九寨沟7.0级地震前天水地区前兆资料异常形态特征及震情分析

王建荣

(甘肃天水赵崖磁偏角观测台，甘肃 天水 741025)

0 引 言

2017年8月8日21时19分，四川省阿坝藏族羌族自治州九寨沟县(33.20°N，103.82°E)发生7.0级地震，震源深度20 km。震中距九寨沟县城39 km，距甘肃文县85 km，距天水市241 km。四川九寨沟7.0级地震造成29人死亡，1人失踪，525人受伤。

在这次地震发生前，天水赵崖磁偏角、麦积元龙井水位、清水李沟井、礼县石桥井流量及天水中心地震台地电阻率出现了短临异常，作者依据以上异常上报了《临时震情分析报告》。在震前，天水市地震局向天水市委市政府做了专题震情汇报，引起了市委市政府的高度重视，震后得到了市委市政府的高度评价和肯定，同时也得到了甘肃省地震局专家们的认可。

1 天水地区地质构造背景与台站分布概况

天水地区位于甘肃省东南部，区域地质构造复杂，众多的构造体系和构造带在此交汇复合。区内深大断裂带纵横，是多个断裂带呈“X”形交汇的咽喉之地。秦岭纬向构造带横贯本区，武都山字型构造体系前弧和东翼跨本区东南部，北西向陇西系内旋褶带末端由北偏西方向插入区内。西礼盆地等几个醒目的北东向新生代盆地，迭置在前述构造成分之上。本区西部，有北西向青藏歹字型构造体系—宕昌弧形褶带插入。武都文县以南有古老的北东向龙门山构造带[1]。上述各构造展布方向可归纳为东西、南北、北东、北西四组方向。它们彼此交接复合，构成了极其复杂的构造图形。

天水赵崖磁偏角观测台、麦积元龙井、清水李沟井孔和天水地电台位于本区东部，礼县石桥井孔位于本区西南部的西礼盆地西南缘。甘川交界地区正处在我国南北地震带中、北段结合部位，而四川九寨沟位于岷江断裂带、塔藏断裂带和虎牙断裂带附近。岷江断裂带是西倾的全新世逆断裂带，塔藏断裂带和虎牙断裂带是全新世断裂带，发震构造推测为塔藏断裂带南侧分支和虎牙断裂带北段(图1)。

2 前兆监测手段概况

2.1 赵崖磁偏角概况

天水赵崖磁偏角观测台所使用的是陶瓷偏角磁变仪(以下简称“磁偏角”)，观测台位于甘肃省天水市麦积区赵崖天水矿产勘查院。磁偏角主要由主体、光源灯和记录器三部分组成，这三部分分别放置在相距1.72 m的两个墩子上(图2)。该仪器主要是用来测量磁偏角相对变化量的，其基本原理是用一根吊丝把磁针水平地悬吊起来，使磁针只能绕着垂直轴(吊丝)在水平面随着地磁场的变化而自由地转动(图3)。另外用光杠杆进行放大来提高读数精度；同时采用一片小凹面反射镜固定在磁针与吊丝的转动中心的附近，在相应反射镜上用一个光源狭缝把光照射在小反射镜上，其狭缝的像(光缝)经过反射镜反射后，就落在了光源灯附近的读数尺上，读数尺上的格值按mm计算。读数尺上的光点随着地磁场的变化，只能东西移动，笔者设定读数尺上的光点西偏为上升，反之为下降。

图1 天水及九寨沟地区构造体系与天水台站分布

图2 仪器布置示意图

图3 仪器基本原理

2.2 麦积元龙井

麦积元龙井位于天水市麦积区元龙乡东南12 km秦岭大山深处，构造上位于秦岭北缘大断裂带上，原为甘肃水文队勘探孔，井深100.21 m，观测含水层为燕山期花岗岩裂隙承压水，上伏第四系砾石层，厚度12.15 m，井内下套管61 m，22.8 m以上止水，水位埋深2.8 m。井处阴湿山区，植被发育，年降雨量1 000 mm左右，连阴雨和30 mm以上的大雨会引起水位上升，上升幅度一般在20～30 mm，当地年降雨优势月为7～9三个月。井水位日变形态主要是受固体潮的影响，据1984年统计潮差为3 mm。该井1981年12月开始观测，使用SW40-1型水位自计仪，同时观测气压、降雨量等，观测资料连续可靠。

