2016年云南云龙5.0级地震前中短临异常特征

杨 芬 赵丽兰

1）中国云南 671000 中国地震科学实验场大理中心

2）中国云南 671003 大理农林职业技术学院

0 引言

我国地震预报的基本思路是长、中、短临相结合的综合预测（梅世蓉等，1993）。地震活动性异常多以长期背景异常和中短期异常为主。地下水动态在7 级以上大震前存在中长期趋势异常，而对于5—6 级地震，趋势异常数量少，地下水动态异常则更多表现为短期或短临异常（梅世蓉等，1993）。

地下水广泛赋存于地震岩石的孔隙之中，能在各种驱动力作用下自由地流动。这一特性，决定了地下水对地壳运动，尤其是对地震的孕育与发生会有较灵敏的响应（孙丽娟等，2004）。

当震中附近的震源应力场变化、蠕动传播以及应变递次让位等震源演化过程出现时，处于同一孕震应力场的多个应力集中点必将产生相应活动。因此，可在该孕震应力场内多处观测到前兆同步性异常现象（赵洪声等，2000；石绍先，2005；杨芬等，2009）。

滇西实验场地震中短临动态跟踪综合预测方案（简称综合预测方案）利用数学模型，对通过R信度检验的地下流体单项指标进行综合处理，建立滇西实验场地震危险性判定综合概率值预测阈值，并建立了中期和短临分级预警模式，提供定量的预测判定依据（杨芬等，2012）。同时，短临阶段地下水动态特征，即不同测点相同测项和同一测点不同测项的同步异常现象，可为地震短临预测提供定性参考依据。定量预测和定性预测相结合，能有效提高预测准确率。

及时系统回顾和总结2016 年云龙5.0 级地震前预测指标异常，可以更好地指导今后的地震预测工作，可以使滇西实验场地震短临动态跟踪综合预测方案在地震短临跟踪工作中发挥更好的作用。

1 云龙构造背景与历史地震

云龙县地处滇西地槽（即三江褶皱带）之中，属青藏滇缅印尼巨型“歹”字型构造体系的中部，大地构造走向成近NS 或NNW 西向。

2016 年云龙5.0 级地震发生在云龙—永平断裂东侧约10 km 处（图1）。1900 年以来此次地震震中50 km 范围内发生5 级以上地震10 次，最大地震为1948 年6 月27 日剑川6.3 级地震。

图1 2016 年云龙5.0 级地震与4 级地震条带起始和结束地震Fig.1 The beginning and the ending earthquakes of magnitude 4 to 5.0 earthquakes seismic belt in Yunlong in 2016

2 地震活动性异常

地震活动性存在云南5 级以上地震平静异常、中甸中等地震窗活动、滇西2015 年以来4 级以上地震成条带分布等中期异常。2015 年10 月云南昌宁5 级地震发生后研究区出现6 个多月的5 级以上地震平静。中甸地震窗于2015 年9 月发生3 次中等地震，8 个月后即发生2016 年云龙5.0 级地震。

2.1 云南MS ≥5 地震平静

1986 年以来云南MS≥5.0 地震年平均活动频次为3—4 次（图2）。2015 年10 月30日昌宁5.0 级地震至2016 年5 月18 日云龙5.0 级地震期间，云南5 级以上地震平静时间长达200 天（图3）。

图2 云南1986 年以来5 级以上地震年活动频度Fig.2 The frequency of seismic activities of MS ≥5 earthquakes in Yunnan since 1986

图3 云南地区1986 年以来5 级以上地震发震间隔Fig.3 The time interval of MS ≥ 5 earthquakes in Yunnan since 1986

按云南MS≥5.0 地震年平均活动频次3 次来统计，实际平均复发周期T=0.33 a，其倒数ν=3。从2015 年10 月30 日昌宁5.0 级地震发生至2016 年5 月18 日，待预测时间段τ=0.56 a。将上述参数代入某地区发生地震自然概率的计算关系式（Shi et al，2004），即

其中，ν是复发周期的倒数，τ为待预测时间。据式（1）可得，云南发生MS≥5.0 地震自然概率为0.814。因此，云南存在发生MS≥5.0 地震的危险。

2.2 中甸中等地震窗

中甸地震窗特指中甸—剑川断裂带为西边界，东至100.07°E，北起28.23°N，南至27.62°N 范围内3.6—4.5 级中等地震分布区。1968 年以来该地震窗共发生10 组中等地震，其后1 年内，滇西实验场及邻区均发生了MS≥5.0 地震（表1）。平均映震时间为2.9 个月，最短应震时间为0.3 个月，最长映震时间为11.2 个月。3 个月内发生MS≥5 地震的概率为6/9 ≈0.67。2015 年9 月3 日、12 日和14 日分别发生3.7、3.6 和4.1 级地震，8.5 个月后发生2016 年云龙5.0 级地震。

