云南地区定点形变观测异常特征与地震预测研究
李智蓉 付虹 高华宴
摘要：对1966-2007年正式出版的《中国震例》中云南定点形变异常震例进行统计分析，发现云南地区6级以上地震前均有形变异常，且随着发震时间的逼近，定点形变异常数量有增加趋势。对2000-2015年云南定点形变观测异常进行分析，发现云南及其邻区6级以上地震发生前，定点形变均有显著异常出现。当显著形变异常数量N≥2，1年内云南及其邻区发生6级以上地震的概率可达75%。6～6.5级地震震前形变异常分布的震中距最远为470km，7级地震达到700km，且具有震级越大分布范围越广的特征。因此，形变异常台站数量可以作为云南及其邻区有6级以上地震的中短期预测指标。
关键词：云南地区；定点形变；地震预测；预测指标
中图分类号：P315.725 文献标识码：A 文章编号：1000-0666（2018）01-0090-08
0 引言
定点形变观测作为前兆观测重要手段之一，具有明确的物理意义，在日常数据跟踪及地震危险性判定中发挥着重要作用，许多学者也对定点形变的异常机理做过分析（罗桂安等，1996；卢艳清，王贤仁，1992；张燕，吴云，2010：王小平等，2010）。1970年通海7.8级地震发生后，云南省内发生多次5.0级以上地震，积累了许多定点形变前兆异常资料，在已出版的《中国震例》（张肇成等，1988，1990a，b，1999，2000，2006；陈棋福等，2002a，b，2003，2008）中均有详细记录。许多学者对这些震例进行了再归纳，并提取了基于震例分析的前兆异常统计特征。郑兆苾等（2006）以1986-1999年中国大陆地震震例为基础，对中国大陆及其不同分区的测震和前兆异常进行了统计和分析；蒋海昆等（2009）以1966-1999年中国大陆地震震例为基础，得到中国大陆5.0级以上地震前兆异常综合特征。付虹等（2008）对1970年以来云南38组M≥5.0地震震前异常进行了综合分析，得到云南M≥5.0地震的异常共性特征。前人的统计多为综合性分析，而不同观测手段在不同地区震前存在差异性，因此本文从定点形变观测资料入手，一方面对已有震例进行统计，寻找能用于指导今后地震预测的共性特征，另一方面结合2000年以来云南的定点形变观测异常与M≥6.0地震，更深入地分析震前定点形变异常特征。
1 基于1966-2007年震例形变异常的统计结果
1.1 震例资料选取及典型异常
基于1966-2006年正式出版的《中国震例》（张肇成等，1988，1990x，b，1999，2000x，b，2006；蒋海昆等，2013）和2007年云南省震例总结报告，对云南的定点形变异常进行统计研究，该时间段内云南省内共发生5级以上地震41组，有记录的定点形变异常83条。其中，5.0～5.9级地震27组，占全部地震的66%；6.0～6.9级地震8次，占20%；7.0～7.9级地震6次，占14%，小震级地震多、大震级地震少，符合地震活动总体规律。
根据异常形态特征将定点形变异常分为破年变、速率加大、矢量打结、其他（固体潮畸变，相关系数降低）异常4类。各类典型异常形态特征如图1所示。
1.2 不同震级范围形变前兆异常分布
不同震级前兆异常表现形式有可能存在差异，因此将所选取的41组地震按照不同的震级范围分别统计，具体见表1。从表1可知，83项定点形变异常中，98%为倾斜类异常，线应变异常仅为2%。这与云南倾斜仪数量较多，且多年观测资料质量连续性较好有关。
1.3 异常数量、持续时间与震级的关系
