水库区地震前兆在地震预报中的意义①

2012-10-16郭安宁高思如

地震工程学报 2012年3期

关键词：纬向前兆库区

焦姣，郭安宁，高思如，李鑫

（中国地震局兰州地震研究所，甘肃兰州 73000）

水库区地震前兆在地震预报中的意义①

焦姣，郭安宁，高思如，李鑫

（中国地震局兰州地震研究所，甘肃兰州 73000）

通过对龙羊峡和刘家峡两水库区附近的前兆台站记录到的近几年已发生大地震的明显前兆异常现象进行分析研究，发现当地震观测点附近存在水库或天然湖泊时其前兆现象更加突出。本文分析了这种现象的可能机理，指出利用这一特点进行坝区附近及大区域的地震短临预测的可能性。

水库区；短临异常；地震预报；前兆观测

Abstract：The observation data from stations near the Liujiaxia and Longyangxia reservoirs before some earthquakes are analyzed．It is shown that if earthquake observation points near the reservoir or natural lake，the precursory phenomena are more prominent．In this paper，the possible mechanism of this phenomena is discussed．It is indicated that we can use the stations near reservoir and natural lake to predict earthquake near the lake or in a large area for short－imminent term．

Key words：Reservoir area；Short－imminent anomaly；Earthquake prediction；Precursor observation

0 前言

黄河上游最大的两个水库是龙羊峡水库和刘家峡水库。当地震观测点附近存在水库或天然湖泊时，由于水体对地壳介质的消弱作用以至其对区域应力加强时反应敏感，从而地震观测点的前兆表现更加突出，这可作为预测坝区附近大震的一个有利条件。

据道导［1］美国米德水库诱发地震的空间范围约在水库中心周围40km半径的范围。这说明库水渗入地壳的范围是不小的，因而对地壳岩石强度的削弱的范围也是不小的。这样在大区域构造应力加强时其变形的敏感性就会表现出来。根据中国地球物理学会天灾预测专业委员会刊印的“1994年天灾预测意见汇编”和“1995年天灾预测意见汇编”，郭增建和秦保燕利用广西大化水库的弱震群实际预测了1994年12月31日和1995年1月10日北部湾6．1级和6．2级地震，并用浙江鄞县水库的弱震群预测了1996年11月9日上海东边海中6．1级地震。又如1971年3月24日青海托索湖西边30～40km处发生6．3级地震（35．5°N，98．1°E），在这次地震前半个月托索湖水位下降了37cm，震前12小时水位有突然上升了21cm，这是湖水对附近地震的反映，与水库有类似之处。本文根据龙羊峡和刘家峡水库区附近台站的前兆资料，分析其对前兆异常反应的敏感度，探索利用库区前兆资料，对库区及其附近大地震进行监测的途径。

1 由水库区前兆异常预测地震的思路

“穴位论”是我国古人观察山川的蜿蜒以及地下水通路（古人称地脉）而产生的思想。后来将该思想用于人体和兽体的诊病和治疗，于是发展成为“穴位论”或“经络学说”。对于地震预测来说，穴位论的思路可以移用于地球，并进而进行地震预测。文献［2］发现地球表面有七种穴位，其中一个就是蓄水后的弱化区，简称为库渗穴。利用库渗穴上的前兆预测地震的情况可分为两种：第一种是库渗穴和震源的位置可以找到两者之间的通道关联，这个通道联系的理论基础是立交模式［2］。具体来说，当下岩石圈蠕滑断层从水库弱化区下方缓慢传播时，可使库区发生形变或小震。随后该蠕滑断层又传播至大震孕育区下方触发大震发生。这就将库渗穴上的前兆与发震震源关联起来，从而有可能有库渗穴上的变动（前兆）定向和定距地预测地震。根据立交模式，下岩石圈的剪切蠕滑断层有两类，一类与区域构造压力夹45°的角，一类是因地球自转和在日月引潮力作用下形成的具有特殊意义的几个纬向带。第二种是水库弱化区不在深部剪切蠕滑线通过的地方，即库渗穴与发震震源之间不存在“经络”，但库渗穴作为一个介质弱化区，同样对大区域构造应力加强时反应敏感，它反映着大区域应力在加强，因此也可利用库渗穴的明显前兆提取一定的预测信息，以用于最后综合分析作预测。下面将结合上述两种预测思路，对龙羊峡库区和刘家峡库区反应前兆的情况做一分析。

2 龙羊峡水库台站在2001年昆仑山口西8．1级地震前的前兆反应

电磁波异常是地震进入短临阶段的一种前兆指标。龙羊峡电厂电磁辐射台位于龙羊峡库区，台站观察环境较好，周围无输电高压线通过。2001年青海昆仑山口西8．1级地震前龙羊峡电磁辐射前兆异常现象是十分明显的［3］，越临近地震异常的组数越多，见表1。

