云南地區(qū)地震地下水宏觀異常統(tǒng)計(jì)分析

陳 瑜

（中國(guó)云南 674199 麗江市古城區(qū)地震局）

0 引言

憑人們的感官直接觀測(cè)或察覺(jué)到（非儀器觀測(cè)到）的，發(fā)生在地震前并與地震孕育和發(fā)生有密切聯(lián)系的宏觀變化現(xiàn)象，我們稱(chēng)之為地震宏觀前兆異常。《中國(guó)地震歷史匯編》記載有震前宏觀異常1 100 余條，最早記載的是公元前約1767 年的1 次大地震，“ [桀]十年，五星錯(cuò)行，夜中星隕如雨，地震，伊、洛竭。”《宋會(huì)要楫稿》（冊(cè)五二）對(duì)1072 年11 月3 日陜西華縣地震有“是夜初昏，略無(wú)風(fēng)聲。忽于山下云霧起，有聲漸大，地逐動(dòng)”的記載。《新安志》中記載，1100 年2 月安徽歙縣地震前，黃山朱砂湯泉，“水變赤如流丹”等等。Rikitake 等（1996）在日本收集了宏觀異常資料并開(kāi)展了相關(guān)研究。在新疆還觀測(cè)到與內(nèi)地有差異的宏觀異常現(xiàn)象，如烏蘇艾其溝泥火山強(qiáng)震前顯著噴涌現(xiàn)象等等。地震宏觀異常的表現(xiàn)形式多樣且復(fù)雜，異常的種類(lèi)多達(dá)幾百種，異常的現(xiàn)象多達(dá)幾千種，大體可分為地下水異常、生物異常、地聲異常、地光異常、電磁異常、氣象異常等。地下水包括井水、泉水、潛水等。主要異常有發(fā)渾、冒泡、翻花、升溫、變色、變味、突升、突降、井孔變形、泉源突然枯竭或涌出等。

2011 年以來(lái)，云南省為了加強(qiáng)震情跟蹤工作，實(shí)施異常報(bào)告制度，通過(guò)地震行業(yè)內(nèi)網(wǎng)匯集了大量宏觀異常事件。解決了地震宏觀異常震前多分散在各地各人手中、分析人員很難在發(fā)震前獲得宏觀異常資料的難題（和勝利，2008；車(chē)用太等，2012）。

朱鳳鳴等（1982）研究了1975 年海城地震、陳立德等（1979）研究了1976 年龍陵地震、陳非比等（1979）研究了唐山地震、朱皆佐等（1978）研究了松潘地震、張艷鳳等（2018）研究了2014 年云南盈江6.1 級(jí)地震，認(rèn)為1975 年海城7.3 級(jí)、1976 年龍陵7.4 級(jí)、1976 年松潘—平武7.2 級(jí)等地震的臨震預(yù)報(bào)成功，宏觀異常起到了十分重要乃至決定性作用。任葆德（1992）研究了非震宏觀異常100 例，得出與其他方法相比宏觀異常在捕捉大震方面的優(yōu)勢(shì)在于它的短臨顯示作用的結(jié)論。然而，利用宏觀異常實(shí)現(xiàn)成功的臨震預(yù)測(cè)非常困難。任葆德（1992）指出宏觀異常的起因是復(fù)雜的，宏觀異常有可能是地震活動(dòng)引起的，也可能是氣候變化或人為干擾引起的，還有可能是其他原因引起的；車(chē)用太等（2003）研究了2002 年四川涼山州地區(qū)大規(guī)模宏觀異常；張小濤等（2009）研究了汶川8.0 級(jí)地震前后宏觀異常現(xiàn)象后認(rèn)為，宏觀異常具有二重性，既有地震前兆的屬性，也有構(gòu)造活動(dòng)異常的屬性。

