云南漾濞2017 年5.1 级和2021 年6.4 级地震异常共性特征研究＊

杨 芬 辛灿锦

1) 中国地震科学实验场大理中心，云南大理 671000

2) 云南省大理白族自治州地震局，云南大理 671000

0 引言

地震是照亮地球内部结构的一盏明灯，同时地震是地球内部应力应变场变化的直接反映，因此小地震的活动规律可以为中强震预测提供最为直接可靠的信息。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[1]。

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，必将作用和牵连处于同一孕震应力应变场作用下的多个应力集中点产生相应活动和演化。因此同一孕震应力应变场作用下，会观测到前兆同步性异常现象[2-4]。

同一区域的中强震有相似的孕震环境，相似的孕震环境表现为震前相同观测资料有相似的异常过程。2 次地震孕震微环境和孕震过程会有所差异，表现为相同观测资料有相似的异常过程，但异常出现时间、异常持续时间和异常幅度有所不同。笔者对2 次漾濞中强震异常共性特征进行总结，为今后地震预测提供参考依据。

1 漾濞构造背景与历史地震

云南漾濞2017 年5.1 级和2021 年6.4 级地震震中位于维西—乔后—南涧断裂附近（图1），断裂属于我国23 条主要地震带之一的中甸—大理地震带。漾濞2021 年6.4 级地震震中60 km 范围内，1900 年以来历史上5 级以上地震记录有25 次（表1），其中6级以上地震有4 次，分别为1901 年2 月15 日邓川6.5 级地震、1925 年3 月16 日大理7.0 级地震、1963年4 月23 日 永 平6.0 级 地 震 和2021 年5 月21 日 漾濞6.4 级地震（图1）。

表1 漾濞2021 年6.4 级地震震中60 km 范围内，1900 年以来发生的5 级以上地震统计表Table 1 Statistics of M≥5 earthquakes in 60 km of the epicenter of Yangbi M6.4 earthquake in 2021 since 1900

图1 云南漾濞及其邻区地震分布图Fig.1 Earthquake distribution map of Yangbi and its adjacent areas

2 云南地震活动性异常

漾濞2017 年5.1 级地震和2021 年6.4 级震群发震前，云南地震活动性存在以下几个方面的异常共性特征：云南M≥5.0 地震平静异常；云南M4.0～4.9 地震平静异常；云南M≥3.0 地震低频次活动转为增强态势；滇西M≥4 地震成条带分布；漾濞4 级双震前震。

2.1 云南M≥5 地震平静异常

云南1986 年以来M≥5.0 地震历史年平均活动频次为3～4 次（图2a）。2016 年5 月18 日云龙5.0 级地震—2017 年3 月27 日漾濞5.1 级地震期间，云南M≥5.0 地震平静时间长达313 天（图2b）。2020 年5 月18 日巧家5.0 级地震—2021 年5 月21 日漾濞6.4 级震群期间，云南M≥5.0 地震平静时间长达368 天（图2b）。

图2 1986—2022 年云南M≥5 地震（a） 年活动频次图和（b） 时间间隔图Fig.2 Annual activity frequency diagram （a） and time interval diagram （b） of M≥5 earthquakes in Yunnan from 1986 to 2022

根据某地区发生地震自然概率的计算关系式[5]：

式中，ν是研究区平均Mi≥M的地震发生率，是复发周期的倒数，τ为待预测时间。

以云南M≥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 年，其倒数ν=3。2016年5 月18 日云龙5.0 级地震—2017 年3 月27 日漾濞5.1 级地震的待预测时间段τ=0.86，2020 年5 月18 日巧家5.0 级地震—2021 年5 月21 日漾濞6.4 级震群的待预测时间段τ=1.01，将上述参数代入公式（1），分别得到云南发生M≥5.0 地震的自然概率为0.924 和0.952。

2.2 云南M4.0～4.9 地震平静异常

2016 年8 月12 日巧家4.5 级地震—2016 年11 月17 日漾濞4.2 级地震期间，云南M4.0～4.9 地震平静时间长达97 天（图3a）。2021 年3 月1 日洱源4.0 级地震—2021 年5 月13 日漾濞4.0 级地震期间，云南M4.0～4.9 地震平静时间长达73 天（图3a）。

