2012年6月24日永宁地震西昌沙层应变的地震前兆信息

胡德军，赵 晶,鞠 岷，张建民

(四川省地震局西昌地震中心站，四川 西昌 615022)

2012年6月24日永宁地震西昌沙层应变的地震前兆信息

胡德军，赵 晶,鞠 岷，张建民

(四川省地震局西昌地震中心站，四川 西昌 615022)

分析了西昌沙层应变观测数据，在云南永宁5.7级地震前，仪器观测数据的变化似乎出现了一个与地震发生相关的加载、相持、卸载、短临及临震各阶段变化过程。结合沙层应变的孕震物理模型认为，西昌沙层应变观测仪器观测数据与其周围发生的地震有时间上的对应关系。

沙层应变；观测数据，变化特征；统计关系

2012年6月24日，在西昌西南约150 km的云南省宁蒗县永宁镇发生了5.7级地震，该地震发生前，西昌沙层应力仪记录到明显的与该地震相关的变化信息。西昌SW-Ⅱ型沙层应力仪是由北京普精信科技有限公司研制生产[1-2]，该仪器于2011年3月15日在西昌地震中心站安装并正式记录。该仪器的工作原理简单说明如下。当孕育地震的作用力使附近岩石层块产生滞滑(stick-slip)移动，并渐次推动其他岩石层块滞滑位移时，层块位移的切变作用就会导致土层挤压形变，从而使埋于土层沙坑中的传感器接收到形变信号。地球是非均匀介质体，其岩石层由板块、断层和其间的断层泥构成，在足够宽的范围可将岩石层看作大尺度颗粒物质，沙层应变探测方法和原理的关键就是将应变传感器放置于颗粒介质中，并将岩石层作为颗粒物质处理。颗粒物质是普遍存在的一类离散态物质体系，它不同于一般的固体和流体，具有其独特的运动行为，沙坑中的沙子离散态特性使传感器对形变信号有良好的响应，因此可探测到地震前兆信息。

仪器的数采技术指标简单说明如下。信号采集频率为1次/秒；16路双端电信号；标准输入电阻信号为2 000 Ω；输入电阻范围为10～10 000 Ω；输入双端电信号为0～±2 500 mV；输出信号为±2 500 mV；视值分辨率为1.0 mV；数字分辨率为0.1 mV；整机灵敏度为10-9～10-10。仪器的传感器技术指标为：轴向最大位移3 μm；线性范围为±2 000 Ω/(±2) μm；位移灵敏度为1.0 Ω/10 nm；仪器传感器示值精确度为1.0 mV/1.0 nm；频宽为0～20 Hz。仪器传感器还具有其他特殊性能：对外界微小作用敏感、具有自组织能力，能够适应地震及地壳活动、具有不稳定的线性和非线性响应与地壳特性一致、与地壳颗粒介质容易耦合。

1 孕震物理模型及有效监测范围

图1 单一震源孕震物理模型

一般来说，沙层应变仪的有效监测范围分别为5级地震100 km；6级地震200 km；7级地震500 km；8级地震1 200 km。单一震源作用下的孕震物理模型是通过沙层应变仪长期观测发现的，5级以上中强地震从孕育到发震是一个完整的、具有阶段性的连续过程，每一阶段都有其固有的特征信息，地震是这个过程的一个结果[3]。对于单一震源其孕震物理模型参见图1，其中，ζ为用mV记录的微应变，t为时间，异常面积S=ζ×t，这些参数与震级M和震中距相关。孕震物理模型分为加载、相持、卸载、短期和临震五个阶段，其中加载和相持的持续时间较长，一般在1至数月之间，趋势较为一致，卸载和短临持续时间较短，一般在数天到数十天，且短临阶段因为监测台点与震中的相对位置、震中距、及地质条件的不同会有不同的变化趋势，会出现图1中a、b、c、d各种不同形态。

2 多震源作用下的孕震物理模型

图2 多个单一震源作用下的孕震物理模型的叠加

实际情况中像单一震源模型的情况较少，由于发震构造宏伟，地震孕育过程可能有多处地应力集中的地方，会同时或先后发生地震，或者在不同发震构造上同时或先后发生多次地震。因此常见的是在多个单一震源作用下孕震物理模型叠加而发生地震(参见图2)。这些情况反映了不同地区、不同地质条件下、孕育不同发展阶段的多个大小不同的地震前兆信息叠加表现。

2.1 地震前兆各阶段的信息特征

加载阶段的应变量随时间增长而变大，观测结果表现为向上的趋势，有时会出现超低频的扰动现象。相持阶段出现大幅度的应变扰动，一般来说，扰动幅度越大，未来地震的震级就越大，或者地震距离观测点越近。卸载阶段应变量随时间增长而降低，表现为向下的趋势，有时也会出现超低频扰动现象。短临阶段正常日变规律中的地脉动和干扰基本看不见，从卸载到短临的过渡是连续的，短临时间长则几天或十几天，短则几小时。临震阶段会出现几个或几组大于脉动幅度3倍以上的脉冲，地震多发生在此信号出现后的72小时内。