2011 年以來(lái)，在云南省匯集的宏觀異常事件中多數(shù)是地下水宏觀異常事件。地下水是指蘊(yùn)藏在地殼上部巖石中的水，存在于土壤或巖石的孔隙、裂隙或溶洞中，它參與大氣循環(huán)，也遵循自身的運(yùn)移規(guī)律，對(duì)壓力變化敏感。地震的孕育發(fā)生過(guò)程與受力巖體裂隙演變過(guò)程有關(guān)。巖體的受力演變過(guò)程不可避免地要改變巖體中的孔隙壓力，進(jìn)而通過(guò)地下水的動(dòng)態(tài)變化表現(xiàn)出來(lái)。地下水存在普遍性、流動(dòng)性、難以壓縮性等特性，這使其能夠客觀、靈敏地反映地殼的應(yīng)力—應(yīng)變狀態(tài)。只有地殼形變和含水層孔隙應(yīng)變達(dá)到空前劇烈的程度，才會(huì)使地下水發(fā)生劇烈的變化。葉建剛等（2001）研究了大地震前的地下水宏觀異常后認(rèn)為，地下水的確是反映地殼運(yùn)動(dòng)的最活躍的物質(zhì)，在大量的地震宏觀異常中，屬于地下水異常的約占70%。吳寶東等（2005）研究了地震宏觀前兆異常的映震機(jī)理，認(rèn)為宏觀異常的出現(xiàn)說(shuō)明區(qū)域地球物理、地球化學(xué)場(chǎng)已經(jīng)發(fā)生了超乎尋常的變化。在地震預(yù)測(cè)實(shí)踐中及時(shí)獲取地震前兆異常，特別是短臨信息是正確作出預(yù)測(cè)意見(jiàn)的關(guān)鍵，與其他方法相比，宏觀異常在捕捉大震方面的優(yōu)勢(shì)恰恰在于它的短臨顯示作用，因此，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、收集分析宏觀異常是實(shí)現(xiàn)地震短臨預(yù)測(cè)的有效途徑之一。

1 云南歷史震例中地下水宏觀異常特征

1.1 歷史震例概述

對(duì)1976—2001 年云南38 組M≥5 地震震例的總結(jié)報(bào)告（張肇誠(chéng)等，1990a，1990b，1999，2000；陳棋福等，2002a，2002b，2003，2008）進(jìn)行再分析，以歸納總結(jié)其部分共性特征。38 組地震震級(jí)分布情況：5.0—5.9 級(jí)地震25 例，占66%；6.0—6.9 級(jí)地震7 例，占18%；7 級(jí)及7 級(jí)以上地震6 例，占16%。小震級(jí)地震較多、大震級(jí)地震較少，符合地震活動(dòng)的總體規(guī)律。為便于分析，按發(fā)震時(shí)間順序用①—?對(duì)38 組地震進(jìn)行編號(hào)。

對(duì)分析確定的地震地球物理異常按時(shí)間分為3 類(lèi)：A——中期趨勢(shì)性背景異常，出現(xiàn)在震前0.5—5.0 a；B——短期異常，震前延續(xù)1—6 個(gè)月；C——臨震異常，震前1 個(gè)月內(nèi)（張肇誠(chéng)等，2013）。

1.2 地下水宏觀異常特征

1976—2001 年云南38 組M≥5 地震震例中共19 組有宏觀異常記錄，占50%。其中，第③、⑧組地震中僅記錄到非地下水宏觀異常；第?、?、?、?、?、?組中僅記錄到地下水宏觀異常；第①、②、④、⑤、⑥、⑦、⑨、⑩、?、?、?組地震中同時(shí)記錄到地下水宏觀異常與非地下水宏觀異常。記錄到地下水宏觀異常的共17 組震例（表1），占記錄有宏觀異常的19 組震例的89%。

表1 1976—2001 年云南M ≥5 地震震例與地下水宏觀異常Table 1 Statistics of groundwater macroscopic anomalies of M ≥5 earthquake in Yunnan from the year of 1976 to 2001

