昆明地震台地震前形变异常分析

冯琼松白仙富李 鹏钱文品

1）中国云南 650204 昆明基准地震台

2）中国贵州 550018 贵阳基准地震台

昆明地震台地震前形变异常分析

冯琼松1）白仙富1）李 鹏2）钱文品1）

1）中国云南 650204 昆明基准地震台

2）中国贵州 550018 贵阳基准地震台

选择昆明地震台2012—2014年形变仪记录，利用形态法、年变曲线、矢量合成法，分析云南省MS≥5.0和全球MS≥8.0地震前出现的短中期和临震异常特征。分析表明：形态法分析甄别出较好的临震异常，日均值年变曲线和矢量合成图分析获得较好映震效果的中短期异常。

中短期异常；临震异常；异常特征

0 引言

云南是地震多发地区，2014年云南地震频发，笔者为此对2012—2014年单台形变资料异常进行分析。大量震例表明，地震前确实存在地壳形变异常变化信息，而形变连续观测是捕捉变化信息直接有效的监测方法。本文通过对昆明地震台形变仪观测资料的形态图、年变曲线图、矢量合成图进行分析，提取异常特征，并根据异常变化形态特征，探讨异常与地震三要素的相关性。

1 台站参数

昆明地震台是地震监测Ⅰ类观测台站，位于昆明市北郊黑龙潭，海拔1 952 m。各类地震监测仪器安置于洞室内，洞室主体为凵字型，长73 m；有6个支洞，支洞主长71 m，最深处距洞口47 m；覆盖层约30—50 m。洞内温度约15℃，日变化小于0.1℃，年温差0.5℃，相对湿度约93%。2007年6月底进行数字化改造，安置两套数字化形变观测仪器，分别是DSQ型水管倾斜仪和SS-Y型伸缩洞体应变仪，7月1日正式开始观测记录。两套形变仪器自安装运行以来，工作性能稳定，数据连续率达99.9%以上，能清晰记录倾斜及应变固体潮。

2 资料异常统计

选取2012—2014年昆明地震台形变记录，以云南省MS≥5.0及全球MS≥8.0地震为研究对象，对水管倾斜和洞体应变观测记录到的14个震例（表1）进行异常特征图像分析，总结出现地震异常的形态和进程；并对比两套形变仪的映震能力，分析记录地震异常的差异。为了很好地确认昆明地震台形变观测异常与地震的对应关系，笔者对形变记录曲线在震前出现的异常进行统计，结果见表1、表2。

表1 形变分析地震统计Table 1 Statistical data for deformation analysis

表2 形态记录图震前异常统计Table 2 Statistical of abnormal morphology before earthquake

从表2可见，对于全球MS≥8.0地震，水管倾斜和洞体应变具有较好的映震能力，洞体应变仪记录到的震前异常多于水管倾斜仪记录。对于云南省MS≥5.0地震，水管倾斜和洞体应变均有漏记现象，洞体应变记录到的震前异常明显多于水管倾斜仪记录。

3 资料异常与地震对应关系

2012—2014年，全球发生MS≥8.0地震2次，云南省发生MS≥5.0地震12次。其中：2012年发生2次MS≥5.0地震和1次MS≥8.0地震；2013年发生3次MS≥5.0地震；2014年发生7次MS≥5.0地震和1次MS≥8.0地震。云南地区因地质构造特殊，具有独特的孕震力源，使得云南地区地震频发，据历史地震统计，5.0级以上地震年频度为2.5次（中国地震局监测预报司，2005）。

3.1 形态异常分析

形态异常分析是跟踪原始记录资料变化的一种有效方法。通常，当资料的正常变化规律被打破而出现异常变化时，若经分析断定非干扰所致，便可以认为资料出现震前异常。在形态分析中，昆明地震台形变资料异常均显示为临震异常，即地震前几天或几个小时的异常。经核实，资料异常期间，观测仪器工作正常，观测环境系统及周围未发生异常变化，无人为和外界因素干扰，观测资料记录的地震前兆异常真实可靠。图1为2012—2014年昆明地震台形变记录到的临震异常。

图1 昆明地震台形变形态异常Fig.1 Abnormal deformation recorded at Kunming Seismic Station

图1中 2012年6月22日昆明地震台水管北南向、东西向数据出现突跳，对应6月24日云南宁蒗县5.6级地震。2013年8月27日昆明台水管倾斜北南向、洞体应变东西向数据出现阶变鼓包，8月29日水管倾斜北南向、洞体应变北南向再次出现数据阶变鼓包，对应8月31日云南香格里拉县5.1级和5.9级两次地震。2014年4月2日洞体应变东西向、北南向出现数据阶变鼓包，对应4月2日智利8.1级地震。2014年8月1日洞体应变东西向、北南向出现数据阶变鼓包，对应8月3日云南昭通6.5级地震。2014年10月6日洞体东西向、北南向出现数据阶变鼓包，对应10月7日云南景谷6.6级地震。分析可知，昆明地震台形变形态图异常距离发震时间最长两天，最短几小时，属临震异常。

