强震临震微波动现象初步研究（二）

杨立明 郝臻 王建军 张淑珍 姚家俊 董蕾

1）中国地震局兰州地震研究所，兰州市东岗西路450号 730000

2）青海省地震局，西宁市兴海路1号 810001

3）中国地震局地球物理勘探中心，郑州 450002

4）重庆市地震局，重庆 401147

0 引言

在《强震临震微波动现象初步研究（一）》（杨立明等，2018）中，作者通过对汶川地震、玉树地震、青川地震等3次震例临震阶段宽频带数字地震记录的反复对比研究，初步识别出具有共性频谱特征以及时、空表现的临震微波动，其主要特征表现为：①频谱范围较宽，优势频率为11～16Hz，频谱形态较为整齐；②出现在震前12～14天，有可能被震中距50km范围内的台站记录到，而震中距大于50km的台站一般记录不到；③可能具有方向性，表现为活动度N值变化显著的方向可能与强震的震源位置、发震断层及余震分布等有关。初步认为，临震微波动可能与临震阶段震源区的预活动、微震动、微破裂或与临震阶段相关活动构造的微活动、微破裂、裂隙扩展等事件有关。

为了对临震微波动及其上述主要特征作进一步的验证和检验，考虑到青藏高原地区强震频繁、便于检验的特点，作者于2011年6月在兰州建成了覆盖青藏高原地区的实时震情动态监控和跟踪分析技术系统（简称“兰州地脉动实时监控技术系统”）。该系统将甘肃、四川、云南、西藏、青海等区域台网约200余个宽频带数字地震台站的地脉动波形资料实时汇集到兰州，利用6台服务器构成技术支撑平台，实现了对青藏块体地脉动观测的实时、动态监控和跟踪分析。通过对2012～2014年间发生的24次5级以上地震及部分无震区域台站观测的全程跟踪来检验和验证临震微波动及其主要特征，并进一步提炼震情监视指标和判据。

1 2012～2014年青藏块体地震活动概况

从2011年6月起，“兰州地脉动实时监控技术系统”实现了对青藏块体地脉动观测的实时动态监控。由于数据量巨大，保持稳定连续实时计算对数据流及技术系统要求较高，在3年的连续实时监控运行过程中，存在部分时段的断记，即该时段资料不完整，无法对其间发生的地震事件进行分析处理。具体来讲，2012年6月2日宁蒗5.7级、2013年1月18日白玉5.4级、2013年1月30日杂多5.1级、2013年7月22日岷县漳县6.6级等4次地震发生前短时间内，台站或“兰州地脉动实时监控技术系统”处于断记或缺乏记录状态。

据中国地震台网测定，2012～2014年间，监控区发生独立的5级以上地震28次，扣除上述4次地震后，其余24次地震具体参数如表1所示。

2 临震微波动现象及其主要特征的跟踪检验

为了对临震微波动现象及其主要特征进行检验，作者对表1中列出的24次5级以上地震进行全时空的实时跟踪研究。同时，对监控区内具有连续观测但未发生地震的局部地区，从无震检验的角度对临震微波动现象进行检验。

2.1 2012～2014年监控区震例研究

由于地脉动实时跟踪分析的数据量十分巨大，尽管实际跟踪过程包括了2012～2014年间全部200余个台站的连续实时结果，但以下仅介绍震中距100km范围内的台站跟踪结果；不同台站事件活动度N值也仅展示震前2个月的资料，其他时段及台站的跟踪结果不再赘述。同时，由于分析思路一致，故逐年选择具有代表性的地震为例进行说明。

2.1.1 2012年9月7日宜良5.6级地震

2012年9月7日宜良5.6级地震震中位于昭通台东北34km，距丙乙底台85km、盐津台71km、雷波台96km、筠连台83km。震前8月1日～9月17日间，临震微波动事件活动度随时间的变化如图1所示。8月21～27日间昭通台出现明显的异常变化，此时距发震16天；异常幅度最大21，NS测道异常突出。

2.1.2 2013年3月3日洱源5.5级地震

2013年3月3日洱源5.5级地震震中位于洱源台西南35km，距云龙台33km、团山台65km、泸水台85km、鹤庆台86km。震前2月1日～3月3日间，临震微波动事件活动度随时间的变化如图2所示。2月9～15日间洱源台出现明显的异常变化，此时距发震24天；异常幅度最大达到6，NS测道异常突出。

2.1.3 2013年4月20日芦山7.0级地震

2013年4月20日芦山7.0级地震震中位于雅安台正北24km，距姑咱台82km、峨眉台91km、小金台99km。震前3月1日～4月20日间，临震微波动事件活动度随时间的变化如图3所示。4月15～19日间雅安台出现明显的异常变化，此时距发震6天；异常幅度最大为8，NS测道异常明显。

