2013年吉林前郭5级震群的前兆异常分析

张洪艳，卢燕红，康建红，张晨侠

(吉林省地震局，吉林长春 130117)

2013年吉林前郭5级震群的前兆异常分析

张洪艳，卢燕红，康建红，张晨侠

(吉林省地震局，吉林长春 130117)

2013年吉林前郭发生一次5级震群活动，震群发生前，周边地区前兆出现了若干测项不同时间、不同形态的异常。整理了前郭震群发生前流体、形变、地电学科出现的典型异常，其中丰满水氡、丰满台垂直摆倾斜仪、榆树地电出现破年变、低值下降，异常最早开始于2010年3月；而前郭水温、白城水温、乾安水温出现转折下降，异常多发生在震前一周内，可见此次震群发生前前兆中期异常和临震异常较为突出，中期异常出现时间早，且距震中较远，而临震异常突出且时间较为集中，距震中较近，中期和临震异常的空间演化范围呈现由外围向近场区迁移的现象。

前郭震群；前兆异常；异常分析

0 引言

地震是由于地壳中的应力经过长期积累达到其破裂强度，引发地壳的突然破裂，从而引起地面强烈振荡，伴生出地壳物理场与化学场的相应变化[1]，具有突发性和不可预测性，同时其频度较高，原生灾害和次生灾害对人民的生产生活安全产生了较大的影响。目前，地震预报尚处于探索阶段，是未取得突破的难题，如何捕捉地震前的各种震兆信息，基于地震地质、地震活动图像和地震前兆等某些规律，做出一定精度的中长期预报，还是很有意义的。

地震是能量的积累与释放的过程，各种震兆信息随之伴生，许多学者利用震前出现的前兆测项异常[2-5]、震前能量场的变化[6]、地震活动空间异常等捕捉未来地震的发展趋势。目前通过仪器直接观测到的地震前兆现象往往包含了许多非震兆异常，必须对其形成机制开展相关的实验和理论探讨，排除干扰，从而获取较可靠的地震前兆信息。

吉林目前的前兆观测涉及地壳形变、地下流体、地震电磁三大学科共19个前兆观测台站，观测手段逐步完善，主要测项有水管、水氡、气汞、重力、地磁、地电、水化学等，积累了较为丰富的背景资料。2013年10月31日－12月31日吉林前郭发生了一次震群活动，地震期间多个前兆观测手段出现显著异常，其中中期和临震异常较为突出。本文基于此次震群发生前的前兆观测资料，对震前出现的异常现象及时空演化特征进行了归纳、总结。

1 地震基本参数

2013年10月31日、2013年11月22日和23日吉林前郭地区陆续发生了5.5、5.0、5.3、5.8、5.0级地震(表1)，这5次地震均发生在NE向扶余－肇东与NNW向查干泡－道字井断裂交汇部位，本次地震序列中强震均有成对发生的特点，与2006年3月31日发生的5.1级地震相距最近距离仅8 km。

截至2014年5月31日，45个数字化台和9个流动台共监测到多台和单台事件1109次，震级大小M－0.7～5.8级。地震序列密集分布在北东向早第四纪扶余－肇东断裂和北西向早第四纪查干泡－道字井断裂的交汇部位，主要向查干泡－道字井断裂两侧扩展，密集区长轴约28 km，短轴约26 km，呈椭圆形展布(图1)。

表1 5.0级以上地震信息表Tab.1 The inform ation table of earthquakes of M 5.0 or over

图1 前郭震群震中分布图(F1扶余－肇东断裂F2克山－大安断裂F3查干泡－道字井断裂)Fig.1 The epianter Distribution of Qianguo earthquake swarm(F1is the Fuyu-Zhaodong Fau lt；F2is the Chaganpao-Daozijing Fau lt；F3is the Keshan-Da’an Fault)

