2013年云南洱源5级双震的中短临异常特征和短临预测研究＊

杨 芬薛 艳金明培

1）中国地震局滇西地震预报实验场，云南大理671000

2）中国地震局地球物理研究所，北京100081

3）中国地震台网中心，北京100045

2013年云南洱源5级双震的中短临异常特征和短临预测研究＊

杨 芬1）薛 艳2，3）金明培1）

1）中国地震局滇西地震预报实验场，云南大理671000

2）中国地震局地球物理研究所，北京100081

3）中国地震台网中心，北京100045

摘 要云南洱源2013年3月3日MS5.5和4月17日MS5.0地震前，滇西实验场（24°～28°N，98°～102°E）在地震活动性震兆、地震短临动态跟踪综合预测方案指标和地下流体前兆等方面，均存在中短临异常现象。地震活动性方面的异常有，云南自2008年以来M≥4.8地震成条带分布，且存在MS≥5.0地震背景性空区；滇西实验场小震平静异常；中甸窗口地震和程海断裂窗口地震中期震兆异常；洱源ML3.6前兆震群短临震兆异常。滇西实验场地震短临动态跟踪综合预测方案于2012年10月20日达到中期预测指标，且分别于2012年12月25日和2013年3月30日达到短临预测指标。在短期阶段，地下流体于2012年12月～2013年1月出现同测点不同测项的同步性异常和不同测点同测项的同步性异常现象。在长、中、短、临渐进式预报思路的指导下，综合分析以上异常，在时间上进行逐步逼近，于2013年2月对洱源2013年3月3日MS5.5和4月17 日MS5.0双震作出了地震三要素的短临预测。

关键词洱源5级双震；中短临异常特征；短临预测；地震三要素

中图分类号：P315.72；

文献标识码：A；

doi：10.3969/j.issn.0235-4975.2015.04.004

收稿日期：＊2014-08-28；修回日期：2014-12-04。

基金项目：2013年云南省地震局继续深入推进预防和处置地震灾害能力建设10项重点工程课题资助。

AbstractSeismicity anomalies such as seismic belts and gaps of earthquakes of M≥4.8 in the region（24°～28°N，98°～102°E），seismic quiescence in north-west Yunnan，seismic windows in Zhongdian and Yongsheng and the anomaly earthquake swarm in Eryuan，as well as different underground fluid parameters synchronously appeared in different stations were found before the Eryuan earthquakes of MS5.5and MS5.0on March 3and April 17，2013. The synthetic decision scenario of the Western Yunnan Earthquake Prediction Study Area （WYEPSA）and its adjacent area reached the threshold value on December 25，2012and March 30，2013.Then the successful 3-month short-term prediction for this earthquake was made on February 28，2013.We try to review and introduce this case，because it may be helpful for pridicting the next event.

Keywordsthe 2013Eryuan earthquakes of MS5.5and MS5.0；medium to short-term anomaly feature；short-term prediction；three elements of earthquake

引言

2013年3月3日云南洱源发生MS5.5地震，45天后（4月17日）再次发生MS5.0地震。据云南省地震局地震现场灾评组报告（云震发[2013]44号文和云震发[2013]82号文），这组双震造成44人受伤，其中重伤1人，受灾人口达16.447万人，直接经济损失9.167 8亿元。根据云南省地震局监测预报处通报的2013年全省预报效能评比情况，滇西地震预报实验场对这两次地震作出了地震三要素的短临预测，获得云南省地震局2013年预报效能评比第二名。

作为此次地震预测意见的决策人，笔者及时对这组地震的预测思路、预测方法和预测指标做了系统的回顾与总结，以便更好地指导今后的地震预测预报工作，继续发挥滇西实验场地震短临动态跟踪综合预测方案在地震短临跟踪工作中的作用。

