2022, Vol. 42
近年来，诸多学者利用定点形变资料，采用多种数据处理方法研究地震前的异常变化，得到很多有意义的结论[1-3]，为地震预测研究提供了有价值的参考。就地震前兆研究而言，首要问题是如何判断地震前兆，丁国瑜等[4]提出只能通过与正常观测值进行比较来判断异常，因此观测资料必须有正常的观测背景。定点形变资料存在季节变化，因此资料的积累时间至少应该在2 a以上；确定异常后还需排除与构造运动无关的干扰，然后通过同一观测点不同仪器或不同观测点的一致性结果来提高异常的可靠性。
2021-05-21云南漾濞发生M6.4地震，震源深度为8 km，全国定点形变台网270多个台站中有近600套仪器记录到了同震响应。本文对此次地震震中附近定点形变台站的水管仪和伸缩仪观测资料进行分析和讨论，其中水管仪主要观测地壳垂直方向的相对运动和倾斜固体潮汐的动态变化，伸缩仪主要监测地壳水平方向的应变变化和地应变固体潮汐的动态变化，其最小格值分别为10-3″和10-10。
1 观测资料本次地震震中距200 km范围内有洱源、云龙、弥渡、保山、云县、丽江、永胜和楚雄8个定点形变观测站，除弥渡台仅有水管倾斜观测仪器外，其他7个台站均同时布设水管倾斜仪器和洞体应变观测仪器。由于保山台的正常观测背景不明显，本文不作分析。数据分析时段为2015-01-01~2021-05-20，采样频率为h，图 1为台站及震中分布情况。
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图 1 震中和观测台站分布 Fig. 1 Epicenter and observation stations distribution |
目前所用的数据分析方法主要是对同一观测点不同仪器的资料或不同观测点的资料进行对比分析。实验证明，通过对几套独立观测系统的同点观测数据进行对比，可以排除仪器的干扰；通过对几个台站的同类观测数据进行对比，可以排除小范围的环境干扰和人为干扰，增强数据的可靠性[2]。对于同一地震，当2个以上观测点记录到同一种前兆异常时，表明这种现象在空间上具有某种程度的普遍性，能增大该异常在地震预报中的应用价值[3]。
2 资料分析和处理本文所使用的各台站观测资料均已经过干扰排查，并且均有2套或2套以上仪器进行对比分析，观测资料可靠。
2.1 各观测站资料对比分析洱源地震台位于红河深大断裂带北部，观测山洞由防空洞改造而成，全长79 m，仪器洞室进深42 m，覆盖层厚度约30 m，全年洞室温度保持在25±0.5 ℃，相对湿度在90%以上，干扰较少。洱源台距离震中仅49 km，自2007年开始布设有水管仪和伸缩仪。由图 2可见，水管仪和伸缩仪均有较好的年变规律，2015~2018年4 a的年变清晰，可作为正常的观测背景；2条曲线同时在2019年发生转折，水管仪转向S倾，应变仪转为拉张，且年变形态消失、年变幅度减小，2套仪器出现异常变化的时间同步，异常特征相同。对于年变幅的比较，采用去除长期线性趋势的办法，保留年尺度内的动态变化信息，具体见图 3。
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图 2 洱源台水管仪和伸缩仪观测曲线 Fig. 2 Observation curve of water pipe instrument and extensometer at Eryuan station |
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图 3 洱源台伸缩仪原始观测曲线和去线性后的曲线 Fig. 3 Original observation curve and de linearization curve of extensometer at Eryuan station |
云龙台距离震中55 km，地处横断山脉南段清水郎山西侧，在金沙江与澜沧江之间，靠近澜沧江支流河谷。台址基岩为侏罗系细砂岩，完整且比较坚硬。水管仪和伸缩仪2套仪器的观测资料质量优秀，年变规律明显，有正常的观测背景。洞体应变仪在2019年前一直保持压缩状态，从2019年上半年开始压缩趋势变缓，年变幅度减小；水管仪观测曲线也从2019年开始出现同步转折向W倾，年变幅度减小明显，具体见图 4。
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图 4 云龙台水管仪和伸缩仪观测曲线 Fig. 4 Observation curve of water pipe instrument and extensometer at Yunlong station |
弥渡台位于红河断裂与程海断裂及楚雄-建水断裂的交会点，距震中90 km，仅有水管倾斜观测仪器。由图 5可见，NS向2020年前变化较为平稳，2020年后观测曲线开始上升，N倾趋势比较明显，2020年后EW向W倾加速。2套仪器观测曲线都在2020年初发生同步转折，整体倾向NW。
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图 5 弥渡台水管仪观测曲线 Fig. 5 Observation curve of water pipe instrument at Midu station |