表1 1968 年以来中甸中等地震与实验场及邻区MS ≥5 地震相关性统计Table 1 Statistics of the correlation between moderate earthquakes in Zhongdian and MS ≥5 earthquakes in experimental field and adjacent areas since 1968

2.3 滇西M ≥4 地震有序活动

2015 年以来，滇西4 级以上地震成条带分布，其形成时间为2015 年1 月19 日—2016 年2 月8 日，分布区域为耿马—昌宁—洱源—香格里拉（图4），起始地震为2015年1 月19 日洱源4.0 级地震，结束地震为2016 年2 月8 日洱源4.5 级和4.0 级地震。2016 年5 月18 日云龙5.0 级地震即发生在该4 级以上地震条带上（图4），且距其起始地震震中25 km，距结束地震震中仅5 km（图1）。

图4 云南2015 年—2016 年5 月18 日M ≥4 地震分布Fig.4 The distribution of M ≥ 4.0 earthquakes from 2015 to May 18,2016,in Yunnan

3 地下流体同步性异常

文中对前兆异常的同步性定义为，测项30 天内达到异常指标值（杨芬等，2009）。2015 年11 月中旬至2016 年5 月中旬，云南地下流体出现不同测点相同测项同步性异常和同测点不同测项同步性异常。下关、鹤庆、保山、昌宁和龙陵水氡，下关和鹤庆固体二氧化碳呈现不同测点同测项短临同步性异常。下关水氡、固体二氧化碳和水汞，鹤庆水氡和固体二氧化碳呈现同测点不同测项短临同步性异常。

下关、鹤庆、保山二井、昌宁和龙陵水氡呈现不同测点同测项同步性异常。下关水氡日均值2015 年11 月20 日、12 月6 日、2016 年1 月6 日、2 月19 日、4 月19 日和5 月17日突破≥7.8 Bq/L 或≤6.5 Bq/L 指标值（图5）。鹤庆水氡日均值2015 年11 月16 日、11 月27 日、11 月28 日、12 月17 日、12 月19 日、12 月24 日、2016 年1 月4 日—2 月7 日连续多次、2 月17 日—5 月8 日多次突破2.0 倍方差指标值（图6）。保山二井水氡日均值2015 年11 月11 日、11 月20 日、12 月1 日、12 月11 日、2016 年1 月20—22 日 和1 月27 日突破2.0 倍方差指标值（图7）。昌宁水氡日均值2015 年11 月15 日、2016 年1 月7 日、1 月13 日、2 月16 日、2 月17 日、3 月2 日、3 月22 日、4 月14—17 日、5 月9 日 和5月10 日突破2.0 倍方差指标值（图8）。龙陵水氡日均值2016 年1 月9 日突破470 Bq/L 指标值（图9）。

图5 下关水氡日均值Fig.5 Daily mean values of water radon in Xiaguan

图6 鹤庆水氡日均值Fig.6 Daily mean values of water radon in Heqing

图7 保山二井水氡日均值Fig.7 Daily mean values of water radon in No.2 well of Baoshan

图8 昌宁水氡日均值Fig.8 Daily mean values of water radon in Changning

图9 龙陵水氡日均值Fig.9 Daily mean values of water radon in Longling

下关和鹤庆固体二氧化碳呈现不同测点同测项同步性异常。下关固体二氧化碳日均值2016 年2 月13 日、2 月25 日、3 月5 日、3 月14 日、3 月16 日和5 月4 日突破2.0 倍方差线指标值（图10）。鹤庆固体二氧化碳日均值2015 年12 月23 日、12 月24 日、2016 年1 月9 日、1 月22 日、2 月13 日、2 月14 日、3 月5 日、3 月23 日和5 月9 日突破2.8 倍方差线指标值（图11）。