从表1可知，并非所有地震前都可以观测到形变前兆异常，随着震级增大，出现异常的震例数未成线性增加趋势。5.0～5.9级地震，对应形变异常的地震占地震总数的50%左右，6.0～7.4级地震震前基本都可观测到形变异常。7.5级以上地震只发生2次，其中，1970年通海7.8级地震前周边没有形变观测台站；1988年澜沧—耿马7.6、7.2级地震震中靠近边境一带，没有在台站觀测集中区，加之统计范围限定，所以2次7.5级地震震前统计到的异常数量较少。但将异常数量平均到每次地震，从平均异常数量与震级的关系可以看出（图2a），除7级以上地震，平均异常数量总体上随震级增大有加速增长的趋势，这与7级以上地震多发生在远离台站集中区域，且研究范围限制有一定关系。
从图2b可见异常持续时间与震级未发现有明显关系，其中，6.5～6.9级地震异常持续时间最长。
1.4 震级和前兆异常数量与震中距的关系
从图3a可见，6级以上地震震前出现形变异常台站的震中距与震级有一定的相关性。5级左右地震震中距变化与震级关系不明显，而6级以上地震随着震级增加，异常震中距成线性增加，即震级越高，异常分布范围越广。
将所研究震例的形变异常数量和出现异常的台站震中距进行统计（图3b），发现7级以上大震前异常多出现在距震中较远的地区（>300km），5.5～6.9级地震前异常集中在震中距300km范围内，但基本没有震前预测能用的规律可循。
1.5 新出现异常频次与时间关系
对所研究的41组地震，将异常最新出现的时间（异常开始时间与发震时间间隔的天数）进行统计，统计新出现的异常数量与距离发震时间的关系，见图4。从图中可以明显看出，异常出现时期多为中短期，且随着发震时间临近，异常频次逐渐增多，在震前75～150d范围内达到顶峰，后逐渐减少。
1.6 异常形态分布
从图5中可看出，统计结果中各震级档地震异常形态并无明显区别。5.0～5.4级地震，形变速率加大类异常占总数的60%，而5.5～7.4级地震异常多以破年变为主。7.5级以上地震震例较少，且受异常统计范围限制，可能记录不完整，并未发现明显规律。
从以上震例总结结果可见，除随着发震时间的逼近，异常数量有显著增加外，其它的统计特征基本上不能用于指导震前预测。
2 云南定点形变异常特征与M≥6地震关系
2000-2015年云南省地震局基于形变异常对多次6级以上地震进行过预测，因此对这些地震前形变异常图像进行时空扫描分析，有可能提取出异常的特征作为预测的依据。
2.1 显著异常特征分析
2仪刃年初以来，云南定点形变观测资料出现多次异常，尤其是一些变化幅度较大的在日常跟踪中容易被识别的异常变化，如破年变加速等，与6级以上地震都有较好的相关性。
将趋势异常变化持续时间在1个月以上，变化幅度大于正常年变幅度2倍以上的异常称为显著异常。对云南所有定点形变观测资料进行全时空的异常提取，得到表2。图6给出了部分定点形变显著异常曲线。
图6a为2013年1月至2016年1月云龙台水管倾斜EW向变化情况。水管倾斜自2014年初加速西倾，7月速率减小恢复正常，最大变幅为380.81×10-3"。图6b为2005年1月至2010年1月云龙台水管倾斜EW向变化情况。水管倾斜自2007年3月加速西倾，6月起速率减小，后转折东倾，最大变幅为1232.1×10-3"。图6c为1993年1月至2006年1月弥渡台水管倾斜EW向变化情况。水管倾斜自2002年初加速东倾，在2003年大姚6.2级地震后速率减缓，最大变幅为1458.8×10-3"。图6d为2009年1月至2016年1月勐腊台洞体应变EW向变化情况。洞体应变自2010年2月加速拉张，直至2011年调仪器后恢复正常，而后发生缅甸7.2级地震，最大变幅为21400.5×10-8。2013年10月又发生一次加速拉张，拉张过程中发生景谷6.6级地震，震后持续拉张至2015年2月变缓，最大变幅为34507.85×10-8（2010年及2013年断数部分为调仪器干扰）。
2.2 异常的群体特征与M≥6地震