1.2.1 震級(jí)相關(guān)特征。在1976—2001年17組記錄到地下水宏觀異常的M≥5地震震例中，5.0—5.9 級(jí)地震9 組，占25 組5.0—5.9 級(jí)地震的36%；6.0—6.9 級(jí)地震4 組，占7 組6.0—6.9 級(jí)地震的57%；7 級(jí)及7 級(jí)以上地震4 組，占6 組7 級(jí)及7 級(jí)以上地震的67%。雖然受震源區(qū)地質(zhì)構(gòu)造、地震發(fā)震機(jī)制、震源深度等因素的影響，異常數(shù)量與震級(jí)間未呈現(xiàn)某種規(guī)律的正相關(guān)，但是總體上震級(jí)較大的地震震前宏觀異常也相對(duì)較多。盧雙苓等（2015）也研究認(rèn)為，隨著震級(jí)增大，震前出現(xiàn)宏觀異常的概率逐步增加，震級(jí)較大的地震震前宏觀異常數(shù)量也相對(duì)較多。

1.2.2 時(shí)間相關(guān)特征。對(duì)17 組記錄到地下水宏觀異常震例，按照震前異常起止時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可見(jiàn)，屬于A 類(lèi)異常的只有第38組地震，占6%；屬于B 類(lèi)異常的有第14、15組等2 組地震，占12%；第29組地震宏觀異常中既有屬于B 類(lèi)的，也有屬于C 類(lèi)的，占6%；屬于C 類(lèi)異常的有第①、②、④、⑤、⑥、⑦、⑨、⑩、?、?、?、?、?組等13 組地震，占76%。顯然，C 類(lèi)地下水宏觀異常所占比例較大，故地下水宏觀異常主要為短期異常和臨震異常，多數(shù)發(fā)生在震前1 個(gè)月以?xún)?nèi)。盧雙苓等（2015）的研究也認(rèn)為地下水宏觀異常大多為短期、臨震異常。

1.2.3 地域相關(guān)特征。對(duì)17 組記錄到地下水宏觀異常的震例，按照震中距的不同分為極震區(qū)與非極震區(qū)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，異常出現(xiàn)在非極震區(qū)的僅有第14、24組等2 組地震，占12%；有15 組（①、②、④、⑤、⑥、⑦、⑨、⑩、?、?、?、?、?、?、?）地震異常在極震區(qū)出現(xiàn)，占88%。故地下水宏觀異常多數(shù)出現(xiàn)在距震中100 km 范圍內(nèi)。盧雙苓等（2015）也認(rèn)為地下水宏觀異常多數(shù)發(fā)生在距震中100 km 范圍內(nèi)。

2 2011—2021 年云南省地下水宏觀異常特征

2.1 資料

鑒于《地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)用語(yǔ)規(guī)范（試行）》中震測(cè)函［2017］85 號(hào)的實(shí)施，將地震地球物理異常分類(lèi)進(jìn)行了修正：對(duì)分析確定的地震地球物理異常按時(shí)間分為3 類(lèi)：a——背景異常，震前1 年尺度以上；b——短期異常，震前3 個(gè)月內(nèi)；c——臨震異常，震前10 日內(nèi)。

2.1.1 宏觀異常事件。首先，從2011—2021 年5 月通過(guò)地震行業(yè)內(nèi)網(wǎng)上報(bào)的768 項(xiàng)地下水類(lèi)宏觀異常中，剔除有明顯干擾、不屬于地震地下水宏觀異常的346 項(xiàng)；然后，對(duì)剩余的422 項(xiàng)進(jìn)行甄別：一般將前次M≥5 地震發(fā)生以來(lái)到此次M≥5 地震發(fā)生前上報(bào)的地下水類(lèi)宏觀異常作為此次M≥5 地震的宏觀地球物理異常。考慮到前次M≥5 地震的影響，將出現(xiàn)在前次M≥5 地震極震區(qū)內(nèi)而非此次地震極震區(qū)內(nèi)的異常剔除；考慮到宏觀異常具有二重性，再將非極震區(qū)內(nèi)且非地震前10 天出現(xiàn)、震后結(jié)束的地下水類(lèi)宏觀異常剔除；為了避免遺漏，將前次M≥5 地震前出現(xiàn)在此次M≥5 地震極震區(qū)內(nèi)而非前次M≥5 地震極震區(qū)內(nèi)的顯著異常增補(bǔ)進(jìn)來(lái)。最終，從422 項(xiàng)異常中共甄別得到133 項(xiàng)地震地下水宏觀異常。

