2012年首都圈地区三次显著地震事件异常跟踪及预测回顾

杨 柳 ，邵永新，徐学恭，陈 嵩

(天津市地震局，天津 300201）

0 前言

2012年5月28日10时22分河北省唐山市发生了MS4.8级地震， 6月18日03时05分、8月26日7时13分天津市宝坻区又相继发生了MS4.0、MS3.5级地震（图1）。这是继2006年河北文安5.1级地震后，首都圈地区发生的一组显著地震活动。在这三次地震发生前和发生过程中，我们根据天津地区的小震活动和前兆异常等情况进行了跟踪和预测。在唐山MS4.8和宝坻MS4.0级地震前我们有所察觉，并在年中会商中提出了预测意见；对8月26日发生的宝坻MS3.5级地震，我们在月、周会商中明确提出了预测意见。但在这一过程中，我们也忽略了一些现象，以致在唐山MS4.8级前没有提出具体预测意见，本文从预测实践的角度回顾了这一过程。

1 三次地震的基本情况

唐山MS4.8级地震发生在河北省唐山市和滦县交界地区（N39.80°，E118.40°）、唐山断裂附近，距1976年唐山MS7.8级地震震中约28 km，天津市行政区内大部分地区有感。宝坻MS4.0级地震发生在天津宝坻区林亭口镇和八门城镇之间（N39.6°，E117.6°），是蓟运河断裂活动的结果，天津蓟县、宝坻、塘沽地区部分人有感。宝坻MS3.5级地震发生在天津宝坻区西河口村附近（N39.6°，E117.4°），东距6月18日宝坻MS4.0级地震约17 km左右，主震发生在近EW向、S倾的宝坻断裂上，震中附近部分人有感。距此次地震最近的前兆观测点为王3井，仅为7 km左右。表1给出了河北唐山MS4.8级地震等三次地震的发震三要素、震源深度、附近主要断裂带、震源机制解类型及主破裂方向等基本信息，三次地震的震中位置如图1所示。

图1 三次地震震中及异常台站分布Fig.1 The epicenters of the three earthquakes and the monitoring earthquake anomalies stations

表1 河北唐山MS4.8等三次地震基本信息表Table 1 The basic information of the three earthquakes

2 三次地震前的异常情况

2.1 地震活动异常情况

2.1.1 地震活动趋势背景

1998年张北6.2级地震后，华北地区地震活动一直处于低水平状态，华北地区6级以上地震持续平静；2009年9月以来山西带与张渤带的ML≥3.0地震在北三省交界地区形成“交而不汇”的空间有序图像，并且ML≥4.0地震在上述两个条带集中；2006年7月文安5.1级地震后，首都圈地区5级左右地震持续平静。综上所述，首都圈地区存在发生中等地震的背景性异常。

2.2.2 小震条带异常

2012年2月以来首都圈地区ML≥1.0小震活动较之前有所增强，这种情况一直持续到4月份。通过空间图像扫描跟踪，我们发现在3月24日到4月18日短短55天的时间内，天津东北部快速形成了一个长约130 km、宽约20 km的 ML≥1.0小震条带（图2）。在5月28日唐山MS4.8地震后，这个小条带并没有解体，而是进一步发展并有所加强，先后发生了5次地震，其中有3次发生在宝坻地区附近，该条带一直维持到宝坻4.0级地震之前。

图2 2012年3月24日至4月18日天津东北部ML1.0以上小地震条带Fig.2 The small earthquake belt with ML≥1.0 in Tianjin northeast on March 24 to April 18,2012

2.2 前兆异常情况

2.2.1 蓟县垂直摆NS向趋势异常

从2009年11月开始，蓟县垂直摆NS出现加速N倾趋势异常。2011年7月以后，N倾趋势减缓。2012年初发现该仪器由于格值增大，已不符合观测规范要求，因此于4月20日至22日对仪器进行了检修，检修后25日开始观测值出现加速S倾变化（图3a）。2012年6月开始该测项S倾速率略有减缓，7月底受降雨影响继续加速S倾变化。

2.2.2 宁河、塘沽地磁Z、F与静海台差值异常

宁河台核旋21点Z、F与静海台21点Z、F差值2012年3月出现下降变化（图3b、c），到4月中旬下降幅度就达到了5 nT，7月底异常幅度最大分别达到14 nT和13 nT左右。塘沽地磁核旋Z分量与静海地磁差值2011年11月初出现上升变化，到2012年1月上升最大幅度达到10 nT左右，2012年2月初转降，6月达到最低值比正常值低约9 nT左右（图 3d）。

