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云南地区定点形变观测异常特征与地震预测研究*

更新时间:2016-07-05

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,1988,1990a,b,1999,2000a,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。

(a)永胜台洞体应变破年变异常

(b)通海台地倾斜速率显著加大异常

(c)永胜台地倾斜矢量打结异常

(d)丽江台地倾斜固体潮畸变异常

(e)楚雄台地倾斜相关系数异常 图1 震前定点形变典型异常曲线 Fig.1 Typical abnormal curves of fixed point deformation before earthquakes

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 不同震级档形变前兆异常分布 Tab.1 Distribution of precursory deformation anomalies in different magnitudes

震级范围(M)地震次数占总数比例异常名称异常对应地震次数对应地震占总地震数量比例形变异常测项数目5.0~5.42049%地倾斜1050%155.5~5.9717%地倾斜343%56.0~6.4512%地倾斜、线应变5100%16、16.5~6.937%地倾斜、线应变3100%22、17.0~7.4410%地倾斜4100%18≥7.525%地倾斜150%5

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,没有在台站观测集中区,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。

图2 平均异常数量(a)、异常持续时间(b) 与震级的关系 Fig.2 Relationship of the average abnormal frequency (a),abnormal maximum duration(b) and magnitude

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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。

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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75~150 d范围内达到顶峰,后逐渐减少。

图3 震级(a)、前兆异常数量(b) 与震中距的关系 Fig.3 Relationship of magnitude(a),the number of precursory anomalies(b) and epicentral distance

图4 新出现的异常数量与时间关系 Fig.4 Relationship of emerging abnormal frequency and time

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。

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.

图5 各震级档形变前兆异常形态分布 Fig.5 Distribution of deformation anomalies morphology in different magnitude

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

2000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。

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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。

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(>300 km),5.5~6.9级地震前异常集中在震中距300 km范围内,但基本没有震前预测能用的规律可循。

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1 232.1×10-3 ″。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1 458.8×10-3 ″。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21 400.5×10-8。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34 507.85×10-8(2010年及2013年断数部分为调仪器干扰)。

2 2000—2015年云南定点形变显著异常表 Tab.2 Significant fixed point deformation anomaly in Yunnan since 2000

测项异常起始日期异常终止日期异常形态后期地震异常出现后省内及周边地区首发6级地震时间间隔/d异常出现日期首发地震日期发震所处时段震中距/km昆明洞体应变EW2014-062014-10加速拉张鲁甸6.5级地震632014-06-012014-08-03异常中227云龙水管倾斜EW2014-012014-07大幅西倾盈江6.1级地震1492014-01-012014-05-30异常中187勐腊洞体应变NE2013-102015-03持续拉张景谷6.6级地震3712013-10-012014-10-07异常中234勐腊洞体应变NE2010-032010-12持续拉张缅甸7.2级地震3882010-03-012011-03-24异常结束后200楚雄洞体应变NS2012-092013-04破年变加速拉张芦山7.0级地震2312012-09-012013-04-20异常结束后610楚雄洞体应变EW2015-032015-08破年变,年变幅度减小—2015-03-01———丽江水管倾斜NS2010-042011-01加速南倾缅甸7.2级地震3572010-04-012011-03-24异常结束后680丽江水管倾斜EW2013-012013-07加速西倾芦山7.0级地震1092013-01-012013-04-20异常中470丽江洞体应变NS2013-012013-07加速压缩芦山7.0级地震1092013-01-012013-04-20异常中470云县石英摆倾斜1999-011999-12大幅变化姚安6.5级地震3791999-01-012000-01-15异常结束后160楚雄水管倾斜NS1999-092000-04加速北倾姚安6.5级地震1361999-09-012000-01-15异常中76楚雄洞体应变EW1999-071999-11变幅大姚安6.5级地震1861999-07-132000-01-15异常结束后76永胜水管倾斜EW2001-092001-10西倾速率大永胜6.0级地震272001-09-302001-10-27异常结束后45丽江水管倾斜EW2001-072001-10破年变西倾永胜6.0级地震1162001-07-032001-10-27异常结束后83弥渡石英管倾斜EW2002-102004-07破年变大幅变化大姚6.2、6.1级地震2932002-10-012003-07-21异常中100弥渡石英管倾斜NS2002-102004-07破年变大幅变化大姚6.2、6.1级地震2932002-10-012003-07-21异常中100云龙石英摆EW2002-032003-10大幅东倾大姚6.2、6.1级地震5072002-03-012003-07-21异常中186云县石英摆倾斜EW2005-062006-12破年变宁洱6.4级地震7322005-06-012007-06-03异常结束后179云龙水管倾斜NS2002-082004-08大幅南倾宁洱6.4级地震17672002-08-012007-06-03异常结束后355勐腊洞体应变NS2008-102009-07变化速率大姚安6.0级地震2792008-10-032009-07-09异常结束后450云县石英摆倾斜EW2008-042009-07变化速率大姚安6.0级地震4622008-04-032009-07-09异常结束后150永胜水管倾斜NS2007-102008-04南倾速率大汶川8.0级地震2042007-10-212008-05-12异常结束后560云龙水管倾斜NS2007-062007-12南倾速率大汶川8.0级地震3382007-06-092008-05-12异常结束后700云龙水管倾斜EW2007-032007-09西倾速率大汶川8.0级地震4162007-03-232008-05-12异常结束后700渔洞水平摆NS2014-012014-06变化速率大鲁甸6.5级地震2142014-01-012014-08-03异常结束后43渔洞水平摆EW2014-012014-06加速西倾鲁甸6.5级地震2142014-01-012014-08-03异常结束后43

