強(qiáng)震臨震微波動(dòng)現(xiàn)象初步研究（二）

楊立明 郝臻 王建軍 張淑珍 姚家俊 董蕾

1）中國(guó)地震局蘭州地震研究所，蘭州市東崗西路450號(hào) 730000

2）青海省地震局，西寧市興海路1號(hào) 810001

3）中國(guó)地震局地球物理勘探中心，鄭州 450002

4）重慶市地震局，重慶 401147

0 引言

在《強(qiáng)震臨震微波動(dòng)現(xiàn)象初步研究（一）》（楊立明等，2018）中，作者通過對(duì)汶川地震、玉樹地震、青川地震等3次震例臨震階段寬頻帶數(shù)字地震記錄的反復(fù)對(duì)比研究，初步識(shí)別出具有共性頻譜特征以及時(shí)、空表現(xiàn)的臨震微波動(dòng)，其主要特征表現(xiàn)為：①頻譜范圍較寬，優(yōu)勢(shì)頻率為11～16Hz，頻譜形態(tài)較為整齊；②出現(xiàn)在震前12～14天，有可能被震中距50km范圍內(nèi)的臺(tái)站記錄到，而震中距大于50km的臺(tái)站一般記錄不到；③可能具有方向性，表現(xiàn)為活動(dòng)度N值變化顯著的方向可能與強(qiáng)震的震源位置、發(fā)震斷層及余震分布等有關(guān)。初步認(rèn)為，臨震微波動(dòng)可能與臨震階段震源區(qū)的預(yù)活動(dòng)、微震動(dòng)、微破裂或與臨震階段相關(guān)活動(dòng)構(gòu)造的微活動(dòng)、微破裂、裂隙擴(kuò)展等事件有關(guān)。

為了對(duì)臨震微波動(dòng)及其上述主要特征作進(jìn)一步的驗(yàn)證和檢驗(yàn)，考慮到青藏高原地區(qū)強(qiáng)震頻繁、便于檢驗(yàn)的特點(diǎn)，作者于2011年6月在蘭州建成了覆蓋青藏高原地區(qū)的實(shí)時(shí)震情動(dòng)態(tài)監(jiān)控和跟蹤分析技術(shù)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱“蘭州地脈動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)系統(tǒng)”）。該系統(tǒng)將甘肅、四川、云南、西藏、青海等區(qū)域臺(tái)網(wǎng)約200余個(gè)寬頻帶數(shù)字地震臺(tái)站的地脈動(dòng)波形資料實(shí)時(shí)匯集到蘭州，利用6臺(tái)服務(wù)器構(gòu)成技術(shù)支撐平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)青藏塊體地脈動(dòng)觀測(cè)的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)監(jiān)控和跟蹤分析。通過對(duì)2012～2014年間發(fā)生的24次5級(jí)以上地震及部分無震區(qū)域臺(tái)站觀測(cè)的全程跟蹤來檢驗(yàn)和驗(yàn)證臨震微波動(dòng)及其主要特征，并進(jìn)一步提煉震情監(jiān)視指標(biāo)和判據(jù)。

1 2012～2014年青藏塊體地震活動(dòng)概況

從2011年6月起，“蘭州地脈動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)了對(duì)青藏塊體地脈動(dòng)觀測(cè)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控。由于數(shù)據(jù)量巨大，保持穩(wěn)定連續(xù)實(shí)時(shí)計(jì)算對(duì)數(shù)據(jù)流及技術(shù)系統(tǒng)要求較高，在3年的連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)行過程中，存在部分時(shí)段的斷記，即該時(shí)段資料不完整，無法對(duì)其間發(fā)生的地震事件進(jìn)行分析處理。具體來講，2012年6月2日寧蒗5.7級(jí)、2013年1月18日白玉5.4級(jí)、2013年1月30日雜多5.1級(jí)、2013年7月22日岷縣漳縣6.6級(jí)等4次地震發(fā)生前短時(shí)間內(nèi)，臺(tái)站或“蘭州地脈動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)系統(tǒng)”處于斷記或缺乏記錄狀態(tài)。

據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定，2012～2014年間，監(jiān)控區(qū)發(fā)生獨(dú)立的5級(jí)以上地震28次，扣除上述4次地震后，其余24次地震具體參數(shù)如表1所示。

2 臨震微波動(dòng)現(xiàn)象及其主要特征的跟蹤檢驗(yàn)