此次地震预测意见是对长、中、短、临渐进式预报思路的实践和运用。滇西实验场地震短临动态跟踪综合预测方案为地震短临预测提供了定量的预测依据，地震活动性时

空活动异常指标和地下流体前兆同步性异常指标，为短临预测提供了定性的预测依据。定量和定性分析相结合，提高了短临预测的准确率，定量预测是基础，定性预测则为补充依据。

1　洱源构造背景与历史地震

洱源地区（25.50°～26.54°N，99.36°～ 100.40°E）位于云南西北部，其所属的中甸—大理地震带是云南地区7个M≥6.0强震地震带之一[1]，是M≥6.0强震主体活动区域。该地区活动断裂丰富（图1），著名的红河断裂展布其间，次一级断裂有通甸—巍山断裂、龙蟠—乔后断裂、丽江—剑川断裂、鹤庆—洱源断裂[2]。此区域地震活跃，是云南中强震频发地区。

图1　洱源1500年以来MS≥5.0地震分布

洱源地区自1500年以来，共发生MS≥5.0地震36次（余震不计，双震或震群计一次），其中5.0～5.9级26次，6.0～6.9级9次，7.0～7.9级1次（图1）。6级以上地震共发生了10次，即1515年6.0级、1623年6.2级、1688年6.2级、1751年6.8级、1839年6.2级双震、1876年6.0级、1901 年6.5级、1925年7.0级、1948年6.2级、1963年6.0级。36次地震中双震有3组，即1839年2月7日和23日6.2级双震、1977年3月17日5.4级和5.2级双震、2013年3 月3日5.5级和4月17日5.0级双震。这3组双震都发生在洱源县界内。

2　中期异常

2.1云南2008年以来M≥4.8地震成条带分布

2008年以来，云南及邻区M≥4.8地震成NEE向条带分布，带上存在两个空段（图2），这两个活动空段历史上曾发生过MS≥

5.0地震。因此认为以上两个活动空段为MS≥5.0地震的背景性空区，存在发生强震的危险。

2.2滇西实验场小震平静异常

图3是滇西实验场（24°～28°N，98°～102°E）ML3.0～4.9地震年频次图（不包括中强震的余震），同时标注了该区MS≥5.5地震。可以看出，1965年以来共出现9组年频次低于60次的现象，其中仅有1次低值（1982年）后没有发生MS≥5.5地震，其余8次在低值持续过程中或异常结束后均发生了1次或多次MS≥5.5地震。当ML3.0～4.9地震年活动频次连续3年低于60次时（图3红色标注部分），其后会发生多次MS≥5.5地震。MS≥5.5地震发生在低频度出现1年后或连续几年低频度后。

图3　滇西实验场1965年以来ML3.0～4.9地震年频次图

2012年ML3.0～4.9地震年频次出现低值异常（51次），因此认为滇西实验场2013年存在发生MS≥5.5地震的危险。2013年3月3日洱源发生MS5.5地震。

2.3中甸地震窗

青藏高原板块运动是云南地区SSE方向运动的构造力源，中甸地区是这种力源作用的受力前沿区域，此区域的中等地震活动是区域应力场作用增强的一个信号。

1968年以来，中甸地震窗（中甸—剑川断裂带以东至100.13°E，北起28.23°N，南至27.58°N范围）共发生10组中等地震（3.6≤ML≤4.5），其中9组中等地震活动结束后的12个月内滇西实验场发生了MS≥5.0地震（表1），在这9组中有6组结束后3个月内发震，1组结束后3～6个月发震。

表1　中甸3.6≤ML≤4.5地震与滇西实验场MS≥5.0地震对应关系表

续表1　

2012年8月22日中甸发生ML3.7地震，6个多月后发生洱源MS5.5地震。

2.4程海断裂地震窗

程海断裂4级地震与滇西实验场MS≥5.0地震具有一定的相关性。据统计，1966年以来，程海断裂共发生10组4级以上地震，其中有7组地震后的12个月内滇西实验场发生了MS≥5.0地震（表2），而在这7组中有3组结束后3个月内发震，4组结束后3～11个月发震。