2.3 清水李沟井

清水李沟井位于清水县城以西6 km处，构造上位于秦岭北缘大断裂带北侧，原为甘肃水文队勘探孔，钻孔揭露地层为第四系和第三系，观测含水层为42.16 m以下的第三系孔隙承压水，含水层封闭性较好，年变化动态较稳定，干扰少，一般降雨对流量没有影响，但一次性降雨在30 mm以上对流量稍有影响，可这样的降雨在一年中并不多见。由于水头压力较高，静水水位为15 m，不宜观测动水位，所以从1981年6月开始直接观测流量，观测方法为定体积测时间法，即记下每流满1 L容器所需要的时间，然后换算成mL/s。同时观测水温、气压和降雨量变化。

2.4 礼县石桥井

该井位于西礼盆地西南缘，礼县—宕昌断裂带以南10 km处，也是甘肃省水文队的勘探井孔，成井于1981年6月21日，井深268.40 m，钻孔揭露的井孔深度范围内地层为第三系和第四系，其中第四系厚度为11.46 m，井内套管长267.70 m，含水层在24.19 m以下，其岩性为第三系砂岩，富水程度比较差。该井流量比较小，为6.25 mL/s，但水头压力较高(2.4 m)，属于自流井。该井流量观测从1981年10月开始，观测方法与清水李沟井相同。同时也观测水温、气压及降水量变化。

礼县地区平均年正常降水量约600 mm左右，降水量较大时对该井流量有一定的影响，如1984年7月25日一次性降水达100.2 mm，4天后流量增加了0.89 mL/s，1988年7月1日和8月8日2次降水分别达57 mm和61.5 mm，降水当天，该井流量分别增加了3.37 mL/s和3.75 mL/s。当然，这样的降水在一年中很少见，一般降水时该井流量无变化。该井流量受气压影响较大，经计算，二者相关系数为0.89，气压变化1 mbar可引起的流量变化幅度为0.06 mL/s。

2.5 天水地电阻率

天水地电阻率电极布设区域位于天水市麦积区甘泉物流园，地处崖湾村与白石村之间的永川河Ⅰ、Ⅱ级河谷阶地上，上覆第四系层厚20～30 m，其下是第三系粘土层厚约450～500 m，基底为古生界变质岩，布设区域海拔1 153 m，年降水量500 mm左右，年平均湿度约63%，年平均温度18 ℃。布极分布呈等腰三角形(顶角81°)，大致呈北南、东西、北西向分布。北南、东西向井孔间距100 m，北西向井孔间距130 m，共有9口井。由于场地限制，北南、东西向井孔并非四点一线，电缆线采用全地埋方式蛇形弯曲布设(图4)。

图4 天水地电井下综合观测系统分布

天水地电阻率映震能力较强，例如2013年4月20日，四川芦山7.0级地震(震中距540 km)震前11天、7月22日甘肃岷县6.6级地震(震中距155 km)震前40天出现异常[2]。

3 前兆观测资料异常特征与震情分析

天水赵崖磁偏角、麦积元龙、清水李沟、礼县石桥井水位(流量)和天水地电阻率自投入观测以来，在甘东南至甘青川交界[3-5]乃至我国西部地区多次強震前[6]，分别出现了明显的短临前兆异常，并根据这些异常变化，在震前都提交过震情分析报告。

2017年2月中旬以来，麦积元龙井水位持续上升，4月16日以后转为高值波动,最大幅度30 cm，7月10日转折下降(图5a)。清水李沟井流量从4月16日开始出现快速下降，最大降幅为0.1 mL/s，而后在低值持续波动(图5b)。天水地电阻率用日均值绘图分析，北南、东西、北西三个测道，分别从2017年3月和4月份出现负异常，6月6日下降为最低值，下降幅度为0.02Ω·m；7月10日以后，除了东西向测值上下波动较大外，北南和北西测道先后出现转折上升，形成约20天的峰值，异常形态与2013年甘肃岷漳6.6级地震异常形态近似(图5c)。礼县石桥井流量7月17日开始下降，7月21日下降为最低值，下降幅度为0.8 mL/s；而后在低值持续波动，8月8日7时恢复(图5d)。天水赵崖磁偏角于7月7日20时突跳3 mm，7月12日20时又突跳3 mm(图5e)。