為了對(duì)臨震微波動(dòng)現(xiàn)象及其主要特征進(jìn)行檢驗(yàn)，作者對(duì)表1中列出的24次5級(jí)以上地震進(jìn)行全時(shí)空的實(shí)時(shí)跟蹤研究。同時(shí)，對(duì)監(jiān)控區(qū)內(nèi)具有連續(xù)觀測(cè)但未發(fā)生地震的局部地區(qū)，從無震檢驗(yàn)的角度對(duì)臨震微波動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行檢驗(yàn)。

2.1 2012～2014年監(jiān)控區(qū)震例研究

由于地脈動(dòng)實(shí)時(shí)跟蹤分析的數(shù)據(jù)量十分巨大，盡管實(shí)際跟蹤過程包括了2012～2014年間全部200余個(gè)臺(tái)站的連續(xù)實(shí)時(shí)結(jié)果，但以下僅介紹震中距100km范圍內(nèi)的臺(tái)站跟蹤結(jié)果；不同臺(tái)站事件活動(dòng)度N值也僅展示震前2個(gè)月的資料，其他時(shí)段及臺(tái)站的跟蹤結(jié)果不再贅述。同時(shí)，由于分析思路一致，故逐年選擇具有代表性的地震為例進(jìn)行說明。

2.1.1 2012年9月7日宜良5.6級(jí)地震

2012年9月7日宜良5.6級(jí)地震震中位于昭通臺(tái)東北34km，距丙乙底臺(tái)85km、鹽津臺(tái)71km、雷波臺(tái)96km、筠連臺(tái)83km。震前8月1日～9月17日間，臨震微波動(dòng)事件活動(dòng)度隨時(shí)間的變化如圖1所示。8月21～27日間昭通臺(tái)出現(xiàn)明顯的異常變化，此時(shí)距發(fā)震16天；異常幅度最大21，NS測(cè)道異常突出。

2.1.2 2013年3月3日洱源5.5級(jí)地震

2013年3月3日洱源5.5級(jí)地震震中位于洱源臺(tái)西南35km，距云龍臺(tái)33km、團(tuán)山臺(tái)65km、瀘水臺(tái)85km、鶴慶臺(tái)86km。震前2月1日～3月3日間，臨震微波動(dòng)事件活動(dòng)度隨時(shí)間的變化如圖2所示。2月9～15日間洱源臺(tái)出現(xiàn)明顯的異常變化，此時(shí)距發(fā)震24天；異常幅度最大達(dá)到6，NS測(cè)道異常突出。

2.1.3 2013年4月20日蘆山7.0級(jí)地震

2013年4月20日蘆山7.0級(jí)地震震中位于雅安臺(tái)正北24km，距姑咱臺(tái)82km、峨眉臺(tái)91km、小金臺(tái)99km。震前3月1日～4月20日間，臨震微波動(dòng)事件活動(dòng)度隨時(shí)間的變化如圖3所示。4月15～19日間雅安臺(tái)出現(xiàn)明顯的異常變化，此時(shí)距發(fā)震6天；異常幅度最大為8，NS測(cè)道異常明顯。

表1 2012～2014年監(jiān)控區(qū)5級(jí)以上地震震例檢驗(yàn)

2.1.4 2014年8月3日昭通6.5級(jí)地震

2014年8月3日昭通6.5級(jí)地震震中位于昭通臺(tái)西南48km，距巧家臺(tái)41km、普格臺(tái)81km、石門坎臺(tái)60km、丙乙底臺(tái)80km。震前6月3日～8月3日間，臨震微波動(dòng)事件活動(dòng)度隨時(shí)間的變化如圖4所示。其中，7月20～25日間昭通臺(tái)出現(xiàn)臨震微波動(dòng)變化，此時(shí)距發(fā)震15天；異常幅度最大8，NS測(cè)道異常突出。

圖1 2012年9月7日宜良5.6級(jí)地震前后不同臺(tái)站N值的變化

圖2 2013年3月3日洱源5.5級(jí)地震前后不同臺(tái)站N值的變化

2.1.5 2014年11月22日康定6.3級(jí)地震

2014年11月22日康定6.3級(jí)地震震中位于姑咱臺(tái)正西50km，距雅江臺(tái)73km、道孚臺(tái)96km、小金臺(tái)100km。震前9月22日～11月22日間，臨震微波動(dòng)事件活動(dòng)度隨時(shí)間的變化如圖5所示。其中，11月8～18日間姑咱臺(tái)出現(xiàn)明顯的異常變化，此時(shí)距發(fā)震14天；異常幅度最大6，EW測(cè)道異常突出。