2000-2015年，云南定点形变共观测到26个测项显著异常，异常持续时间均为1个月以上，异常形态均为破年变和加速变化。对表2给出的异常进行汇总分析，单个测项出现显著异常记为1，按月累计异常数量，结果如图7所示。2000年初以来云南及其邻区6级以上地震发生前，定点形变均观测到显著异常。异常出现后，云南及其邻区首发6级以上地震时间间隔最短为27d，最长为1767d，有88%的地震发生在2年以内（楚雄EW向洞体应变异常暂时未对应地震，统计未算人其中）。如果以1年为尺度，出现异常后1年内发生地震为对应，1年内无震为虚报。则2000年以来异常可以分为12组，其中有9组地震在1年内发生，地震对应率达到75%。
根据表2作震级和震中距关系图，从图8可见，6～6.5级地震异常集中分布在300km内，最远的是470km；而7～8.级地震异常主要分布在500～700km，500.km内没有异常。其主要原因为2000年初以来云南境内没有7级以上地震，震中附近没有观测点。
总体来看，震级越大，异常分布范围越广。6～6.5级地震异常分布的震中距可达470km，7级地震可达到700km，异常分布比原来震例总结得到的6级地震异常分布震中距为300km，7级地震500km要范围大，这主要反映了震例统计的范围增大。
3 结论与讨论
通过对1966-2007年正式出版的《中国震例》中云南定点形变异常震例以及2000年初以来云南定点形变观测异常进行分析，得到以下认识：
（1）云南定点形变观测出现大幅度的显著异常与云南及其邻区6级以上地震有一定的相关性。当定点形变有2项以上的观测出现大幅度异常，云南及其邻区一年内发生6级以上地震的概率可以达到9/12。且2000-2015年，云南地区所有6级以上地震发生前，定点形变均有显著异常出现，如果把异常数量N=2作为阈值，所有6级以上地震前，群体异常均达到预测判别指标。
（2）基于1966年初以来震例总结得到的结果显示，随着发震时间的逼近，异常数量逐渐增加，但临震前有可能减少；2000-2015年异常数量曲线也显示，6级以上地震发生前半年内异常数量开始增加，因此异常数量的增多也可以作为预测6级地震的中短期预测判据。
（3）从震级和震中距离的统计情况看，无论是从1970-2007年震例总结得到的结果，还是近年来显著异常的结果，均显示震级越大，异常分布范围越广。按照6级地震异常分布震中距300km，7级地震异常分布震中距500km进行震例总结的，如果震例总结的结果因为范围的限制不能真实反映场上的异常，则全时空的研究是更接近真实的。其异常的范围比震例总结给出的大，6～6.5级地震异常分布震中距达到了470km，7级地震达到700km。
（4）云南及其邻区6级以上地震前均出现显著定点形变观测异常，表明6级以上地震前有可能存在地壳变形异常现象，这种变形范围相对于震源区的范围大得多。形变异常与地震都是区域应力水平增加的结果（陈立德，付虹，2003），当块体受力后，变形区域应以整个构造块体为主体，这种状态下异常范围较大也就可以得到很好的解释。
参考文献：
陈立德，付虹.2003.地震预报基础与实践[M].北京：地震出版社.
陈棋福，郑大林，车时，等.2002a中国震例（1992～1994）[M].北京：地震出版社.
陳棋福，郑大林，刘桂萍，等.2002b.中国震例（1995～1996）[M].北京：地震出版社.
陈棋福，郑大林，高荣胜，等，2003.中国震例（1997～1999）[M].北京：地震出版社.
陈棋福，郑大林，车时，等.2008.中国震例（2000～2002）[M].北京：地震出版社.
付虹，李永莉，赵小艳，等.2008.云南M≥5级地震震前异常的统计特征[J].地震研究，31（4）：335-339.
蒋海昆，付虹，杨马陵，等.2013.中国震例（2003～2006）[M].北京：地震出版社.
蒋海昆，苗青壮，吴琼，等.2009.基于震例的前兆统计特征分析[J].地震学报，31（3）：245-259.
卢艳清，王贤仁.1992.澜沧——耿马大震的短临形变特征[J].内陆地震，6（4）：377-382.