图3 蓟县垂直摆NS向宁河台核旋Z(b)、F(c)、塘沽台核旋Z(d)与静海台核旋差值Fig.3 Jixian pendulum inclinometer in the NS direction(a),the difference between Ninghe geomagnetic nuclear precession in the Z(b),F(c)direction,Tanggu geomagnetic nuclear precession in the Z(d)direction and Jinghai geomagnetic nuclear precession in the same direction

2.2.3 静海台地磁加卸载响应比的高值异常

静海台地磁加卸载响应比7月14日出现了8.33高值变化（图4g）。

2.2.4 天船井水位下降异常

天船井是一口模拟观测的浅层咸水井，从2007年12月27日开始天船井水位出现下降异常（图4a），一直到目前水位仍在低值变化，观测值已累计下降了2.335 m。此外，该井水位在趋势下降的过程中，还出现过几组上下的波动异常变化，最近的一组异常是从2011年3月24日开始下降，2011年12月19日转折上升，水位下降了1.09 m（图4a黑框5，第五组异常）。

2.2.5 流体学科其他异常

天津流体学科存在的其他异常包括：塘沽井水位、徐庄子井水位、王3井水位、氦气和王4水氡，这几个异常测项的观测时间均较短。其中塘沽井和徐庄子井与天船井相同是天津地区所特有的咸水层观测井，2011年初开始观测。

另外，唐山MS4.8级地震后，我们将5月28日的观测数据接收入库，发现“十一五”新增上的、尚未正式观测的宝坻新台观测井水温存在明显异常（图4h）。该井水温从27日下午17时开始上升，到28日2时，水温上升了0.002℃，是正常日变幅的近3倍。28日10时22分发生唐山MS4.8级地震， 当日下午15时水温恢复正常。

图4 天船井(a)、塘沽井(b)、徐庄子井(c)、王 3井(d)水位和 He(e)、王 4水氡(f)、静海台M－15加卸载响应比(g)、宝坻水温(h)变化曲线Fig.4 The curves of Tianchuan well water level(a),Tanggu well water level(b),Xuzhuangzi well water level(c),Wang3 well water level(d)and helium gas(e),Wang4 water radon(f),Jinghai geomagnetic load-unloading response ratio(g),Baodi well Water Temperature(h)

3 异常分析与落实

3.1 天津地区小震条带异常分析

3月以来在天津东北部形成的ML≥1.0小震条带并不是第一次出现，在文安地震前2006年5月也曾出现过类似的1级小震条带[1]。为此，我们对天津地区的小震条带进行了震例统计，发现2000年以来在天津东北部曾出现过3次类似条带图像，其中2次之后对应了唐山中等地震活动，分别是2008年3月11日卢龙3.9级地震和2010年4月6日滦县4.3级地震，其映震概率达0.67。总结这类小震条带特点是：多在2个月左右的时间内形成，形成后2个月左右的时间内其附近地区常有中等地震活动。

3.2 前兆异常分析

3.2.1 蓟县垂直摆NS向

蓟县垂直摆NS向2012年4月开始的大幅S倾变化，我们认为主要是由于仪器检修引起的，之后一段时间的S倾变化是观测资料的一个稳定过程。同时根据以往观测资料的变化规律，垂直摆NS向下半年应是S倾变化。因此说明，这段变化中包含了正常的年变变化同时也有仪器维护的原因，7月底以来还叠加了降雨干扰变化。

对于该测项2009年11月以来的突出趋势异常变化，学科组曾进行过详细的跟踪落实研究[2]，认为该异常变化并不完全是干扰所致，含有一定的地震前兆信息。2011年7月至2012年4月，垂直摆NS向呈现总体S倾，因此认为该N倾异常到2011年7月结束。依据异常结束时间及以往震例分析[3]，该异常主要对应华北地区的中强地震，映震有效期应持续到异常结束后一年半左右。

3.2.2 宁河台、塘沽台地磁核旋与静海地磁差值

2011年底至2012年初，宁河、塘沽地磁Z、F分量与静海地磁差值的异常幅度均超过了5 nT的异常阀值，单从曲线来看可以认定为异常。该类异常出现后，可能对应周边地区5级左右地震。但是由于这类异常是近10多年来天津地区首次出现，因此需要对这几项异常做进一步的分析和落实。

