0 引言

腾冲位于滇西区域，地处横断山脉南段，青、藏、滇、缅巨型构造体系中段与经向构造的复合部位。特殊的地理位置造就复杂的地质构造格局，该区地下结构破碎，且地下断裂多呈NS偏E向分布，区内由龙川江断裂、棋盘石—腾冲断裂、胆扎—高田断裂、新岐—热水塘断裂、屈家营—硫磺塘断裂、大盈江断裂等断裂控制。

腾冲位于腾冲—龙陵地震带上。该地震带主要沿龙陵—腾冲—固东—泸水以西呈NW向分布，以腾冲为界，分为活动特征不同的南、北两段，其中北段多发生震群型地震，南段地震活动多表现为前震—双主震—余震型。2011年6月20日和8月9日腾冲2次M_S 5.2地震即发生在该断裂南段。本文重点分析2011年腾冲M_S 5.2双震前近场区水位、形变（水平摆）、水氡、腾冲叠水河碳酸泉流量、水温异常特征，探讨了地震孕育过程中应力场分布状态及临震前构造应力作用下导致的前兆异常加剧变化。腾冲M_S 5.2双震前异常的时空变化特征，对未来小滇西中强地震短临预报具有较好的指示意义。

1 震区地质构造背景

滇西位于缅甸深大断裂剪切带附近，受到印度板块侧向挤压力的作用。区内活动构造主要有瑞丽—龙陵断裂、怒江断裂、大盈江断裂、龙川江断裂、苏典—盈江断裂。据历史地震资料，滇西地区M≥5地震主要分布在瑞丽—龙陵断裂、大盈江断裂、龙川江断裂、苏典—盈江断裂上，地震活动被以上4条断裂所控制，2011年腾冲2次M_S 5.2地震均发生在大盈江断裂与龙川江断裂交会附近的龙川江断裂上（刘翔等，2014）。

在孕震过程中，震源作用在观测点所产生的物理效应为源兆信息，而区域场作用下观测点所产生的物理效应为场兆信息。在空间上，分为余震区、孕震区、近源区、远源区（近源区以外区域）。据陈章立等（1998）的研究，近源区的尺度L与主震震级M_S的关系为

$ M_{\mathrm{S}}=3.5891 \lg L-2.473 $

(1)

在地震研究过程中，源兆与场兆难以区分，为破坏性地震危险区的预测带来较大难度，但通过对近场前兆异常特征的分析和研究，可把地震危险区缩小在一定范围内。根据式（1），计算得到2011年6月20日腾冲M_S 5.2地震近场尺度约为100 km。

2 地球物理观测异常

腾冲M_S 5.2双震震中200 km范围内有定点地球物理观测台站24个，其中0—100 km范围内分布有14个台27个测项（图 1），101—200 km范围内分布有10个台24个测项。调查发现，2011年腾冲M_S 5.2双震前，地震地球物理异常集中在震中100 km范围内，异常测项主要有形变、水温、水位、水氡，且主要表现为水温、水氡、流量等测项的短临异常，趋势性异常测项相对较少，主要表现在水位、形变（水平摆）的异常变化上。

2.1 趋势性异常

中强地震前趋势性异常普遍存在。此次腾冲M_S 5.2双震前，趋势性异常主要表现在地下水位和水平摆形变测项。

2.1.1 水位异常

（1）腾冲滇19井水位异常特征。该流体观测井位于大盈江断裂附近，距腾冲M_S 5.2地震震区14 km。该井井深600 m，静水位观测，水源补给来自地下深循环水，受降雨影响，水位呈夏高冬低型年变特征。

结合当地降雨，分析2000年以来滇19井水位逐时值变化，结果发现，当水位上升达到较高值，且超过正常年份上升幅度的2倍（或超过正常年份最高峰值3.83 m），次年小滇西均有M≥5.0地震发生（图 2）。2010年腾冲年降雨量为1 600 mm，比2009年多520 mm，近10年类似高值降雨量在2001、2004、2007年出现，腾冲井水位上升幅度相应达到较高值。震例研究表明，2001年施甸M_S 5.9地震、2004年保山M_S 5.0地震、2008年盈江M_S 5.9地震、2011年3月10日盈江M_S 5.8、2011年腾冲6月20日和8月9日2次M_S 5.2地震均在井水位较高值出现后发生。分析认为，滇19井水位高值异常与年降雨量有关，但当降水超过一定阈值后，与小滇西地震活动相关性较为密切。因此，可将观测井高水位视为地震地球物理异常（刘翔等，2014）。

