青海玉树M7.1地震前地下流体异常分析

万玉杰，李玉丽，杨晓霞

(青海省地震局，青海 西宁 810001)

0 引 言

2010年4月14日青海省玉树藏族自治州玉树市(33.20°N，96.60°E)发生7.1级地震(以下简称玉树7.1级地震)，其震源深度为14 km，该地震类型为前主余型。陈运泰院士研究小组提供的震源机制解计算结果显示，玉树7.1级地震的发震断层是一条走向119°且近乎直立的左旋走滑断层。玉树7.1级地震是继2008年5月12日汶川8.0级地震后我国大陆再次发生的7级地震。这次地震未能做出短临预测，因此有必要对玉树7.1级地震前兆异常进行梳理总结。

依据《中国震例》的统计，6～7级地震的地球物理异常主要集中在300 km 之内，7级以上地震则主要分布在500 km之内。玉树7.1级地震附近是地球物理监测能力较弱地区，震中300 km范围内仅有玉树地震台一个观测台站，震中300～500 km范围内有德令哈、大武、格尔木及都兰地震台。

一些研究者针对玉树7.1级地震异常进行了研究。如：何案华等[1]针对玉树地震台和德令哈地震台井水温在震前出现的“V”字型异常开展了深入的研究工作；李滔等[2]收集整理了距玉树7.1级地震震中700 km范围内的13个观测井的水温数据。结果发现，在玉树7.1级地震前6个月内，有10个观测井的水温数据出现了月超差个数升高现象；孔令昌等[3]对比分析了玉树7.1级地震前鲜水河断裂带上部分温泉流体的异常特征；杨晓霞等[4]分析了格尔木地震台水氡与地震的关系，发现格尔木水氡月均值滑动变化率在玉树7.1级地震前出现了异常。据统计在青海境内发现可能与玉树7.1级地震有关的地下流体异常共14项。

本文采用小波方法，收集了距玉树7.1级地震500 km范围内的地下流体资料，分析了这些异常的空间展布、时间演化以及形态变化等特征。

1 观测井概况

玉树7.1级地震震中周边500 km范围内，共有流体观测台站5个，包括水温、水位、气氡及水氡4种观测手段共10个测项，具体情况和空间分布见表1和图1。

表1 地下流体监测点及测项概况

2 研究方法

3 震前异常情况

本文选取了2009年1月1日～2010年12月31日时间段内，资料连续可靠、动态稳定的8个测项的数据，利用小波分析法进行了计算、对比和分析。发现有4个测项第5阶的计算结果在玉树7.1级地震前出现明显的前兆异常，分别为格尔木水氡、德令哈水温、玉树水温和德令哈动水位。

3.1 水氡异常

格尔木水氡原始数据在玉树7.1级地震前异常不是很明显，但经过小波分析，2010年1月～2月数据出现大幅度的波动起伏，超出2倍均方差。约2个月后，距离测点380 km的玉树发生了7.1级地震(图1)。

图1 格尔木水氡原始数据(a)及小波分析结果(b)

3.2 水温异常

3.2.1 德令哈水温

德令哈水温原始数据2010年4月2日～3日上升0.01 ℃，14日发生了玉树7.1级地震(Δ=480 km)。小波分析计算结果显示，2009年8月～10月数据出现大幅度的起伏变化，超出2倍均方差。约6个月后，发生玉树7.1级地震(图2)。分析认为德令哈水温原始数据短临异常特征明显，这种特性对判断未来地震的发震时间有着重要意义。

图2 德令哈水温原始数据(a)及小波分析结果(b)

3.2.2 玉树水温

玉树水温原始数据异常非常明显。2009年11月12日～11月30日，水温数据突然急剧下降，幅度达0.017 ℃。2010年1月20日～2月3日数据又出现了0.029 ℃的快速下降，之后恢复原来的变化形态。在恢复的过程中发生了玉树地震7.1级地震。玉树7.1级地震时该测项出现了同震下降变化。这是震前一直关注的一项异常，也是距玉树7.1级地震震中最近的异常(震中距46 km)[5]。小波分析结果显示，2009年10月起数据在持续上升的基础上出现大幅度的起伏变化，三次明显的起伏后发生了玉树7.1级地震(图3)。

图3 玉树水温原始数据(a)及小波分析结果(b)

3.3 水位异常

德令哈动水位仪架设于2008年3月26日，通过长时间的观测发现，动水位数据呈现冬高夏低的特征。从图4中原始数据看出，2009年德令哈动水位年变幅度增大。小波分析结果显示，2009年10月～2010年2月数据超出2倍均方差，出现异常。异常结束约2个多月发生玉树7.1级地震(图4)。

图4 德令哈动水位原始数据(a)及小波分析结果(b)

4 异常特征分析

4.1 时间特征

如表2所示，玉树7.1级地震前，流体异常出现最早的是德令哈水温，出现最晚的为格尔木水氡，玉树水温在震前6个月和3个月均有出现异常。这4项异常以中短期异常为主，无明显临震(震前1周)异常。水物理异常早于水化学异常，震中距大的测点异常结束到发震的时间间隔最短，异常出现的时间和震中距关系不成比例。

表2 流体测项异常情况

4.2 空间演化特征

从现有的资料来看，选取的8个测项中有4个出现异常，占50%。从异常点的空间展布来看，德令哈动水位、水温井位于青藏高原柴达木盆地北部边缘，格尔木水氡井位于柴达木盆地南缘，玉树水温井与玉树7.1 级地震震中同处于甘孜—玉树断裂带上。

图5 玉树7.1级地震前青海地下流体异常展布

5 结果与讨论

(1)本文选取的8个测项中，有4个测项出现了异常，占50%。其中水温异常2 项、水氡异常1项、水位异常1项。异常分布范围较大，震中距最大达480 km。异常都发生在震前8个月之内。

(2)从原始数据看，玉树水温、德令哈水温和玉树水位震前异常明显。其中德令哈水温原始数据在震前12 天出现快速上升的异常变化，分析认为德令哈水温短临异常特征明显，这种特性对利用该井水温资料来判断发震时间有着重要意义。

(3)从小波分析的结果来看，有4个测项在震前出现明显异常。异常过程与发震时间的关系，为异常开始—异常峰值—异常结束—恢复正常后发震。结果表明，该方法对不同频率的信息识别功能较强，有助于将数据的趋势变化和局部变化分离，能够有效地识别与消除干扰因素，提取短期异常，是地震前兆数据处理的一种有效方法。

(4)地下流体震前异常的成因问题，多数地震学家认为这种异常来自震源。然而，有学者通过研究得出地下流体中短期异常主体不是来自震源，而是来自区域构造活动的观点[6]。这些都需要更多的震例进行进一步的研究。