2014年云南盈江MS6.1、鲁甸MS6.5、景谷MS6.6地震前通海台垂直摆倾斜仪异常变化特征分析＊

蒋 薇 杨铭昌 王华柳 杨学慧 姚 远 徐 金

（云南省地震局通海地震台，云南通海 652700）

2014年云南盈江MS6.1、鲁甸MS6.5、景谷MS6.6地震前通海台垂直摆倾斜仪异常变化特征分析＊

蒋 薇 杨铭昌 王华柳 杨学慧 姚 远 徐 金

（云南省地震局通海地震台，云南通海 652700）

对云南省通海地震台垂直摆倾斜仪观测资料在2014年云南盈江MS6.1、鲁甸MS6.5、景谷MS6.6地震前出现的异常进行了分析，结果表明，通海台倾斜仪在震前出现明显的中期、短临异常，有明显的趋势转折、破年变、矢量反向、速率超2倍均方差等现象。

盈江MS6.1地震；鲁甸MS6.5地震；景谷MS6.6地震；垂直摆倾斜仪；异常特征

引言

2014年，云南在4个多月的时间里发生了3次6级以上地震。让广大人民的生命财产遭受了巨大的损失。2014年5月30日云南盈江发生MS6.1地震，震中（25.0°N，97.8°E）。极震区烈度Ⅷ度，震源深度12km。震中距云南省通海地震台约520km。2014年8月3日云南鲁甸发生MS6.5地震，震中（27.1°N，103.3°E）。地震最大烈度Ⅶ度［1］，震源深度10km。震中距云南省通海地震台约340km。2014年10月7日云南景谷发生MS6.6地震，震中（23.4°N，100.5°E）。极震区烈度Ⅷ度，震源深度5km。震中距云南省通海地震台约240km（图1）。3次地震前云南省通海地震台垂直摆倾斜仪均出现了明显的趋势异常和短临异常。本文利用多种数学方法对这次前兆异常特征进行了分析研究，希望对其变化规律有进一步的认识，积累更多的震例分析，增加对今后地震监测短临异常辨别判断的依据。期待我们的工作能为云南这个地震频发的地区提供更好的服务。

图1 通海地震台及震中位置图

1 台址及仪器概况

云南省通海地震台位于云南省昆明市以南100km的通海县境内，属南北地震带南端小江断裂带西支，有NW向的曲江断裂和NS向的小江断裂经过并在其附近交汇，断裂构造发育。历史上该地区发生过多次6级以上地震，最近的1次为1970年1月5日在云南通海发生的MS7.8地震。

云南省通海地震台山体基岩为白云质灰岩，观测洞室覆盖厚度23m，洞深54m。山洞内干燥，仪器墩基直接浇灌在基岩上。倾斜仪采用武汉地震科学仪器研究院研制的VS垂直摆倾斜仪，采样率为1次/min。倾斜仪于2008年11月安装，2008年12月记录就已经稳定，能清晰地记录到固体潮。通海台从安装仪器至今，除2009年11月12日～2010年2月12日NS分量仪器故障外，其余时段仪器观测正常，无故障。记录连续，年变清晰［2］。

2 异常特征分析

地震的孕育发生过程实质上是地壳承受的最大变形极限和最大变形速度的反映。因此，识别地震前兆变形的关键性问题是研究变形过程的基本特征——变形幅度和速度［3］。在2014年云南发生的3次6级以上地震前，通海台垂直摆倾斜仪观测到了地震前兆变形现象——变形加速及形态异常，并对这个异常用以下几种方法作了进一步的分析。

2.1 年变畸变分析

自然环境变化引起变形的年变化形态较为缓和，而与地震断层失稳活动相关的变形则往往具有加速变形的特征［3］。在排除了其他干扰因素后，则要考虑为地震前的异常信息。虽然通海台垂直摆倾斜仪的观测资料时间不是很长，但是，它具有明显的年变规律，两个分量年变化幅度在2012年前变化相似，平均年变幅NS分量2.5″，EW分量1.0″（表1）。从2013年开始，两个分量年变化幅度同时减小，比之前的平均年变幅减小了1/2～1/3。而2014年的年变幅则达到观测6年来的最小值，属于地震前趋势异常变化。