依照上述思路，逐一研究2012～2014年間發(fā)生的其他20次地震。基本結(jié)果匯總?cè)绫?所示。由表1可以看出：

圖3 2013年4月20日蘆山7.0級(jí)地震前后不同臺(tái)站N值的變化

圖4 2014年8月3日昭通6.5級(jí)地震前后不同臺(tái)站N值的變化

圖5 2014年11月22日康定6.3級(jí)地震前后不同臺(tái)站N值的變化

表2 不同震級(jí)檔的映震率

（1）在24次震例中，有14次地震，在震中距50km半徑范圍內(nèi)有地震臺(tái)站；其中的5次，即2012年宜良5.7級(jí)、2013年洱源5.5級(jí)、2013年蘆山7.0級(jí)、2014年昭通6.5級(jí)、2014年康定6.3級(jí)等地震中觀測(cè)到類似汶川地震、玉樹地震前的臨震微波動(dòng)現(xiàn)象。

（2）5次觀測(cè)到臨震微波動(dòng)現(xiàn)象的震例中，從臨震微波動(dòng)出現(xiàn)到主震發(fā)生時(shí)間最長(zhǎng)24天，最短6天，優(yōu)勢(shì)時(shí)段集中在14～16天；在空間特征方面，5次地震震前的臨震微波動(dòng)均有震中距50km半徑范圍內(nèi)的臺(tái)站記錄到，超過50km的臺(tái)站沒有記錄到；在方向性特征方面，表現(xiàn)出活動(dòng)度N值變化顯著的方向基本與強(qiáng)震的發(fā)震斷層、余震分布及震源位置較為一致。因此，5次震例與汶川地震、玉樹地震、青川地震等震例的結(jié)論基本一致。

（3）在地震強(qiáng)度方面，出現(xiàn)臨震微波動(dòng)現(xiàn)象的5次震例，其震級(jí)均大于5.5級(jí)；而震中距50km半徑范圍內(nèi)有地震臺(tái)站，但沒有觀測(cè)到臨震微波動(dòng)現(xiàn)象的9次震例中，震級(jí)為5.0～5.4級(jí)的7例。也就是說，臨震微波動(dòng)現(xiàn)象的出現(xiàn)似乎與地震強(qiáng)度有關(guān)，震級(jí)越大，震前越可能出現(xiàn)持續(xù)臨震微波動(dòng)。表2給出了上述14次震例不同震級(jí)檔的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。由表2可見，在7次5.0～5.4級(jí)地震中，沒有1次震前出現(xiàn)臨震波動(dòng)現(xiàn)象；3次5.5～5.9級(jí)地震中，有2次震前出現(xiàn)臨震微波動(dòng)現(xiàn)象，映震率67%；4次6.0級(jí)及以上地震中，有3次震前出現(xiàn)臨震波動(dòng)現(xiàn)象，映震率75%。其實(shí)，如果僅考慮7.0級(jí)以上地震，那么，2008年以來監(jiān)控區(qū)內(nèi)發(fā)生的汶川、玉樹、蘆山等地震震前均出現(xiàn)了臨震波動(dòng)現(xiàn)象，映震率100%。因此，臨震微波動(dòng)現(xiàn)象可能與地震強(qiáng)度有關(guān)，震級(jí)越大，震前出現(xiàn)持續(xù)臨震微波動(dòng)的可能越大。

2.2 臨震微波動(dòng)的無震跟蹤研究

在對(duì)臨震微波動(dòng)現(xiàn)象持續(xù)3年時(shí)間的實(shí)時(shí)連續(xù)觀測(cè)中，有一個(gè)現(xiàn)象值得關(guān)注。那就是在2012年1月～2014年12月長(zhǎng)達(dá)3年時(shí)間的連續(xù)觀測(cè)期間，出現(xiàn)臨震微波動(dòng)現(xiàn)象的臺(tái)站很少；且即使出現(xiàn)，能夠持續(xù)異常達(dá)到或超過4天則很少。以下以西藏地震臺(tái)網(wǎng)、甘青川交界部分臺(tái)站為例進(jìn)行說明。