根据上述异常变化，并结合2008年汶川8.0、2010年玉树7.1、2013年芦山7.0和岷县6.6级等震例进行综合分析认为，这次前兆资料变化特征特别是地下流体资料以负异常为主，天水地区应该是地应力舒张区，而地应力舒张区一般不是震中区。因此作者于7月13日在《临时震情分析报告》中认为：“ 7月中下旬，在川西或青海东南部及邻近地区，有发生≥5级地震的可能性。”并于当天将该报告上报天水市地震局，并转呈甘肃省地震局预报中心。7月17日6时55分59秒，在四川青川发生了Ms4.9级地震，震中距246 km。这次地震发生后，磁偏角异常仍在高值持续，礼县石桥井流量异常刚开始出现；麦积元龙和清水李沟井水位(流量)异常还没有恢复；天水地电阻率北南、东西、北西三个测道，同时出现高值异常波动。随后作者分析认为，一次4.9级地震不可能引起磁偏角和地下流体等前兆资料如此大的异常变化。故在7月31日上报《八月份震情分析报告》中提到：“8月份在川西或青海东南部及邻近地区仍有发生≥5级地震的可能性。”8月8日21时19分46秒，在四川九寨沟发生了Ms7.0级地震，震中距241 km。

图5 天水地区前兆异常变化曲线

4 震情信息服务政府与社会的认识与思考

2017年4月份开始，天水及邻区近年来映震能力较强的几项监测手段(如天水赵崖磁偏角、清水李沟、礼县石桥等井流量和天水地电阻率等)先后出现短临异常；为此，作者多次陪同天水市地震局、天水市地震监测预报中心前往井点落实异常。6月29～30日，中国地震局地电学科专家组来天水落实异常。7月7日，甘肃省地震局向中国地震局监测预报司上报的《关于邀请流体科学管理组赴甘东南地区开展异常核实工作的函》提出：“甘东南地区一共有8项流体异常，目前情况是我们多年观测以来均未碰见过的新情况，出现了多年震情跟踪过程中从未出现过的新的显著异常形态”。7月16日～18日，中国地震局地下流体学科专家组来天水落实异常，省、市、县(区)地震局全程参与，大家深知震情非常严峻。7月18日，在天水市清水县召开了省、市、县“甘东南地震短临跟踪坐谈会”， 甘肃省地震局分析预报中心负责人指出：“震情形势非常复杂，省局分管领导非常着急，更加坚定了我们对近期震情形势的判断和焦虑不安”。座谈会上，省局预报部门负责人也比较明确的回答了市、县地震局同志提出即将发生的7级、6级地震在什么地方、什么时间发生等问题。

座谈会后，天水市地震局负责人结合以前震例和王建荣7月13日《临时震情分析报告》，分析认为震情紧急，就于2017年7月21日，用手机短信向市委市政府主要领导和分管领导及秘书长进行了汇报。7月24日，按照市委安排，天水市地震局专题向市委书记进行震情汇报，主要回答了领导最关心的地震三要素(如地震发生在甘宁陕交界，震级可能为6级；如地震发生在甘青川交界，震级可能在6.5级左右，但重点是甘青川交界。同时也向领导说明了预测的发震日期等)，引起了市委市政府的高度重视，震后得到了市委市政府的高度评价和肯定，体现了地震部门服务政府、服务社会的社会价值。

5 结束语

四川九寨沟7.0级地震发生后，2017年9月28日甘肃省地震局预报意见评审委员会部分专家对《临时震情分析报告》进行了评审，专家认为：“王建荣同志7月13日报送的预测意见对7月17日四川青川4.9级、8月8日四川九寨沟7.0级等地震具有一定的预测价值。依据《甘肃省地震予测意见管理办法》(甘震发[2014]60号)第二十一条，给予王建荣同志一万元奖励”，甘肃省地震局党组研究决定，对王建荣和天水市地震局给予通报表扬。

本文在完成过程中，得到了青海省地震局和甘肃省地震局相关领导、甘肃省天水市地震局台小明局长、甘肃有色地质勘查局天水矿产勘查院材料科副科长马海霞等同志的悉心指导和帮助，在此表示真挚的感谢！