表1 2012～2014年监控区5级以上地震震例检验

2.1.4 2014年8月3日昭通6.5级地震

2014年8月3日昭通6.5级地震震中位于昭通台西南48km，距巧家台41km、普格台81km、石门坎台60km、丙乙底台80km。震前6月3日～8月3日间，临震微波动事件活动度随时间的变化如图4所示。其中，7月20～25日间昭通台出现临震微波动变化，此时距发震15天；异常幅度最大8，NS测道异常突出。

图1 2012年9月7日宜良5.6级地震前后不同台站N值的变化

图2 2013年3月3日洱源5.5级地震前后不同台站N值的变化

2.1.5 2014年11月22日康定6.3级地震

2014年11月22日康定6.3级地震震中位于姑咱台正西50km，距雅江台73km、道孚台96km、小金台100km。震前9月22日～11月22日间，临震微波动事件活动度随时间的变化如图5所示。其中，11月8～18日间姑咱台出现明显的异常变化，此时距发震14天；异常幅度最大6，EW测道异常突出。

依照上述思路，逐一研究2012～2014年间发生的其他20次地震。基本结果汇总如表1所示。由表1可以看出：

图3 2013年4月20日芦山7.0级地震前后不同台站N值的变化

图4 2014年8月3日昭通6.5级地震前后不同台站N值的变化

图5 2014年11月22日康定6.3级地震前后不同台站N值的变化

表2 不同震级档的映震率

（1）在24次震例中，有14次地震，在震中距50km半径范围内有地震台站；其中的5次，即2012年宜良5.7级、2013年洱源5.5级、2013年芦山7.0级、2014年昭通6.5级、2014年康定6.3级等地震中观测到类似汶川地震、玉树地震前的临震微波动现象。

（2）5次观测到临震微波动现象的震例中，从临震微波动出现到主震发生时间最长24天，最短6天，优势时段集中在14～16天；在空间特征方面，5次地震震前的临震微波动均有震中距50km半径范围内的台站记录到，超过50km的台站没有记录到；在方向性特征方面，表现出活动度N值变化显著的方向基本与强震的发震断层、余震分布及震源位置较为一致。因此，5次震例与汶川地震、玉树地震、青川地震等震例的结论基本一致。

（3）在地震强度方面，出现临震微波动现象的5次震例，其震级均大于5.5级；而震中距50km半径范围内有地震台站，但没有观测到临震微波动现象的9次震例中，震级为5.0～5.4级的7例。也就是说，临震微波动现象的出现似乎与地震强度有关，震级越大，震前越可能出现持续临震微波动。表2给出了上述14次震例不同震级档的统计结果。由表2可见，在7次5.0～5.4级地震中，没有1次震前出现临震波动现象；3次5.5～5.9级地震中，有2次震前出现临震微波动现象，映震率67%；4次6.0级及以上地震中，有3次震前出现临震波动现象，映震率75%。其实，如果仅考虑7.0级以上地震，那么，2008年以来监控区内发生的汶川、玉树、芦山等地震震前均出现了临震波动现象，映震率100%。因此，临震微波动现象可能与地震强度有关，震级越大，震前出现持续临震微波动的可能越大。

2.2 临震微波动的无震跟踪研究

在对临震微波动现象持续3年时间的实时连续观测中，有一个现象值得关注。那就是在2012年1月～2014年12月长达3年时间的连续观测期间，出现临震微波动现象的台站很少；且即使出现，能够持续异常达到或超过4天则很少。以下以西藏地震台网、甘青川交界部分台站为例进行说明。

西藏台网由13个台站组成。2012年1月～2014年12月间，西藏地区5级以上地震震中没有一次在距台站50km半径范围内，10个台站的N值变化过程如图6所示。由图6可见，在3年连续观测期间，所有台站的N值均处于一种随机起伏的状态，没有一个台站的N值出现过类似汶川地震、玉树地震、青川地震等震例的异常状态。

图6 2012年1月～2014年12月西藏台网台站N值变化过程

与此类似，2012年1月～2014年12月间，甘青川交界地区未发生5级以上地震。该区域内的玛曲、迭部、若尔盖等台站的N值变化过程如图7所示。由图7可见，N值变化过程表现出类似于西藏台网的特点，即在3年时间内没有一个台站出现过类似汶川地震、玉树地震、青川地震等震例的异常状态。