（2）施甸水位异常特征。施甸水位观测井位于怒江断裂东侧，蒲缥—施甸断裂和石罗—银川断裂之间，距腾冲M_S 5.2地震震区54 km。该井井深151 m，为动水位模拟观测，井水位受降雨影响较大，表现为雨季上升、旱季下降的特征。由2000—2011年施甸井水位变化与地震的对应关系（图 3）可知，施甸井水位低于0.35 m，当年或次年小滇西会有M≥5.0地震发生。

由图 3可见，2010年施甸降雨量较大，在所选时段内年降雨量中偏上，而施甸井水位为历年最低，水位上升幅度较小，其峰值仅为0.35 m，与降雨量不相关，偏离较大，分析认为，该变化为低水位异常（刘翔等，2014）。

2.1.2 腾冲台水平摆形变异常特征

腾冲台水平摆架设于进深30 m的形变观测山洞，距腾冲M_S 5.2地震震区16 km。该观测山洞海拔1 650 m，覆盖层厚度大于30 m。水平摆观测精度优于0.000 5″，正常年变化动态为夏低冬高。2010年6月腾冲水平摆NS向打破正常下降动态，呈快速上升趋势变化，12月底快速向S倾斜，持续至2011年1月中旬呈转折变化，并于3月10日发生盈江M_S 5.8地震，且震后异常持续，5月中旬起下降速率加快，NS向再次明显向S倾斜，EW向呈同步异常变化（图 4），1个多月后，发生腾冲M_S 5.2地震。

2.2 短临异常

2011年腾冲M_S 5.2双震前短临异常存在由外围向震中迁移的特点。

2.2.1 微观异常

地震的孕育发生是地壳应力积累—释放的复杂的力学过程。地下流体水温测项用来测量钻孔附近应变、应力场的相对变化、岩石的浮动及引起的水温相对变化。2011年腾冲M_S 5.2双震前，震中附近深井水温的异常变化突出。

（1）腾冲滇19井水温异常特征。腾冲滇19井深600 m，水温探头置于井下495 m，观测数据不受地表水和降雨的影响，自2010年1月安装以来，井水温度保持在42.5 ℃左右，变化较为稳定。

腾冲M_S 5.2双震前，该井水温出现明显临震异常。2011年6月9日10:10，滇19井水温分钟值出现高值突跳，10:12达最高值（46.325 8 ℃），持续4 min后恢复正常；6月17日08:50，水温分钟值再次出现间歇性单点突跳，最高测值为46.802 6 ℃，异常持续89 min，3天后发生腾冲M_S 5.2地震，震后于6月25、26日多次出现高值突跳，最高值达49.897 8 ℃（图 5）。此次6月20日腾冲M_S 5.2地震震后异常变化表明，震区应力持续积累，未来震中及附近区域仍存在发生中强地震的危险，并于50天后再次发生M_S 5.2地震。腾冲滇19井此次水温突跳异常发生后，经核实，无环境干扰，观测系统供电正常，水温传感器工作正常，表明该水温高值突跳为2次腾冲M_S 5.2地震的映震异常。

（2）龙陵邦腊掌水氡异常特征。龙陵邦腊掌观测点距腾冲M_S 5.2地震震区38 km，观测点位于龙陵—瑞丽断裂以北香柏河断裂，取水泉口出露于独立变质偏麻岩上，具有良好的封闭性，水氡正常测值在200—400 Bq/L，当测值出现持续性高值突跳或低值，均被视为地震地球物理异常。2010年9月29日起邦腊掌水氡测值开始出现高值突跳并持续至2011年1月底（最高值达573 Bq/L)，3月10日发生盈江M_S 5.8地震，4月5日起水氡测值再次出现高值突跳，4月13日达最峰值，数值564 Bq/L（图 6），高值突跳持续，直至6月20日发生腾冲M_S 5.2地震，震后水氡测值缓慢下降，并在下降过程中发生腾冲M_S 5.2地震。