罗桂安，宋治平，梅世蓉，等.1996.1974年永善7.1级地震活动异常特征及其机理探讨[J].地震研究，19（1）：1-8.
王小平，尹京苑，倪友忠，等.2010.上海定点形变异常特征及机理分析[J].大地测量与地球动力学，30（增刊1）：50-61.
张燕，吴云.2010.2008年汶川地震前的形变异常及机理解释[J].武汉大学学报·信息科学版，35（1）：25-29.
张肇成，罗兰格，李海华，等.1988.中国震例（1966～1975）[M].北京：地震出版桂.
张肇成，罗兰格，李海华，等.1990a中国震例（1976～1980）[M].北京：地震出版社.
张肇成，罗兰格，李海华，等.1990b.中国震例（1981～1985）[M].北京：地震出版社.
张肇成，郑大林，徐京华，等.1999.中国震例（1986～1988）[M].北京：地震出版社.
张肇成，郑大林，徐京华，等，2000.中国震例（1989～1991）[M].北京：地震出版社.
张肇成，郑大林，徐京华，等.2006.中国震例（1989-1991）[M].北京：地震出版社.
郑兆苾，张国民，何康，等.2006.中国大陆地震震例异常统计与分析[J].地震，26（2）：29-37.
摘要：对1966-2007年正式出版的《中国震例》中云南定点形变异常震例进行统计分析，发现云南地区6级以上地震前均有形变异常，且随着发震时间的逼近，定点形变异常数量有增加趋势。对2000-2015年云南定点形变观测异常进行分析，发现云南及其邻区6级以上地震发生前，定点形变均有显著异常出现。当显著形变异常数量N≥2，1年内云南及其邻区发生6级以上地震的概率可达75%。6～6.5级地震震前形变异常分布的震中距最远为470km，7级地震达到700km，且具有震级越大分布范围越广的特征。因此，形变异常台站数量可以作为云南及其邻区有6级以上地震的中短期预测指标。
关键词：云南地区；定点形变；地震预测；预测指标
中图分类号：P315.725 文献标识码：A 文章编号：1000-0666（2018）01-0090-08
0 引言
定点形变观测作为前兆观测重要手段之一，具有明确的物理意义，在日常数据跟踪及地震危险性判定中发挥着重要作用，许多学者也对定点形变的异常机理做过分析（罗桂安等，1996；卢艳清，王贤仁，1992；张燕，吴云，2010：王小平等，2010）。1970年通海7.8级地震发生后，云南省内发生多次5.0级以上地震，积累了许多定点形变前兆异常资料，在已出版的《中国震例》（张肇成等，1988，1990a，b，1999，2000，2006；陈棋福等，2002a，b，2003，2008）中均有详细记录。许多学者对这些震例进行了再归纳，并提取了基于震例分析的前兆异常统计特征。郑兆苾等（2006）以1986-1999年中国大陆地震震例为基础，对中国大陆及其不同分区的测震和前兆异常进行了统计和分析；蒋海昆等（2009）以1966-1999年中国大陆地震震例为基础，得到中国大陆5.0级以上地震前兆异常综合特征。付虹等（2008）对1970年以来云南38组M≥5.0地震震前异常进行了综合分析，得到云南M≥5.0地震的异常共性特征。前人的统计多为综合性分析，而不同观测手段在不同地区震前存在差异性，因此本文从定点形变观测资料入手，一方面对已有震例进行统计，寻找能用于指导今后地震预测的共性特征，另一方面结合2000年以来云南的定点形变观测异常与M≥6.0地震，更深入地分析震前定点形变异常特征。
1 基于1966-2007年震例形变异常的统计结果
1.1 震例资料选取及典型异常
基于1966-2006年正式出版的《中国震例》（张肇成等，1988，1990x，b，1999，2000x，b，2006；蒋海昆等，2013）和2007年云南省震例总结报告，对云南的定点形变异常进行统计研究，该时间段内云南省内共发生5级以上地震41组，有记录的定点形变异常83条。其中，5.0～5.9级地震27组，占全部地震的66%；6.0～6.9级地震8次，占20%；7.0～7.9级地震6次，占14%，小震级地震多、大震级地震少，符合地震活动总体规律。