韩立波给出了10月31日5.5和5.0以及11月22日5.3和5.0的矩张量反演结果(www.ceaigp.ac.cn)，表明4次5级地震均为带走滑分量的逆冲型断层；Global CMT给出了11月23日5.8级地震的震源机制，结果也表明5.8级地震为走滑分量的逆冲型断层。此次前郭震群发生在东北断块区松辽断(坳)陷带南部断陷的东侧，处于松辽盆地中央凹陷带与东南隆起带相交接的部位，震中区地壳厚度约35 km，深部地质构造单元位于松辽平原上地幔隆起区北北东向中央隆起带的东部斜坡带上，这种不同地质单元交接的位置易发生地震[7]。

2 前兆异常

图2给出吉林省前兆观测台站及相关测井分布情况，涉及地下流体、地壳形变、地震电磁三大学科，共有19个前兆台站，其中有国家及省级形变台站7个、电磁台站8个、流体台站12个，市、县级流体台站7个。包括水位、水化学、水质、重力、水温、水管、气氡、水氡、伸缩等69套前兆观测仪器，台站空间分布较均匀，前兆手段齐全，能较好地监控吉林省内出现的长、中、短期前兆异常。此次震群发生前，丰满形变、榆树地电、前郭水温、白城水温、乾安水温、丰满水

氡出现了不同程度的中期、临震异常。

此次震前发生的各项前兆异常，不仅包含与地震活动有关的震兆异常信息，也包含了许多其他信息如:干扰、噪音，诸如此类的非震信息直接影响了震兆信息的识别与判断，因此异常发生后，如何积极有效地落实异常，从而提炼出有用的异常是至关重要的。上述各项异常发生后，相关人员从天气变化、环境干扰、仪器等方面一一落实，从而确保了异常的可信度，落实后共有4个台6个测项出现了不同幅度、不同形态、不同周期的异常，基本认为相关测项的异常变化是此次前郭震群活动过程中地壳应力变化的较真实反映。

图2 林前兆台站及相关测点分布图Fig.2 Distribution of precu rsor station and the relevant observation stations

2.1 丰满水氡年变畸变异常

丰满台水氡观测始于1976年，观测井(静水观测井)位于海西期花岗岩山洞内，断层及节理较为发育，地下水类型为孔隙裂隙水。丰满水氡资料连续性较好，观测环境稳定，干扰因素较少，可信度较高。2008年至2011年丰满水氡年动态表现出较好的夏低冬高型，其值在均值线上下波动。2012年1—6月氡值变化形态与年变形态稳合，但7月开始无明显年变，2013年和2014年氡值变化无任何规律，总体在均值线以上波动，年畸变变化特征更明显，年变规律消失，年变形态被打破(图3)。

2.2 榆树地电异常

榆树地电阻率NE向及NW向均呈现一定程度的趋势异常(图4)。自2010年4月开始，NE和NW向地电阻率观测值出现小幅下降，之后两测向整体处于趋势下降状态，且两测项呈正相关变化，表现出明显的破年变变化。降雨量变化对地电阻率观测值有一定影响，但不至于造成长期趋势下降影响，排除降雨对榆树地电异常的影响。NE向和NW向地电阻率的最大降幅达0.44%和0.32%，出现超二倍均方差异常。

2.3 丰满垂直摆倾斜仪趋势异常

图3 丰满水氡5日均值曲线Fig.3 The five-day mean value of the radon content in groundwater at Dunhua Seism ic Station

图4 榆树台地电阻率日值曲线(NW向(a)、NE向(b)、降雨量月均值(c))Fig.4 Themean day value curve of apparent resistivity at Yushu Seism ic Station(NE(a)，NW(b)，monyhly m ean value of rainfall(c))

丰满台垂直摆倾斜仪观测资料连续，仪器记录比较稳定，能较好地记录到固体潮日变。图5显示垂直摆倾斜仪北南向和东西向均出现了破年变、趋势下降的异常变化特征，但南北向和东西向的异常变化稍有差异，主要表现为:东西分量2008—2012年5月均表现为东倾(曲线上升)趋势，但2013年1—5月份则表现为西倾(曲线下降)趋势，并于4月份开始曲线持续下降。南北分量年变形态较好，2012年9月至2013年6月曲线虽保持着正常年变形态，但其值较往年低，并于7月初曲线突降，南北向和东西向均在10月降至最低点，随后发震，发震后，其值并未完全恢复。

