云南漾濞2017 年5.1 級和2021 年6.4 級地震異常共性特征研究＊

楊 芬 辛燦錦

1) 中國地震科學實驗場大理中心，云南大理 671000

2) 云南省大理白族自治州地震局，云南大理 671000

0 引言

地震是照亮地球內部結構的一盞明燈，同時地震是地球內部應力應變場變化的直接反映，因此小地震的活動規律可以為中強震預測提供最為直接可靠的信息。地下水廣泛賦存于地震巖石的孔隙之中，能在各種驅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生會有較靈敏的響應[1]。

當震中附近的震源應力場變化、蠕動傳播以及應變遞次讓位等震源演化過程出現，必將作用和牽連處于同一孕震應力應變場作用下的多個應力集中點產生相應活動和演化。因此同一孕震應力應變場作用下，會觀測到前兆同步性異?，F象[2-4]。

同一區域的中強震有相似的孕震環境，相似的孕震環境表現為震前相同觀測資料有相似的異常過程。2 次地震孕震微環境和孕震過程會有所差異，表現為相同觀測資料有相似的異常過程，但異常出現時間、異常持續時間和異常幅度有所不同。筆者對2 次漾濞中強震異常共性特征進行總結，為今后地震預測提供參考依據。

1 漾濞構造背景與歷史地震

云南漾濞2017 年5.1 級和2021 年6.4 級地震震中位于維西—喬后—南澗斷裂附近（圖1），斷裂屬于我國23 條主要地震帶之一的中甸—大理地震帶。漾濞2021 年6.4 級地震震中60 km 范圍內，1900 年以來歷史上5 級以上地震記錄有25 次（表1），其中6級以上地震有4 次，分別為1901 年2 月15 日鄧川6.5 級地震、1925 年3 月16 日大理7.0 級地震、1963年4 月23 日 永 平6.0 級 地 震 和2021 年5 月21 日 漾濞6.4 級地震（圖1）。

表1 漾濞2021 年6.4 級地震震中60 km 范圍內，1900 年以來發生的5 級以上地震統計表Table 1 Statistics of M≥5 earthquakes in 60 km of the epicenter of Yangbi M6.4 earthquake in 2021 since 1900

圖1 云南漾濞及其鄰區地震分布圖Fig.1 Earthquake distribution map of Yangbi and its adjacent areas

2 云南地震活動性異常

漾濞2017 年5.1 級地震和2021 年6.4 級震群發震前，云南地震活動性存在以下幾個方面的異常共性特征：云南M≥5.0 地震平靜異常；云南M4.0～4.9 地震平靜異常；云南M≥3.0 地震低頻次活動轉為增強態勢；滇西M≥4 地震成條帶分布；漾濞4 級雙震前震。

2.1 云南M≥5 地震平靜異常

云南1986 年以來M≥5.0 地震歷史年平均活動頻次為3～4 次（圖2a）。2016 年5 月18 日云龍5.0 級地震—2017 年3 月27 日漾濞5.1 級地震期間，云南M≥5.0 地震平靜時間長達313 天（圖2b）。2020 年5 月18 日巧家5.0 級地震—2021 年5 月21 日漾濞6.4 級震群期間，云南M≥5.0 地震平靜時間長達368 天（圖2b）。

圖2 1986—2022 年云南M≥5 地震（a） 年活動頻次圖和（b） 時間間隔圖Fig.2 Annual activity frequency diagram （a） and time interval diagram （b） of M≥5 earthquakes in Yunnan from 1986 to 2022

根據某地區發生地震自然概率的計算關系式[5]：

式中，ν是研究區平均Mi≥M的地震發生率，是復發周期的倒數，τ為待預測時間。

以云南M≥5.0 地震年平均活動頻次3 次來統計，實際平均復發周期T=0.33 年，其倒數ν=3。2016年5 月18 日云龍5.0 級地震—2017 年3 月27 日漾濞5.1 級地震的待預測時間段τ=0.86，2020 年5 月18 日巧家5.0 級地震—2021 年5 月21 日漾濞6.4 級震群的待預測時間段τ=1.01，將上述參數代入公式（1），分別得到云南發生M≥5.0 地震的自然概率為0.924 和0.952。

2.2 云南M4.0～4.9 地震平靜異常

2016 年8 月12 日巧家4.5 級地震—2016 年11 月17 日漾濞4.2 級地震期間，云南M4.0～4.9 地震平靜時間長達97 天（圖3a）。2021 年3 月1 日洱源4.0 級地震—2021 年5 月13 日漾濞4.0 級地震期間，云南M4.0～4.9 地震平靜時間長達73 天（圖3a）。