根据异常形态特征将定点形变异常分为破年变、速率加大、矢量打结、其他（固体潮畸变，相关系数降低）异常4类。各类典型异常形态特征如图1所示。
1.2 不同震级范围形变前兆异常分布
不同震级前兆异常表现形式有可能存在差异，因此将所选取的41组地震按照不同的震级范围分别统计，具体见表1。从表1可知，83项定点形变异常中，98%为倾斜类异常，线应变异常仅为2%。这与云南倾斜仪数量较多，且多年观测资料质量连续性较好有关。
1.3 异常数量、持续时间与震级的关系
从表1可知，并非所有地震前都可以观测到形变前兆异常，随着震级增大，出现异常的震例数未成线性增加趋势。5.0～5.9级地震，对应形变异常的地震占地震总数的50%左右，6.0～7.4级地震震前基本都可观测到形变异常。7.5级以上地震只发生2次，其中，1970年通海7.8级地震前周边没有形变观测台站；1988年澜沧—耿马7.6、7.2级地震震中靠近边境一带，没有在台站觀测集中区，加之统计范围限定，所以2次7.5级地震震前统计到的异常数量较少。但将异常数量平均到每次地震，从平均异常数量与震级的关系可以看出（图2a），除7级以上地震，平均异常数量总体上随震级增大有加速增长的趋势，这与7级以上地震多发生在远离台站集中区域，且研究范围限制有一定关系。
从图2b可见异常持续时间与震级未发现有明显关系，其中，6.5～6.9级地震异常持续时间最长。
1.4 震级和前兆异常数量与震中距的关系
从图3a可见，6级以上地震震前出现形变异常台站的震中距与震级有一定的相关性。5级左右地震震中距变化与震级关系不明显，而6级以上地震随着震级增加，异常震中距成线性增加，即震级越高，异常分布范围越广。
将所研究震例的形变异常数量和出现异常的台站震中距进行统计（图3b），发现7级以上大震前异常多出现在距震中较远的地区（>300km），5.5～6.9级地震前异常集中在震中距300km范围内，但基本没有震前预测能用的规律可循。
1.5 新出现异常频次与时间关系
对所研究的41组地震，将异常最新出现的时间（异常开始时间与发震时间间隔的天数）进行统计，统计新出现的异常数量与距离发震时间的关系，见图4。从图中可以明显看出，异常出现时期多为中短期，且随着发震时间临近，异常频次逐渐增多，在震前75～150d范围内达到顶峰，后逐渐减少。
1.6 异常形态分布
从图5中可看出，统计结果中各震级档地震异常形态并无明显区别。5.0～5.4级地震，形变速率加大类异常占总数的60%，而5.5～7.4级地震异常多以破年变为主。7.5级以上地震震例较少，且受异常统计范围限制，可能记录不完整，并未发现明显规律。
从以上震例总结结果可见，除随着发震时间的逼近，异常数量有显著增加外，其它的统计特征基本上不能用于指导震前预测。
2 云南定点形变异常特征与M≥6地震关系
2000-2015年云南省地震局基于形变异常对多次6级以上地震进行过预测，因此对这些地震前形变异常图像进行时空扫描分析，有可能提取出异常的特征作为预测的依据。
2.1 显著异常特征分析
2仪刃年初以来，云南定点形变观测资料出现多次异常，尤其是一些变化幅度较大的在日常跟踪中容易被识别的异常变化，如破年变加速等，与6级以上地震都有较好的相关性。
将趋势异常变化持续时间在1个月以上，变化幅度大于正常年变幅度2倍以上的异常称为显著异常。对云南所有定点形变观测资料进行全时空的异常提取，得到表2。图6给出了部分定点形变显著异常曲线。
