2022年6月1日蘆山MS 6.1地震前地電阻率異常分析

王 曉 葉 青 余 丹 陶志剛 范 曄 劉高川

（中國(guó)北京 100045 中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心）

0 引言

我國(guó)地電阻率定點(diǎn)連續(xù)觀測(cè)已有50 多年歷史，曾記錄到唐山MS7.8、汶川MS8.0、蘆山MS7.0 等多次中強(qiáng)地震前地電阻率下降—轉(zhuǎn)折上升型的異常變化（趙玉林等，1978，2001；錢復(fù)業(yè)等，1982；錢家棟，1993；張學(xué)民等，2009；錢家棟等，2013；朱濤，2013；史紅軍等，2014；陳彥平等，2016）。解滔等（2018）發(fā)現(xiàn)，汶川MS8.0 地震前，成都地震基準(zhǔn)臺(tái)、江油地震臺(tái)地電阻率出現(xiàn)近2 年的與孕震主壓應(yīng)力方位有關(guān)的持續(xù)性下降異常，震后出現(xiàn)與之前異常形態(tài)相反的恢復(fù)變化；九寨溝MS7.0 地震前，距震中360 km 的平?jīng)龅卣鹋_(tái)井下地電阻率出現(xiàn)持續(xù)1 年的趨勢(shì)性異常（高曙德等，2017）。這都表明地電阻率變化具有較好的映震效能。據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定，北京時(shí)間2022 年6 月1 日17 時(shí)0 分四川雅安蘆山縣（30.37°N，102.94°E）發(fā)生MS6.1 地震，震源深度約17 km。該地震的斷層類型以逆沖型為主，發(fā)震斷裂為雙石—大川斷裂。本文通過分析處理蘆山MS6.1 地震震中附近地電阻率臺(tái)站觀測(cè)數(shù)據(jù)，提取地震前的地電阻率異常信息，以期為研究此次地震的前兆現(xiàn)象提供依據(jù)。

1 研究區(qū)及臺(tái)站概況

蘆山MS6.1 地震震中位于龍門山潛在震源區(qū)。龍門山斷裂帶位于青藏塊體東緣，是一個(gè)巨大的復(fù)合型推覆構(gòu)造，由多條擠壓逆沖斷裂和多個(gè)推覆構(gòu)造體組成，斷裂發(fā)育，構(gòu)造復(fù)雜，地震頻發(fā)。2013 年4 月20 日蘆山縣曾發(fā)生MS7.0 地震，震中距此次地震震中僅9 km，也為逆沖型地震，破裂面走向NE，與龍門山斷裂帶的走向基本一致（圖1）。

圖1 蘆山MS 6.1 地震震中及臺(tái)站分布Fig.1 The epicenter and stations distribution of Lushan MS 6.1 earthquake

蘆山MS6.1 地震震中距450 km 范圍內(nèi)分布有成都地震基準(zhǔn)臺(tái)、冕寧地震臺(tái)、紅格地震臺(tái)、甘孜地震臺(tái)等4 個(gè)電阻率臺(tái)站（圖1）。成都地震基準(zhǔn)臺(tái)（震中距98 km）地處龍門山構(gòu)造帶前沿的成都凹陷盆地內(nèi)，距最近的安縣—灌縣斷裂僅20 余km，距東面的龍泉山斷裂約60 km。與龍門山斷裂帶南段交接的安寧河斷裂中段有冕寧地震臺(tái)（震中距223 km），臺(tái)站下方為NNE 向南河隱伏斷裂。紅格地震臺(tái)（震中距438 km）所在地區(qū)有NS 走向的安寧河活動(dòng)性斷裂帶、昔格達(dá)壓扭性斷裂帶。甘孜地震臺(tái)（震中距311 km）位于NW 向鮮水河斷裂帶與甘孜—玉樹斷裂帶之間的延橋區(qū)內(nèi)，臺(tái)站南距甘孜—玉樹斷裂約2.5 km，基巖成分主要是石英砂板巖。

