腾冲台地电场在中强地震前异常特征分析

起卫罗,曹舸斌,曾庆堂

(云南省地震局，云南 昆明 650224)

地电场由固体地球内部和外部的各种非人工电流体系与地球介质相互作用在地球表面产生，包括大地电场和自然电场两部分。其中，前者由外源产生，具有广域性和相对变化性；后者由地下场源产生，具有局部不均匀性和相对稳定性(席继楼等，2008)。在地震震源区应力积累过程中，岩石受压产生张裂、错位及断裂等，导致大量微破裂的形成，从而引起各种各样的物理和化学现象，其中电磁辐射就是一种常见的物理现象。地电场受控于地球外部各种电流体系和地球内部的介质电性性质，蕴涵了丰富的电性结构及电流源信息，积累了大量震例资料，受到国内外学者越来越多的关注(吴华平等，1995；毛桐恩等，1999；赵玉林等，2001；张学民等，2005；阮爱国等，2000；张学民，2006)。我国地电场观测采用了“多方向、多极距”装置布设方法，基于大地电场的广域性特点，每个测点同测向不同测道之间观测数据具有较高的变化一致性，但绝对变幅有所差别。腾冲台地电场观测有长极距和短极距观测，电极布设有3个方向6个测道，电极埋深5.5 m。自2007年6月开始观测以来，资料连续可靠，近年来在腾冲及周边发生的多次中强地震震前出现明显异常。本文对这些异常情况进行深入细致的分析，以期寻找规律、总结震例、提取预报指标，提高观测资料的实用性。

1 台站概况及周边地震

腾冲台位于腾冲县城东南约3 km处的尚家寨董库自然村，距中缅边界约70 km。台站前面是两个天然出露的低温碳酸泉水塘，后面是山坡，两边是村子。台站地处怒江深大断裂、泸水—瑞丽断裂以西，台址位于以全新世冲积层、熔岩为基底的腾冲盆地东侧近山麓地带，处在腾冲火山分布区内，腾冲盆地属熔岩盆地堆积地貌类型，台站后靠东山为近代火山，成近南北向线状排列。构造极为发育，各组断裂于盆地内被第四纪堆积物所覆盖，其基底由燕山期花岗岩构成。台站位于腾冲—龙陵地震区，是云南地块与欧亚带板缘最近的地震区，与缅北密支那一带构造相连，地震密集不可分。腾冲—龙陵地震区内含三条主要活动构造，即怒江断裂、大盈江断裂和龙陵—瑞丽断裂，以怒江断裂和瑞丽—龙陵断裂带为主体，构成一条弧形构造带，腾冲盆地位于该构造带向南东凸的弧顶部位，这三条活动构造都延伸到缅甸境内。

腾冲台地电场采用L型布极方式平行布极观测(见图1)，架设仪器为ZD9A-Ⅱ型数字化地电场仪，长极距、短极距分别为300 m和250 m，电极采用自制的圆柱型铅电极，采用钻机打孔埋设，电极埋深5.5 m，共埋设6个电极，电极引线采用四芯2.5 cm2电缆，外套PVC管保护。2005年3月至5月完成观测场地勘测、电极钻埋和外线电缆架设工作，2006年11月完成仪器安装调试，并投入试运行，2007年6月正式运行。外线路及辅助设施等装置系统性能良好，仪器投入观测以来，运行率为100%，观测数据连续率为98.86%，完整率为98.46%，各测道相关系数平均值为0.89，差值平均值为0.843。腾冲台地电观测场地区域环境地势平坦，无机械场、采石场，无输变电站，无电场、电磁发射设备，无通讯电缆、高层建筑等干扰源。近年来受房地产开发的影响存在一定的干扰(见图2)，干扰形态主要为锯齿状和台阶，但资料连续，曲线形态基本稳定。

图1 腾冲台地电场布极图

图2 腾冲台地电场受基建施工干扰

2 腾冲台地电场观测资料分析

2.1 地电场长极距NS向日均值

图3为腾冲台地电场长极距观测NS向的日均值曲线。2008年1月26～31日长极距观测NS向的日均值加速上升了19.1 mV，异常结束第50天，2008年3月21日发生盈江5.0级地震。2008年4月27日至5月3日上升19.3 mV。2008年10月27～31日突升14.9 mV，2008年11月1日发生宾川5.0级地震。2009年4月1日至5月24日出现波动上升变化，最大变幅16.4 mV，对应有2009年7月9日姚安6.0级地震。2010年3月25日出现较大幅度波动变化，最大变幅为29.4 mV，波动变化一直持续到5月22日，在此期间发生了盈江4.6、4.8、4.6、5.8级4次地震，缅甸7.2级地震，腾冲2次5.2级地震。这次异常持续时间长，主要为波动变化，异常过程中发生了7次地震，但无法区分各个地震异常，这也是云南地区常见的异常形式。盈江、腾冲系列地震就发生在腾冲台地电场观测区附近，对腾冲台地电场观测的映震能力也是一次较好的检验及实践机会。

2.2 地电场长极距EW向日均值

从腾冲台地电场长极距EW向日均值曲线图(见图4)可知，自投入观测以来曲线变化较稳定，但出现过两次大的变化，即2010年9月18日至11月2日出现了正异常变化，最大幅度35.9 mV，异常结束48天后，2011年1月1日至3月10日发生了盈江一系列地震；2011年3月25日至6月14日再次出现类似的异常变化，2011年6月20日、8月8日分别发生了2次腾冲5.2级地震。