表1 通海台垂直摆倾斜仪2009—2014年年变幅情况表

2.2 趋势异常和短临异常分析

2.2.1 云南盈江MS6.1地震前异常分析

云南省通海台垂直摆倾斜仪NS分量几年来年变呈现出一直向北变化的趋势。而从2013年10月22日开始到2014年4月16日出现了破年变反向异常，转向南倾，异常持续时间近6个月（图2）。这大大超出了从2009年观测以来反向异常的持续时间（之前的5次反向异常持续时间都在1个月内），属于地震前趋势异常变化。反向异常结束后1个多月，在2014年5月30日发生云南盈江MS6.1地震。

2014年盈江MS6.1地震前，云南省通海台垂直摆倾斜仪只出现趋势异常：两分量年变化幅度在震前1年同时出现大幅减小，持续到2014年，且年变更小；NS分量震前7个月出现持续6个月的反向异常。

2.2.2 云南鲁甸MS6.5地震前异常分析

云南盈江MS6.1地震结束后2个月，在8月3日云南鲁甸又发生MS6.5地震。鲁甸地震发生在通海垂直摆倾斜仪NS分量破年变反向异常结束后3个多月。在鲁甸地震前，日均值分量图在7月份出现明显的异常波动，从分钟值图分析，分钟值分量图在7 月6日开始出现5次向北方向抬升的固体潮畸变大幅波动，这个异常是自垂直摆倾斜仪观测以来没出现过的。同时，EW分量也在7月份出现类似异常变化，只是变化幅度较小（图3），而且EW分量在7月22日至8月1日出现大幅的反向东倾异常（鲁甸在通海的东北边），9天的变化幅度多于120ms，是2014年平均日变幅的10倍，达到观测6年来的最高值（图4），属于地震前短临异常变化。鲁甸MS6.5地震发生在EW分量幅度加剧异常开始后12天。

图2 通海台垂直摆倾斜仪2009—2014年年变曲线图

图3 通海台垂直摆倾斜仪2014年7月1日至8月5日分钟值分量图

图4 通海台垂直摆倾斜仪2014年1～10月日均值分量图

2014年云南鲁甸MS6.5地震前，云南省通海台垂直摆倾斜仪观测到了趋势异常和短临异常：两分量年变化幅度在震前1年同时出现大幅减小的趋势异常，并持续到2014年，且年变更小；NS分量震前9个多月出现持续6个月的反向异常；两分量震前1个月出现固体潮畸变短临异常，EW分量震前12天出现反向异常（反向的方向指向震中）且变化幅度加剧的短临异常。在两分量出现的异常中，以NS分量震前1个月出现固体潮畸变异常，还有EW分量震前12天出现反向东倾且变化幅度加剧的短临异常最为突出。

2.2.3 云南景谷MS6.6地震前异常分析

云南鲁甸MS6.5地震结束后2个月，在10月7日云南省景谷又发生MS6.6地震。在震前1个半月，云南省通海台垂直摆倾斜仪分钟值分量图NS分量在8月24日开始，出现6次向北方向抬升的固体潮畸变大幅波动，与鲁甸地震前异常变化类似，只是变化幅度稍小，并且NS分量从9月24日开始又出现了大幅反向异常，转向南倾（景谷在通海的西南边）。到10月1日共8天变化幅度多于200ms，是2014年平均日变幅的10多倍，达到观测6年来的最高值（图5）。幅度加剧并反向的短临异常才开始13天就发震。EW分量则持续7月22日以来的反向异常。在震前几天也出现幅度加剧的现象，但没有鲁甸MS6.5地震前的变化幅度大。

2014年云南景谷MS6.6地震前，云南省通海台垂直摆倾斜仪观测到了趋势异常和短临异常：两分量年变化幅度在震前1年同时持续大幅减小的趋势异常，并持续到2014年且年变更小；两分量震前1个半月出现固体潮畸变短临异常，NS分量震前10多天出现反向异常（反向的方向指向震中）且变化幅度加剧的短临异常；EW分量震前几天也出现幅度加大的短临异常。在两分量出现的异常中，以NS分量震前12天出现反向南倾且变化幅度加剧的短临异常最为突出。