2.4 乾安观测井水温异常

乾安水温正常日动态属于平稳型，水温日变幅约在0.005～0.001℃之间，自2013年10月18日开始下降，截至10月26日下降逐渐变缓，到11月6日基本停止下降(图6)，此次下降变幅为0.0413℃，约为正常日变幅的4～8倍。对比水位数据分析表明，这次水温短临异常变化非常明显，

经相关工作人员现场核实结果，此次地震前无人为和环境干扰存在。前郭5.5级、5.8级地震发生后，水温测项观测值在低值背景下变化较平稳，震后于2014年5月中下旬有进一步走低的趋势，需密切关注。

图5 丰满台垂直摆倾斜仪东西向(a)和南北向(b)2008－2013年日值曲线Fig.5 The day mean value curve ofWE(a)and NS(b)of vertical pendulum tiltmeter at Fengm an Seism ic Station from 2008 to 2013

2.5 白城井水温异常

白城井位于嫩江断裂带西侧，该井水温自2007年观测以来观测日、月动态均为趋势上升型，水温正常日变幅为0.0005℃，2013年的年变形态与观测背景符合，呈上升趋势(图7)，但2013年11月15日开始突然出现转折下降，改变以往趋势上升形态，截止23日降幅达0.0042℃，为正常日变幅的8倍，震后其值在低值处震荡，未恢复至正常值。经相关工作人员现场核实认为不

存在环境和人为干扰因素，水温下降确认为短临异常。

图6 乾安井水温日均值曲线(a)和小时值曲线(b)Fig.6 The day mean value(a)and hou r value(b)of water tem perature at Qian’an Seism ic Station

图7 2013年的白城井水温日均值曲线(a)和2013年10月至11月的日均值曲线(b)Fig.7 The day mean value of 2013(a)and from Oct.to Nov.in 2013(b)of water tem perature at Baicheng Seism ic Station

2.6 前郭观测井水温异常

前郭水温自观测以来呈上升趋势，正常日、月动态表现为起伏型，正常日变幅约为0.005℃。2013年11月20日水温开始急剧下降，截至21日下降0.02℃，为正常日变幅的4倍。随后两天，11月23日发生此次前郭震群M5.8级最大震。震后水温值缓慢上升，目前在均值线上方震荡。经工作人员现场核实认为近期没有环境和人为干扰，认为是此次前郭M5.8级地震前短临异常(见图8)。

3 认识与讨论

此次前郭震群，在强震发生前一段时间，周围及邻近区域分别出现形变、地电、水温前兆异常，各异常在时间、幅度、形态、速率等方面(表2)存在一定差异。

《中国震例》[8]中阐述:震前0.5～5年出现的异常为中期异常，震前1—6个月出现的异常为短期异常，临震异常为震前1个月内出现。此次震群发生前各测项出现的异常主要集中在数天至一年左右，其中丰满水氡、榆树地电、丰满垂直摆异常出现较早，表现为破年变、趋势下降等特征，异常持续时间一年左右，表现为中期异常特征。乾安水温小时值显示震前10月18日开始突然下降，随后在低值处平稳变化，并于低值平缓处发生10月31日二次地震，表现为临震异常特征。前郭和白城水温异常出现的时间较晚分别于11月20日和11月15日突降，降幅较大，随后发生11月22日和23日三次地震，表现为临震异常特征。

乾安、前郭和白城水温均在震前发生突降，随后其值变化平稳，并在低值平缓处发震，三井水温均呈现相似的异常变化特征。其中前郭井、乾安井和白城井距震中较近，主要表现为临震异常，且异常出现的时间较集中。丰满和榆树台异常形态呈趋势性变化特征，其中丰满台距离震中约226 km，榆树台距离震中约200 km，二个台距离震中较远，主要表现为中期异常，异常出现的时间较早。从异常的时空演化进程看出，在孕震早期，前兆异常主要以流体、形变和地电测项为主，主要分

布在震源的外围区域；在临震阶段，前兆异常中的水温异常表现较为敏感，主要分布在震源区附近，表现为“准同步”的异常特征[9]，此次震群活动的“准同步”现象较2006年震群活动丰富[10]。