图3 腾冲台地电场长极距观测NS向震例曲线

图4 腾冲台地电场长极距EW向震例曲线

2.3 地电场长极距NE向日均值

腾冲台地电场长极距NE向与NS向的日均值曲线变化形态相似，异常变化具有同步性(见图5)。2008～2011年NE向日均值出现了7次异常，对应了7次地震，即2008年3月21日盈江5.0级地震，2008年11月1日宾川5.0级地震，2009年7月9日姚安6.0级地震，2011年盈江4.6、4.8、4.6、5.8级地震，缅甸7.2级地震。

2.4 地电场短极距NS向日均值

2008～2011年腾冲台地电场短极距NS向日均值共出现3次异常(见图6)。其中2010年1月2日至2月22日出现突跳变化，最大幅度19.6 mV，对应了2010年2月25日发生的元谋5.0级地震。2010年9月19日至11月11日出现了下降负异常，幅度17.8 mV，分别对应了2011年1月1日、1月2日、2月12日、3月10日发生的盈江4.6、4.8、4.6、5.8级一系列地震，2011年3月24日至7月2日再次出现负异常变化，对应了2011年6月20日、8月9日发生的2次腾冲5.2级地震。

图5 腾冲台地电场长极距NE向震例曲线

图6 腾冲台地电场短极距NS向震例曲线

2.5 地电场短极距EW向日均值

腾冲台地电场短极距EW向日均值自开始观测以来有2次显著异常(见图7)，与2011年1月1日至3月10日盈江发生的一系列地震，2011年6月20日和8月9日发生的2次腾冲地震有较好的对应关系。

2.6 地电场短极距NE向日均值

腾冲台地电场短极距NE向日均值自投入观测以来出现6次异常(见图8)，分别对应了姚安6.0级地震，盈江4.6、4.8、4.6、5.8级地震，以及腾冲5.2级地震，其中腾冲5.2级地震前异常显著，有较好的短临指示意义。

图8 腾冲台地电场短极距NE向震例曲线

3 异常判定指标及映震效能统计

利用日均值分析方法对各测项进行分析，以日变化幅度为异常判断指标，对腾冲台地电场观测数据异常映震情况进行统计分析，结果见表1。从表1可以看出，NS向长极距日均值变幅≥13 mV时，对应了距离腾冲台19～300 km内的盈江、宾川、姚安、腾冲等一系列5.0级左右的地震，异常时间在2个月左右；EW向长极距日均值变幅≥19 mV时，对应了2011年1月1日至3月10日盈江一系列地震和腾冲5.2级地震，异常时间约为48天；NE向长极距日均值变幅≥11 mV时，对应了宾川、姚安及盈江系列地震，异常时间也在2个月左右；NS向短极距日均值变幅≥17 mV时，对应了距离腾冲台19～300 km内的元谋、盈江和腾冲一系列5.0级左右的地震，异常时间在2个月以内；EW向短极距日均值变幅≥10 mV时，对应了腾冲附近、盈江系列5.0左右的地震，异常时间在1个月以内；NE向短极距日均值变幅≥6 mV时，对应了距离腾冲台19～300 km的姚安、腾冲和盈江系列5.0级左右的地震，异常时间在1个月以内。对比长、短极距发现：(1)长极距的日均值异常变幅较短极距的大，异常持续时间较短极距的长；(2)长极距的日均值异常对应地震的范围多在距离腾冲台19～300 km，而短极距的日均值异常对应地震的范围多在距离腾冲台100 km内。

表1 腾冲台地电场观测异常映震情况统计

表2 腾冲台地电场观测映震效能统计

表2为腾冲台地电场映震效能的统计信息，从中可以看出，长极距共出现异常19次，对应地震共10次，平均对应率为53%；短极距共出现异常15次，对应地震共10次，平均对应率为67%，短极距的对应率略大于长极距的对应率。两极距的概括率为20%～50%，漏报较多。要解决该问题，必须提高对异常的识别能力。当异常出现时，要判定仪器、供电、观测环境等是否正常，通过排除法、替换法、逐步逼近法(贾华等，2017)等方法，更加科学地判定是映震异常还是其他干扰异常。

4 结论

从以上分析可知腾冲台地电场观测资料在震前存在明显异常，对观测区及周边的地震有较好的对应关系。(1)异常持续时间一般为1～100天，异常结束至发震多为1～80天，异常趋势主要表现为短期和临震异常。异常结束后3个月内应注意5级左右地震发生。(2)长极距异常幅度在11～50 mV之间，短极距异常幅度在7～30 mV之间，异常幅度值不是很大，实际工作中应注意识别干扰的影响。(3)长极距总体对应率42%，短极距总体对应率67%，异常出现发生5级左右地震的可能性较大。概括率20%～50%，漏报较多。有些地震前无明显异常或异常幅度较小，各测向的异常幅度存在一定差异，实践中应关注异常幅度较大的曲线变化，进而判定异常的性质。(4)考虑近年来腾冲及周边地区发生的一系列地震，利用腾冲台地电场观测资料分析提取了异常指标，检验了腾冲台地电场观测的映震能力。随着观测时间的延长，实践过程中可边应用边总结，不断修改完善和检验异常指标。(5)云南省现有7个地电场观测站，今后工作中应对所有地电场观测资料进行分析处理，提取异常指标，在云南省层面上寻找地电场观测变化的规律，形成预报方案，使地电场观测资料更好地应用于地震预报中。