祁连—西秦岭地震带流体异常震例分析

赵小茂 窦玛丽 张国强 王 新 方 炜

（中国西安710068陕西省地震局）

祁连—西秦岭地震带流体异常震例分析

赵小茂 窦玛丽 张国强 王 新 方 炜

（中国西安710068陕西省地震局）

总结1980—2010年祁连—西秦岭地震带地下流体有关震例，对地下流体前兆异常特征进行统计。发现：祁连—西秦岭地震带地震异常以原始曲线方法提取出的高值、化学量、中期异常为主；流体异常持续时间与震中距成负相关关系，即异常最先出现在与地震较近的台站。

祁连—西秦岭地震带；地下流体；震例；统计研究

0 引言

对地下流体震例的记载，可以追溯到远古时代，早在公元前约23世纪就有“三苗欲灭时，地震泉涌”的记载，1990年前西汉绥和二年陕西、甘肃和山西一带地震，有“水出地动”之说。公元408年“广固地震，天各水涌”，“井水溢，汝水竭”（《太平御览》）。1100年（宋哲宗元符三年）安徽歙县一带地震，据《新安志》记载，黄山第四峰下有泉沸如汤，出得溪中，号朱砂汤。明、清以来，有关地震前后地下水、气异常变化的记载更加详尽。1556年陕西华县关中大地震，“地震前数日，丰渭水溢，巨鱼甚多”，“关中大地震，河水涨，井水溢”，“卑湿之地，地裂泉涌高丈余，因而井竭，洛渭可涉”等。

地下流体观测的物理量明确，观测方法简单直观，能灵敏反映岩体的应力应变状态变化，是地震监测预报中重要的观测手段，记录的地震前兆信息丰富。据统计，中国历史地震资料所记载的地震前兆异常现象共计1 160条目，其中地下水、气的异常约占50%以上，可见流体异常在地震前兆异常中占有重要地位，总结地下流体的前兆异常特征，对提高流体异常的认识和把握，乃至提高地震预测水平具有重要意义。

西秦岭断裂带与祁连构造带地处青藏块体北东缘，受青藏块体持续推挤作用，构造变形复杂，强震活跃。诸多研究者从地震前兆、活动性等方面进行研究，如：张新基等（2005）系统分析2003年民乐—山丹M 6.1地震前地下流体异常场时空分布及演化特征，指出震前流体前兆场具有异常时间长、异常项次多、异常范围大的特征。袁道阳等（2004）分析了青藏高原东北缘所在的柴达木—祁连活动地块内晚第四纪活动构造特征，指出在区域北东向构造应力作用下，块体发生NE向挤压缩短、顺时针方向旋转和SEE向挤出等构造变形。本文统计祁连—西秦岭断裂带发生的地震，分析地下流体异常特征，以期揭示异常与地震活动的关系，为今后相关地震分析提供参考。

1 区域地震地质构造

选取祁连—西秦岭地震带及临近地区是中国地震多发区（图1），区内有多条断裂带。西秦岭断裂带是青藏高原东北部一条大型走滑活动断裂带，晚新生代以来以左旋走滑为主，兼有倾滑分量。断裂带东端与秦岭北缘断裂相连，往西经天水、武山、漳县至临夏以西，走向大致为NWW向，长达470km（李传友等，2007）。西秦岭北缘断裂由6条次级断裂组成，从东往西分别为宝鸡—天水断裂、天水—凤凰山断裂、武山断裂、漳县断裂、黄香沟断裂和锅麻滩断裂。

祁连地震带呈北西向展布在青藏高原块体的东北缘区，由一系列深大活动断裂带组成（张新基等，2005），主要表现为挤压逆冲和左旋走滑运动，历史上发生10多次7级以上强震或大震，如1920年海原8.5级、1927年古浪8级和1932年昌马7.6级地震。近年来，该地震带中强地震活动频繁。