圖3 云南（a） M4.0～4.9 地震時間間隔圖和（b） M≥3 級地震3 個月活動頻次圖Fig.3 （a） Time interval diagram of M4.0～4.9 earthquakes and （b） quarterly activity frequency diagram of M≥3 earthquakes in Yunnan

2.3 云南M≥3.0 地震低頻活動

2015 年9 月—2016 年6 月 云 南M≥3.0 地 震 低頻活動，3 個月活動頻次連續10 個月低于歷史活動水平，至2016 年9 月M≥3.0 地震3 個月活動頻次達47 次，突破歷史活動平均水平44.7 次，地震活動由低頻次活動轉為增強態勢（圖3b）。其后間隔6 個月發生2017 年3 月27 日漾濞5.1 級地震。

2019 年6 月—2020 年6 月云南M≥3.0 地震低頻活動，3 個月活動頻次連續13 個月低于歷史活動水平，至2020 年9 月M≥3.0 地震3 個月活動頻次達53 次，突破歷史活動平均水平44.7 次，地震活動由低頻次活動轉為增強態勢（圖3b）。其后間隔7 個多月發生2021 年5 月21 日漾濞6.4 級震群。

2.4 滇西M≥4 地震成條帶分布

2016 年5 月18 日云龍5.0 級地震后，2016 年5 月19 日—2017 年3 月26 日，滇西M≥4 地震成條帶分布，2017 年3 月27 日漾濞5.1 級地震發生在條帶的端部（圖4a）。

圖4 滇西M≥4 地震分布圖Fig.4 Distribution map of M≥4 earthquakes in western Yunnan

2020 年5 月18 日 巧 家5.0 級 地 震 后，2020 年5 月19 日—2021 年5 月20 日M≥4 成條帶分布，2021年漾濞6.4 級震群發生在條帶的端部（圖4b）。

2.5 漾濞2016 年和2021 年4 級雙震前震

漾濞2016 年11 月17 日發生4.2 級和4.4 級雙震前震，其后間隔4 個多月2017 年3 月27 日發生漾濞5.1 級地震（圖5a）。漾濞2021 年5 月18 日和19 日分別發生4.2 級和4.4 級雙震前震，其后間隔2 天2021 年5 月21 日發生漾濞6.4 級震群（圖5b）。

圖5 漾濞 4 級雙震前震Fig.5 Distribution map of Yangbi M4 double earthquakes

3 云南地下流體異常

漾濞2017 年5.1 級地震和2021 年6.4 級震群發震前，200 km 范圍內，云南地下流體觀測資料洱源中層水溫，下關和保山水汞，下關和洱源固體二氧化碳，下關、龍陵和騰沖水氡測項存在中短期異常共性特征（表2）。漾濞2017 年5.1 級地震前，2016 年6 月龍陵和騰沖水氡出現同步性異常，2016 年9 月下旬—10 月下旬保山水汞，下關和洱源固體二氧化碳，下關水氡出現同步性異常。漾濞2021 年6.4 級地震前，2020 年12 月下旬—2021 年1 月中旬保山水汞，下關和洱源固體二氧化碳，下關、龍陵和騰沖水氡出現同步性異常。

本文對前兆異常的同步性定義為：不同測項30 天內同時達到異常指 標值[2,6-7]。

3.1 水溫前兆異常

洱源中層水溫分別于2016 年11 月23 日和2020 年10 月4 日開始呈現持續性低值異常過程（圖6），于地震前兩天2017 年3 月25 日和2021 年5 月19 日 達 到 異 常 最 低 值31.175 6℃和31.104 6℃。水溫觀測值2017 年3 月26 日為31.175 6℃，2017 年3 月27 日為31.190 4℃，地震當天回升。2021 年5 月21 日31.104 9℃，22 日31.120 7℃，震后第2 天觀測值回升。2 次地震都是在水溫持續下降異常過程中發震，震后當天或第2 天水溫回升。

圖6 洱源中層水溫日均值圖Fig.6 Daily mean value chart of intermediate water temperature in Eryuan

3.2 水汞前兆異常

下關水汞日均值≥260 ng/L 對應200 km 范圍內M≥5.0（圖7a）。分 別 于2017 年2 月25 日 和2020年7 月19 日達到260 ng/L 和298 ng/L 高值異常。

圖7 下關和保山一井水汞日均值圖Fig.7 Daily mean value chart of water mercury in Xiaguan and Baoshan No.1 Well