（3）腾冲叠水河碳酸泉流量异常特征。腾冲叠水河碳酸泉观测井距腾冲M_S 5.2地震震区14 km。该观测井位于大盈江断裂附近，井深121 m，流量较为稳定，日总流量约30 m³，瞬时值流量约1.2 L/s。6月20日腾冲M_S 5.2地震发生前，观测井流量无明显异常，震后次日上升18%，随后保持小幅度趋势上升，7月19日流量达64.9 m³，是正常值2倍左右，高值异常持续50天，8月9日08时前后，日累计流量突降至39.668 m³（图 7），11小时后腾冲发生M_S 5.2地震。

2.2.2 宏观异常

在地震孕育过程中，由于震源区以及周围岩石发生错动，导致震区附近地下流体发生变化，其中水温异常主要为地震短临异常，强震前也存在水温中期趋势。一般，震级越大，异常范围越广，发震地点通常出现在水温异常集中区域（张彬等，2014）。由于腾冲所处地理位置特殊，在腾冲M_S 5.2地震前，地下流体短临异常中水温异常表现突出。

（1）腾冲荷花热水塘大滚锅水温异常特征。荷花大滚锅测点距腾冲M_S 5.2地震震区27.6 km，距盈江M_S 5.8地震震区56 km。2011年初大滚锅水温保持在72 ℃左右，2011年3月6日该测点突然出现水色发浑，水温由5日的72 ℃突升至91 ℃，高值异常持续1天，3月7日早水温降至82 ℃，9日水色变清，水温恢复正常测值，3月10日发生盈江M_S 5.8地震，此后水温持续正常，5天后于3月16日突降9 ℃，低至63 ℃，并持续低值异常，于3月24日发生缅甸M_S 7.2地震，3月27日至6月18日水温由63 ℃上升到87 ℃，转为高值异常，6月19日降至81 ℃（图 8），20日发生腾冲M_S 5.2地震。

分析发现，在滇西发生M_S≥5.0地震或滇西周边发生M_S≥7.0地震前，荷花大滚锅水温一般呈高值突跳异常，震级越大，水温上升幅度越高，在水温回落过程中发震危险性较大。

（2）腾冲热海老怀胎井水温异常特征。热海老怀胎井距腾冲M_S 5.2地震震区20 km，距盈江M_S 5.8地震震区62 km。2011年盈江M_S 5.8地震前，老怀胎井水温突降4.9 ℃，低值异常持续8天后恢复正常测值，7天后在盈江发生M_S 5.8地震。5月16日，老怀胎井水温上升2.2 ℃，后高值异常持续，并于34天后在腾冲发生M_S 5.2地震（图 9）。

将图 8、图 9进行对比，发现：盈江M_S 5.8地震前，荷花热水塘大滚锅水温表现为高值突跳，热海怀胎井水温表现为低值异常；腾冲M_S 5.2地震前，荷花热水塘大滚锅、热海老怀胎井水温均表现为高值异常，且震后水温仍持续高值。分析认为，地壳岩石临震发生破裂，地幔高温物质侵入岩石，所携带的热量发生扩散，导致震区地下流体水温升高。从异常时空特征分析，可知6月20日腾冲M_S 5.2地震前，水温异常集中分布在震区附近近场区内，且随着地震的逼近，异常逐渐从外围向震中迁移，从地表水温异常逐渐向深层水温异常转移。

在2011年盈江M_S 5.8地震和腾冲M_S 5.2双震前，除荷花大滚锅和热海老怀胎井水温高值异常外，热海和荷花2个宏观观测点的温泉还出现了显著异常变化，主要表现为水热爆炸、水色发浑、水温升高等（表 1）。

