6）。2014年昆明臺洞體形變觀測異常比較突出，幅度較往年大，甚至反復無常。與往年降雨對其影響的程度相比，基本沒有一致性，更無規律可言，見圖6。

在魯甸6.5級地震發生前，昆明臺形變觀測異常出現的6—7月間，昆明地區正值雨季，累計降雨量達230.5 mm，當時把異常歸因于降雨。6月28日和7月12日降雨量相近，分別為33.5 mm和36.7 mm。然而，觀察形變各分量曲線形態，發現6月28日強降雨對形變觀測資料影響程度有限（圖7）。因此，筆者認為，7月7日和7月12日的強降雨雖然對形變觀測有一定影響，但不可能造成大幅異常。綜合分析認為，觀測數據異常很大程度上是地殼微觀活動體現，即屬于地震前兆異常。

圖6　2011—2014年昆明臺形變觀測曲線與同期降雨量（a）洞體NS分量；（b）水管NS分量；（c）降雨量Fig.6 The relation of deformation and precipitation at Kunming Seismic Station from 2011 to 2014

圖7　2014年6月1日—8月10日洞體NS分量觀測曲線與同期降雨量（a）洞體NS分量；（b）降雨量Fig.7 The relation of NS component of cavity strain and precipitation of Kunming Seismic Station from June 1 to August 10， 2014

2.4 形變異常與地震活動性對比

2014年云南中強地震活動性顯著增強，為分析形變異常與地震活動的對應關系提供了有利條件。為了探討昆明臺形變資料映震能力，選取2014年5月30日盈江6.1級地震、8月3日魯甸6.5地震、8月17日永善5.0級地震和10月7日景谷6.6級地震進行形變異常對比分析（圖8）。

通過對比分析，由圖4可見，以上4次中強地震前昆明臺形變資料均出現相應異常，具體表現為：①水管儀NS分量出現加速變化，在加速過程或加速后恢復階段發震，見圖8（a）；②地震多發生在水管儀EW分量加速上升過程中，魯甸地震前還出現了明顯階躍異常，見圖8（b）；③洞體NS分量在地震前1個月內，均出現1次或多次伸縮交替變化，曲線上升與下降幅度不盡相同，大致與震級正相關，見圖8（c）；④洞體EW分量在地震前30—40天，均出現幅度相當的階躍異常，階躍量約（2 300—3 500）×10-10，見圖8（d）。

目前無定量方法確定形變異常與地震的對應關系，但形變異常的映震效果顯而易見。通過以上定性及半定量分析，認為昆明臺形變資料的映震能力較強，對云南省中強地震映震效果較好。

圖8　形變異常與地震活動對比（a）水管NS分量；（b）水管EW分量；（c）洞體NS分量；（d）洞體EW分量Fig.8 The relation of deformation anomalies and earthquake activity

2.5 魯甸地震異常特征

2014年8月3日魯甸6.5級地震前，昆明臺定點形變觀測數據異常較為顯著，洞體NS分量異常尤為突出。水管傾斜儀觀測數據在此次地震前1月左右出現了明顯異常。

魯甸6.5級地震前約1個月，昆明臺水管儀EW分量開始加速東傾，其間出現短暫西傾后恢復，15天后發生地震。水管儀NS分量震前2個月出現破年變異常，加速南傾，其間經歷短期恢復和破年變，恢復過程中發生地震。由此可知，2014年6—7月昆明地區地殼應力處于不平衡狀態，水管儀觀測數據異常可能是應力調整的微觀表現。

相對于水管傾斜觀測，洞體應變觀測數據異常較為顯著。洞體應變EW分量震前1個月出現短暫破年變的階躍，恢復階段發生地震；洞體應變NS分量觀測曲線震前1個月開始出現顯著的固體潮畸變、大幅度階躍、頻繁趨勢轉折等異常，伴隨2次大幅階躍，并快速回落，是昆明臺定點形變投入觀測以來的顯著異常。

水管儀傾斜數據記錄地殼運動的垂直分量，而洞體應變資料反映地殼運動的水平分量。昆明臺形變資料顯示，洞體應變資料異常較水管傾斜資料顯著，究其原因，可能與其所指示的未來地震活動性質息息相關。