图3 云南（a） M4.0～4.9 地震时间间隔图和（b） M≥3 级地震3 个月活动频次图Fig.3 （a） Time interval diagram of M4.0～4.9 earthquakes and （b） quarterly activity frequency diagram of M≥3 earthquakes in Yunnan

2.3 云南M≥3.0 地震低频活动

2015 年9 月—2016 年6 月 云 南M≥3.0 地 震 低频活动，3 个月活动频次连续10 个月低于历史活动水平，至2016 年9 月M≥3.0 地震3 个月活动频次达47 次，突破历史活动平均水平44.7 次，地震活动由低频次活动转为增强态势（图3b）。其后间隔6 个月发生2017 年3 月27 日漾濞5.1 级地震。

2019 年6 月—2020 年6 月云南M≥3.0 地震低频活动，3 个月活动频次连续13 个月低于历史活动水平，至2020 年9 月M≥3.0 地震3 个月活动频次达53 次，突破历史活动平均水平44.7 次，地震活动由低频次活动转为增强态势（图3b）。其后间隔7 个多月发生2021 年5 月21 日漾濞6.4 级震群。

2.4 滇西M≥4 地震成条带分布

2016 年5 月18 日云龙5.0 级地震后，2016 年5 月19 日—2017 年3 月26 日，滇西M≥4 地震成条带分布，2017 年3 月27 日漾濞5.1 级地震发生在条带的端部（图4a）。

图4 滇西M≥4 地震分布图Fig.4 Distribution map of M≥4 earthquakes in western Yunnan

2020 年5 月18 日 巧 家5.0 级 地 震 后，2020 年5 月19 日—2021 年5 月20 日M≥4 成条带分布，2021年漾濞6.4 级震群发生在条带的端部（图4b）。

2.5 漾濞2016 年和2021 年4 级双震前震

漾濞2016 年11 月17 日发生4.2 级和4.4 级双震前震，其后间隔4 个多月2017 年3 月27 日发生漾濞5.1 级地震（图5a）。漾濞2021 年5 月18 日和19 日分别发生4.2 级和4.4 级双震前震，其后间隔2 天2021 年5 月21 日发生漾濞6.4 级震群（图5b）。

图5 漾濞 4 级双震前震Fig.5 Distribution map of Yangbi M4 double earthquakes

3 云南地下流体异常

漾濞2017 年5.1 级地震和2021 年6.4 级震群发震前，200 km 范围内，云南地下流体观测资料洱源中层水温，下关和保山水汞，下关和洱源固体二氧化碳，下关、龙陵和腾冲水氡测项存在中短期异常共性特征（表2）。漾濞2017 年5.1 级地震前，2016 年6 月龙陵和腾冲水氡出现同步性异常，2016 年9 月下旬—10 月下旬保山水汞，下关和洱源固体二氧化碳，下关水氡出现同步性异常。漾濞2021 年6.4 级地震前，2020 年12 月下旬—2021 年1 月中旬保山水汞，下关和洱源固体二氧化碳，下关、龙陵和腾冲水氡出现同步性异常。

本文对前兆异常的同步性定义为：不同测项30 天内同时达到异常指 标值[2,6-7]。

3.1 水温前兆异常

洱源中层水温分别于2016 年11 月23 日和2020 年10 月4 日开始呈现持续性低值异常过程（图6），于地震前两天2017 年3 月25 日和2021 年5 月19 日 达 到 异 常 最 低 值31.175 6℃和31.104 6℃。水温观测值2017 年3 月26 日为31.175 6℃，2017 年3 月27 日为31.190 4℃，地震当天回升。2021 年5 月21 日31.104 9℃，22 日31.120 7℃，震后第2 天观测值回升。2 次地震都是在水温持续下降异常过程中发震，震后当天或第2 天水温回升。

图6 洱源中层水温日均值图Fig.6 Daily mean value chart of intermediate water temperature in Eryuan

3.2 水汞前兆异常

下关水汞日均值≥260 ng/L 对应200 km 范围内M≥5.0（图7a）。分 别 于2017 年2 月25 日 和2020年7 月19 日达到260 ng/L 和298 ng/L 高值异常。

图7 下关和保山一井水汞日均值图Fig.7 Daily mean value chart of water mercury in Xiaguan and Baoshan No.1 Well

保山一井水汞日均值≥160 ng/L 对应200 km 范围内M≥5.0（图7b）。分别于2016 年9 月6 日、10 月8 日 和2021 年1 月8 日 达 到179 ng/L、287 ng/L 和169 ng/L 高值异常。