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3.2.3 静海台地磁加卸载响应比的高值异常

静海台地磁加卸载响应比7月14日出现了8.33高值变化。通过以往的震例总结[4]，响应比对台站邻近地区的中强地震有较好的震前异常显示。异常主要表现为超过3.5阀值的成组异常或单点高值，异常出现后9个月内，300 km范围内发生ML4.0以上地震的概率较高。

3.2.4 天船井水位

天船水位存在的异常包括2007年以来的趋势下降异常和2011年3月以来出现的一组叠加的加速下降异常（图4a）。对于2007年开始的下降趋势异常，天津市地震局曾多次落实也未发现干扰问题。我们进一步对在趋势下降过程中叠加的加速下降异常进行具体分析，根据以往对异常的判定标准[5]，发现有5组超过30 cm的下降变化（图4a）。表2统计了前四组下降变化的异常时间、异常幅度、对应地震等情况。最近的一次异常出现在2011年3月24日，2011年12月19日转折恢复，水位下降了1.09 m（图4a）。结合以往震例总结分析，认为天津及周边地区存在中等地震活动的可能。

表2 天船井水位叠加的下降异常震例统计表Table 2 The statistics earthquake examples of Tianchuan well water level decreasing anomaly

3.2.5 塘沽井、徐庄子井水位

塘沽井（图4b）自观测以来水位呈现上升趋势变化，在观测的第一年时间里，6～7月和12月虽有下降变化，但持续时间短、下降幅度小，仅30 cm左右。到2012年3月，水位开始出现大幅度下降，到2012年7月下降了1m多。徐庄子井水位自2011年观测以来（图4c），前8个月水位基本在11.5m左右变化，9月开始上升，到2012年2月达最高值后转降，上升幅度超过1 m。根据对天津周边其他咸水井的震例总结[5]，我们发现这类井水位的异常特征主要表现为较大幅度的上升或下降异常。塘沽井和徐庄子井的异常变化与之相符，因此我们认为这些变化可能存在异常成份，但由于这两口井的观测时间都比较短，因此仅列为疑似异常进行跟踪。

3.2.6 王3井水位、气氦

王3井原为自流井，主要进行水化学观测，断流后2011年1月正式开始水位、水温和氦气观测。主要受季节性较强的开采影响，其特点是：每年冬季开采量大，夏季开采量小。从王3井水位2011年年动态特征分析，年初1～3月上旬水位呈下降趋势，下降速率大（每月0.39 m左右），3月15日停止供暖后，水位有一个回升过程，4月底到5月初又开始下降，下降速率小（每月0.23 m左右）。但该井2012年的年动态没有遵循这一规律，与2011年水位动态相比较，2012年水位变化应属不正常状态。但因观测时间短，也把这项异常列为疑似异常。

王3井氦气于2011年8月开始观测，2012年3月底观测值开始上升。据了解，氦气观测具有一定的年动态特征，上升过程一般出现在5月份，而王3井是出现在3月底。由此，该井氦气观测也列为了疑似异常。

3.2.7 王4井水氡

王4井水氡5月29日开始出现高值变化，水温同步下降。经现场落实发现5月29日以来井口抽水装置有明显变化，由连续24小时不间断抽水改为间断的不定时抽水。初步判定王4水氡的高值异常可能与抽水方式改变有关。

3.3 前兆异常落实

3.3.1 宁河台、塘沽台地磁核旋与静海地磁差值

地磁核旋差值的下降异常是近10多年来天津地区首次出现，因此我们又对这几项异常做了进一步的分析和落实。从观测仪器方面分析，测项所使用的两台仪器在“十一五”天津市地震基础安全工程“前兆仪器更新改造”项目中均进行了更新，除塘沽台8月初至9月中旬因G856T仪器探头存在问题，导致观测结果出现高值变化外，其它均正常。从观测环境方面分析，经落实，异常前后台站附近的环境变化有：2011年6月宁河台院墙外开始新建厂房；塘沽台2012年4月开始对台站内环境进行改造，将原有两排老房拆除，新建100 m2左右的新办公用房，同时对院内进行整修。从异常出现时间与环境改变的具体时间点来进行对比，初步分析两者并没有时间上的一致性。