根據目前的研究成果，多數觀點認為，魯甸6.5級地震的主震斷裂為包谷垴—小河斷裂，該斷裂是一條高角度左旋走滑斷裂（房立華等，2014；徐錫偉等，2014；張勇等，2014，2015）。可見，發震斷裂活動以走滑為主，垂向滑動量較小，即水平運動占據主導地位。可見，發震斷裂性質與昆明臺形變觀測資料異常特征吻合較好，以上異常與此次地震關系密切，可以作為前兆異常信息進行深入研究。

3 形變異常區域構造意義

2014年8月3日魯甸6.5級中強地震余震分布復雜，其發震斷裂和破裂過程極具爭議（張勇等，2014）。中國地震局發布此次地震發震構造圖及相關研究指出，地震發生在南北地震帶中南段安寧河—則木河—小江斷裂帶東側NE向昭通—蓮峰斷裂帶內，發震構造為NW向包谷垴—小河斷裂，該斷裂切割NE向昭通—魯甸斷裂，為其次級橫向斷裂（圖1）。主震及4級強余震震源機制結果顯示，主破裂面為NW向節面，主震斷裂——包谷垴—小河斷裂發生高傾角左旋走滑從而引發地震。

張勇等（2015）對余震體波資料進行反演，認為此次魯甸地震是在NW向主壓應力與NE向主張應力的統一應力場下發生的兩條共軛斷層先后破裂的復雜地震事件。破裂首先發生在NEE—SWW向（走向257°）右旋走滑斷層上，而后沿NNW—SSE向（走向162°）包谷垴—小河左旋走滑斷裂發生主破裂。NNW—SSE向斷層以東形成向北的推擠作用，以西主震破裂形成向南的拉伸作用。兩條共軛斷層上的破裂相對獨立擴展，NEE—SWW向斷層的破裂主要向淺地表處延伸，而NNW—SSE向斷層上的破裂則朝地表和SSE向傳播。

昆明臺與震中連線走向近NS向（偏東），與昆明臺形變的NS分量基線近于平行（圖1）。結合前述定點形變異常的特征，推測昆明臺定點形變NS、EW向分量動態分別記錄了此次魯甸地震NNW—SSE向和NEE—SWW向破裂斷層的震前活動過程。認為此次魯甸6.5級地震過程中，包谷垴—小河左旋走滑斷裂和昭通-魯甸斷裂都有活動的可能。這一結果很好的支持了張勇等（2015）的研究結果。昆明臺洞體應變NS向異常幅度最大且最不穩定，顯示了較為復雜的應力調整過程，說明該方向地殼活動較為劇烈，NNW—SSE向包谷垴—小河斷裂破裂釋放大量地震矩可能與此有關。魯甸地區區域現代構造應力場表現為水平作用為主的SEE—SE方向壓應力作用（樊躍新等，2007）。昆明臺洞體應變EW分量震前加速拉伸，與區域壓應力為主的應力場相悖，指示區域性地殼應力場局部出現反轉異常，地殼變形由壓縮轉為伸展。

4 結論

2014年8月3日魯甸6.5級地震前，昆明臺定點形變觀測資料出現前兆異常，結合發震構造破裂和區域應力特征，分析二者之間內在聯系。

（1）魯甸6.5級地震發生前約2個月，昆明臺形變觀測出現明顯前兆異常，洞體NS分量異常較突出，且形變異常特征與此地震發震斷裂性質一致性較好。

（2）強降雨對形變觀測有一定影響，大幅異常可能為地殼微觀活動表現，甚至可能是地震前兆異常。

（3）昆明臺定點形變NS、EW分量動態較好記錄了此次魯甸地震NNW—SSE向和NEE—SWW向破裂斷層的震前活動過程。洞體應變EW分量震前加速拉伸，指示地殼變形由壓縮轉為伸展，而其NS分量突出異常是地殼活動加劇變化的表征，可能與發震斷裂活動有關。

（4）地震發生前昆明臺洞體應變整體趨勢上升，局部異常突出、伸縮交替顯著，可能與復雜的發震斷裂活動有關。

定點形變觀測較好記錄了地殼運動的動態過程，同時保存了諸多地震前兆異常信息。綜合分析各類定點形變觀測異常性質及分布特征，將識別出的異常轉換為可能的構造活動形式，乃至反推地殼應力狀態，并與常見發震活動斷裂及區域應力場對比，可為地震預測提供有力依據。

山東省地震局李杰研究員和中國地震局地震研究所呂品姬副研究員給予諸多指導，并提出寶貴修改意見，在此表示感謝。

程佳，劉杰，徐錫偉，甘衛軍.大涼山次級塊體內強震發生的構造特征與2014年魯甸6.5級地震對周邊斷層的影響［J］.地震地質，2014，36（4）：1 228-1 243.