(a)云龙台水管倾斜EW向

(b)云龙台水管倾斜EW向

(c)弥渡台水管倾斜EW向

(d)勐腊台洞体应变NE向

图6 云南部分定点形变显著异常曲线

Fig.6 Part of significant fixed point deformation anomaly curves in Yunnan

2.2 异常的群体特征与M≥6地震

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300 km内,最远的是470 km;而7~8级地震异常主要分布在500~700 km,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。

图7 形变显著异常数量与6级以上地震的对应关系图 Fig.7 Correspondence map of deformation significant abnormality frequency and M≥6 earthquakes

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27 d,最长为1 767 d,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,统计未算入其中)。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%。

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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470 km,7级地震可达到700 km,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300 km,7级地震500 km要范围大,这主要反映了震例统计的范围增大。

图8 显著异常震中距—震级关系示意图 Fig.8 Relationship map of epicentral distance of significant abnormality and magnitude

3 结论与讨论

蒋海昆,付虹,杨马陵,等.2013.中国震例(2003~2006)[M].北京:地震出版社.

(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300 km,7级地震异常分布震中距500 km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470 km,7级地震达到700 km。

(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

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陈棋福,郑大林,刘桂萍,等.2002b.中国震例(1995~1996)[M].北京:地震出版社.

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。

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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:

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例如,笔者在讲授《春》时,考虑到这是一篇文笔优美的散文,笔者在阅读教学时先给学生播放了轻柔的轻音乐,伴随着动人的音乐,笔者引导道:“提到春天的时候,你会想到什么?有什么样的感受呢?我们来看看朱自清笔下的春是什么样子吧!”在音乐中,学生的思绪与情感被带动起来,很快便进入了情境,对文本也有阅读的兴趣。这种“留白”的情境创设,可以给学生更多想象与思考的空间,以更好地开展进一步的教学。

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.

十几年来,我国电子商务的各个领域都发生了巨大的变化,从形式和内容的各个方面都更加丰富和完善,在国民经济中的作用更加丰富和完善,对电子商务人才的需求愈来愈大,也对中职院校电子商务人才培养工作提出更高的要求。

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培养创新人才根本的问题,在于培养创造性思维。在教学实践活动中,要注意引导学生走出传统思维定势,注重分析、综合、比较、抽象、概括与具体化、归纳与演绎法的思维素质的培养。从问题的多端性,可以产生大量新的假设;从问题的伸缩性,可以改变思维,从不同角度去看同一事物;从问题的新颖性,去探索不同于传统方式的解决办法。教师在教学中,应力求打破常规,引导学生从多方位、多角度去思考问题,鼓励学生去观察和探索,使学生的思维由浅入深,由窄变宽,由形象到抽象,培养学生思维的敏捷性、发散性、聚合性、创新性。

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1.自主创新条件逐步改善。国家把自主创新作为发展战略,建立创新型国家,是要建立以企业为主体、市场为导向和产学研相结合的技术创新体系,使企业真正成为研究开发投入的主体、技术创新的主体和创新应用成果的主体,全面提升企业的自主创新能力。我国的养猪业已逐步把自主创新能力放在行业发展的优先地位上来,紧紧围绕养猪服务于经济建设这个中心任务,着力解决制约养猪生产的重大科技问题,大幅提高行业竞争力。

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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.

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