龙羊峡水库就相当于“库渗穴位”，而其与昆仑山口西大地震震源之间的“经络”可利用三层模式中的纬向蠕滑带来阐明。三层模式是立交模式的另一种形式［4］，按次序是指以脆性为主的上岩石圈，近于塑性的下岩石圈和岩石圈以下的软流圈。对于软流圈，由于地球自转速度在不同纬度上不同，所以在不同纬向条带之间存在旋转差异（较差），从而形成纬向滑移线。这个纬向滑移线在漫长的时间中可传过第二层而影响第一层发震并形成地震沿纬向迁移的现象。在这些纬向带中，北回归线带、北纬30°带、北纬35°带是地球上的一些重要纬向带（经络），如图1所示。这三个纬向带还与日月引潮力有关。北回归线是太阳直下点引潮力的最北边界。30°纬带是月亮直下点引潮力最北边界28．5°的近似（因直下点垂直向引潮力向北衰减极慢，故可作近似考虑）；35°纬带是月亮引潮力使地球变形的长期项中低纬隆起和高纬下沉的交界带，也是地球自转离心力使低纬鼓起和高纬下沉的交界带。由于以上诸情况长期作用于地球内部，所以在这些纬带地球内会形成一定变弱痕迹。再加地球较差自转（地球在自转时不同部位的角速度互不相同的现象）会叠加在上述弱痕上，形成沿北回归线、30°纬带和35°纬带的纬向滑移线。2001年昆仑山口西大地震的震源与龙羊峡水库的位置就位于北纬35°纬向带上（图1）。这是符合穴位论和经络观点的预期的。即纬向滑移线的滑动因某种原因沿纬向传播，先从龙羊峡水库下方传过，在龙羊峡库区形成某种前兆，后传播到昆仑山口西震源地方触发该大地震发生。因此龙羊峡水库显著异常前兆现象在短临预报上对昆仑山口西8．1级地震的发生有一定的反映。

图1 昆仑山口地震震源与龙羊峡水库的位置图Fig．1 Location of Longyangxia reservoir and the source of the KMP earthquake．

3 刘家峡水库区地应力台在2008年汶川8级大震前的前兆反应

地应力异常与地震的发生存在一定的对应关系。刘家峡地应力观测站位于兰州西南部库区附近，汶川大地震前刘家峡台地应力的逐日变化和逐时变化有明显的前兆异常［5］，如图2所示。

表1 昆仑山口西8．1级地震前龙羊峡电磁辐射异常统计

图2 汶川地震前刘家峡台记录的地应力前兆异常Fig．2 The stress anomaly precursor curves recorded by Liujiaxia station before the Wenchuan great earthquake in 2008．

从图2中我们可以看到，汶川地震是在地应力上升的过程中发生的，前兆异常相当明显。根据刘家峡与汶川地震震中的位置关系，其相互联系的通道尚不明确。它可能属于前述的与震源无通道联系的第二种情况。一般来说，水库蓄水后库水渗入地下造成库区下方十几公里以及周围几十公里范围内介质大大弱化。刘家峡水库作为一个介质弱化区，会在大区域构造应力加强时有敏感反应。这种反应可考虑在水库弱化区周围较大范围内可能有大震即将发生。

以上龙羊峡和刘家峡前兆所反映的大震距这两个水库皆较远，龙羊峡距昆仑山口西8．1级地震约600～900km，刘家峡距汶川地震约500km。这种情况说明水库对远处大震的反映是有其价值的。

4 水库区台站对其附近大地震的监测情况

上述讨论的都是水库库区附近的地震台站记录的地震前兆异常对与之间隔较远的大地震的监测情况，但是这些地震前兆异常是否同样能够监测其附近的大地震呢？以下我们将做一探讨。

在龙羊峡水库附近1990年4月26日发生了共和7．0级地震。当时库区还无电磁波前兆观测站。之后一个月内又发生了两次5级以上地震（1990年5月7日5．5级和16日5．2级）；在7．0级地震后4年的1994年震中周围又发生了多次5～6级地震，且有震中逐渐靠近水库的趋势［6］。对于这些强余震，龙羊峡台电磁波记录到显著的超低频电磁辐射异常（表2）［7］。表2中震中距说明龙羊峡水库区对很近的中强震亦有明显前兆反应。因之我们有理由推断未来库区附近有大震时亦会有前兆反应。

同样，对于刘家峡水库来说，1995年7月22日在其附近的永登发生5．8级地震，刘家峡地应力也反应敏感。1994年10月电感应力出现了大幅度异常，1～4号元件异常幅度分别为－7 000μH（EW），－1 700μH（NE），8 400μH（NS），－5 600μH（NW）（图3）［8］。

表2 龙羊峡电磁辐射异常对应震例的统计表

图3 永登5．8级地震刘家峡台应力前兆Fig．3 The stress precursor at Liujiaxia station before the Yongdeng MS5．8earthquake in 1995．

由图3我们可以看出刘家峡应力异常幅度非常大。刘家峡台离永登5．8级地震震中仅70km，且测点位于水库库区，这种特殊环境下的介质对应力应变反应灵敏，并可能放大该地区的前兆反应。

基于以上分析，水库弱化区前兆不仅能监测与其距离较大的大地震，由中强震例推测对库区附近将来的大地震也会在震前反应敏感。

前已述及，1971年3月24日托索湖西30～40 km处发生的6．3级地震，震前湖区水位前兆反应敏感。如图4、5所示［9］。这也支持刘家峡和龙羊峡这两个水库对未来库区附近大震的前兆监测作用。

5 结论

通过对已发生地震震前水库地区的前兆异常现象的研究分析，可以看出水库区既可作为前兆穴位（与震源有通道联系），又可作为敏感点（与震源无通道联系），其对大区域构造应力应变反应灵敏，并可能放大该地区的前兆反应。所以可以利用水库区附近的前兆台站记录到的明显前兆异常现象的特点来进行地震预测，对于黄河上游来说，它可用于预测坝区附近的大地震，以便防灾减灾。