由表 1可见：①在2011年3月10日盈江M_S 5.8地震发生前77天，荷花热水塘大滚锅水花翻滚激烈，喷水、水色发浑，热海怀胎井温泉发浑；②2011年3月10日盈江M_S 5.8地震发生前1个月至几天，荷花热水塘大滚锅与龙泉门多次出现水色变红现象。在6月20日腾冲M_S 5.2地震发生前7小时，荷花热水塘大滚锅水色发浑，呈青灰色，在8月9日腾冲M_S 5.2地震发生前10小时，热海老怀胎井喷黑色水。除温泉出现水温、水色异常及水热爆炸外，腾冲个别乡镇部分植物出现异变，水库出现异常：2011年2月起，界头镇新庄村长坡社、贡山村、石墙村、白果村部分栎树反季节开花，2011年6月3日闫家塘水色发浑，7月18日中和高田水塘有块状气泡漂浮，8月28日中和闫家冲村永田水库水色变绿。

3 讨论 3.1 2次腾冲M_S 5.2地震异常关系

2011年6月20日腾冲M_S 5.2地震后短临异常持续，且新的临震异常出现。

（1）腾冲滇19井深井水温在6月20日腾冲M_S 5.2地震前出现高值突跳，震后五、六天再次出现高值突跳，上升约6 ℃，且持续数十分钟。分析认为，滇19井与震中直线距离仅约14 km，震源体在破裂（地震）之前可能发出某种电磁波，干扰水温传感器测温晶体，使其工作频率发生改变，导致水温测值变化而实际水温并未发生改变。

（2）腾冲叠水河碳酸泉井流量在6月20日腾冲M_S 5.2地震后出现小幅度上升，7月19日达到峰值，且持续高值异常，8月9日快速下降，随后再次发生腾冲M_S 5.2地震。分析表明，6月20日腾冲M_S 5.2地震前叠水河碳酸泉井流量异常形态具有多样性和复杂性，具体表现为：变化趋势：有上升、下降、突跳和震荡；变化速率：有趋于平缓和加剧；异常时间：8月9日地震前伴有临震转向，震后流量高值异常持续至10月底。

（3）腾冲荷花热水塘大滚锅在6月20日腾冲M_S 5.2地震后多次发生水热爆炸，越逼近8月9日腾冲M_S 5.2地震，水热爆炸激烈程度越大，爆发频率越高；腾冲热海老怀胎井在6月20日腾冲M_S 5.2地震发生后异常表现不突出，但在8月9日腾冲M_S 5.2地震发生前十几小时，突然喷出大量黑水。

腾冲荷花热水塘和热海出现宏观异常的原因与其地理位置有关，荷花热水塘位于大盈江断裂与胆扎—高田断裂南端交会处，热海位于大盈江断裂附近，受地质构造和地热活动影响，沿断裂有高温温泉出露，温泉变化能直接反映断裂受应力挤压变化情况。荷花热水塘和热海是腾冲重要的宏观观测点，其水热爆炸、水温异常变化对周边5级以上地震有较好的映震效果。腾冲M_S 5.2双震震例表明，越靠近震中，越逼近发震时间，腾冲温泉水越浑浊，水色越深，说明相比外场破坏性地震，近场破坏性地震发生前，腾冲温泉热液活动异常程度更加急剧（刘翔等，2014）。

3.2 2011年盈江M_S 5.8地震对腾冲M_S 5.2双震地震活动的影响与异常关系

2011年盈江M_S 5.8地震发生于大盈江断裂西部（图 10），是该断裂在水平NNE向压应力作用下，破裂面产生直立走滑左旋错动的结果（蒋海昆等，2018）。盈江M_S 5.8地震主震发生前后b值变化暗示，腾冲火山区下方广泛存在的流体在此次地震孕育发生过程中起到重要的诱发和促进作用（王晓等，2022），由于震区附近分布有大盈江断裂、龙陵—瑞丽断裂等一系列NE向断裂，受应力和流体作用影响明显。

2011年腾冲M_S 5.2双震震中位于龙川江断裂与大盈江断裂交会附近（图 11）。根据震源机制分析，受大盈江断裂活动及腾冲火山区流体影响，龙川江断裂发生错动从而触发2次腾冲M_S 5.2地震（蒋海昆等，2018）。由于应力积累缓慢，起始于2010年的前兆异常，即腾冲水位、施甸水位和腾冲台水平摆形变变化成为盈江M_S 5.8地震的“共同前兆异常”。