西藏臺(tái)網(wǎng)由13個(gè)臺(tái)站組成。2012年1月～2014年12月間，西藏地區(qū)5級(jí)以上地震震中沒有一次在距臺(tái)站50km半徑范圍內(nèi)，10個(gè)臺(tái)站的N值變化過程如圖6所示。由圖6可見，在3年連續(xù)觀測(cè)期間，所有臺(tái)站的N值均處于一種隨機(jī)起伏的狀態(tài)，沒有一個(gè)臺(tái)站的N值出現(xiàn)過類似汶川地震、玉樹地震、青川地震等震例的異常狀態(tài)。

圖6 2012年1月～2014年12月西藏臺(tái)網(wǎng)臺(tái)站N值變化過程

與此類似，2012年1月～2014年12月間，甘青川交界地區(qū)未發(fā)生5級(jí)以上地震。該區(qū)域內(nèi)的瑪曲、迭部、若爾蓋等臺(tái)站的N值變化過程如圖7所示。由圖7可見，N值變化過程表現(xiàn)出類似于西藏臺(tái)網(wǎng)的特點(diǎn)，即在3年時(shí)間內(nèi)沒有一個(gè)臺(tái)站出現(xiàn)過類似汶川地震、玉樹地震、青川地震等震例的異常狀態(tài)。

因此，西藏臺(tái)網(wǎng)、甘青川交界部分臺(tái)站沒有觀測(cè)到臨震微波動(dòng)現(xiàn)象、也沒有地震發(fā)生的事實(shí)，從另一個(gè)角度對(duì)臨震微波動(dòng)現(xiàn)象的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。

圖7 2012年1月～2014年12月甘青川交界部分臺(tái)站N值變化過程

3 討論與結(jié)論

3.1 臨震微波動(dòng)及地震強(qiáng)度特征

在汶川地震、玉樹地震、青川地震等震例研究的基礎(chǔ)上，綜合上述24次震例的實(shí)際跟蹤，得出如下初步結(jié)論。

（1）臨震微波動(dòng)現(xiàn)象具有重現(xiàn)性。該現(xiàn)象不僅在汶川、玉樹、青川等地震前出現(xiàn)，也在宜良、洱源、蘆山、康定等地震前出現(xiàn)；且西藏地區(qū)及甘青川交界地區(qū)連續(xù)3年的觀測(cè)和地震活動(dòng)實(shí)況，從另一個(gè)角度檢驗(yàn)了臨震微波動(dòng)的客觀性。這意味著以此現(xiàn)象為跟蹤指標(biāo)，進(jìn)一步開展臨震預(yù)測(cè)探索具有實(shí)際價(jià)值。

（2）臨震微波動(dòng)現(xiàn)象可能與地震強(qiáng)度有關(guān)，震級(jí)越大，震前出現(xiàn)持續(xù)多天臨震微波動(dòng)的可能性越大。對(duì)5.5級(jí)以下地震，幾乎觀測(cè)不到臨震微波動(dòng)現(xiàn)象，除非是臺(tái)站附近發(fā)生的地震，如2011年11月1日青川5.4級(jí)地震，其震中距僅7km。

3.2 基于臨震微波動(dòng)的震情跟蹤指標(biāo)初步提煉

綜合汶川地震、玉樹地震、青川地震等震例及2012～2014年24次震例的實(shí)際跟蹤結(jié)果，可初步提煉震情監(jiān)視、跟蹤的判據(jù)如下，以期作為進(jìn)一步研究驗(yàn)證的基礎(chǔ)。

（1）跟蹤指標(biāo)：以臨震微波動(dòng)及其活動(dòng)度為目標(biāo)，動(dòng)態(tài)跟蹤震情的變化。若臨震微波動(dòng)活動(dòng)度在一定范圍內(nèi)隨機(jī)起伏，則屬正常活動(dòng)，不具有強(qiáng)震危險(xiǎn)性；若臨震微波動(dòng)活動(dòng)度超出隨機(jī)起伏的變化范圍，且持續(xù)時(shí)間達(dá)到或超過4天，則意味著可能具有強(qiáng)震危險(xiǎn)性。

（2）時(shí)間判據(jù)：當(dāng)臨震微波動(dòng)活動(dòng)度N值出現(xiàn)異常變化，且從異常出現(xiàn)之日計(jì)算，預(yù)測(cè)未來6～24天，平均15天左右可能存在強(qiáng)震的危險(xiǎn)。