但是由于两个台站环境变化较大，为进一步搞清环境变化对观测结果的影响情况，2012年6月我们对宁河台和塘沽台场地的磁场变化情况进行了两次实地测量，图6为2012年6月对两个台站观测环境的测量结果。

在实地测量中，测量点距为每5 m一个测点，宁河台测量区域距厂房约10 m、塘沽台测量区域与改造区域相距约3 m。从测量结果分析，宁河台测量区域内离厂房30 m以外的磁场基本恢复正常，影响基本消失（图5b）；塘沽台测量区域内东北角磁场梯度已大致恢复到了正常水平（图5a）。因此从实际场地磁场测量结果分析，宁河台、塘沽台外部环境的改变对观测磁房内观测的核旋测量结果影响不大，所出现的差值异常属实。

图5 塘沽台(a)、宁河台(b)环境磁场梯度及台站环境示意图Fig.5 The environment magnetic field gradient and the station environment of Tanggu station(b),Ninghe station (a)

3.3.2 王3井水位

王3井位于王草庄地热异常区内，属地热井，其观测的含水层自成系统，与外界联系较弱，封闭性较强，主要受季节性较强的开采影响。据调查，王3井的开采影响因素主要有两个：宝坻温泉城井（ZL1）供热、洗浴开采；宝坻周良庄农场井（ZL4井、ZL7井）供热、农业种植开采。为了进一步落实王3井水位2012年4月开始的破年变变化是否受到了周边开采的影响，我们对ZL1、ZL4和ZL7的开采情况进行了调查。结果发现，夏天，ZL4井每天开采量在500 m3/d左右，变化不大，而ZL7井基本不用。因此王3井水位变化主要是受ZL1井的开采影响。图6是我们搜集的2011年1月至2012年10月ZL1井月开采量数据，可以看到2012年4月以来，ZL1井的开采量相对2011年略有减小，但从年动态来看并没有太大变化，并不足以导致王3井水位出现这种破年变变化。从另外一个角度分析，王3井处于封闭性较好的周良庄地热异常区内。在热水的持续不断的开采条件下，除由大开采量突然转变为小开采，水位可能会出现小幅、短时间的上升外，总体上，水位应该还是下降趋势才更为合理，只是下降的速率不同。因此可以判断该异常变化并不是地热开采引起的。

3.3.3 王4井水氡

经过初步落实，为进一步验证水氡高值是否与抽水条件改变有关，我们采取了不同抽水条件下的水氡对比观测试验。先恢复连续抽水状态一段时间取样观测，之后再用改变后的抽水状态观测，最后对水氡、水温的观测值进行比较。试验结果表明（图7），7月6日至20日恢复连续抽水后水温明显上升，水氡值则转为下降；7月21日再次改为间断抽水后，氡值又逐渐上升，并恢复到试验前的氡值背景。这说明，王4井水氡的高值变化与抽水状态的改变有关，不是地震前兆异常。

图6 ZL1井地热水月度开采量变化曲线图Fig.6 The monthly production change curve of ZL1 well geothermal water

图7 王4井不同抽水条件下水氡、水温观测结果对比曲线图Fig.7 The contrast curves of observation of water radon and water temperature of Wang 4 well under different pumping condition

4 震情判定过程

4.1 唐山MS4.8级地震

唐山MS4.8级地震前，天津地区存在的异常如表3所示。在这些异常中，塘沽井、徐庄子井、王3井水位和王3井气氦由于观测时间短，并没有作为判定震情的主要依据，仅作为参考；宁河、塘沽地磁异常，虽然从幅度上已经达到异常标准，但是由于这种异常是第一次出现，对其可靠性存疑。因此，在华北片半年会商中，我们仅提出了比较可靠的3项异常：天津东部地区的小震条带、天船井水位和蓟县垂直摆NS向异常。在周月会商中，我们也未能对这些异常达成一致的认识，没有提出明确的短临预测意见。