图8 2013年10月至2014年5月前郭井水温的日均值曲线Fig.8 The day m ean value water tem perature at Q ianguo Seism ic Station from Oct.2013 to M ay 2014

表2 前兆异常表Tab.2 The table of Precursory anomaly

此次震前出现的中期和临震异常，大体上呈现了某种区域特性，丰满和榆树台处于伊舒断裂带附近，离震中较远，前郭和乾安井位于扶余－肇东断裂带附近，与白城井同处松辽盆地内部，离孕震区较近，异常表现的较同步。此现象进一步验证断层破裂初期断层缓慢蠕动，进而导致震源区的局部破裂，从而加速了张裂缝的出现和进一步扩张，反过来又加速了断层的局部破裂和蠕动，应力场在此过程中发生急剧变化，并导致多种前兆异常出现[11]，在中强以上地震发生前前兆异常是普遍存在的，只是不同地区在异常数量、特性、时间、空间上的差异性较大，主要与区域介质特性和孕震模式关系较大。

4 2006年与2013年前郭震群前兆异常特征对比分析

2006年3月31日吉林前郭发生M5.0级地震，此次地震序列判定为主－余型地震，地震前地下流体异常较多，四平地温、白城水汞、四平水位、敦化水氡、前郭水质均出现了明显的前兆异常特征，表现出中、短期异常特征，普遍表现为震前下降，并在上升的过程中发震。上述异常主要集中在伊舒断裂带、松花江断裂带附近，空间上主要是距震中约300 km左右的敦化台最早出现异常，离震中较近的台站异常出现较晚[10]。

二次地震序列的前兆异常对比发现，流体异

常表现的较为敏感，短期异常表现的更为突出，其中下降型异常占主导，多数异常主要沿断裂带展开。地震发生前，应力逐渐增加，达到一定程度产生应变，引起震源及附近物质发生相应变化，产生诸如地磁、地电、地下水位等的异常变化，相关变化的产生均与地震的孕育过程、地质构造条件密切相关，异常的空间范围、持续时间与震级的大小关系密切。

5 小结

此次震群活动前吉林地区出现了一些显著、可靠的前兆异常，其中以中期和临震异常最为突出。前郭、乾安和白城水温表现为“准同步”异常，丰满水氡、垂直摆和榆树地电表现为中期异常特征。远场异常出现较早，近场异常出现较晚，在空间演化上表现为由外向内的发展过程。

随着前兆台网建设密度的加大、测项的丰富，吉林地区具有一定的前兆监测能力，此次震群活动异常的展布范围不大，但异常形态较好，可靠性较高，较真实地反映了前郭震群前出现的前兆异常。但由于异常的复杂性，加之吉林省中强震的震例较少，我们需要不断的积累前兆异常，寻找地震前异常的特征，才能更深入地认识大地震的孕育和发生过程，从而不断提高利用地震前兆异常预测危险区的水平。

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Analysis of Precursory Anomaly of Qianguo Earthquake Swarm in 2013

Zhang Hongyan，Lu Yanhong，Kang Jianhong，Zhang Chenxia
(Jilin Earthquake Administration，Changchun，Jilin 130117，China)

An M＞5 earthquake swarm happened in Qianguo of Jilin province in 2013.The precursory anomaly around the epicenter appeared at different time and with different forms.We organized the typical precursory anomaly of fluid，deformation and geo-electric subject before Qianguo earthquake swarm.The water radon and vertical pendulum anomaly in Fengman and geo-electric anomaly in Yushu started in March 2010；anomalies in thewater temperature of Qianguo，Baicheng and Qian’an started one week before the earthquake.Themid-term and impending anomalies are themost outstanding；themid-term anomaly appeared earlier and far from the epicenter，but the impending anomaly highlight concentrated in a week before the earthquake and close to the epicenter.

Qianguo earthquake swarm；precursory anomaly；anomaly analysis

P

:B

:1673－8047(2015)01－0032－08

2014－07－09

测震台网青年骨干培养专项(20140307)

张洪艳(1979—)，女，硕士，工程师，主要从事地震编目和地震研究相关工作。