（3）地點(diǎn)判據(jù)：可有依次逼近的3條判據(jù)：① 以出現(xiàn)臨震微波動(dòng)異常變化的臺(tái)站為中心，50km為半徑的區(qū)域可能是未來發(fā)震的區(qū)域；② 臨震微波動(dòng)活動(dòng)度優(yōu)勢(shì)異常方位為未來可能強(qiáng)震的發(fā)震方位；③ 判據(jù)①、判據(jù)②所指區(qū)域及方向存在的活動(dòng)斷層段為可能的發(fā)震危險(xiǎn)區(qū)段。

（4）強(qiáng)度判據(jù)：臨震微波動(dòng)現(xiàn)象預(yù)測(cè)的地震震級(jí)一般應(yīng)在5.5級(jí)以上，對(duì)5.5級(jí)以下地震一般不具有預(yù)測(cè)效能，除非是臺(tái)站附近發(fā)生的地震。

3.3 有關(guān)問題的討論

（1）臨震微波動(dòng)活動(dòng)度N值異常幅度與震級(jí)間的關(guān)系

在《強(qiáng)震臨震微波動(dòng)現(xiàn)象初步研究（一）》（楊立明等，2018）中，汶川地震、玉樹地震、青川地震等震例呈現(xiàn)出震級(jí)大，則臨震微波動(dòng)活動(dòng)度N值大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)；震級(jí)小，則臨震微波動(dòng)活動(dòng)度N值小、持續(xù)時(shí)間短的特征。但是，在2012～2014年間的震例跟蹤中，該特征似乎并不明顯。因此，有關(guān)臨震微波動(dòng)活動(dòng)度N值異常幅度、持續(xù)時(shí)間與震級(jí)間的關(guān)系還需要進(jìn)一步的研究和驗(yàn)證。

（2）臨震微波動(dòng)現(xiàn)象機(jī)理的初步討論

臨震微波動(dòng)現(xiàn)象是否來源于臨震階段震源區(qū)的預(yù)活動(dòng)、微震動(dòng)、微破裂等事件，仍然難以確定，這需要更多的研究來驗(yàn)證。但是，2012～2014年持續(xù)3年的連續(xù)跟蹤研究給出了臨震微波動(dòng)現(xiàn)象的檢驗(yàn)和驗(yàn)證，相關(guān)震例的增加進(jìn)一步強(qiáng)化了對(duì)臨震微波動(dòng)現(xiàn)象重現(xiàn)性和客觀性的認(rèn)識(shí)。

據(jù)已有研究可知（馬瑾等，2012；馬瑾，2016），地震是以突發(fā)形式表現(xiàn)的構(gòu)造變形，存在一個(gè)由慢變快的物理過程。預(yù)滑、震顫等現(xiàn)象正好刻畫了構(gòu)造變形由慢變快的過程。同時(shí)，地震的發(fā)生是一個(gè)力學(xué)過程，斷層處于應(yīng)力峰值強(qiáng)度后的亞失穩(wěn)階段時(shí)，進(jìn)入一個(gè)不可逆的變形階段，這標(biāo)志著地震的發(fā)生已不可避免。據(jù)此，我們不難聯(lián)想到，臨震微波動(dòng)在持續(xù)數(shù)年的觀測(cè)中不存在，但是在臨震階段出現(xiàn)，且具有重現(xiàn)性、方向性、臨震性、近源性、微弱性等特征，這是否是震源應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)入亞失穩(wěn)階段的表現(xiàn)，是否可作為地震孕育進(jìn)入亞失穩(wěn)的標(biāo)志，值得我們進(jìn)一步跟蹤研究。

（3）盡管本文僅給出了2012～2014年間臨震微波動(dòng)的跟蹤結(jié)果，但實(shí)際上，“蘭州地脈動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)系統(tǒng)”至今已連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行了6年，關(guān)于2015～2017年間的典型震例、典型地球物理事件及環(huán)境變化的頻譜特征與臨震微波動(dòng)的差異性分析等研究結(jié)果，有待另文介紹。

（4）2014年10月7日景谷6.6級(jí)地震前，景谷臺(tái)震中距27km，但沒有記錄到臨震微波動(dòng)，其原因需進(jìn)一步研究。

致謝：馬瑾院士，陸遠(yuǎn)忠、張曉東、江在森、徐平、聶永安、吳云、車時(shí)、馬宏生、周龍泉等給予了有力的指導(dǎo)、啟發(fā)和鼓勵(lì)；中國(guó)地震局地球物理研究所國(guó)家測(cè)震臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)備份中心提供了具體的波形數(shù)據(jù)，鄭秀芬研究員給予了大量的幫助，一并表示感謝。