震前土壤痕量氢气异常特征

范雪芳李自红张 磊山西省地震局，太原 030021中国地震局地壳应力研究所地壳动力学重点实验室，北京 100085

震前土壤痕量氢气异常特征

范雪芳1）李自红1）张 磊2）
1）山西省地震局，太原 030021
2）中国地震局地壳应力研究所地壳动力学重点实验室，北京 100085

断层气是地球内部气体及挥发组分不断沿着活动板块和活动块体边界以及其他活动性断裂等地壳薄弱地带向地表迁移和释放的气体。氢气逸出对断层的运动、地震的发生有直接的诱发作用。由于断裂带岩层中氢浓度背景值较低，即土壤中氢气的背景值约为0.5×10－6，因此，氢浓度观测受到观测技术的限制而未能在地震预报中得到充分应用。近年来，随着氢气分析技术的发展，新研制出的痕量氢自动分析仪能够满足地震系统观测技术的要求。

2010年10月24日和2011年3月8日在河南太康分别发生4.6级和4.1级显著地震，两次地震前一周左右震中距330 km的山西夏县土壤痕量氢浓度观测到相似的异常变化，变化特征表现为“突升-转折下降-地震-恢复背景值”变化过程，变化幅度达正常背景值的20多倍。结合两次地震的震源机制解分析，认为断层氢浓度异常变化与地震所处的构造位置有关，在同一地点发生两次相似地震，断层氢浓度出现相似变化异常重现性好。断层氢浓度观测是短临预报的一种有效手段，可为地震重点危险区开展短临跟踪研究提供参考。

（1）氢浓度异常的短临特征。夏县断层氢浓度异常的一个显著特点是异常幅度大，通常可达到正常背景值的几倍、十几倍、几十倍，且震前出现异常时间较短，一般不超过半个月，大多数在震前10天左右。河南太康两次地震前氢浓度异常幅度达到正常背景值的20多倍，且在震前5～8天出现，属于短临异常前兆。根据这一特点，在地震重点危险区选择氢浓度作为地震预报的一项短临前兆指标较为适宜。

（2）断层氢浓度异常重现性。根据韩立波等（2012）利用CAP方法、深度震相对比以及理论地震图与实际观测记录拟合等多方法研究表明，河南太康两次4级多地震发生在同一地点，且两次地震均为走滑型、震源机制解结果相近，震源深度均为13 km左右。同一地点发生极为相似的两次地震前，同一地点同一测项出现异常形态相似的短临异常变化，其变化特征表现为“突升-地震-下降”，异常重现性好。这一特征为氢气异常判定提供了一个定量的概念，特别是，对于日常跟踪提供有利的判别异常依据，对识别其它地下微量、超微量的稀有气体的地震前兆异常具有参考价值。

（3）异常幅度与地震大小对应关系。Ito等（1999）观测到了氢气对区域内的1.6～5.4级地震的地震前兆异常现象，表现为震前氢气浓度上升的异常现象，但是不同震级地震前的异常幅度规律并不明显。本文的研究结果也表明了氢气异常的幅度与震级大小之间的相关性不明确。笔者推测由于不同的构造带或同一构造带不同部位的活动程度不同，致使在不同的构造带不同部位聚集了不同的元素，因此断层氢浓度异常幅度与未来地震发生的强度、地点之间对应关系较复杂。有时异常幅度较大，但发生的地震震级不大，所以根据氢浓度异常幅度大小判断未来地震的强弱与地点，在目前还是相当困难的，这是由于台站观测点地质构造与孕震区域发震断层的不确定性所决定的，因此可以认为，痕量氢气浓度异常变化反映的是一个区域应力场的变化。

研究结果表明，在地震断裂带上开展土壤痕量氢气连续观测，能够有效地捕捉区域应力应变的变化。本文观测到河南太康2次4级前的相同氢气异常变化，表明了氢气对同类型地震的响应特征。那么，在断裂带上开展有一定密度的土壤氢气连续观测，能够进一步获得氢气的地震前兆特征，进一步提升土壤气在地震监测预测中的重要作用。