2016年云南云龍5.0級地震前中短臨異常特征

楊 芬 趙麗蘭

1）中國云南 671000 中國地震科學(xué)實驗場大理中心

2）中國云南 671003 大理農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院

0 引言

我國地震預(yù)報的基本思路是長、中、短臨相結(jié)合的綜合預(yù)測（梅世蓉等，1993）。地震活動性異常多以長期背景異常和中短期異常為主。地下水動態(tài)在7 級以上大震前存在中長期趨勢異常，而對于5—6 級地震，趨勢異常數(shù)量少，地下水動態(tài)異常則更多表現(xiàn)為短期或短臨異常（梅世蓉等，1993）。

地下水廣泛賦存于地震巖石的孔隙之中，能在各種驅(qū)動力作用下自由地流動。這一特性，決定了地下水對地殼運動，尤其是對地震的孕育與發(fā)生會有較靈敏的響應(yīng)（孫麗娟等，2004）。

當(dāng)震中附近的震源應(yīng)力場變化、蠕動傳播以及應(yīng)變遞次讓位等震源演化過程出現(xiàn)時，處于同一孕震應(yīng)力場的多個應(yīng)力集中點必將產(chǎn)生相應(yīng)活動。因此，可在該孕震應(yīng)力場內(nèi)多處觀測到前兆同步性異常現(xiàn)象（趙洪聲等，2000；石紹先，2005；楊芬等，2009）。

滇西實驗場地震中短臨動態(tài)跟蹤綜合預(yù)測方案（簡稱綜合預(yù)測方案）利用數(shù)學(xué)模型，對通過R信度檢驗的地下流體單項指標(biāo)進行綜合處理，建立滇西實驗場地震危險性判定綜合概率值預(yù)測閾值，并建立了中期和短臨分級預(yù)警模式，提供定量的預(yù)測判定依據(jù)（楊芬等，2012）。同時，短臨階段地下水動態(tài)特征，即不同測點相同測項和同一測點不同測項的同步異常現(xiàn)象，可為地震短臨預(yù)測提供定性參考依據(jù)。定量預(yù)測和定性預(yù)測相結(jié)合，能有效提高預(yù)測準(zhǔn)確率。

及時系統(tǒng)回顧和總結(jié)2016 年云龍5.0 級地震前預(yù)測指標(biāo)異常，可以更好地指導(dǎo)今后的地震預(yù)測工作，可以使滇西實驗場地震短臨動態(tài)跟蹤綜合預(yù)測方案在地震短臨跟蹤工作中發(fā)揮更好的作用。

1 云龍構(gòu)造背景與歷史地震

云龍縣地處滇西地槽（即三江褶皺帶）之中，屬青藏滇緬印尼巨型“歹”字型構(gòu)造體系的中部，大地構(gòu)造走向成近NS 或NNW 西向。

2016 年云龍5.0 級地震發(fā)生在云龍—永平斷裂東側(cè)約10 km 處（圖1）。1900 年以來此次地震震中50 km 范圍內(nèi)發(fā)生5 級以上地震10 次，最大地震為1948 年6 月27 日劍川6.3 級地震。

圖1 2016 年云龍5.0 級地震與4 級地震條帶起始和結(jié)束地震Fig.1 The beginning and the ending earthquakes of magnitude 4 to 5.0 earthquakes seismic belt in Yunlong in 2016

2 地震活動性異常

地震活動性存在云南5 級以上地震平靜異常、中甸中等地震窗活動、滇西2015 年以來4 級以上地震成條帶分布等中期異常。2015 年10 月云南昌寧5 級地震發(fā)生后研究區(qū)出現(xiàn)6 個多月的5 級以上地震平靜。中甸地震窗于2015 年9 月發(fā)生3 次中等地震，8 個月后即發(fā)生2016 年云龍5.0 級地震。

2.1 云南MS ≥5 地震平靜

1986 年以來云南MS≥5.0 地震年平均活動頻次為3—4 次（圖2）。2015 年10 月30日昌寧5.0 級地震至2016 年5 月18 日云龍5.0 級地震期間，云南5 級以上地震平靜時間長達200 天（圖3）。

