氡观测预报发震地点和震级的方法初探＊

2014-03-14杨绍富张嘉敏徐长银

地震科学进展 2014年2期

杨绍富张嘉敏徐长银

（新疆维吾尔自治区地震局库尔勒地震台，新疆库尔勒841000）

（作者电子信箱，杨绍富：49846678＠qq.com）

引言

氡的化学性质是惰性的，它在地下水中以溶解氡和逸出氡两种方式存在。作为研究地震的孕育过程及预报地震的一种手段，中外学者对氡浓度变化与地震的关系进行了广泛而深入的观测与研究。1966年4月前苏联学者乌洛莫夫在苏联塔什干地区发生的5.3级地震的前兆资料中发现了水氡浓度在震前具有明显异常变化以后，各国学者相继发现了震前氡浓度变化的实例［1］。利用氡异常预报发震时间，郭增建等［2］做过一些有益的探讨，并取得过成功震例。然而，在预报发震地点和震级方面还未得出较好方法。日本地震学者力武常次提出利用各种前兆资料预报发震地点和震级的实用方法［3］。姚庆春等［4］就水氡观测资料对发生在我国大陆的地震进行了抽样验证，结果是令人满意的。本文引用力武常次的统计结果，对新疆发生的两次地震进行验证和探讨。

1 预测方法和资料介绍

1.1 预测方法介绍

对于不同震级的地震，出现氡观测异常的范围和幅度也不同。一般来说，震级越大其异常范围也越大。根据力武常次统计研究提出的震级与水氡异常出现的最大距离关系（表1），可以预测未来发震的可能区域和震级。

在井（泉）异常已经确认的情况下，分别以各异常点为圆心，以表1给出的最大异常距离Dmax为半径做圆，各圆相交的公共区域即为发震区域。震级根据经验假设，从低到高逐一尝试，若假设震级偏小，各圆没有交集，需往大一级假设，直到出现面积不小于实际地震极震区面积的公共区域。当然，震级也不可假设得太大，否则各圆相交的公共区域过大，甚至超出了实际地震的有感范围，这便失去了预测意义。

1.2 资料介绍

考虑到资料连续率等方面因素，本文选取新15泉（水磨沟公园冷泉）和新43 泉（库尔勒501泉）氡观测资料作为研究对象。新15泉位于乌鲁木齐市水磨沟公园内（43°49′N，87°39′E），海拔高度831 m。构造上处于水磨沟背斜轴部，岩石破碎，裂隙发育，周围区域多次发生中强以上地震。泉水沿二叠系砂岩及薄层灰岩中渗出，地下水属基岩裂隙潜水类型，水温10℃左右，年变规律明显，流量1.5L／s，矿化度为0.87g／L，PH 值为7.6。1979年开始观测水氡，2007年6月进行数字化改造，所用仪器为FD－125型测氡仪。新43泉位于库尔勒市西霍拉山南麓吉格代布拉克（41°54′N，85°48′E），海拔高度1 090m。构造上处于南天山构造带北轮台断裂带附近。泉水出露于元古代片麻花岗岩和第三系页岩交界地带，水温20℃，不具有年变规律，流量0.03L／s，矿化度为1.7g／L，PH 值为7.2。2006年投入观测，2008年由巴州地震局移交给库尔勒地震台，气氡观测仪器为SD－3A 型测氡仪。多年的资料表明，新43泉气氡资料对该地区的中强地震有较好的前兆显示［5］。

表1 震级与水氡异常出现的最大距离关系

2 验证实例

2.1 反演2013年3月29日乌鲁木齐—昌吉交界MS5.6地震

选取2012年1月1日至2013年4月30日新15泉水氡、新43泉气氡原始日均值数据（图1），从图上看，新15泉水氡2012年11月出现异常，氡值明显高于其他时间；新43泉气氡2 0 1 3年1月1 1日突然下降11.2Bq／L，2月1日上升5.9Bq／L，现场调查排除仪器和环境因素。

图1 氡观测原始数据

根据预测方法，对发震地点和震级做一验证。考虑表1中震级间隔偏大，为使预测结果更加准确，用内插法得到新的MS－Dmax关系（表2）。

表2 扩展后震级与水氡异常出现的最大距离关系

新15泉与新43泉相距262km，若以各点为圆心，两点之间距离的一半为半径做圆，则两圆相切，其公共部分为一点。若半径小于131km，则两圆没有公共部分。对照表2可知，此次氡观测异常，预测地震震级不低于5.1。假设震级为5.5，由表2查得，Dmax为174km，分别以新15泉和新43泉为圆心，174km 为半径做圆得图2a，两圆有公共区域，但实际地震并不发生在公共区域内。因此，认为震级偏小，需逐步增加震级大小。假设震级为5.6，查表2 知，Dmax为190km，用上述方法做圆得图2b。两圆有公共部分，且实际地震处于公共部分内，认为震级合适。若继续增大震级，则两圆公共部分面积会逐步增大，当半径超过262km 时，两圆公共部分基本包括了两点间的广大区域，因此，可以确定6.1级是此次氡异常预测震级的上限。

图2 （a）预测发震地点示意图（假设MS=5.5）；（b）预测发震地点示意图（假设MS=5.6）

2.2 反演2012年6月30日新源—和静交界MS6.6地震

图3 氡观测数据曲线

图4 预测发震地点示意图（假设MS＝6.1）

选取2012年1月1日至2012年10月31日新15泉水氡原始日均值数据，2012年1月1日至2012年8月31日新43泉气氡小波分析第4阶趋势结果（图3）［5］，小波分析第4阶趋势结果是利用“基于GIS的地震分析预报系统”MapSIS软件中的Matlab小波趋势、细节分析工具，将数据分析为趋势部分和细节部分，分析结果共6阶，对比后选取较好的第4阶趋势结果进行分析。

从图上看，新15泉水氡4月26日出现异常，氡值显著上升，明显高于其他时间；新43泉气氡4月26日趋势信号部分的周期相位和幅值发生显著变化，变化超出了2倍均方差，可以认为是地震前兆。按照2.1节的分析，6.1级应该是预测震级的上限。据此，假设震级为6.1，由表2 查得Dmax为282km，考虑到两个异常点之间距离实际为262km，分别以新15泉和新43泉为圆心，260km 为半径做圆（图4），两圆有公共区域，且实际地震就发生在公共区域内。

实际地震为6.6级，若根据表2查询结果，氡异常出现的最大距离应该为410km。对比预测结果发现，预测震级偏小。但实际上，本次地震氡异常出现的最大距离为260km，即约为两个异常点之间的路离。因此，分析认为，异常点的数量少和相互之间的距离影响了预测结果。