从昆明地震台多个震例的水管倾斜和洞体应变形态图可以看到，某些地震前出现了形态相近的数据突跳和阶变鼓包异常，不同手段不同分量的形态异常在地震前表现的形态和时间特征类似，映震效果较好，且洞体应变异常明显强于水管倾斜异常。地震孕育模式多样，发生在不同构造部位，所以地壳形变的表现形式也具有多样性和复杂性（沈晓松等，2012）。昆明地震台形变形态图异常出现无一定规律，有的异常只有单方向记录，有的只被一种手段记录到，有的被两种手段同时记录到。在地震孕育过程中伴有不同形式和不同程度的地壳形变，水管倾斜和洞体应变就是分别用来观测地壳的垂直形变和水平形变的仪器（唐九安等，1995；李国斌，2005）。笔者排查了各种干扰，判定异常由震前地壳形变引起的地面应变和固体潮变化。根据多年多次地震跟踪形态图异常得知，在水管倾斜或洞体应变形态图出现如此数据突跳或阶变鼓包异常，排查无外界干扰，应判定为地震前兆异常，一般3天内发生5级以上地震的可能性较大。因此，地震跟踪形态图异常可用于临震预报。

3.2 日均值年变曲线异常

日均值图年变曲线分析是地震跟踪分析常用方法。2012—2014年昆明地震台水管倾斜和洞体应变仪日均值年变曲线见图2。

图2 昆明地震台形变日均值年变曲线Fig.2 Average daily change curve of deformation at Kunming Seismic Station

从图2可见，昆明地震台形变日均值年变曲线各分向不同程度地打破年变规律。水管倾斜形变年变规律正常走势是春、夏季逐渐倾向北东，夏、冬季倾向西南的形态；洞体应变年变规律走势是9月至次年3月逐渐呈拉张性，3月至9月呈挤压性形态。排除外界干扰，形变日均值图年变规律的改变（走势改变、数据突跳或阶变鼓包等）则要考虑为地震前兆异常的可能性。图2中水管倾斜分量在一些地震发生前半个月至半年明显出现走势改变、数据突跳或阶变鼓包等年变趋势异常，同一地震前不同分量异常大约在同时段出现。例如，2014年云南发生了罕见的7次地震，水管北南向年变曲线呈直线形态，在12月6日云南景谷5.9级地震前，两个分向同时出现大幅度数据突跳，可见水管仪年变曲线能较好记录地震的中短期异常。

由图2可见，洞体仪除2012年和2013年北南向年变曲线逐渐走高外，其他分向基本符合正常年变规律走势，在一些地震发生前半个月至半年也明显出现数据突跳、阶变鼓包或曲线走势改变等异常。2012—2014年昆明地震台形变资料连续、完整、可靠，所以形变日均值年变曲线图的异常是可靠的。分析可知，昆明地震台形变日均值年变曲线图异常的主要表现形式为时序曲线走势改变、数据突跳或阶变鼓包等，一般在异常变化结束后半个月至半年发生地震。形变年变图趋势改变是判别地震前异常的主要标志之一，昆明地震台形变日均值图异常属于中期异常，映震效果较好，可在中短期地震预报探索中发挥作用。

3.3 矢量合成图变化异常

水管倾斜形变两分量测值的合成矢量表示某一时刻地面相对于起始位置的倾斜角，由于大多数形变观测值具有较强的年变规律，因此矢量图也具有一定年变规律。日均值矢量变化图是形变预报分析的一种常用方法，矢量图若出现不规律转向、加速和打结变化，则为破年变（李国斌，2005）。2012—2014年昆明地震台形变资料矢量合成见图3，图中矢量出现大量不规律拐弯、走势加速或打结等破年变异常。