2013年2月22日程海断裂发生ML4.3地震，9天后发生洱源MS5.5地震。

表2　1966年以来程海断裂与滇西实验场MS≥5.0地震对应关系表

2.5滇西实验场地震短临动态跟踪综合预测方案达到中期异常指标

2.5.1滇西实验场地震短临动态跟踪综合预测方案地震分级预警模式

利用数学模型公式（1）、（2）和（3），对已通过R信度检验的8条单项前兆异常指标（表3）进行综合计算处理，形成滇西实验场MS≥5.0地震危险性综合概率值[3]。选用通过R检验的8条单项前兆异常指标异常台项数（Yi）作为基本参量（有异常为1，无异常为0），用相应权重（Wi）集成方法对其进行综合计算处理。综合概率为：

各参数的权重由对实际预报的贡献大小决定：

式中n＝1，2，…，8。 Ei表示地震虚报率和漏报率之和：

表3　滇西实验场MS≥5.0地震危险性综合判定量化指标预报效能参数表

利用地震分级预警模式分别建立了滇西实验场区中期预测和短临预测的判定原则。以下为地震分级预警模式的判定原则：

（1）综合概率值达到异常指标（0.53），为黄色预警，意味着滇西实验场区6个月内存在发生MS≥5.0地震的危险，进入中期预测起报阶段。

（2）综合概率值达到异常指标（首要条件），且同时8条指标异常中有一个水汞测项和一个固体CO2测项达标（必要条件），为红色预警，表明滇西实验场区3个月内存在发生MS≥5.0地震的危险，进入短临预测起报阶段，同时满足以上条件的时间为起报时间。

2.5.2滇西实验场地震短临动态跟踪综合预测方案达到中期异常指标

图4给出了1992年以来综合概率值随时间的变化曲线，并标注了滇西地区MS≥5.0的地震。表4列出了1992年以来综合概率值达到预报阈值0.53的时间及其后滇西地区MS≥5.0的地震。可以看出，当综合概率值达到0.53时，其后6个月左右滇西实验场区存在发生MS≥5.0地震的危险性，一般对应2次5.0≤MS＜6.0地震或1次MS≥6.0地震，只有1996年和1997年丽江余震例外。综合指标漏报了2001年楚雄MS5.1、2009年宾川MS5.0、2010年元谋MS5.1和2012年宁蒗MS5.7地震。综合指标对应率

为16/20＝0.80，概括率为16/18＝0.89，R实＝0.414，R理＝0.236，R实＞R理。统计中规定4个月内的地震视为一组地震。

图4　滇西实验场MS≥5.0地震危险性综合概率值

表4　滇西实验场综合概率值和MS≥5.0地震相关性统计表

1992年以来综合概率值对应MS≥5.0地震16次，其中6次应震时间小于3个月，10次应震时间在3～6个月，最长应震时间为6.2个月，最短应震时间为0.3个月，平均应震时间为3.5个月。滇西实验场MS≥5.0地震危险性综合概率值对滇西实验场区MS≥5.0地震的中期（6个月内）预测有较好的指导意义。

表4中，最大概率值是指8项前兆指标中出现异常的所有指标概率值的总和，概率值总和出现时间为最大概率值出现的时间；达标概率值是指8项前兆指标中出现异常的指标概率值之和突破预报阈值0.53时的值，综合概率值达到预报阈值0.53的时间为概率值达标时间。

2012年10月20日综合概率值达到0.655 6（图4和表4），超过预报阈值0.53，预示着6个月内滇西实验场存在发生MS≥5.0地震的危险。本次洱源地震的发生符合这个规律（达到阈值后4.4个月发震）。

3　短临异常

3.1滇西实验场地震短临动态跟踪综合预测方案达到短临异常指标

震例总结显示（表5），当综合概率值达到预测阈值（首要条件），同时8条异常中有一个水汞测项和一个固体CO2测项达标（必要条件），则进入短临预测起报阶段（同时满足以上条件的时间为起报时间），预测滇西实验场区3个月内存在发生MS≥5.0地震的危险性。