2.3 差分法异常分析

单分量测值的一阶差分反映的是该分量形变速率的变化，是抑制较长周期变化，突出前兆信息的有效方法。可能反应地壳介质的应力变化过程中的较高频扰动部分，多属短临前兆［4］。具有一定的短临异常指示意义。通海台垂直摆倾斜仪两分量在2014年变化形态较往年不同，为了更加明显地体现异常的变化形态，用EIS2000程序，对2014年通海台倾斜仪日均值进行加速度检验，从图6可以看出，通海台倾斜仪两个分量在2014年5月30日盈江地震前没有出现明显异常变化，而在8月3日鲁甸、10月7日景谷地震前1个月出现异常变化，速率加快超出2倍均方差线。这跟3次地震的震中距有关：盈江地震的震中距大于500km，而鲁甸和景谷地震的震中距在200～300km范围。地倾斜观测一般在震中距300km左右是可以观测到一定的前兆信息，对6级以上地震来说，震中距在200km范围内，异常反应更为显著［5］。所以，盈江地震前没有出现异常变化，而鲁甸和景谷地震前异常明显这一现象就得到了解释。

图5 通海台垂直摆倾斜仪8月20日至10月7日分钟值分量曲线图

图6 通海台垂直摆倾斜仪2014年一阶差分分量图

图7 通海台垂直摆倾斜仪2014年1～10月日均值矢量图

在鲁甸地震前，NS分量差分值异常时段比EW分量先出现，异常频率也较EW分量密集。异常从7月初持续到8月3日发震，异常持续时间1个月，而且EW分量在7月22日出现大幅度突跳，突跳异常结束后10天发生鲁甸MS6.5地震。

在景谷地震前，EW分量差分值异常时间从9月中旬开始至9月底结束，异常结束后10天发生地震。NS分量差分值异常时段从9月中下旬开始至10月初结束，异常结束后6天发生景谷MS6.6地震（图5的10 月4日至5日空缺处因降大暴雨，数据受到影响而被剔除）。

分析持续加速变形的时间与地震发生的时间可以看出：在鲁甸地震前，两分量出现变形速率的幅度和频度较景谷地震前的异常要大。NS分量比EW分量异常明显（这也跟云南定点倾斜NS向观测变化结果对强震的反应优于EW向［6］的结果相一致），NS分量在地震发生时异常仍在持续，而EW分量则呈现的是异常结束后发生地震。两个分量在鲁甸、景谷地震前1个月都出现速率超2倍均方差异常。

同样，对2014年来的观测资料进行5日均值均方差绘图分析，得出的异常时段与一阶差分值反映的倾斜速率的突跳时段相一致，而且都呈现出南北分量异常变化明显大于东西分量。

2.4 矢量异常分析

孕震过程中会出现形变前兆异常的阶段性特征，即引起形变速率和方向的变化。方向变化判别标志：倾斜矢量图出现明显转折表现为打结或快速［7］。现对我台矢量图作以下分析：

云南省通海台垂直摆倾斜仪日均值矢量图变化比较稳定，规律性强。从2009年来，几年的变化趋势都向北东方向变化。每年初至6月向北倾，然后转向北偏东变化。2013 年10月底至2014年4月，矢量图一改之前向北偏东变化的趋势，反向南东变化，到5月初打结异常结束后呈现恢复向北变化的趋势，至7月初持续了两个月向北变化后，在7月又出现打结异常，打结异常结束后5天出现反向加速北倾，加速北倾持续2天后发生鲁甸MS6.5地震。在鲁甸地震结束后3天，矢量方向转向西南变化并伴随打结异常，在打结异常结束后恢复向北变化，仅维持了4天就加速反向西南倾，反向西南倾持续12天后发生景谷MS6.6地震。图6是通海台2014年1～10月垂直摆倾斜仪日均值矢量图，图中3月初空缺处是受仪器调零标定影响，10月4日降大暴雨数据受影响剔除了相应的数据。

2014年，云南盈江、鲁甸、景谷3次6级以上地震前，云南省通海台垂直摆倾斜仪均出现矢量打结的短临异常。在盈江地震前1个多月，从4月4日到5月5日矢量打结共31天，打结异常结束后25天发生地震。在鲁甸地震前1个月，从7月6日到28日矢量打结共23天，打结异常结束后5天发生地震。在景谷地震前1个半月，从8月23日到9月19日矢量打结共26天，打结异常结束后18天发生地震。3次矢量打结异常都在地震前1～2个月出现，异常持续时间都在1个月内，地震都在异常结束后1个月内发生。