图1 祁连—西秦岭构造带Fig.1 Regional location of the Qilian-western Qinling tectonic belt

2 地下流体动态分类

从地震监测和预测角度，地下流体观测数据具有正常和异常动态。正常动态指无地震活动时段的数据变化；异常动态指有地震活动时段的震兆异常。然而，无地震活动时流体动态未必都正常，有地震活动时也未必都异常。严格地说，正常动态指无震活动时段，在无干扰情况下表现出的规律变化；异常动态指有震活动时段，在无干扰情况下表现出的与地震孕育和发生过程有关的变化。由此可知地下流体观测资料存在干扰动态，指在特定地点、特定时段，在特定因素干扰下出现的特殊动态，还有一些成因不明的动态。因此，从实用角度，地下流体动态可分为正常动态、干扰动态、异常动态和成因不明的动态（车用太等，2004）。由于异常形态各异，为便于统计，本文从异常测项、持续时间、

形态及异常持续时间与震中距关系4个方面进行分类。

3 地下流体异常震例

祁连—西秦岭断裂带及附近地区多次发生中强地震，在此列举几个研究者对相关地震水氡、气汞测项的分析结果，揭示该地区地下流体异常特征。

（1）水氡异常震例。刘耀炜等（1998）使用40个地下流体观测点的资料，对1990年4月26日青海共和M 7.0地震的前兆动态特征进行系统研究（图2），指出震源240 km范围内水氡为中短期趋势上升异常，表现为由震源逐渐向外围扩散的特点，在短临阶段，各测点水氡异常变化基本同步。杨兴悦等（2006）利用从属函数法，对1984—2003年武山22号井水氡资料进行分析。共提取5次从属函数中期异常，其中4次对应甘肃及邻区发生的MS≥5.8地震（图3）。

图2 共和7.0级地震前后水氡月均值异常（据刘耀炜）Fig.2 Anomaly of mean monthly values of water radon before and after the Gonghe MS7.0 earthquake (Liu Yaowei,1998)

图3 武山22号井水氡异常从属曲线（据杨兴悦）Fig.3 Water radon anomaly for Wushan No.22 well (Yang Xingyue,2006)

（2）气汞异常震例。赵小茂等（2010）研究了汶川地震前周至井气汞的异常特征，指出该井距汶川8.0级地震震中约560 km，汶川8.0级大地震及余震期间，陕西省周至气汞出现3次同一类型的异常形态（图4）。异常主要特征为，主震前12天气汞测值出现快速下降过程，降幅9%，而在随后几个月龙门山断裂北段的2组余震前，异常出现时间均为震前3天，下降幅度均为15%。结合地震活动与气汞的异常形态特征，陕西省地震局流体学科组对2008年9月12日第3组余震进行了较好预测。

图4 2008年汶川8.0级地震期间周至井气汞整点值曲线Fig.4 Hourly air radon values recorded by Zhouzhi well during the 2008 Wenchuan MS8.0 earthquake

4 研究区地下流体异常特征

整理1980—2010年祁连—西秦岭地震带及邻近地区地下流体震例，统计1980—2010年各期刊发表的相关研究成果120例，其中涉及42个地震事件，64个地下流体测点，包括水位、水温、流量、水（气）氡、水（气）汞、水溶气等流体测项。选取其中17个震例列表，具体参数见表1。

表1 祁连—西秦岭地震带及邻近地区流体异常特征Table 1 Characteristics of the groundwater anomaly in the Qilian-western Qinling seismic belt and surrounding regions

对于统计的120个异常，从异常测项、持续时间、形态及异常持续时间与震中距关系4个方面进行统计，结果见表2、表3、表4、图5。

（1）测项统计。根据地震行业分类，He、CO2、H2、CH4、气体总量统称为水溶气，与水（气）氡、水（气）汞作为化学测项，而水位、水温、流量作为物理测项，统计各测项出现数量，见表2。

表2 祁连—西秦岭地震带流体异常测项统计Table 2 Statistics for anomalous categories in groundwater of the Qilian-western Qinling seismic belt

