2023年8月23日普兰店M4.6地震地下流体异常分析

王喜龙，柳海华，刘建光，陈军典，王丽娟

（1.辽宁省地震局，辽宁 沈阳 110034；2.北京红晶石投资咨询有限责任公司，北京 100044；3.辽宁省物测勘查院有限责任公司，辽宁 沈阳 110031；4.辽宁省汇泽矿业技术咨询有限公司，辽宁 沈阳 110032）

0 引言

地震预测一直是世界性的科学难题，近些年虽然我国在中长期预报方面已取得了明显的成效，但在地震短临预报领域，仍然存在巨大的困难难以逾越。现阶段地震的短临预报仍主要是通过地震学及地球物理观测的异常来判断，譬如地震活动性、水物理、水化学、地壳形变和电磁异常等。而这些观测手段中，地下流体（水物理、水化学等）无疑是对地震短临预报最为有效直观的观测手段。根据《中国震例》的总结结果显示，井泉水氡、水位、水温、离子及气体等测项在多次大震前均出现明显短临异常形态变化和数量上的变化[1-5]。就辽宁地区而言，历史上曾对1975 年海城7.3 级地震与1999年岫岩5.4 级地震作出了成功的地震短临预报，而其中地下流体对两次地震的成功预报，尤其是短临阶段起到了至关重要的作用[5-7]。

本文针对2023 年8 月23 日18 时19 分辽宁大连普兰店发生的4.6级地震，对地震前后辽宁地区地下流体观测数据进行了系统的梳理与总结，给出普兰店4.6级地震前有关的地下流体异常信息变化特征及震后同震响应特征。最后对此次地震前后异常发展与地震的发生关系进行讨论分析，为辽宁地区今后地震短临预报提供借鉴。

1 普兰店4.6 级地震震中周边辽宁流体观测台站概况

辽宁地区现有地球物理流体观测站点24个，其中包括11个水化和23个水物理定点观测点，共计89个测项。其中水化观测共计33个测项，水物理观测共计56 个测项。从流体测站距离本次地震距离来看，此次地震震中100 km 范围内存在3 个入国家前兆台网的流体观测点，分别为金州地震台水位水温测点、金州北关泉水氡测点与瓦房店楼房井水位水温测点，共计6 个测项。距震中100～200 km 范围内存在12 个入国家前兆台网的流体观测点，共计43 个测项，分别为丹东汤池水位、水温与水氡，丹东变电水位、水温与气氡，岫岩1 井水位、水温与水氡，岫岩二井水位，营口大石桥周家井水位、水温，西鞍山井水位、水温，盘锦于105井水位、水温，盘锦红25 井水位、水温，盘锦荣二井水位、水温，盘锦齐一井水位、水温，盘锦兴一井水位、水温，盘锦盘一井水氡、离子、气体、气氡与水汞。43 个测项中存在1 项流体异常，异常测项为兴一井水位，但数据分析显示，该异常震前短期变化不明显。距震中200～300 km 范围内存在10个入国家前兆台网的流体观测点，共计25 个测项，分别为宽甸明安水氡、水位，抚顺山龙峪水位、水温，辽阳汤河水氡，本溪井水位、水温，高七井水位、水温，新民井水位、水温，阜新井水温、水汞，阜新哈达户稍水氡，锦州沈家台水氡、气氡、水位与水温，葫芦岛药王庙水位、水温与气氡（图1）。具体流体测点分布与测点震中距见图1与表1。

图1 流体测点空间分布图Fig.1 Space distribution of fluid measurement points

表1 普兰店4.6级地震300 km范围内流体测项统计表

2 地下流体既有异常分析

普兰店4.6级地震发生前，辽宁地区共存在2 项地下流体异常，分别为兴一井水位与辽阳汤河水氡，两测点均位于辽南地区。兴一井水位为趋势性背景异常，辽阳汤河水氡为中短期异常（图1）。

2.1 兴一井水位异常变化特征

兴一井水位距普兰店4.6 级地震震中约188 km。兴一井水位曾在1978 年营口5.9 级地震与1999 年岫岩5.4 级地震前均出现明显短期破年变异常变化[8-9]，因此，兴一井水位异常变化对辽南地区地震发生具有较好指示意义。

图2 兴一井水位整点值变化曲线Fig.2 Curves of integral points value of water level in Xingyi Well