丽江台距离震中141 km，位于川滇“夕”字形与云南“山”字形西翼构造带复合部位。由图 6可知，水管仪和伸缩仪曲线长趋势没有发生明显转折，从2019年下半年开始年变幅度减小。
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图 6 丽江台水管仪和伸缩仪观测曲线 Fig. 6 Observation curve of water pipe instrument and extensometer at Lijiang station |
永胜台地处多条断裂带交会处，程海断裂带贯穿其中，距震中145 km。由图 7可见，水管仪和伸缩仪从2019年下半年开始出现小幅度的趋势性转折，水管仪转向S倾，伸缩仪转为拉张，与丽江台的异常出现时间基本同步。
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图 7 永胜台水管仪和伸缩仪观测曲线 Fig. 7 Observation curve of water pipe instrument and extensometer at Yongsheng Station |
楚雄台距离震中180 km，由图 8可见，水管仪和伸缩仪从2020年年中开始出现同步的大幅度变化，之后年变幅度减小。
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图 8 楚雄台水管仪和伸缩仪观测曲线 Fig. 8 Observation curve of water pipe instrument and extensometer at Chuxiong station |
震中200 km范围内除上述台站外，还有云县台布设有水管仪和伸缩仪，但没有出现类似异常。另外震中200 km范围以外的台站观测资料中没有出现明显的同步趋势性转折或年变幅度减小的现象，因此本文不作分析和讨论。
2.2 多个观测站时空特征从上述分析可以看出，单个观测站的水管仪和伸缩仪几乎都是同时出现异常现象，且均表现为趋势性转折，如洱源台、云龙台、弥渡台及永胜台，应变观测曲线转折后都表现为拉张，倾斜观测曲线转折后倾向大都指向震中方向；丽江台和楚雄台水管仪和伸缩仪年变幅度同步减小，说明该区域活动性减弱。
从时间上看，总体上距离震中较近的台站出现异常的时间早，距离震中较远的台站异常出现的时间相对较晚。弥渡台虽然比丽江台和永胜台距离震中更近，但异常出现的时间较晚，这可能与台站所处区域的断层有关。从空间分布上看，震中200 km范围内，除云县台异常特征不明显外，其他6个台站的异常特征较为一致，均表现为观测曲线发生趋势性转折或年变幅度减小，倾斜观测曲线转折后倾向大都指向震中方向，应变观测曲线都表现为拉张等。
图 9为观测资料去除趋势项后的结果，由图可见，年变形态更加清晰，均有4 a左右的正常观测背景。洱源台和云龙台年变幅度开始减小的时间为2019年，丽江台为2019年下半年，楚雄台为2020年下半年，各台站年变幅度减小近2/3，说明该区域整体活动减弱。
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图 9 各观测站去除趋势项后的曲线 Fig. 9 Curve of each observation station after removing trend term |
本文利用云南漾濞M6.4地震震中距200 km范围内7个观测台站的水管仪和伸缩仪2015-01-01~2021-05-20整时观测资料研究震前的异常现象。结果表明，从2019年开始有4个台站的2套仪器观测曲线出现同步趋势性转折，倾斜观测曲线转折后倾向大都指向震中方向，应变观测曲线都转为拉张；有4个台站出现观测资料年变幅度减小的现象，说明区域整体活动性减弱。异常出现的时间与震中距有一定的关系，距震中较近的台站异常出现的时间较早，距震中较远的台站异常出现的时间相对较晚，这对于地震危险区判定具有一定的参考价值。
笔者曾对云南地区多个6级及以上地震进行震例分析和总结[5-6]，结果表明，距震中200 km范围内的形变台站震前大多记录到异常信号，但异常出现时尚未总结出规律。在地震孕育初期，孕震系统各部分之间的相互作用主要发生在相邻单元，应力场的相关长度较小。随着孕震过程的不断进行，应力相关长度逐渐扩大到整个区域，孕震系统中震级较大地震发生的频率逐渐增加，系统不断接近并最终进入临界状态，直至大地震发生。此外，对孕震区尺度进行最优拟合，估计6.4级地震的孕震区尺度半径为200 km左右[7]，这一结论可以解释异常首先出现在距震中最近的台站，然后出现在距震中较远的台站这一现象。从震源开始应力场逐渐增大，孕震区尺度逐渐变大，距离震源不同远近的倾斜仪和应变仪依次监测到异常变化。
震前异常监测是地震预测不可或缺的基础，具有复杂性和不确定性，如何将各类异常与地震进行逐一匹配还有待进一步深入研究。
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