馮建琴，董甲弟，程冬焱，等.淺析山西應變儀及鉆孔傾斜儀在日本9.0級地震前后映震特征［J］.山西地震，2013，（2）：29-34.

房立華，吳建平，王未來，等.云南魯甸MS6.5地震余震重定位及其發震構造［J］.地震地質，2014，36（4）：1173-1185.

樊躍新，王紹晉，管麗霞，等.魚洞水庫地區地震活動性和構造應力場分析［J］.地震研究，2007，30（1）：29-35.

史繼平，王小娟，翟瑋.岷縣—漳縣6.6級地震洞體應變異常特征［J］.地震地磁觀測與研究，2015，36（5）：59-63.

孫毅，辛華.定點形變中短期異常特征與地震預測方法研究［J］.四川地震，2003，（4）：42-46.

徐春陽，楊江，張雙鳳.SS-Y型伸縮儀安裝中應注意的問題［J］.大地測量與地球動力學，2009，29：138-140.

徐錫偉，江國焰，于貴華.魯甸級地震發震斷層判定及其構造屬性討論［J］.地球物理學報，2014，57（9）：3 060-3 068.

楊又陵，劉輝，齊健，等.地傾斜異常圖像與地震預測［J］.四川地震，2004，（4）：41-46.

張楠，王利波，吳迪.石嘴山地震臺DSQ水管傾斜儀干擾因素概括分析［J］.防災減災學報，2013，（3）：54-59.

張燕，吳云，呂品姬.汶川8.0級地震前定點形變異常特征［J］.地震學報，2009，31（2） ：152-159.

張勇，許力生，陳運泰，等.2014年8月3日云南魯甸MW6.1（MS6.5）地震破裂過程［J］.地球物理學報，2014，57（9）：3 052-3 059.

張勇，陳運泰，許力生，等.2014年云南魯甸MW6.1地震：一次共軛破裂地震［J］.地球物理學報，2015，58（1）：153-162.

周碩愚，吳云，施順英，陳志遙.汶川8.0級地震前斷層形變異常及與其他大震的比較［J］.地震學報，2009，31（2）：140-151.

中國地震局.中國地震局發布2014年8月3日云南昭通6.5級地震技術圖件［EP/OL］.http：//www.cea.gov.cn/publish/dizhenj/468/553/100821/100831/index.html.2014.

朱航.四川地區應力應變和重力的地震短臨前兆異常特征［J］.地震研究，2003，26：140-148.

Abstract

In order to find abnormality with Ludian MS6.5 earthquake occurred on August 3，2014.We analyze observational data of fix-point deformation include water tube tiltmeter and extensometer at Kunming Seismic Station which has NS and EW components.The result showed that there was an obvious abnormality about 1—2 months before earthquake.The NS component of extensometer presented process of rising and falling sharply，which has recorded the process of rupture of NNW—SSE Baogunao—Xiaohe fault which appear to left-lateral strike—slip faulting and NEE—SWW fault before earthquake combined with EW component.We thought the obvious abnormality of water tube tiltmeter and extensometer related to Ludian earthquake.

About abnormal characteristics of deformation data before Ludian MS6.5 earthquake at Kunming Seismic Station

Chang Yuqiao1），Qian Wenpin1），Yang Renhua1）and Yao Xiuyi2）
1） Kunming Fiducial Seismic Station，Yunnan Province 650204，China
2） Earthquake Administration of Yunnan Province，Kunming 650224，China

Ludian MS6.5 earthquake，fix-point deformation，abnormality，Baogunao —Xiaohe fault

10.3969/j.issn.1003-3246.2016.03.021

常玉巧（1988—），女，助理工程師，2013年畢業于中國地質大學（北京），獲構造地質學碩士學位，主要從事前兆觀測與預報研究工作。E-mail： 349797655@qq.com