2.1.2 地震事件。從中國(guó)5 級(jí)以上地震目錄中選取2011—2021 年5 月發(fā)生在云南省內(nèi)的19 組共30 次M≥5 地震事件。其中，5.0—5.9 級(jí)地震26 次；6.0—6.9 級(jí)4 次。

2.2 地下水宏觀異常與地震之間相關(guān)性分析

768項(xiàng)地下水類(lèi)宏觀異常占全部上報(bào)的818項(xiàng)宏觀異常事件的94%，顯然地下水類(lèi)宏觀異常在上報(bào)宏觀異常事件中占比較大。有明顯干擾的地下水類(lèi)宏觀異常346 項(xiàng)，占768 項(xiàng)地下水類(lèi)宏觀異常事件的45%。在422 項(xiàng)無(wú)干擾異常中共甄別得到289 項(xiàng)地下水類(lèi)地震宏觀異常，占68%；289 項(xiàng)地下水類(lèi)地震宏觀異常中152 項(xiàng)異常有映震，占53%；137 項(xiàng)異常無(wú)映震，占47%。

2011—2021 年5 月云南共發(fā)生19 組M≥5 地震，其中，12 組M≥5 地震有地下水類(lèi)宏觀異常（133 項(xiàng)），占全部震例63%。為便于分析，按發(fā)震時(shí)間順序用1—19 對(duì)M≥5 地震進(jìn)行編號(hào)（表2）。

表2 2011—2021 年5 月云南M ≥5 地震與地下水宏觀異常Table 2 Statistics of groundwater macroscopic anomalies of M ≥5 earthquakes from 2011 to May,2021

2.2.1 震級(jí)相關(guān)特征。2011—2021 年5 月云南19 組M≥5 地震震例中共有12 組記錄到地下水宏觀異常，其中，5.0—5.9 級(jí)地震共9 組，占15 組5.0—5.9 級(jí)地震的60%；6.0—6.9 級(jí)地震共3 組，占4 組6.0—6.9 級(jí)地震的75%；無(wú)7 級(jí)以上地震。與由歷史震例所得結(jié)論“隨著地震震級(jí)的增加，出現(xiàn)地下水宏觀異常的比例增加”相符。

2.2.2 時(shí)間相關(guān)特征。對(duì)12 組記錄到地下水宏觀異常的震例，按照震前異常起止時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可見(jiàn)，第2、4、5、8、9、13、14、15、16、17、19 組地震有a 類(lèi)異常，占92%；12 組地震均有b 類(lèi)異常，占100%；第4、5、8、14、16 組地震有c 類(lèi)異常，占42%；第1 組無(wú)a 類(lèi)異常，與統(tǒng)計(jì)時(shí)間從2011 年起相關(guān)，第1、2、9、13、15、17、19 組無(wú)c 類(lèi)異常。這顯然與由歷史震例所得結(jié)論“地下水異常從時(shí)間上來(lái)說(shuō)主要為臨震異常，震前1 個(gè)月內(nèi)出現(xiàn)的比例較大”并不相符。顯然，地下水異常從時(shí)間上來(lái)說(shuō)a、b 兩類(lèi)占比較大（圖1），這與付虹等（2003）研究了歷史震例及1992—2001 年地震短臨跟蹤預(yù)報(bào)實(shí)踐得出的地下水宏觀異常多數(shù)出現(xiàn)在震前3—6 月的結(jié)果相符。