可以说，2014年云南发生的盈江、鲁甸、景谷3次6级以上地震前，云南省通海台垂直摆倾斜仪均出现具有明显指示意义的矢量打结短临异常，而且在鲁甸地震前2天、景谷地震前12天，矢量加速转折并且转折的方向指向震中。

4 结论与讨论

（1）用年变畸变分析、矢量合成方法对观测资料进行分析，结果表明，2014年云南发生的盈江、鲁甸、景谷3次6级以上地震前，云南通海台垂直摆倾斜仪出现了趋势异常：两分量在震前1年到发生地震时都出现年变大幅减小的异常；NS分量在震前7～9个月出现持续6个月的反向异常。还出现了短临异常：鲁甸地震前12天EW分量，景谷地震前12天NS分量均出现反向异常且变化幅度加剧的短临异常；鲁甸、景谷地震前1个月出现多次固体潮畸变异常；矢量在3次地震前1个月均出现持续1个月打结的短临异常，3次地震都在打结异常结束后1个月内发生。

（2）用一阶差分、均方差方法对观测资料进行分析，结果表明，2014年云南发生的盈江、鲁甸、景谷3次6级以上地震前，只有鲁甸、景谷2次6级以上地震前1个月，云南省通海台垂直摆倾斜仪出现速率超2倍均方差异常；两次地震前，NS分量在地震发生时异常仍在持续，而EW分量则呈现的是异常结束后发生地震，且EW分量倾斜速率异常幅度从最大值出现到地震发生，间隔了2～3个星期的时间。

（3）鲁甸、景谷地震前12天出现反向异常，并且反向的方向指向震中这一现象，对地震预测中方向的确定是否有指示意义，在今后的异常分析判断中要进一步跟进。希望能发现更多的方法和线索，让我们的工作为社会服务的路越走越宽。

（作者电子信箱，蒋薇：rcimli＠126.com）

［1］张振国，孙耀充，徐建宽，等.2014年8月3日云南鲁甸地震强地面运动初步模拟及烈度预测.地球物理学报，2014，57（9）：3038－3041

［2］蒋薇，杨学慧，王华柳，等.宁蒗5.7级地震前通海垂直摆倾斜异常变化分析.高原地震，2014，26（1）：31－35，7

［3］牛安福，张晶，高福旺，等.地壳持续加速变形与地震关系的研究.大地测量与地球动力学，2002，22 （1）：29－33

［4］傅再扬，吴绍祖，郑勇通.福建地区地倾斜中短期前兆异常识别及映震效果初探.华南地震，2003，23 （4）：66－70

［5］刘仲全.姚安6.5级地震前云南倾斜场变化特征.地震研究，2001，24（4）：301－306

［6］王永安，王世芹，付虹.云南定点倾斜异常与强震关系研究.内陆地震，2003，17（4）：294－299

［7］吕品姬，陈志遥，赵斌，等.定点倾斜观测映震能力综述.大地测量与地球动力学，2010，30（B11）：50－56

Analysis on anomalies characteristic recorded by vertical pendulum tiltmeter located in Tonghai station before the Yingjiang MS6.1，Ludian MS6.5，Jinggu MS6.6 earthquakes in Yunnan

Jiang Wei，Yang Mingchang，Wang Hualiu，Yang Xuehui，Yao Yuan，Xu Jin
（Tonghai Station of Earthquake Administration of Yunnan Province，Tonghai 652700，China）

The data recorded by vertical pendulum tiltmeter located in Tonghai station before the Yingjiang MS6.1，Ludian MS6.5，Jinggu MS6.6earthquakes in Yunnan were analyzed.Results show that some differences like short－term anomalies，medium－term anomalies have turned out，including breaking year change，direction changing，vector steering and degree of variation exceed twice of the mean variance.

Yingjiang MS6.1earthquake；Ludian MS6.5earthquake；Jinggu MS6.6 earthquake；vertical pendulum tiltmeter；characteristic of anomalies

P315.72＋7；

A；

10.3969/j.issn.0235－4975.2015.11.007

2015－07－02；采用日期：2015－07－23。