每個(gè)臺(tái)站布設(shè)有2—3 個(gè)測(cè)道，采用電阻率對(duì)稱四極裝置固定電極位置方式進(jìn)行觀測(cè)，使用的儀器為ZD8M 型數(shù)字化地電儀，采樣間隔為小時(shí)。冕寧地震臺(tái)、紅格地震臺(tái)、甘孜地震臺(tái)為井下觀測(cè)，電極埋深70—120 m，供電極距為345—600 m。成都地震臺(tái)為大極距地表觀測(cè)，供電極距NE 測(cè)道為613 m，NW 測(cè)道為846 m。

2 數(shù)據(jù)處理

歸一化速率變化方法（normalized variation rate method，簡(jiǎn)稱NVRM）的原理是按照給定步長(zhǎng)將時(shí)序觀測(cè)數(shù)據(jù)分段后進(jìn)行線性回歸，利用回歸直線的斜率和相關(guān)系數(shù)計(jì)算初始速率，歸一化處理后獲取最終時(shí)間序列。其數(shù)學(xué)定義為

式中，Ki為地電阻率序列{ρs}中第i個(gè)子序列的斜率；Ri為相關(guān)系數(shù)，用來(lái)壓制子序列中奇異數(shù)據(jù)對(duì)Ki的影響；m和σn-1分別為初始速率的平均值和均方根誤差；δ為正小量；ε為滑動(dòng)步長(zhǎng)。對(duì)于地電阻率月均值，異常判據(jù)為大于±2.4 的絕對(duì)值（杜學(xué)彬等，2017）。該方法可以有效識(shí)別“弱”的幅度異常，并已得到廣泛應(yīng)用（劉君等，2013；史紅軍等，2014；李姜等，2019；王同利等，2022）。本文選取蘆山MS6.1 地震震中450 km 范圍內(nèi)4 個(gè)地電阻率臺(tái)站記錄，將原始觀測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理后計(jì)算日均值或月均值，然后采用歸一化速率變化方法分析每個(gè)臺(tái)站在蘆山地震前后的變化。

3 地震前地電阻率異常變化

3.1 紅格地震臺(tái)

選取2018 年1 月至2022 年6 月紅格地震臺(tái)地電阻率觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，該時(shí)段內(nèi)臺(tái)站觀測(cè)系統(tǒng)和觀測(cè)環(huán)境均未出現(xiàn)異常，數(shù)據(jù)可信。圖2、3 分別為紅格地震臺(tái)NS、EW 測(cè)道地電阻率月均值和NVRM 曲線。由圖2、3 可見，NS、EW 兩個(gè)測(cè)道地電阻率原始數(shù)據(jù)從2020 年1 月開始年變化呈現(xiàn)趨勢(shì)性下降，下降幅度約2.8%—3%。2 個(gè)測(cè)道的NVRM 曲線均在地震前出現(xiàn)明顯正異常（≥+2.4），NS 測(cè)道自2021 年11 月超出閾值，2022 年1 月到達(dá)最高點(diǎn)后開始下降，蘆山MS6.1 地震發(fā)生在下降過程中；而EW 測(cè)道自2022 年3 月超出閾值后，6 月開始下降，下降過程中發(fā)生蘆山MS6.1 地震。但紅格地震臺(tái)距此次地震震中438 km，這是蘆山地震引起的異常，還是其他地區(qū)存在異常現(xiàn)象，還需進(jìn)一步探究。此外，2020 年4—7 月EW 測(cè)道地電阻率數(shù)據(jù)出現(xiàn)正異常，結(jié)合該時(shí)段發(fā)生的地震，推測(cè)為2020 年5 月18 日云南昭通巧家發(fā)生的MS5.0 地震，其震中距紅格地震臺(tái)約142 km。

圖2 紅格地震臺(tái)NS 測(cè)道地電阻率月均值（a）和NVRM 曲線（b）Fig.2 Monthly average (a) and NVRM-analysis curve (b) of the apparent resistivity recorded by the NS component of Hongge Seismic Station

圖3 紅格地震臺(tái)EW 測(cè)道地電阻率月均值（a）和NVRM 曲線（b）Fig.3 Monthly average (a) and NVRM-analysis curve(b) of the apparent resistivity recorded by the EW component of Hongge Seismic Station

3.2 甘孜地震臺(tái)