图10 下关固体二氧化碳日均值Fig.10 Daily mean value of solid carbon dioxide in Xiaguan

图11 鹤庆固体二氧化碳日均值Fig.11 Daily mean value of solid carbon dioxide in Heqing

下关水汞日均值2016 年2 月24 日、4 月23 日和4 月24 日突破230 ng/L 指标值（图12）。

图12 下关水汞日期均值Fig.12 Daily mean value of water mercury in Xiaguan

下关水氡、固体二氧化碳和水汞，鹤庆水氡和固体二氧化碳呈现同测点不同测项同步性异常。下关水氡日均值2 月19 日、4 月19 日和5 月17 日突破指标值，下关固体二氧化碳日均值2016 年2 月13 日、2 月25 日和5 月4 日突破2.0 倍方差线指标值，下关水汞日均值2016 年2 月24 日、4 月23 日和4 月24 日突破230 ng/L 指标值，下关测点3 个测项满足同步性异常条件。鹤庆水氡日均值12 月17 日、12 月19 日、12 月24 日、2016 年1 月4 日—2 月7 日连续多次、2 月17 日—5 月8 日多次突破2.0 倍方差线指标值，鹤庆固体二氧化碳日均值2015 年12 月23 日、12 月24 日、2016 年1 月9 日、1 月22 日、2月13 日、2 月14 日、3 月5 日、3 月23 日和5 月9 日突破2.8 倍方差线指标值。鹤庆测点2 个测项满足同步性异常条件。

4 滇西实验场综合预测方案

利用数学模型式（2）—（3）对已通过R信度检验的8 条地下流体单项前兆异常指标（表2）进行综合计算处理，形成滇西实验场区（24°—28°N，98°—102°E）MS≥5.0 地震危险性综合判定量化指标。选用异常台数Yi作为基本参量，相应权重为Wi，综合概率为

表2 滇西实验场MS ≥5.0 地震危险性综合判定量化指标预测效能参数Table 2 The efficiency parameters of comprehensive determination quantitative index prediction of seismic risk for MS ≥ 5.0 earthquakes in western Yunnan experimental site

权重Wi由对实际预报贡献大小由Ei决定，公式如下

式中：n=1，2，…，8；Ei=A+B，其中A为虚报率，B为漏报率，则

综合概率值达到预报阈值0.53 时，其后6 个月左右滇西实验场区存在发生MS≥5.0地震的危险性（图13），对应率为22/25=0.88，概括率为22/28=0.79，R实=0.44，R理=0.196，R实＞R理。

图13 滇西实验场MS ≥5.0 地震综合判定量化指标概率值Fig.13 The synthetical assessment of quantitative index probability value for the MS ≥5.0 earthquakes in western Yunnan experimental site

2016 年2 月24 日综合概率值为0.64，突破预报阈值0.53，综合预测方案于2016 年2月24 日达到中期预测指标，84 天后即2016 年5 月18 日发生云龙5.0 级地震。

综合预测方案分级预警模式判定原则为：①综合概率值达指标，为黄色预警，为中短期预测阶段。滇西实验场区6 个月内存在发生5 级以上地震的危险性；②综合概率值达指标（首要条件），同时8 条指标异常中有一个水汞测项和一个固体二氧化碳测项达标（必要条件），为红色预警，为短临预测阶段。滇西实验场区3 个月内存在发生5 级以上地震的危险性，进入短临预测起报阶段，满足以上条件的时间为起报时间。

2016 年2 月24 日综合概率值为0.64，突破预报阈值0.53，综合预测方案首要条件已满足。鹤庆固体二氧化碳日均值2015 年12 月23 日达到预测指标，下关水汞日均值2016年2 月24 日达到预测指标。2016 年2 月24 日综合预测方案必要条件也已满足，依据综合预测方案分级预警模式判定原则，达到综合预测方案短临预测指标，并时隔84 天在云龙发生5.0 级地震。

5 结论和讨论

（1）2016 年5 月18 日云南云龙5.0 级地震前，地震活动性存在5 级以上地震平静异常、中甸中等地震窗活动以及滇西2015 年以来4 级以上地震条带分布等中期异常。

（2）多次震例表明，地下流体不同测点相同测项同步性异常和同一测点不同测项同步性异常现象同时出现，是地震孕震过程进入短临阶段的重要标志。2015 年11 月中旬至2016 年5 月中旬，云南地下流体出现了不同测点同测项同步性异常和同测点不同测项同步性异常的短临异常现象，而云龙5.0 级地震的发生，即印证了该指标的可靠性。

（3）滇西实验场于2016 年2 月24 日达到综合预测方案短临预测指标，84 天后云龙发生2016 年5 月18 日5.0 级地震。

（4）滇西实验场综合预测方案为地震短临预测提供了定量预测依据。地震活动性异常和地下流体同步性异常为短临预测提供了定性预测依据。定量和定性分析相结合，可提高地震短临预测的准确率。定量预测是基础，定性预测是补充依据。