圖2 云南1986 年以來5 級以上地震年活動頻度Fig.2 The frequency of seismic activities of MS ≥5 earthquakes in Yunnan since 1986

圖3 云南地區(qū)1986 年以來5 級以上地震發(fā)震間隔Fig.3 The time interval of MS ≥ 5 earthquakes in Yunnan since 1986

按云南MS≥5.0 地震年平均活動頻次3 次來統(tǒng)計，實際平均復(fù)發(fā)周期T=0.33 a，其倒數(shù)ν=3。從2015 年10 月30 日昌寧5.0 級地震發(fā)生至2016 年5 月18 日，待預(yù)測時間段τ=0.56 a。將上述參數(shù)代入某地區(qū)發(fā)生地震自然概率的計算關(guān)系式（Shi et al，2004），即

其中，ν是復(fù)發(fā)周期的倒數(shù)，τ為待預(yù)測時間。據(jù)式（1）可得，云南發(fā)生MS≥5.0 地震自然概率為0.814。因此，云南存在發(fā)生MS≥5.0 地震的危險。

2.2 中甸中等地震窗

中甸地震窗特指中甸—劍川斷裂帶為西邊界，東至100.07°E，北起28.23°N，南至27.62°N 范圍內(nèi)3.6—4.5 級中等地震分布區(qū)。1968 年以來該地震窗共發(fā)生10 組中等地震，其后1 年內(nèi)，滇西實驗場及鄰區(qū)均發(fā)生了MS≥5.0 地震（表1）。平均映震時間為2.9 個月，最短應(yīng)震時間為0.3 個月，最長映震時間為11.2 個月。3 個月內(nèi)發(fā)生MS≥5 地震的概率為6/9 ≈0.67。2015 年9 月3 日、12 日和14 日分別發(fā)生3.7、3.6 和4.1 級地震，8.5 個月后發(fā)生2016 年云龍5.0 級地震。

表1 1968 年以來中甸中等地震與實驗場及鄰區(qū)MS ≥5 地震相關(guān)性統(tǒng)計Table 1 Statistics of the correlation between moderate earthquakes in Zhongdian and MS ≥5 earthquakes in experimental field and adjacent areas since 1968

2.3 滇西M ≥4 地震有序活動

2015 年以來，滇西4 級以上地震成條帶分布，其形成時間為2015 年1 月19 日—2016 年2 月8 日，分布區(qū)域為耿馬—昌寧—洱源—香格里拉（圖4），起始地震為2015年1 月19 日洱源4.0 級地震，結(jié)束地震為2016 年2 月8 日洱源4.5 級和4.0 級地震。2016 年5 月18 日云龍5.0 級地震即發(fā)生在該4 級以上地震條帶上（圖4），且距其起始地震震中25 km，距結(jié)束地震震中僅5 km（圖1）。

圖4 云南2015 年—2016 年5 月18 日M ≥4 地震分布Fig.4 The distribution of M ≥ 4.0 earthquakes from 2015 to May 18,2016,in Yunnan

3 地下流體同步性異常

文中對前兆異常的同步性定義為，測項30 天內(nèi)達到異常指標(biāo)值（楊芬等，2009）。2015 年11 月中旬至2016 年5 月中旬，云南地下流體出現(xiàn)不同測點相同測項同步性異常和同測點不同測項同步性異常。下關(guān)、鶴慶、保山、昌寧和龍陵水氡，下關(guān)和鶴慶固體二氧化碳呈現(xiàn)不同測點同測項短臨同步性異常。下關(guān)水氡、固體二氧化碳和水汞，鶴慶水氡和固體二氧化碳呈現(xiàn)同測點不同測項短臨同步性異常。