選取2018 年1 月至2022 年6 月甘孜地震臺(tái)NE 測(cè)道地電阻率月均值進(jìn)行歸一化處理，在此期間，觀測(cè)系統(tǒng)和觀測(cè)環(huán)境均正常。NW 測(cè)道2019 年8 月更換測(cè)項(xiàng)分量代碼后原始數(shù)據(jù)出現(xiàn)0.1 Ω·m 的臺(tái)階變化，數(shù)據(jù)可信度存疑。圖4 為甘孜地震臺(tái)NE 測(cè)道地電阻率月均值和NVRM 曲線。由圖4 可見，2022 年4 月地電阻率出現(xiàn)短期快速變化，可能與蘆山MS6.1 地震有關(guān)。NVRM 曲線自2022 年2 月開始下降，2022 年5 月超出閾值，且直至2022 年6 月仍處于持續(xù)下降過程，其間發(fā)生蘆山地震。但甘孜地震臺(tái)與蘆山地震震中所處位置屬于2 個(gè)斷裂帶，且震中距大于300 km，根據(jù)國(guó)家地震局預(yù)測(cè)預(yù)防司（1998）所述，上述現(xiàn)象是否為此次地震的異常現(xiàn)象還需進(jìn)一步研究確認(rèn)。

圖4 甘孜地震臺(tái)NE 測(cè)道地電阻率月均值（a）和NVRM 曲線（b）Fig.4 Monthly average (a) and NVRM-analysis curve (b) of the apparent resistivity recorded by the NE component of Ganzi Seismic Station

3.3 冕寧地震臺(tái)

冕寧地震臺(tái)井下地電阻率觀測(cè)系統(tǒng)為2019 年新建，2020 年1 月正式運(yùn)行，共有NS、EW、NW 三個(gè)測(cè)道。地電阻率原始數(shù)據(jù)均呈現(xiàn)較規(guī)律的年變化，震前無(wú)明顯變化。選取2020 年1 月至2022 年6 月EW 測(cè)道地電阻率月均值進(jìn)行處理分析，步長(zhǎng)設(shè)置為6 個(gè)月進(jìn)行歸一化處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)NVRM 曲線出現(xiàn)2 次異常，一次為2021 年4 月開始上升，直至6 月超出閾值，7 月達(dá)到峰值后開始下降，對(duì)應(yīng)臺(tái)站周圍該時(shí)段內(nèi)發(fā)生的地震，認(rèn)為該正異常可能為2021 年5 月21 日云南大理漾濞MS6.4 地震的震時(shí)（后）異常，該地震震中距冕寧地震臺(tái)390 km。另一次異常為負(fù)異常，2022 年2 月開始下降，5 月超出閾值，直至蘆山MS6.1 地震發(fā)生時(shí)曲線仍處于下降過程中（圖5）。

圖5 冕寧地震臺(tái)EW 測(cè)道地電阻率月均值（a）和NVRM 曲線（b）Fig.5 Monthly average (a) and NVRM-analysis curve (b) of the apparent resistivity recorded by the EW component of Mianning Seismic Station

3.4 成都地震基準(zhǔn)臺(tái)

成都地震基準(zhǔn)臺(tái)因2021 年7 月在NE 方向重新布設(shè)了與原NE 向平行的新測(cè)道，新測(cè)道地電阻率數(shù)據(jù)與原測(cè)道數(shù)據(jù)之間存在臺(tái)階，銜接出現(xiàn)問題，致使新測(cè)道數(shù)據(jù)中可用數(shù)據(jù)時(shí)長(zhǎng)較短，只能選取2021 年7 月1 日至2022 年6 月19 日地電阻率日均值進(jìn)行預(yù)處理，步長(zhǎng)設(shè)置為30 天。蘆山MS6.1 地震前數(shù)據(jù)無(wú)明顯變化，地震發(fā)生在NVRM 曲線（圖6）上升階段，2022 年6 月中旬超出閾值呈現(xiàn)正異常，曲線上升過程中發(fā)生蘆山地震，推測(cè)該異常可能為臨震異常。

圖6 成都地震基準(zhǔn)臺(tái)NE 測(cè)道地電阻率日均值（a）和NVRM 曲線（b）Fig.6 Daily average (a) and NVRM-analysis curve(b) of the apparent resistivity recorded by the NE component of Chengdu Seismic Station