1992年以来，同时满足首要条件和必要条件的共有20次，其中16次对应MS≥5.0地震（统计中约定，在4个月内发生的多次地震视为一组地震），对应率为16/20＝0.80。其中5次应震时间小于1个月，6次应震时间在1～3个月，5次应震时间在3～4.8个月，平均应震时间为2.3个月。漏报了2001年楚雄MS5.1、2009年宾川MS5.0、2010年元谋MS5.1和2012年宁蒗MS5.7地震，概括率为16/18＝0.89，R实＝0.573，R理＝0.236，R实＞R理。显然，滇西实验场MS≥5.0地震综合预测方案对滇西实验场区MS≥5.0地震3个月内短临预测有较好的指导意义。

2012年10月20日综合概率值达到0.655 6（图4和表4），突破预报阈值0.53，首要条件已满足。下关水汞日均值变化速率在2012年11月21日达到跟踪指标预测阈值，鹤庆固体CO2日均值一阶差分在2012 年12月25日达到跟踪指标预测阈值，必要条件也已满足（表5）。因此2012年12月25日已具备进入短临预测的条件。时隔2.2个月发生2013年3月3日洱源MS5.5地震。

2013年3月30日综合概率值为0.548 6（图4和表4），再次突破预报阈值0.53，首要条件已满足。下关水汞日均值变化速率在2013年3月18日达到跟踪指标预测阈值，下关固体CO25日均值一阶差分于2013年3月20日达到跟踪指标预测阈值，必要条件也已满足（表5）。因此2013年3月30日再次具备进入短期预测的条件。18天后（2013 年4月17日）发生洱源MS5.0地震。

3.2地下流体前兆同步性异常

当震中附近的震源应力场变化、蠕动传播以及应变递次让位等震源演化过程出现，必将作用和牵连处于同一孕震应力-应变场作用下的多个应力集中点产生相应活动和演化。因此，在同一孕震应力-应变场作用下，会观测到前兆同步性异常现象[4-6]。本文对前兆异常的同步性定义为：不同测项30天内同时达到异常指标值[6]。

3.2.1同测点不同测项的同步性异常

（1）下关水汞、水氡和PH值同步性异常。

下关水汞2012年12月22日出现499ng/L高值异常。下关水氡2012年12月30日出现6.4Bq/L低值异常。下关PH值2013年1月11日出现6.3低值异常。即下关3个测项在本次洱源MS5.5地震前出现同步性异常（图5）。

表5　滇西实验场综合概率值、水汞和固体CO2达标时间与MS≥5.0发震时间统计表

（2）鹤庆水氡和固体CO2同步性异常。鹤庆测点2个测项在2012年12月底至2013年1月初出现同步性异常（图6）。其中鹤庆水氡2012年12月27日出现22.6Bq/L高值异常，鹤庆固体CO22013年1月14日出现191mg/L高值异常。

（3）龙陵水氡、水温和流量同步性异常。龙陵水氡2012年12月3日出现557Bq/L高值异常。龙陵水温5日均值变化速率在2012年12月20日出现0.012 7℃高值异常。龙陵流量日均值一阶差分2012年12月24日出现0.001 33L/s高值异常。即龙陵测点

3个测项在2012年12月出现同步性异常（图7）。

图5　下关测点水汞（a）、水氡（b）和PH值（c）日均值变化

图6　鹤庆测点水氡（a）和固体CO2（b）日均值变化

3.2.2不同测点同测项同步性异常

（1）洱源和下关水汞同步性异常。图8显示，当洱源水汞日均值≥20ng/L时，300km内存在发生MS≥5.0地震的危险性。2012年12月16日洱源水汞出现20.8ng/L高值异常。下关水汞2012年12月22日出现499ng/L高值异常（图5a）。洱源和下关水汞出现同步性异常变化。