2.2 西昌沙层应变原始及正常日变曲线形态

西昌沙层应变仪器传感器按南北、东西、北西(平行于则木河断裂)三个方向布设，传感器的信号接入数采后分别是，1#元件对应NS向，2#元件对应EW向，3#元件对应NW向。图3是西昌沙层应变仪器近4年来观测整点值变化曲线。其中1#元件在2014年2月份出现故障后数据变化几乎为直线，但是其它两个元件工作正常。图中加标了有效监测范围内的几次地震，以便讨论数据变化与地震的对应关系。从曲线整体形态来看，观测数据出现几次明显的上升(加载)、相持、下降(卸载)的变化过程，从放大后的观测曲线可以看出正常的数据日变规律。以3#元件为例，其日变幅差约200 mV，而其中的突变脉冲可能为车辆起动产生的干扰(参见图4)。

图3 沙层应变观测整点值观测曲线

图4 突变脉冲为车辆起动干扰

3 永宁地震西昌沙层应变特征信息

3.1 震前加载、相持、卸载过程

西昌沙层应变仪器经过2012年4月初至5月下旬近两个月的观测，三个方向几乎同时出现了从加载到相持的过程，NS向开始加载的时间是滞后的，其间伴随低频扰动，以EW向最为明显，最大扰动幅度差别约为1 500 mV。从5月底到6月初的几天时间内，观测数据的变化似乎是基本完成了一个卸载过程，以EW向下降幅度最大，5天时间里面一共下降了2 400 mV。在这次大的加载、相持、卸载过程背景中还包含了几次小的加载、相持、卸载过程，曲线的这种特征表明，在不同地区、不同地质条件下、观测数据的变化表达了不同发展阶段的多个大小不同的地震前兆信息。事实上，除了在有效监测范围内发生了6月24日的云南永宁5.7级地震外，还于6月底前在有效监测范围外发生了一系列5级以上地震，这些观测数据的变化是否与这些地震有关还需要进一步研究(参见图5)。

图5 曲线变化与有效监测范围外发生了一系列5级以上地震

3.2 短临阶段特征

2012年5月下旬至6月5日期间，观测数据的变化如果与地震的发生有关的话，似乎可以理解为经过了一个相持和加速卸载而进入短临的阶段，之后三个方向出现了不同程度的日变幅差减小或消失的现象，NS向是从5月20日开始，到6月12日基本结束的。EW向和NW向则是从6月12日开始，到18日基本结束。观测数据的脉冲突跳出现在6月4、5、6、7、11、12，19、26、27日，共计9次，最大幅差约 1 200 mV，而以NW向为最明显，其中前6次突跳后发生了几次在有效监测范围外的5级以上地震，这些地震发生以后，NS向观测数据的日变规律才基本恢复。而EW和NW向也于这个时刻后才开始进入震前平静期，表现为日变幅差减小或消失。直到6月19日再次突跳后，NW向观测数据的日变规律恢复，而EW向观测数据日变幅仍很小。5天后于6月24日发生了距西昌约150千米的永宁5.7级地震；6月26日和27日两次突跳后于6月30日在有效监测范围外发生了新疆6.6级地震。另外一个突出的短临特征是EW向从5月31日开始出现高频振荡波形，振荡幅度约300 mV，表明控制这次应力异常的主要地震震源来自EW方向(参见图6)。

图6 观测曲线变化与地震的对应

3.3 临震信号

西昌沙层应变仪器的观测数据变化曲线于6月19日出现临震信号，波形幅值达1 200 mV，同时仪器的三个方向出现间断式高频振荡波形，以EW向最为明显(参见图7)，之后5天发生了永宁地震，这些观测数据的变化似乎可以理解为临震信号。

图7 高频振荡波形变化与地震的对应

4 结束语

西昌沙层应变仪器观测数据在2012年6月24日永宁地震前的阶段性变化，如果与仪器有效监测范围内发生的地震相联系的话，似乎有一个观测数据的重复和再现了地震前明显的加载、相持、卸载过程，虽然三个方向的短临和临震阶段特征信息出现的时间和规模上不一样，但仍符合沙层应变孕震物理模型的变化模式，这些为今后破坏性地震的预测提供了启示。

[1] 陆坤权，厚美瑛，王强，孙威，等.颗粒介质中探测地震前兆和前兆应力—应变传播模型[J].中国科学，2011，56(6)：383-390.

[2] 陆坤权，刘寄星.软物质物理学导论[M].北京：北京大学出版社，2006.645.

[3] 孙威.破坏性地震是可以预测的—孕震物理模型及临震信号[J].中国工程科学，2007，9(7)：7-17.

[4] 孙威，孙晓明.印度洋8.7级与8.5级地震的物理前兆[J].中国工程科学，2008，10(2)：14-25.

The possible connection between the Yongning Earthquake on 24 June 2012 and the data changes of the strain meter installed in sand pit in Xichang Seismic Central Station

Hu Dejun, Zhao Jing, Ju Ming, Zhang Jianmin

(Xichang Seismic Central Station, Earthquake Administration of Sichuan Province, Sichuan Xichang 615022, China)

We use the observation data of the strain meter installed in sand pit in Xichang Seismic Central Station to discuss the possible connection between the data change procedure and the Yongning Earthquake on 24 June 2012. The data change procedure includes the loading, stalemating, unloading, short-term and impending phases. We relate these data changes to the physical model of an earthquake preparation. So we think that the data change may indicate the occurring of an earthquake around.

strain meter installed in sand pit; observation data; change character; statistical relation

2015-03-27；

2015-04-28

胡德军(1968-)，男，四川省乐至县人，工程师.

P315.727

B

1001-8115(2015)03-0013-05

10.13716/j.cnki.1001-8115.2015.03.004