綜上，紅格地震臺(tái)NVRM 曲線在蘆山MS6.1 地震前出現(xiàn)正異常，下降過程中發(fā)生地震；甘孜地震臺(tái)NE 測(cè)道在蘆山地震前出現(xiàn)負(fù)異常，地震也發(fā)生在曲線下降過程中；而冕寧地震臺(tái)EW 測(cè)道NVRM 曲線在2021 年5 月和2022 年5 月呈現(xiàn)不同程度的正異常和負(fù)異常，分別對(duì)應(yīng)2021 年5 月21 日云南漾濞MS6.4 地震和2022 年6 月1 日蘆山MS6.1 地震。對(duì)成都地震基準(zhǔn)臺(tái)NE 測(cè)道地電阻率數(shù)據(jù)采用日均值計(jì)算歸一化速率后顯示，NVRM 曲線在地震發(fā)生前出現(xiàn)正異常，上升過程中發(fā)生地震。地電阻率是地下可探測(cè)范圍內(nèi)介質(zhì)電阻率的綜合反映，中強(qiáng)地震前構(gòu)造應(yīng)力作用下介質(zhì)變形誘發(fā)的微裂隙活動(dòng)會(huì)引起地電阻率的變化，震前異常出現(xiàn)的時(shí)間和形態(tài)主要受震前地下介質(zhì)電阻率變化的影響。

此外，以上異常分析結(jié)果也表明，冕寧地震臺(tái)、紅格地震臺(tái)、甘孜地震臺(tái)等3 個(gè)臺(tái)站的井下地電阻率觀測(cè)，亦能較好地反映震前異常，具有較高質(zhì)量的觀測(cè)效能，顯示了井下地電阻率觀測(cè)的有效性及其應(yīng)用前景的廣闊性。

3 結(jié)論

對(duì)蘆山MS6.1 地震震中周圍450 km 范圍內(nèi)4 個(gè)地電阻率臺(tái)站觀測(cè)數(shù)據(jù)，采用歸一化速率方法分析每個(gè)臺(tái)站數(shù)據(jù)在蘆山地震前后的變化。結(jié)果顯示，地震前紅格地震臺(tái)NS、EW測(cè)道地電阻率數(shù)據(jù)出現(xiàn)正異常；冕寧地震臺(tái)EW 測(cè)道、甘孜NE 測(cè)道出現(xiàn)負(fù)異常。紅格地震臺(tái)NS、EW 測(cè)道及甘孜地震臺(tái)NE 測(cè)道地電阻率原始數(shù)據(jù)在震前出現(xiàn)下降變化，下降幅度為1%—3%，地震發(fā)生在數(shù)據(jù)下降過程中，其他臺(tái)站的原始數(shù)據(jù)在震前沒有出現(xiàn)異常變化，因此，紅格地震臺(tái)NS、EW 測(cè)道及甘孜地震臺(tái)NE 測(cè)道、冕寧地震臺(tái)EW 測(cè)道震前數(shù)據(jù)變化為蘆山地震前兆現(xiàn)象的可能性較大。但甘孜地震臺(tái)、紅格地震臺(tái)及蘆山地震震中所處位置分屬3 個(gè)斷裂帶，且震中距大于300 km，雖然在異常時(shí)間上較對(duì)應(yīng)，但是否為此次地震前整個(gè)塊體地下介質(zhì)運(yùn)移變化的表現(xiàn)，還是其他區(qū)域存在異常變化，還需進(jìn)一步探究。

由于成都地震基準(zhǔn)臺(tái)測(cè)項(xiàng)改造，故采用地電阻率日均值數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化速率方法分析。結(jié)果顯示，地震前數(shù)據(jù)無(wú)異常變化，地震后數(shù)據(jù)出現(xiàn)正異常現(xiàn)象（或者是臨震異常）。由于日均值數(shù)據(jù)受環(huán)境干擾較大，因此，成都地震基準(zhǔn)臺(tái)地電阻率日均值分析結(jié)果只能作為參考，其是否為震前異常還需進(jìn)一步分析。