兴一井水位于2021 年7 月开始出现破年变转折变化，2021—2023 年期间水位呈趋势上升变化，且与以往正常年动态相比，水位呈现破年变异常变化，同时年变幅也呈现较明显异常现象，但2023 年水位开始出现年变变化后，本年度水位下降幅度与异常时段相比呈现明显恢复性变化，2023 年6 月至2023 年8 月水位变化幅度已恢复至正常背景水平，水位变化幅度为0.76 m 左右（图2）。与兴一井水位正常年动态背景时段对比，水位正常时段夏高冬低年变规律明显，一般在1—5 月水位上升，水位下降时间一般为每年5—12月，降幅一般在0.65～0.85 m。因此，虽然水位在7—8 月期间下降速率有所减缓，但对比往年正常动态，水位曲线变化形态仍属正常动态。综上分析可知，此次短期水位趋势减缓现象作为普兰店4.6级地震前兆异常的证据不够充分。但《中国震例》等相关资料中显示，一些中强地震发生在地下流体异常恢复过程中[7-13]。因此，也不能完全否定兴一井水位异常恢复过程与普兰店4.6级地震发生之间无必然成因联系。

2.2 辽阳汤河水氡异常变化特征

辽阳汤河水氡测点距普兰店4.6级地震震中约208 km，汤河水氡曾在1975 年海城7.3 级地震与2013 年灯塔5.1 级地震前均出现明显短临异常变化[5]，该测点对辽南地区地震发生具有较好短临指示意义。

辽阳汤河水氡2022 年11 月6 日起测值表现为持续低值变化，与以往正常时段相比，氡值最大变幅可达18.4 Bq/L，虽然至今该测点水氡有正常年变动态，但年变幅仍明显低于往年正常背景水氡（图3）。因此经现场核实及结合以往震例的异常形态及幅度等变化特征，将该异常认定为B 类异常进行跟踪。结合汤河水氡历史震例对比普兰店4.6 级地震该测项数据变化，此次震前汤河水氡虽有低值异常，但异常形态与以往震前短时高值突跳形态存在明显差异。本次异常虽为中短期异常，但由于异常形态差异，且此次地震震级相对偏低，震中距较远，因此分析认为汤河水氡异常对此次地震指示作用有限。

图3 辽阳汤河水氡变化曲线Fig.3 Curves of water radon in Liaoyang

3 瓦房店水位固体潮畸变异常分析

瓦房店水位测点距震中约40 km，该流体观测点于2022 年7 月完成设备安装，2022 年11月30 日开始试运行观测，由于观测至今未满1年且未开展验收，因此数据存放在省局备份库中。该井井深450 m，井内现有1套水位观测仪与6 套水温观测仪。该井水位在普兰店区发生4.6级地震前和震后出现固体潮畸变现象与同震响应，同震响应尤为明显。具体表现为井水位在8 月23 日11 时开始出现短时固体潮畸变现象，18 时19 分发生普兰店4.6 级地震后，该测项再次出现明显同震响应变化，表现为高值阶变异常特征，后逐渐恢复正常（图4）。

图4 瓦房店井水位分钟值变化曲线Fig.4 Minute value of water level in Wafangdian

经现场核实，该井水位数据变化真实，本次地震事件该测点水位观测数据在震前出现几个小时的固体潮畸变，震后出现同震响应，震后响应表现尤为突出，表明该测点异常现象对于这次地震是一次成功印证，是一个映震敏感点，同时也印证了地下流体观测对地震短临预报指示效果明显。但由于该测项数据至今观测未满1 年，未验收，因此分析过程中无法对其正常年动态背景进行确定。从监测角度分析，由于水位固体潮畸变异常现象出现和持续时间短，仅震前几个小时，而前兆数据传输存在一定滞后效应，需经预处理后方能传至数据库中，这就导致监测与预报人员未能实现对观测数据的时时监控。从预报角度分析，虽然震前有短暂固体潮畸变现象，但由于数据未验收、整体时间尺度短，正常年动态背景无法确定，同时固体潮畸变形态并不完整。根据辽宁短临技术跟踪方案判定，固体潮畸变对时间及地点判定具有一定指示意义，对震级指示效果不明显，且由于此次固体潮畸变属于单点畸变，附近其他流体测项无与之配套同步固体潮畸变异常出现，因此在震前较难认定此次畸变对周边中强地震有指示意义，也无法给出明确结论认定其为地震震前异常。

但通过此次地震异常事件，也使我们得到了一些认识与启示。（1）地震监测网络布局既要布设在活动断裂带及其附近地区，同时在地震映震敏感部位布设地震观测点也十分必要。（2）虽然目前前兆系统还未实现对观测数据的时时传输监控，如此短时间尺度畸变现象对监测预报人员而言，人工识别异常尚达不到如此高效。因此未来开展数字化自动识别工作将是我们地震监测预报领域亟需攻克的重点任务目标。（3）基于瓦房店水位固体潮畸变这一事件，也为流体短临预报异常识别、提取工作积累了宝贵的经验。加强基层台站观测、异常跟踪落实，为预报人员提供高信度的第一手资料显得尤为重要。