（2）龙陵、鹤庆和下关水氡同步性异常。龙陵、鹤庆和下关水氡在2012年12月出现同步性异常变化。其中，龙陵水氡2012 年12月3日出现557Bq/L高值异常（图7a），

鹤庆水氡2012年12月27日出现22.6Bq/L高值异常（图6a），下关水氡2012年12月30日出现6.4Bq/L低值异常（图5b）。

图7　龙陵测点水氡（a）、水温（b）和流量（c）变化

图8　洱源测点水汞日均值变化

3.3洱源发生3级前兆震群

2013年3月3日0时52分洱源发生ML3.6震群。该震群发生在鹤庆—洱源断裂上，共发生ML≥1.0地震31次，其中1.0～1.9级23次，2.0～2.9级3次，3.0～3.9 级5次。该震群最后一次地震发生在2013 年3月3日7时25分，6小时16分后，洱源发生MS5.5地震（图9）。洱源MS5.5地震与该ML3.6震群仅相距30km。

图9　洱源ML3.6震群和MS5.5地震分布

4　结论

综上所述，在洱源MS5.5地震前，地震活动和前兆观测在孕震的不同阶段，即中期（3～12个月）和短临（≤3个月）阶段均出现了较为显著的异常，小结如下：

（1）地震活动性方面，中期异常为：云南自2008年以来M≥4.8地震成条带分布，且存在MS≥5.0地震的背景性空区，滇西实验场小震平静异常，并发生中甸窗口地震和程海断裂窗口地震；短临异常为洱源ML3.6震群。

（2）滇西实验场地震短临动态跟踪综合预测方案于2012年10月20日达到中期预测指标，且分别在2012年12月25日和2013年3月30日达到短临预测指标。

（3）在短期阶段，地下流体于2012年12月～2013年1月出现同测点不同测项的同步性异常和不同测点同测项的同步性异常现象。

基于以上异常，笔者于2013年2月进行了短临预测，预测时间2013年3月1日～5月31日，地点一，以（26.15°N，100.44°E）为中心点，半径100km范围内；地点二，以（26.28°N，103.22°E）为中心点，半径100km范围内；预测强度MS5.5～6.4。洱源2013年3月3日MS5.5（震中位置：25.9°N，99.7°E）和4月17日MS5.0（震中位置：25.9°N，99.8°E）地震的发生，表明预测的时间、地点和强度三要素较为准确。

强地震的孕育、发生是一个非常复杂的过程，经历不同的发展阶段。在地震的孕育过程中，以应力-应变为主的力学过程通过不同形式的能量转换，以多种地球物理和化学等异常变化表现出来，因而地震前兆具有阶段性、多样性和复杂性。我国地震预报的基本思路是长、中、短、临相结合的综合预测[7]。震例研究表明，地震活动的增强、平静、地震空区、地震条带和震群等异常，在强震前具有较强的普适性[8-11]，且对强震地点具有较好的指示意义，但地震活动性异常多以长期背景异常和中短期异常为主。地下水动态观测（包括水物理和水化学）在7级以上大震前存在中长期趋势异常，而对于5～6级地震，趋势异常数量少，地下水动态异常则更多地表现为短期或短临异常[7]。滇西实验场地震短临动态跟踪综合预测方案就是在选取的预测效能通过R信度检验的8条单项流体异常的基础上，利用数学模型进行综合处理，建立了分级预警模式。此外，本文还强调了在短临阶段，地下水动态观测的不同测点的相同测项和同一测点的不同测项出现同步异常。

（作者电子信箱，杨芬：yangfen710806@sina. com）

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Medium to short-term anomaly features and prediction practice of the 2013 Eryuan earthquakes of MS5.5 and MS5.0，Yunnan，China

Yang Fen1），Xue Yan2，3），Jin Mingpei1）

1）Western Yunnan Earthquake Prediction Study Area，CEA Dali 671000，Yunnan，China

2）Institute of Geophysics，CEA，Beijing 100081，China

3）China Earthquake Networks Center，Beijing 100045，China