表3 三次地震震前异常表Table 3 Earthquake precursor abnormalities before three earthquakes

4.2 宝坻MS4.0级地震

宝坻MS4.0级地震前，形成于唐山MS4.8级地震前的1级小震条带并没有解体，而是继续发展，但在判定中认为距唐山MS4.8级地震尚近，还需观察。

在前兆异常方面，天船水位叠加的加速异常认为交代给唐山MS4.8级地震。塘沽台、徐庄子台水位若认定为震兆异常，那么它们也可交代给唐山MS4.8级地震；小辛庄垂直摆的趋势异常，虽可能有此次地震的信息，但由于震级偏小不能完全交代给这次地震。新出现的异常仅有一项，是王4井水氡的高值变化，初步判定可能与抽水方式改变有关，后续的对比观测试验也证实了该判断。

因此，震前存在的前兆异常均为唐山4.8级地震延续下来的一些异常（表3）。在对异常的判定中，我们认为王3井水位和氦气的异常仍存在疑问。有所不同的是我们对宁河台、塘沽台核旋差值异常的认识基本趋于一致，认为是前兆异常；该异常在唐山4.8级地震后仍未恢复，但是由于地震结束时间尚短，认为需继续观察该异常的恢复情况再作判断。因此，在宝坻MS4.0级地震前我们仍然没有提出预测意见。

4.3 宝坻MS3.5级地震

宝坻MS4.0级地震后，天津东北部的1级小震条带已经结束，天津地区的异常现象主要集中在了前兆方面。塘沽台核旋Z分量与静海地磁差值逐步恢复，但宁河台核旋Z、F分量与静海地磁差值异常仍没有恢复的迹象。蓟县垂直摆NS向的趋势异常仍不能完全交待，王3井氦气在高值变化的基础上，又出现了波动异常变化（图4e），静海地磁加卸载响应比出现高值异常。王4井水氡异常经落实，认为其高值变化与抽水状态的改变有关①马建英，曹井泉，邵永新，等.王4井水氡高值异常落实报告，天津市地震局，2012.。

在异常的判定中，将王3井水位的破年变变化、王3井氦气叠加在高值上的波动变化以及新增的静海地磁加卸载响应比的高值，均作为了异常对待。

从这些异常分析，在时间预测方面，由于氦气异常往往以短临为主，同时一些异常在前面的两次地震后没有结束，而是继续发展。因此，我们判断可能距下一次地震发震时间也不会太长；在地点的预测上，由于宁河地磁异常的存在，可能未来震中距其不会太远，因此判定的地点是首都圈中东部地区；在震级的判定方面，因异常不是太多，我们还是关注了中等地震活动。

根据上述异常及其分析判定，在2012年7月月会商及其后的周会商中提出了“首都圈中东部存在发生中等地震可能”的预测意见。2012年8月26日天津宝坻发生了MS3.5级地震。

5 结论

（1）在唐山MS4.8级地震前，最显著的地震活动异常就是一个小震条带。在前兆异常方面，存在的多是趋势性异常，并且宁河、塘沽Z、F差值异常也是多年来天津地区首次出现，同时两台站存在环境问题，虽对其进行了场地梯度测量，但对它们的认识并没有取得一致意见。这些直接影响了我们对震情的判定，因此仅在华北片年中会商中提出了预测意见。

（2）在宝坻MS4.0级地震前，有两点异常没有引起足够的重视，一是小震条带没有解体，并且还有所发展；二是宁河、塘沽地磁差值在唐山MS4.8级地震后并没有结束。由于认为前一次地震刚刚结束，因此对这两项异常只是进行观察，致使错过了提出预测意见的机会。

（3）在宝坻MS3.5级地震前，之所以能够抓住这次机会，主要是由于对王4井氦气异常果断的判定和对静海地磁加卸载响应比高值异常的采纳。与此同时，对宁河地磁Z、F差值异常的认识也从以前的不一致演变到了一致。这三点是这次取得成功预测的关键。

[1]邵永新，王俊国.2006年7月4日文安5.1级地震短期预测的实践[J].地震,2008,28(2)：108-114.

[2]张磊，汪翠枝，刘文兵，等.蓟县垂直摆观测数据变化分析[J].华北地震科学,2011,29(3)：34-38.

[3]汪翠枝，陈嵩，田山，等.蓟县台地形变观测资料映震效能研究[J].地震,2009,29(3)：99-108.

[4]庞群英，徐学恭，胡培元，等.静海地震台地磁加卸载响应比与邻区地震关系研究[J].地震地磁观测与研究， 2007，28(1)：52-56.

[5]马建英.天津地区咸水井映震能力评估[J].内陆地震，2008，22(3)： 252-257.