（1）排除降雨干扰，2010年腾冲滇19井水位趋势性高值异常和施甸仁和井水位趋势性低值异常，对盈江M_S 5.8地震和腾冲M_S 5.2双震有较好的指示意义。盈江地区主要受到来自缅甸的NE向应力作用，其根源在于印度板块向东对缅甸强烈的侧向挤压，应力经缅甸传至中国云南（蒋海昆等，2018）。在缅甸NE向应力挤压下，2010年起盈江地区周边区域受力明显，受怒江断裂阻断影响，挤压力集中在怒江以西区域，在水位趋势性异常表现上尤为明显。腾冲滇19井位于怒江断裂以西，施甸井位于该断裂以东，因此盈江M_S 5.8地震和腾冲M_S 5.2双震发生前，以怒江断裂为界，以西区域水位表现为上升变化，以东区域则为下降变化。

（2）龙陵邦腊掌水氡自2010年9月底开始出现高值突跳，在盈江M_S 5.8地震前2个月测值恢复正常，6月20日腾冲M_S 5.2地震前再次出现高值突跳，震后测值缓慢下降，在下降过程中于腾冲再次发生M_S 5.2地震。龙陵邦腊掌位于龙陵—瑞丽断裂附近，该断裂活动受大盈江断裂、怒江断裂、龙川江断裂影响较大。分析发现，在2001年施甸发生M_S 5.2地震前和2004年保山发生M_S 5.0地震前，龙陵邦腊掌水氡均于震前出现明显持续性低值异常，此2次地震震中位于怒江断裂以东，而盈江、腾冲位于怒江断裂以西。震例统计发现，在小滇西发生中强地震前，以怒江断裂为界，龙陵邦腊掌水氡异常表现特征不同，水氡月均值在其以西区域高于400 Bq/L，以东地区表则低于60 Bq/L。若测值达到其中一个异常值，小滇西均存在发生≥5级地震的危险。

（3）腾冲台水平摆NS向在2010年6月起出现破年变加速上升异常，2011年1月转折下降，在3月10日盈江M_S 5.8地震后异常持续，5月中旬再次加速下降，并于6月20日在腾冲发生M_S 5.2地震，且EW向呈同步异常变化。分析认为，腾冲台位于大盈江断裂附近，在2011年盈江M_S 5.8地震和腾冲6月20日M_S 5.2地震前，水平摆NS向以较大速率（升或降）变化，EW向突然大幅转折，幅度为几百至一千多10^-3角秒，并在异常出现十几天后发震。

3.3 2011年腾冲M_S 5.2双震对区域地震形势的意义

腾冲地处构造复合部位，具有强烈构造活动及特有的深部构造条件，在长期多次反复碰撞挤压作用下，产生火山、地热、地震等多种活动形式（蒋海昆等，2018），因此在构造应力作用调整下，该区域断裂、地下流体、岩浆活动异常较为显著，且表现形式多样。2011年腾冲M_S 5.2双震前趋势性异常明显，短临异常显著，震前宏观异常突出，异常出现范围集中。对2011年腾冲M_S 5.2双震前兆异常进行分析，对小滇西，特别是腾冲区域≥5.0级地震预测研究具有较好的指导意义。

4 结论

通过分析2011年腾冲M_S 5.2双震异常及其与盈江M_S 5.8地震异常的关系，得出：3次地震发生前，受同一断裂活动和同区域火山流体影响，存在趋势性“共同前兆异常”；腾冲M_S 5.2首震前2个月，短临异常集中出现，部分异常在持续背景下出现新的异常，表现出异常的时空演化过程与地震活动的迁移相匹配，可见地震活动具有前兆异常特征，表明跟踪异常的时空演化过程是地震预测预报的基本策略。

2011年6月20日腾冲M_S 5.2地震后新的异常出现，且部分异常持续到当年10月底，如何正确区分临震异常和震后效应导致的“异常”，是今后地震预报需要解决的一个问题。