2.2.3 地域相關(guān)特征。對(duì)12 組記錄到地下水宏觀異常的震例，按照震中距的不同分為極震區(qū)與非極震區(qū)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，第5、9、17 組全部異常均出現(xiàn)在極震區(qū)100 km 以?xún)?nèi)，占25%；而全部12 組震例的異常絕大多數(shù)出現(xiàn)在極震區(qū)及附近，有極個(gè)別異常出現(xiàn)在離極震區(qū)較遠(yuǎn)地方，如第4、14、15 組偶有異常出現(xiàn)在200 km 以外的區(qū)域（圖1）。由此可見(jiàn)，2011—2021 年5 月M≥5 地震地下水宏觀異常地域特征與歷史震例特征一致。與盧雙苓等（2015）的異常多數(shù)集中在距震中100 km 內(nèi)的結(jié)果也相符。

圖1 地震地下水宏觀異常頻度圖與震中距遷移圖藍(lán)色為a 類(lèi)異常；黃色為b 類(lèi)異常；紅色為c 類(lèi)異常Fig.1 Frequency diagram of macro-anomalies of groundwater and migration diagram of epicentral distance

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

2011—2021 年5 月云南M≥5 地震地下水宏觀異常具有以下特征：地下水宏觀異常出現(xiàn)在震前3 個(gè)月內(nèi)、出現(xiàn)在極震區(qū)內(nèi)的占比均為100%。

3.2 討論

相較歷史震例，云南2011—2021 年5 月地下水宏觀異常從與震級(jí)、時(shí)間的關(guān)系上來(lái)看并不一致，而從與地域的關(guān)系來(lái)看則較一致，分析認(rèn)為原因如下。

（1）可能與地震樣本數(shù)相關(guān)。歷史震例地震樣本較多，并且包括了M≥5 地震的5.0—5.9 級(jí)、6.0—6.9 級(jí)、7 級(jí)及7 級(jí)以上地震。而2011—2021 年5 月M≥5 地震僅包括了5.0—5.9 級(jí)、6.0—6.9 級(jí)地震，且樣本數(shù)也少得多。

（2）可能與地震發(fā)生的地點(diǎn)有關(guān)。盧雙苓等（2015）研究認(rèn)為，一些地方宏觀異常數(shù)量少，除與地震類(lèi)型有關(guān)外，還與地震發(fā)生的地點(diǎn)、居民點(diǎn)的分布等因素有關(guān)。雖然某些地震可能受震源區(qū)地質(zhì)構(gòu)造、地震機(jī)制、震源深度等因素的影響，異常數(shù)量與震級(jí)間未呈現(xiàn)某種規(guī)律的正相關(guān)，但是總體上震級(jí)較大的地震，震前宏觀異常也相對(duì)較多。云南省上報(bào)宏觀異常數(shù)量較多的區(qū)域主要集中在滇西保山、大理與滇中昆明、玉溪地區(qū)，而滇西地區(qū)5 級(jí)以上強(qiáng)震頻繁，滇中地區(qū)則較少發(fā)生5 級(jí)以上強(qiáng)震。另外，滇東北昭通地區(qū)震前宏觀異常較少。

（3）可能與宏觀異常獲取渠道相關(guān)。有感地震發(fā)生后，上報(bào)的宏觀異常明顯比平時(shí)多，這類(lèi)異常一部分為震后地應(yīng)力調(diào)整而產(chǎn)生的，不一定與地震有關(guān)；多數(shù)宏觀異常報(bào)道，皆是震后調(diào)查、震例總結(jié)的內(nèi)容，這難免存在數(shù)量、質(zhì)量的差異和可靠程度、真實(shí)性的問(wèn)題以及臨震異常顯示結(jié)論的可靠性問(wèn)題。