下關(guān)、鶴慶、保山二井、昌寧和龍陵水氡呈現(xiàn)不同測點同測項同步性異常。下關(guān)水氡日均值2015 年11 月20 日、12 月6 日、2016 年1 月6 日、2 月19 日、4 月19 日和5 月17日突破≥7.8 Bq/L 或≤6.5 Bq/L 指標(biāo)值（圖5）。鶴慶水氡日均值2015 年11 月16 日、11 月27 日、11 月28 日、12 月17 日、12 月19 日、12 月24 日、2016 年1 月4 日—2 月7 日連續(xù)多次、2 月17 日—5 月8 日多次突破2.0 倍方差指標(biāo)值（圖6）。保山二井水氡日均值2015 年11 月11 日、11 月20 日、12 月1 日、12 月11 日、2016 年1 月20—22 日 和1 月27 日突破2.0 倍方差指標(biāo)值（圖7）。昌寧水氡日均值2015 年11 月15 日、2016 年1 月7 日、1 月13 日、2 月16 日、2 月17 日、3 月2 日、3 月22 日、4 月14—17 日、5 月9 日 和5月10 日突破2.0 倍方差指標(biāo)值（圖8）。龍陵水氡日均值2016 年1 月9 日突破470 Bq/L 指標(biāo)值（圖9）。

圖5 下關(guān)水氡日均值Fig.5 Daily mean values of water radon in Xiaguan

圖6 鶴慶水氡日均值Fig.6 Daily mean values of water radon in Heqing

圖7 保山二井水氡日均值Fig.7 Daily mean values of water radon in No.2 well of Baoshan

圖8 昌寧水氡日均值Fig.8 Daily mean values of water radon in Changning

圖9 龍陵水氡日均值Fig.9 Daily mean values of water radon in Longling

下關(guān)和鶴慶固體二氧化碳呈現(xiàn)不同測點同測項同步性異常。下關(guān)固體二氧化碳日均值2016 年2 月13 日、2 月25 日、3 月5 日、3 月14 日、3 月16 日和5 月4 日突破2.0 倍方差線指標(biāo)值（圖10）。鶴慶固體二氧化碳日均值2015 年12 月23 日、12 月24 日、2016 年1 月9 日、1 月22 日、2 月13 日、2 月14 日、3 月5 日、3 月23 日和5 月9 日突破2.8 倍方差線指標(biāo)值（圖11）。

圖10 下關(guān)固體二氧化碳日均值Fig.10 Daily mean value of solid carbon dioxide in Xiaguan

圖11 鶴慶固體二氧化碳日均值Fig.11 Daily mean value of solid carbon dioxide in Heqing

下關(guān)水汞日均值2016 年2 月24 日、4 月23 日和4 月24 日突破230 ng/L 指標(biāo)值（圖12）。

圖12 下關(guān)水汞日期均值Fig.12 Daily mean value of water mercury in Xiaguan

下關(guān)水氡、固體二氧化碳和水汞，鶴慶水氡和固體二氧化碳呈現(xiàn)同測點不同測項同步性異常。下關(guān)水氡日均值2 月19 日、4 月19 日和5 月17 日突破指標(biāo)值，下關(guān)固體二氧化碳日均值2016 年2 月13 日、2 月25 日和5 月4 日突破2.0 倍方差線指標(biāo)值，下關(guān)水汞日均值2016 年2 月24 日、4 月23 日和4 月24 日突破230 ng/L 指標(biāo)值，下關(guān)測點3 個測項滿足同步性異常條件。鶴慶水氡日均值12 月17 日、12 月19 日、12 月24 日、2016 年1 月4 日—2 月7 日連續(xù)多次、2 月17 日—5 月8 日多次突破2.0 倍方差線指標(biāo)值，鶴慶固體二氧化碳日均值2015 年12 月23 日、12 月24 日、2016 年1 月9 日、1 月22 日、2月13 日、2 月14 日、3 月5 日、3 月23 日和5 月9 日突破2.8 倍方差線指標(biāo)值。鶴慶測點2 個測項滿足同步性異常條件。

4 滇西實驗場綜合預(yù)測方案

利用數(shù)學(xué)模型式（2）—（3）對已通過R信度檢驗的8 條地下流體單項前兆異常指標(biāo)（表2）進行綜合計算處理，形成滇西實驗場區(qū)（24°—28°N，98°—102°E）MS≥5.0 地震危險性綜合判定量化指標(biāo)。選用異常臺數(shù)Yi作為基本參量，相應(yīng)權(quán)重為Wi，綜合概率為

