水位前兆异常特征探析范文

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《地震研究杂志》2016年第3期

摘要:

以正式出版的《中国震例》(1966～2006年)资料为基础，选取M≥5.0地震的水位异常数据，分别从水位异常形态、异常数量、异常幅度、震中距分布、异常时间、震级等方面进行分析，发现所有震例中，水位上升形态最多，占43.82%;震级越大，水位平均异常数量越多;在渐变幅度≥3.0cm、突变幅度≥0.5cm、破年变幅度≤70%或≥120%的情况下，可初步判定为水位前兆异常;震级越大，水位异常范围越广;地震前水位异常集中爆发的时间越长，距离震中越远。地震孕育进入短临阶段的水位异常特征如下:云南和川滇地区在震前50～75天时，水位异常数量突然减小，之后增加;西北地区从震前75天开始，水位异常数量减少;其它地区从震前50天开始，水位异常数量急剧增加;从全国整体来看，在震前100天后，水位异常数量逐渐增加。

关键词:

地震孕育;前兆异常;水位异常;异常指标;异常幅度

0引言

地震前兆是地震预报的基础。张肇成等(1988，1990a，b，1999，2000)、陈琪福等(2002a，b，2003，2008)、蒋海昆等(2014)曾对1966～2006年我国大陆地区发生的240次5级以上地震进行了系统统计和分析，并对震前的异常现象和特征进行了总结，为地震预测预报研究提供了非常有价值的资料。张肇成等(1991)、郑兆苾等(2006)、付虹等(2008)、陈立德等(2008)对震例中的前兆异常现象进行了系统的分析，对区域孕震规律的认识有重要的意义。地下流体是地壳中最活跃的组成部分之一，在地震孕育过程中，它的变化能灵敏地响应地壳应力—应变状态的变化信息(万迪坤等，1993;刘耀炜等，2010)。许多学者对水位前兆异常特征进行了总结，但多集中于单个地震或单井，对大区域的震前水位异常缺乏系统的分析:李军(2003)利用强震前水位对构造应力的响应，分析了四川地区水位的阶段性异常特征;陆明勇等(2005)分析了华北地区水位的短临异常特征与地震的关系。本文以1966～2006年正式出版的《中国震例》为基础，选取M≥5.0地震的水位异常资料，将中国大陆分为云南地区、川滇地区(包括云南和四川)、西北地区(包括甘肃、宁夏、青海和新疆)和其它地区等，从水位异常形态、异常数量、异常幅度、震中距分布、异常时间、震级等方面，对水位前兆异常特征进行系统总结分析，为区域的孕震规律和地震预测提供参考。

1基础资料

1966～2006年的《中国震例》中，有水位前兆异常的共有100个震例，占统计震例的41.7%。100个震例中，共有283项水位异常，平均每个震例有2.83项异常。每个区域水位前兆异常具体分布如下(表1):云南地区水位前兆异常从1976年5月29日龙陵7.4级地震开始有记录，共30个震例，105项水位异常，其中异常数量最多的是1988年11月6日澜沧—耿马7.6、7.2级地震，有13项。川滇地区中的四川地区水位前兆异常从1976年8月16日松潘7.2级地震开始有记录，共16个震例，39项水位异常，其中异常数量最多的是2001年2月14和23日雅江5.0和6.0级地震，共有9项。西北地区水位前兆异常从1980年11月6日新疆玛纳斯5.8级地震开始有记录，共22个震例，41项水位异常，其中异常数量最多的是1986年6月13日新疆乌鲁木齐5.0级地震，2000年6月6日甘肃景泰5.9级地震和2003年2月14日新疆石河子5.4级地震，均为4项。其它地区水位前兆异常从1966年3月8日、22日河北省邢台6.8、7.2级地震开始有记录，共32个震例，98项水位异常，其中异常数量最多的是1989年10月19日山西大同—阳高6.1级地震，为16项。有水位异常的100个震例中，5.0～5.4级地震占48%，5.5～5.9级地震占17%，6.0～6.4级地震占19%，6.5～6.9级地震占6%，7.0～7.4级地震占8%，7.5级以上地震占2%，震级最大的地震为1976年7月28日河北唐山7.8级地震。

2水位前兆异常与地震关系分析

本文从水位前兆异常形态、异常数量、异常幅度、震中距分布、异常时间、震级等方面，分析水位前兆异常与地震之间的关系。

2.1形态特征

水位前兆异常形态较为复杂，有上升、下降、突升、突降、上升(—下降)—恢复、下降(—上升)—恢复、破年变、脉冲、畸变、阶跃、阶降、异常高值、异常低值等多种形态。本文从水位曲线的原始形态进行统计，结果显示为上升、下降、破年变和其它4种异常形态(表2)，共283项，其中全国震例中上升形态最多，占43.82%，下降形态占24.73%，破年变形态占27.56%，其它形态占3.89%(图1)。