由表2可见，研究区域内异常测项以水（气）氡异常为主，占整体异常的66%。其中物理测项以水位异常为主，化学测项以水氡异常为主。

（2）异常持续时间统计。依据《地震预报管理条例》（中华人民共和国国务院令第255号），对所收集的震例从时间尺度上进行统计，即：长期预报时段为10年内，中期预报为2年内，短期预报为3个月内，临震预报为10天内，统计结果见表3。

表3 祁连—西秦岭地震带流体异常时间统计Table 3 Statistics of anomalous time in groundwater of the Qilian-western Qinling seismic belt

对祁连—西秦岭地震带流体异常持续时间进行统计，异常以中、短期异常为主，共98项，占区域内整体异常的82%，其中短期异常最多，占整体异常的46%。

（3）异常形态分类。流体异常形态多样，为便于统计，将异常形态按低值、高值、破年变3类进行统计，统计结果显示，以高值异常为主，低值异常次之，破年变异常最少，其中高值异常100项，占整体异常的60%（表4）。

表4 祁连—西秦岭地震带流体异常形态统计Table 4 Abnormal patterns in groundwater of the Qilian-western Qinling seismic belt

（4）异常持续时间与震中距的关系。将异常持续时间进行排序，并与震中距进行对比（图5），可以看出，异常持续时间越长，震中距越小。反之，可以理解为异常最先出现在震源区附近，随着时间的增加，异常有向外扩散的趋势。这一分析结果与1990年4月26日青海共和M 7.0地震的前兆动态特征（刘耀炜等，1998）结果一致（图4）。

图5 祁连—西秦岭地震带流体异常持续时间与震中距关系Fig.5 Relationship between epicentral distance and duration of groundwater anomalies in Qilian-western Qinling seismic belt

5 结束语

地震预报科学本质是观测科学，预报水平的提高主要取决于台网获取地震信息的能力（汪成民，2005）。在人们努力向物理预报探索的过程中，震例总结在当前经验性预报中仍起着重要的作用。整理并统计祁连—西秦岭地震带1980—2010年有关流体资料前兆异常120项，发现该地震带流体异常以高值异常、水（气）氡异常、短期异常为主，样本数量有限，统计结果待丰富和完善。

张新基，张慧，等.民乐—山丹地震地下流体异常场特征及其成因分析[J].西北地震学报，2005，27(2)：168-173.

袁道阳，张培震，刘百篪，等.青藏高原东北缘晚第四纪活动构造的几何图像与构造转换[J].地质学报，2004，78（2）：270-278.

李传友，张培震，张剑玺，等.西秦岭北缘断裂带黄香沟段晚第四纪活动表现与滑动速率[J].第四纪研究，2007，27（1）：54-63.

刘耀炜，张无生.共和7.0级地震前地下流体前兆的动态演化特征[J].西北地震学报，1998，1：59-64

汪成民.建设科学、有效的地震前兆监测台网提高捕捉地震前兆信息的能力[J].国际地震动态，2005，4：115-116.

Research on earthquake cases based on underground fl uid in the Qilian-West Qinling seismic belt

Zhao Xiaomao，Dou Mali，Zhang Guoqiang，Wang Xin and Fang Wei
(Earthquake Administration of Shanxi Province,Xian,710068,China)

In this study,we attempt to statistically investigate and analyze the precursory characteristics of underground fluid base on researches of earthquake cases associated with underground fluid of the Qilian-West Qinling seismic belt from the year 1980 to 2010.The results reveal that the earthquake precursors are mainly high values,chemical amounts,and middle-term anomalies,which are retrieved from raw time series records.Meanwhile,statistical results of precursory time of underground fl uid show that precursory time scale are negatively related to epicentral distance,namely precursors always fi rstly occurred at geodynamic observatories which are closest to the epicenters.

Qilian-West Qinling seismic belt，underground fl uid，earthquake cases，statistical research

10.3969/j.issn.1003-3246.2016.05.012

赵小茂（1976—），男，陕西三原人，高级工程师，主要从事地下流体相关研究工作

2015年度震情跟踪定向工作任务（2015010410）；2016—2018年陕西省地震局启创基金

本文收到日期：2014-12-10