表2 滇西實驗場MS ≥5.0 地震危險性綜合判定量化指標(biāo)預(yù)測效能參數(shù)Table 2 The efficiency parameters of comprehensive determination quantitative index prediction of seismic risk for MS ≥ 5.0 earthquakes in western Yunnan experimental site

權(quán)重Wi由對實際預(yù)報貢獻大小由Ei決定，公式如下

式中：n=1，2，…，8；Ei=A+B，其中A為虛報率，B為漏報率，則

綜合概率值達到預(yù)報閾值0.53 時，其后6 個月左右滇西實驗場區(qū)存在發(fā)生MS≥5.0地震的危險性（圖13），對應(yīng)率為22/25=0.88，概括率為22/28=0.79，R實=0.44，R理=0.196，R實＞R理。

圖13 滇西實驗場MS ≥5.0 地震綜合判定量化指標(biāo)概率值Fig.13 The synthetical assessment of quantitative index probability value for the MS ≥5.0 earthquakes in western Yunnan experimental site

2016 年2 月24 日綜合概率值為0.64，突破預(yù)報閾值0.53，綜合預(yù)測方案于2016 年2月24 日達到中期預(yù)測指標(biāo)，84 天后即2016 年5 月18 日發(fā)生云龍5.0 級地震。

綜合預(yù)測方案分級預(yù)警模式判定原則為：①綜合概率值達指標(biāo)，為黃色預(yù)警，為中短期預(yù)測階段。滇西實驗場區(qū)6 個月內(nèi)存在發(fā)生5 級以上地震的危險性；②綜合概率值達指標(biāo)（首要條件），同時8 條指標(biāo)異常中有一個水汞測項和一個固體二氧化碳測項達標(biāo)（必要條件），為紅色預(yù)警，為短臨預(yù)測階段。滇西實驗場區(qū)3 個月內(nèi)存在發(fā)生5 級以上地震的危險性，進入短臨預(yù)測起報階段，滿足以上條件的時間為起報時間。

2016 年2 月24 日綜合概率值為0.64，突破預(yù)報閾值0.53，綜合預(yù)測方案首要條件已滿足。鶴慶固體二氧化碳日均值2015 年12 月23 日達到預(yù)測指標(biāo)，下關(guān)水汞日均值2016年2 月24 日達到預(yù)測指標(biāo)。2016 年2 月24 日綜合預(yù)測方案必要條件也已滿足，依據(jù)綜合預(yù)測方案分級預(yù)警模式判定原則，達到綜合預(yù)測方案短臨預(yù)測指標(biāo)，并時隔84 天在云龍發(fā)生5.0 級地震。

5 結(jié)論和討論

（1）2016 年5 月18 日云南云龍5.0 級地震前，地震活動性存在5 級以上地震平靜異常、中甸中等地震窗活動以及滇西2015 年以來4 級以上地震條帶分布等中期異常。

（2）多次震例表明，地下流體不同測點相同測項同步性異常和同一測點不同測項同步性異常現(xiàn)象同時出現(xiàn)，是地震孕震過程進入短臨階段的重要標(biāo)志。2015 年11 月中旬至2016 年5 月中旬，云南地下流體出現(xiàn)了不同測點同測項同步性異常和同測點不同測項同步性異常的短臨異常現(xiàn)象，而云龍5.0 級地震的發(fā)生，即印證了該指標(biāo)的可靠性。

（3）滇西實驗場于2016 年2 月24 日達到綜合預(yù)測方案短臨預(yù)測指標(biāo)，84 天后云龍發(fā)生2016 年5 月18 日5.0 級地震。

（4）滇西實驗場綜合預(yù)測方案為地震短臨預(yù)測提供了定量預(yù)測依據(jù)。地震活動性異常和地下流體同步性異常為短臨預(yù)測提供了定性預(yù)測依據(jù)。定量和定性分析相結(jié)合，可提高地震短臨預(yù)測的準(zhǔn)確率。定量預(yù)測是基礎(chǔ)，定性預(yù)測是補充依據(jù)。