图6a为2013年1月至2016年1月云龙台水管倾斜EW向变化情况。水管倾斜自2014年初加速西倾，7月速率减小恢复正常，最大变幅为380.81×10-3"。图6b为2005年1月至2010年1月云龙台水管倾斜EW向变化情况。水管倾斜自2007年3月加速西倾，6月起速率减小，后转折东倾，最大变幅为1232.1×10-3"。图6c为1993年1月至2006年1月弥渡台水管倾斜EW向变化情况。水管倾斜自2002年初加速东倾，在2003年大姚6.2级地震后速率减缓，最大变幅为1458.8×10-3"。图6d为2009年1月至2016年1月勐腊台洞体应变EW向变化情况。洞体应变自2010年2月加速拉张，直至2011年调仪器后恢复正常，而后发生缅甸7.2级地震，最大变幅为21400.5×10-8。2013年10月又发生一次加速拉张，拉张过程中发生景谷6.6级地震，震后持续拉张至2015年2月变缓，最大变幅为34507.85×10-8（2010年及2013年断数部分为调仪器干扰）。
2.2 异常的群体特征与M≥6地震
2000-2015年，云南定点形变共观测到26个测项显著异常，异常持续时间均为1个月以上，异常形态均为破年变和加速变化。对表2给出的异常进行汇总分析，单个测项出现显著异常记为1，按月累计异常数量，结果如图7所示。2000年初以来云南及其邻区6级以上地震发生前，定点形变均观测到显著异常。异常出现后，云南及其邻区首发6级以上地震时间间隔最短为27d，最长为1767d，有88%的地震发生在2年以内（楚雄EW向洞体应变异常暂时未对应地震，统计未算人其中）。如果以1年为尺度，出现异常后1年内发生地震为对应，1年内无震为虚报。则2000年以来异常可以分为12组，其中有9组地震在1年内发生，地震对应率达到75%。
根据表2作震级和震中距关系图，从图8可见，6～6.5级地震异常集中分布在300km内，最远的是470km；而7～8.级地震异常主要分布在500～700km，500.km内没有异常。其主要原因为2000年初以来云南境内没有7级以上地震，震中附近没有观测点。
总体来看，震级越大，异常分布范围越广。6～6.5级地震异常分布的震中距可达470km，7级地震可达到700km，异常分布比原来震例总结得到的6级地震异常分布震中距为300km，7级地震500km要范围大，这主要反映了震例统计的范围增大。
3 结论与讨论
通过对1966-2007年正式出版的《中国震例》中云南定点形变异常震例以及2000年初以来云南定点形变观测异常进行分析，得到以下认识：
（1）云南定点形变观测出现大幅度的显著异常与云南及其邻区6级以上地震有一定的相关性。当定点形变有2项以上的观测出现大幅度异常，云南及其邻区一年内发生6级以上地震的概率可以达到9/12。且2000-2015年，云南地区所有6级以上地震发生前，定点形变均有显著异常出现，如果把异常数量N=2作为阈值，所有6级以上地震前，群体异常均达到预测判别指标。
（2）基于1966年初以来震例总结得到的结果显示，随着发震时间的逼近，异常数量逐渐增加，但临震前有可能减少；2000-2015年异常数量曲线也显示，6级以上地震发生前半年内异常数量开始增加，因此异常数量的增多也可以作为预测6级地震的中短期预测判据。
（3）从震级和震中距离的统计情况看，无论是从1970-2007年震例总结得到的结果，还是近年来显著异常的结果，均显示震级越大，异常分布范围越广。按照6级地震异常分布震中距300km，7级地震异常分布震中距500km进行震例总结的，如果震例总结的结果因为范围的限制不能真实反映场上的异常，则全时空的研究是更接近真实的。其异常的范围比震例总结给出的大，6～6.5级地震异常分布震中距达到了470km，7级地震达到700km。
（4）云南及其邻区6级以上地震前均出现显著定点形变观测异常，表明6级以上地震前有可能存在地壳变形异常现象，这种变形范围相对于震源区的范围大得多。形变异常与地震都是区域应力水平增加的结果（陈立德，付虹，2003），当块体受力后，变形区域应以整个构造块体为主体，这种状态下异常范围较大也就可以得到很好的解释。
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