2.2数量特征

在统计的100个震例中，共有283项水位异常。其中全国5.0～5.4级地震的水位异常数量最多，共93项异常，占全部异常的32.86%;6.0～6.4级地震的水位异常数量次之，占全部异常的28.98%(表3、图2)。从震例的水位平均异常数量(表4)来看，全国5.0～5.9级地震的水位平均异常数量最少，为1.94项;7.5级及以上地震的水位平均异常数量最多，为10.5项。这表明震级越大，水位平均异常数量越多。

2.3幅度特征

由于水位前兆异常形态较多且复杂，本文仅统计水位曲线的最初形态的异常幅度，分为上升、下降、突升、突降和破年变幅度(表5)。从水位异常幅度的统计中，可以提取全国不同地区的水位异常指标的参考范围(表6)。在渐变幅度≥3.0cm、突变幅度≥0.5cm、破年变幅度≤70%或≥120%的情况下，可初步判定为水位前兆异常。

2.4震中距分布特征

水位异常震中距分布多遵守震级—破裂尺度参数规律(邓起东等，1992;Wells，Coppersmith，1994)，即统计到的5.0～5.9级、6.0～6.9级、7.0～7.9级地震分别在200、300和500km范围内出现水位异常(图3)，这表明震级越大，水位异常范围越广。西北地区的震例由于水位异常数量偏少，规律不是很明显。由于本文所研究震例中的前兆异常严格按照《震例总结规范》(中国地震局，2007)统计，只有2次M≥7.5地震，因此水位的远场异常特征不明显。

2.5时间特征

(1)与水位异常数量的关系

从水位异常时间与数量的关系曲线(图4)来看，水位异常多发生在震前150天内，属于中短期异常。随着异常时间的减少，异常数量呈指数增加，临震前(25天内)，水位异常数量达到最高值，西北地区的除外。从形态上看，异常时间超过300天的，多为破年变形态，少量表现为趋势异常，主要集中在华北地区，如1998年张北6.2级地震等。云南地区和川滇地区在震前50～75天时，水位异常数量突然减小，之后增加;西北地区在震前75天后，水位异常数量急剧减少;其它地区在震前50天后，水位异常数量急剧增加;全国在震前100天后，水位异常数量逐渐增加。这是地震进入短临阶段后的水位异常特征。

(2)与震中距的关系

从水位异常时间与震中距分布的关系曲线(图5)来看，云南地区、川滇地区和其它地区水位异常多集中在震前400天、震中距300km内，分别占统计数量的76.2%、75%、77.6%;西北地区水位异常集中在震前200天，震中距200km内，占统计数量的70.7%;全国震例的水位异常集中在震前400天、震中距400km内，占统计数量的70.7%。这表明了地震前水位异常集中爆发的时间越长，震中距越远。

3结论与讨论

云南地区地震较多，水位异常数量也多;川滇地区位于南北地震带的中、南段，孕震规律类似;西北地区(包括甘肃、宁夏、青海和新疆)位于南北地震带的北段和天山地震带，水位异常数量较少;全国其它地区震例较分散。因此本文将中国大陆分为云南、川滇、西北和其它地区等，从水位异常形态、异常数量、异常幅度、震中距分布、异常时间、震级等方面入手，分析认为:

(1)水位前兆异常形态较多且复杂，其中全国震例中，水位上升形态最多，占43.82%，下降形态占24.73%，破年变形态占27.56%，其它形态占3.89%。

(2)全国5.0～5.4级地震的水位异常数量最多，共93项异常，占全部异常32.86%;6.0～6.4级地震的水位异常数量次之，占28.98%。

(3)震级越大，水位平均异常数量越多。全国5.0～5.9级地震的水位平均异常数量最少，为1.94项;7.5级及以上地震的水位平均异常数量最多，为10.5项。

(4)水位曲线的原始形态可分为上升、下降、突升、突降和破年变等。在渐变幅度≥3.0cm、突变幅度≥0.5cm、破年变幅度≤70%或≥120%的情况下，可初步判定为水位前兆异常。

(5)地震孕育进入短临阶段的水位异常特征为:云南地区和川滇地区在震前50～75天时，水位异常数量突然减小，之后增加;西北地区在震前75天后，水位异常数量减少;其它地区在震前50天后，水位异常数量急剧增加;全国在震前100天后，水位异常数量逐渐增加。

(6)地震前水位异常集中爆发时间越长，距离震中越远。云南、川滇和其它地区水位异常多集中在震前400天内、震中距300km内;西北地区集中在震前200天内、震中距200km内;全国地震水位异常集中在震前400天内、震中距400km内。本文以1966～2006年正式出版的《中国震例》资料为基础，由于震例中的水位异常按照《震例总结规范》(中国地震局，2007)统计，台网分布不均对震中距的统计特征有影响;西北地区的水位异常数量偏少，全国其它地区震例较分散，对区域水位异常规律影响较大。此外，震例中的大多数水位异常是震后总结，不同学者对异常的认识不同，存在经验上的局限性，可能影响本文研究的结论。

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作者:李利波 张立 付虹 高文斐 罗睿洁 单位:云南省地震局