4 同震响应分析

此次普兰店4.6 级地震震中300 km 范围内共有3 个测点出现同震响应，分别为瓦房店水位（震中距40 km）、丹东变电水位（震中距195 km）和沈家台水温（震中距243 km）（图1）。丹东变电水位分钟值观测数据于2023 年8 月23日普兰店4.6 级地震后发生明显同震响应变化，具体表现为短时高值阶变，后水位迅速恢复至正常变化（图5）。沈家台水温分钟值观测数据于2023 年8 月23 日普兰店4.6 级地震后发生明显同震响应变化，具体表现为震后短时下降变化，8月24日水温数据恢复至正常变化（图6）。

图5 丹东变电水位同震响应变化曲线Fig.5 Co-seismic response of waterlevel curves in Biandian of Dandong

图6 锦州沈家台水温同震响应变化曲线Fig.6 Co-seismic response of watertemperature curves in Shenjiatai of Jinzhou

从水位、水温同震响应变化形态可以看出，水位同震主要表现为高值阶变，而水温则表现为低值下降变化特征。对比测点与震中位置，瓦房店井及丹东变电水位测点均位于辽东半岛，不仅震中距较小，同时空间构造相关性存在一定对应关系，因此普兰店地震发生，瞬时的地震波及应力加载作用，可能是造成水位出现高值阶变主要原因之一。而沈家台水温测点位于辽西地区，震中距偏远，且空间构造关联性相对较小，因此可能导致水温形态出现低值变化。

5 异常测项比

距此次地震震中100 km 范围内，出现异常的定点地下流体台站2个，异常测项2项，异常台站（点）百分比为50%，异常台项百分比为16.6%；距此次地震震中200 km 范围内，出现异常的定点地下流体台站有3个，异常测项有3项，异常台站（点）百分比为18.75%，异常台项百分比为6%；距此次地震震中300 km 范围内，出现异常的定点地下流体台站有5 个，异常测项3 项，异常台站（点）百分比为11.5%，异常台项百分比为4%。对比1999 年岫岩5.4 级地震与2013年辽阳灯塔5.1级地震[8,12]，岫岩5.4级地震前震中100 km 范围内共存在2 项流体前兆异常与7项宏观异常，200 km范围内共存在8项流体前兆异常，异常短临特征明显且信度高；灯塔5.1级地震前震中100 km范围内共存在2项流体短临异常，200 km 范围内共存在3 项流体前兆异常，且异常信度高。对比分析普兰店4.6级地震与之前两次地震差异原因，则可能主要与震级水平相对偏低存在一定成因联系。

6 结论与认识

基于对普兰店4.6级地震前后辽宁地区地下流体异常特征进行梳理，得到以下3 点结论与认识。

（1）普兰店4.6级地震发生前后辽宁地区共存在2项既有流体异常，1项震前固体潮畸变临震异常与3 项同震响应变化。震中100 km 范围内存在1 项流体异常，200 km 范围内存在3 项流体异常，300 km 范围内存在3 项流体异常。对比异常测项占比，明显低于岫岩5.4级地震与灯塔5.1级地震占比水平，主要原因可能与震级水平相对偏低存在一定成因联系。

（2）虽然震前存在2项中长期异常与1项临震异常，但通过异常特征分析，2 项既有异常震前无明显短临变化，对此次地震指示作用有限。震前虽存在几小时固体潮畸变异常变化，但由于数据未验收、整体时间尺度短，正常年动态背景无法确定，同时固体潮畸变形态并不完整，依据辽宁短临技术跟踪方案，在震前较难认定此次畸变对周边中强地震有指示意义，也无法给出明确结论认定其为地震震前异常。同震响应特征显示，水温与水位形态存在明显差异，这可能主要与震源机制及空间构造相关性存在一定成因联系。

（3）瓦房店水位震前临震固体潮畸变及震后同震响应表明，该测点异常现象对于这次地震是一次成功印证，该测点是一个映震敏感点，同时也印证了地下流体观测对地震短临预报指示效果明显。但由于数据传输及数据本身原因限制，使我们目前很难对该现象及时发现并研判为地震前兆异常。因此这也提示我们开展数字化自动识别工作非常必要，这项任务未来将是我们地震监测预报领域亟需攻克的重点目标。同时基于瓦房店水位固体潮畸变这一事件，也为流体短临预报异常识别、提取工作积累了宝贵的经验。加强基层台站观测、异常跟踪落实，为预报人员提供高信度的第一手资料显得尤为重要。