因此，西藏台网、甘青川交界部分台站没有观测到临震微波动现象、也没有地震发生的事实，从另一个角度对临震微波动现象的有效性进行了验证。

图7 2012年1月～2014年12月甘青川交界部分台站N值变化过程

3 讨论与结论

3.1 临震微波动及地震强度特征

在汶川地震、玉树地震、青川地震等震例研究的基础上，综合上述24次震例的实际跟踪，得出如下初步结论。

（1）临震微波动现象具有重现性。该现象不仅在汶川、玉树、青川等地震前出现，也在宜良、洱源、芦山、康定等地震前出现；且西藏地区及甘青川交界地区连续3年的观测和地震活动实况，从另一个角度检验了临震微波动的客观性。这意味着以此现象为跟踪指标，进一步开展临震预测探索具有实际价值。

（2）临震微波动现象可能与地震强度有关，震级越大，震前出现持续多天临震微波动的可能性越大。对5.5级以下地震，几乎观测不到临震微波动现象，除非是台站附近发生的地震，如2011年11月1日青川5.4级地震，其震中距仅7km。

3.2 基于临震微波动的震情跟踪指标初步提炼

综合汶川地震、玉树地震、青川地震等震例及2012～2014年24次震例的实际跟踪结果，可初步提炼震情监视、跟踪的判据如下，以期作为进一步研究验证的基础。

（1）跟踪指标：以临震微波动及其活动度为目标，动态跟踪震情的变化。若临震微波动活动度在一定范围内随机起伏，则属正常活动，不具有强震危险性；若临震微波动活动度超出随机起伏的变化范围，且持续时间达到或超过4天，则意味着可能具有强震危险性。

（2）时间判据：当临震微波动活动度N值出现异常变化，且从异常出现之日计算，预测未来6～24天，平均15天左右可能存在强震的危险。

（3）地点判据：可有依次逼近的3条判据：① 以出现临震微波动异常变化的台站为中心，50km为半径的区域可能是未来发震的区域；② 临震微波动活动度优势异常方位为未来可能强震的发震方位；③ 判据①、判据②所指区域及方向存在的活动断层段为可能的发震危险区段。

（4）强度判据：临震微波动现象预测的地震震级一般应在5.5级以上，对5.5级以下地震一般不具有预测效能，除非是台站附近发生的地震。

3.3 有关问题的讨论

（1）临震微波动活动度N值异常幅度与震级间的关系

在《强震临震微波动现象初步研究（一）》（杨立明等，2018）中，汶川地震、玉树地震、青川地震等震例呈现出震级大，则临震微波动活动度N值大、持续时间长；震级小，则临震微波动活动度N值小、持续时间短的特征。但是，在2012～2014年间的震例跟踪中，该特征似乎并不明显。因此，有关临震微波动活动度N值异常幅度、持续时间与震级间的关系还需要进一步的研究和验证。

（2）临震微波动现象机理的初步讨论

临震微波动现象是否来源于临震阶段震源区的预活动、微震动、微破裂等事件，仍然难以确定，这需要更多的研究来验证。但是，2012～2014年持续3年的连续跟踪研究给出了临震微波动现象的检验和验证，相关震例的增加进一步强化了对临震微波动现象重现性和客观性的认识。

据已有研究可知（马瑾等，2012；马瑾，2016），地震是以突发形式表现的构造变形，存在一个由慢变快的物理过程。预滑、震颤等现象正好刻画了构造变形由慢变快的过程。同时，地震的发生是一个力学过程，断层处于应力峰值强度后的亚失稳阶段时，进入一个不可逆的变形阶段，这标志着地震的发生已不可避免。据此，我们不难联想到，临震微波动在持续数年的观测中不存在，但是在临震阶段出现，且具有重现性、方向性、临震性、近源性、微弱性等特征，这是否是震源应力状态进入亚失稳阶段的表现，是否可作为地震孕育进入亚失稳的标志，值得我们进一步跟踪研究。

（3）尽管本文仅给出了2012～2014年间临震微波动的跟踪结果，但实际上，“兰州地脉动实时监控技术系统”至今已连续稳定运行了6年，关于2015～2017年间的典型震例、典型地球物理事件及环境变化的频谱特征与临震微波动的差异性分析等研究结果，有待另文介绍。

（4）2014年10月7日景谷6.6级地震前，景谷台震中距27km，但没有记录到临震微波动，其原因需进一步研究。

致谢：马瑾院士，陆远忠、张晓东、江在森、徐平、聂永安、吴云、车时、马宏生、周龙泉等给予了有力的指导、启发和鼓励；中国地震局地球物理研究所国家测震台网数据备份中心提供了具体的波形数据，郑秀芬研究员给予了大量的帮助，一并表示感谢。