保山一井水汞日均值≥160 ng/L 對應200 km 范圍內M≥5.0（圖7b）。分別于2016 年9 月6 日、10 月8 日 和2021 年1 月8 日 達 到179 ng/L、287 ng/L 和169 ng/L 高值異常。

3.3 固體二氧化碳前兆異常

為突出觀測數據日變量，對下關和洱源固體二氧化碳日均值進行一階差分處理，

式中，Δxi為差分值，xi為當天觀測值，xi-1為前一天觀測值。

下關固體二氧化碳日均值一階差分突破2.5 倍方差線，對應200 km 范圍內M≥5.0（圖8a）。分別于2016 年10 月26 日 和2021 年1 月4 日 達 到-41 mg/L和53 mg/L 異常值。

圖8 固體二氧化碳日均值一階差分圖Fig.8 Daily mean value chart of solid carbon dioxide

洱源固體二氧化碳日均值一階差分突破2.5 倍方差線，對應200 km 范圍內M≥5.0（圖8b）。分別于2016 年9 月24 日 和2021 年1 月21 日 達 到88 mg/L和-85 mg/L 異常值。

3.4 水氡前兆異常

為突出觀測數據日變幅度，對下關、龍陵和騰沖水氡進行日均值變化速率處理，

式中，εi為變化速率，xi為當天觀測值，xi-1為前一天觀測值。

下關水氡日均值變化速率≥0.139 Bq/L 對應200 km 范圍內M≥5.0（圖9a）。分別于2016 年10 月18 日和2021 年1 月19 日達到0.139 Bq/L 和0.145 Bq/L高值異常。

圖9 水氡日均值變化速率圖Fig.9 Daily mean value variation rate diagram of water radon

龍陵水氡日均值變化速率≥1.4 Bq/L 對應200 km 范圍內M≥5.0（圖9b）。分別于2016 年6 月10 日 和2021 年1 月9 日 達 到1.47 Bq/L 和1.85 Bq/L高值異常。

騰沖疊水河水氡日均值變化速率≥0.30 Bq/L 對應200 km 范 圍 內M≥5.0（圖9c）。分 別 于2016 年6 月6 日 和2020 年12 月29 日 達 到0.308 Bq/L 和0.443 Bq/L 高值異常。

4 異常共性特征及原因的認識和討論

綜上所述，云南漾濞2017 年3 月27 日5.1 級和2021 年5 月21 日6.4 級地震前地震活動性和地下流體觀測資料存在一些異常共性特征，小結如下：

（1）漾濞2017 年5.1 級地震和2021 年6.4 級震群前，云南地震活動性存在時序、空間和時空3 方面中短臨異常共性特征。時序特征有云南M≥5.0 地震平靜異常，云南M4.0～4.9 地震平靜異常和云南M≥3.0 地震低頻次活動轉為增強態勢中期異常共性特征?？臻g特征有滇西M≥4 地震成條帶分布中期異常共性特征。時空特征有漾濞4 級雙震前震短臨異常共性特征。

（2）中強震和小震都處于平靜狀態，即地震能量處于積累狀態，為下一次中強震的發生提供能量積蓄。當地震能量積累到一定程度，就會呈現預釋放過程，小震開始相對活躍，地震從異常平靜轉為增強態勢，這個動態發展過程為中強震預測提供了時間參考。中等地震有序分布可能是地震動態孕育過程的時空呈現，為中強震預測提供了時空參考。前震和震群活動同樣可能是中強震預釋放過程的時空呈現，為中強震預測提供了時空參考。

（3）漾濞2017 年5.1 級和2021 年6.4 級震群發震前，200 km 范圍內，云南地下流體觀測資料洱源中層水溫，下關和保山水汞，下關和洱源固體二氧化碳，下關、龍陵和騰沖水氡測項存在中短期異常共性特征。漾濞2017 年5.1 級地震前，2016 年6 月龍陵和騰沖水氡出現同步性異常，2016 年9 月下旬—10 月下旬保山水汞，下關和洱源固體二氧化碳，下關水氡出現同步性異常。漾濞2021 年6.4 級地震前，2020 年12 月下旬—2021 年1 月中旬保山水汞，下關和洱源固體二氧化碳，下關、龍陵和騰沖水氡出現同步性異常。洱源中層水溫在2 次地震中開始呈現持續下降異常過程中發震，震后當天或第2 天水溫回升。

同一區域的中強震有相似的孕震環境，相似的孕震環境表現為地震前相同觀測資料有相似的異常過程。2 次地震孕震微環境和孕震過程會有所差異，表現為相同觀測資料有相似的異常過程，但異常出現時間、異常持續時間和異常幅度有所不同。