3.3 固体二氧化碳前兆异常

为突出观测数据日变量，对下关和洱源固体二氧化碳日均值进行一阶差分处理，

式中，Δxi为差分值，xi为当天观测值，xi-1为前一天观测值。

下关固体二氧化碳日均值一阶差分突破2.5 倍方差线，对应200 km 范围内M≥5.0（图8a）。分别于2016 年10 月26 日 和2021 年1 月4 日 达 到-41 mg/L和53 mg/L 异常值。

图8 固体二氧化碳日均值一阶差分图Fig.8 Daily mean value chart of solid carbon dioxide

洱源固体二氧化碳日均值一阶差分突破2.5 倍方差线，对应200 km 范围内M≥5.0（图8b）。分别于2016 年9 月24 日 和2021 年1 月21 日 达 到88 mg/L和-85 mg/L 异常值。

3.4 水氡前兆异常

为突出观测数据日变幅度，对下关、龙陵和腾冲水氡进行日均值变化速率处理，

式中，εi为变化速率，xi为当天观测值，xi-1为前一天观测值。

下关水氡日均值变化速率≥0.139 Bq/L 对应200 km 范围内M≥5.0（图9a）。分别于2016 年10 月18 日和2021 年1 月19 日达到0.139 Bq/L 和0.145 Bq/L高值异常。

图9 水氡日均值变化速率图Fig.9 Daily mean value variation rate diagram of water radon

龙陵水氡日均值变化速率≥1.4 Bq/L 对应200 km 范围内M≥5.0（图9b）。分别于2016 年6 月10 日 和2021 年1 月9 日 达 到1.47 Bq/L 和1.85 Bq/L高值异常。

腾冲叠水河水氡日均值变化速率≥0.30 Bq/L 对应200 km 范 围 内M≥5.0（图9c）。分 别 于2016 年6 月6 日 和2020 年12 月29 日 达 到0.308 Bq/L 和0.443 Bq/L 高值异常。

4 异常共性特征及原因的认识和讨论

综上所述，云南漾濞2017 年3 月27 日5.1 级和2021 年5 月21 日6.4 级地震前地震活动性和地下流体观测资料存在一些异常共性特征，小结如下：

（1）漾濞2017 年5.1 级地震和2021 年6.4 级震群前，云南地震活动性存在时序、空间和时空3 方面中短临异常共性特征。时序特征有云南M≥5.0 地震平静异常，云南M4.0～4.9 地震平静异常和云南M≥3.0 地震低频次活动转为增强态势中期异常共性特征。空间特征有滇西M≥4 地震成条带分布中期异常共性特征。时空特征有漾濞4 级双震前震短临异常共性特征。

（2）中强震和小震都处于平静状态，即地震能量处于积累状态，为下一次中强震的发生提供能量积蓄。当地震能量积累到一定程度，就会呈现预释放过程，小震开始相对活跃，地震从异常平静转为增强态势，这个动态发展过程为中强震预测提供了时间参考。中等地震有序分布可能是地震动态孕育过程的时空呈现，为中强震预测提供了时空参考。前震和震群活动同样可能是中强震预释放过程的时空呈现，为中强震预测提供了时空参考。

（3）漾濞2017 年5.1 级和2021 年6.4 级震群发震前，200 km 范围内，云南地下流体观测资料洱源中层水温，下关和保山水汞，下关和洱源固体二氧化碳，下关、龙陵和腾冲水氡测项存在中短期异常共性特征。漾濞2017 年5.1 级地震前，2016 年6 月龙陵和腾冲水氡出现同步性异常，2016 年9 月下旬—10 月下旬保山水汞，下关和洱源固体二氧化碳，下关水氡出现同步性异常。漾濞2021 年6.4 级地震前，2020 年12 月下旬—2021 年1 月中旬保山水汞，下关和洱源固体二氧化碳，下关、龙陵和腾冲水氡出现同步性异常。洱源中层水温在2 次地震中开始呈现持续下降异常过程中发震，震后当天或第2 天水温回升。

同一区域的中强震有相似的孕震环境，相似的孕震环境表现为地震前相同观测资料有相似的异常过程。2 次地震孕震微环境和孕震过程会有所差异，表现为相同观测资料有相似的异常过程，但异常出现时间、异常持续时间和异常幅度有所不同。