图3 昆明地震台形变矢量合成Fig.3 Vector synthesis of deformation at Kunming Seismic Station

由图3可见：①2012年4月11日苏门答腊8.6级地震，云南地区发生3次5级以上地震。第1次水管仪矢量合成图在打结过程中发生苏门答腊8.6级地震，打结后于6月24日发生云南宁蒗5.6级地震（中国地震台网测定震级MS5.7）；第2次快速拐弯、打结过程中于9月7日连发云南彝良5.7级和5.6级地震；②2013年全球无8级以上地震发生，云南地区发生3次5级以上地震。合成矢量在1月拐弯后，3月3日发生云南洱源5.5级地震，在3月打结，4月17日再次发生云南洱源5.0级地震，7月出现加速拐弯后，在8月28日、31日发生四川得荣—云南香格里拉5.1级、5.9级地震；③2014年4月2日智利发生8.2级地震，云南发生7次5级以上地震。从2014年形变矢量合成图可看出，水管矢量合成图在每次不规律拐弯、走势加速或打结等破年变异常后均发生地震。

由图3可知，在云南地区数次5.0级和国外8.0级以上地震前均发生矢量图不规律拐弯、走势加速或打结等破年变异常，且在半个月至半年后有5级以上地震发生。在地震分析预报中，常利用矢量合成图的不正常转向、加速或打结等破年变异常来判断地震震级和时间，长期跟踪分析表现出较好的中短期地震异常和震级大小特征（赵小贺等，2007；冯英等，2012）。

4 结论

综上所述，通过对昆明地震台形变数据与地震关系的分析，可以尝试预测未来地震的发生时间和震级。通过分析，认为云南昆明地震台2012—2014年形变异常具有以下特征。

（1）形态法分析能甄别出较好的临震异常。地震前兆异常形态图复杂，某些地震前存在突出的临震异常。云南昆明地震台地震监测数据显示，水管倾斜映震能力高于洞体应变，洞体应变对于震前异常效能高于水管倾斜。根据地震短临异常表现，在时间上，地震一般在数据突跳、鼓包几小时后或1—2天内发生；在震级上，震前出现形态异常多集中在5级以上的地方震。

（2）通过日均值年变曲线和矢量合成图分析，可获得映震效果较好的中短期异常。云南昆明地震台监测资料显示，水管倾斜和洞体应变日均值年变曲线均有明显的年变异常，水管倾斜矢量合成具有明显的年变异常。日均值年变曲线图异常的主要表现形式为时序曲线走势改变、数据突跳或阶变鼓包等，一般在异常变化结束后半个月至半年时间后均有地震发生，可用于中短期地震预测。水管仪矢量合成图在每次不规律拐弯、走势加速或打结等破年变异常后均发生5级以上地方震，可用于中短期地震和震级大小预测。

云南地区为地震多发区域，如何对定点形变观测异常变化进行分析、筛选，剔除干扰，提取有用的地震前兆异常信息，仍需不断积累震例进行对比分析，深入研究，为防震减灾服务。

冯英，史勇军，徐洐刚，等.2012年3月9日新疆洛浦6.0级地震前前兆异常初步分析［J］.内陆地震，2012，26（4）：316-323.

李国斌.印尼8.7级地震前银川台形变数字化观测资料短临异常特征分析［J］.高原地震，2005，17（2）：33-36.

沈晓松，冯建琴，程冬炎，等.山西地区水管仪和伸缩仪在中强地震前的异常浅析［J］.山西地震，2012，149（1）：17-23.

唐九安，彭伟荣，常千军，等.兰州形变与景泰地震的短临前兆［J］.地震地磁观测与研究，1995，16（3）：41-45.

赵小贺，陈传华，王伟，等.数字化地形变资料异常形态与地震［J］.华北地震科学，2007，25（3）：50-52.

中国地震局监测预报司.2004年印度尼西亚苏门答腊8.7 级大地震及其对中国大陆地区的影响［M］.北京：地震出版社，2005.

Analysis on the deformation anomalies before earthquake at Kunming Seismic Station

Feng Qiongsong1），Bai Xianfu1），Li Peng2）and Qian Wenpin1）
1） Kunming Seismic Station，YunnanProvince 650204，China
2） Guiyang Seismic Station，Guizhou Province 550018，China

Based on the deformation record data of Kunming Seismic Station from the year 2012 to 2014，with the methods of morphology，yearly mean value curve and vector composition diagram，all the medium-short term anomalies and impending earthquake anomalies of both MS≥ 5.0 in Yunnan Province and MS≥8.0 worldwide are analyzed in this article.The results showed that the morphology method could identify the impending earthquake anomalies，the daily mean value curve by year and the vector composition diagram could be used to recognize the medium-short term earthquake anomalies.

medium-short term anomaly，impending earthquake anomaly，anomaly characteristics

10.3969/j.issn.1003-3246.2015.05.014

冯琼松（1976—），女，云南昆明人，工程师，主要从事地震前兆形变观测技术工作

三结合课题《昆明台形变观测典型干扰特征分析》资助

本文收到日期：2015-07-08