云龙MS5.0地震前云龙台的定点形变异常

何应文， 段 勇， 杨树峰， 张 源， 杨海鹏， 杨建文， 字承柱

(1.云县地震台,云南 云县 675803； 2.云龙地震台,云南 云龙 672700；3.云南省地震局形变测量中心, 昆明 650041；4.洱源地震台,云南 洱源 671200)

云龙MS5.0地震前云龙台的定点形变异常

何应文1， 段 勇1， 杨树峰2， 张 源2， 杨海鹏2， 杨建文3， 字承柱4

(1.云县地震台,云南 云县 675803； 2.云龙地震台,云南 云龙 672700；3.云南省地震局形变测量中心, 昆明 650041；4.洱源地震台,云南 洱源 671200)

利用形态分析、一阶差分、矢量合成和平均速率合成法对2016年5月18日云龙5.0级地震前后云龙台形变资料进行处理分析。结果表明，云龙5.0级地震前出现了明显的中短临异常，主要表现为年变幅观测曲线畸变、日均值曲线转折甚至打破年变、矢量转向、速率变化超2倍均方差等特征。

形态法；差分法；矢量法；平均速率合成法；前兆异常

0 引言

地震前兆异常研究结果表明，中强以上地震前，震源附近的近场区往往存在着前兆异常，地壳形变连续观测是捕捉这种前兆信息最直接有效的方法之一[1]。赵慈平等利用多台形变观测资料研究了2001年10月27日云南永胜6.0级地震的前兆异常特征，得到了中强地震前形变前兆异常的一些区域性典型特征[2]；蒋薇等利用单台(通海台)形变观测资料分析2014年云南盈江MS6.1、鲁甸MS6.5、景谷MS6.6地震前垂直摆倾斜仪异常变化特征，认为倾斜仪在震前出现了明显的中期、短临异常[3]。

2016年5月18日00时48分云南云龙县发生5.0级地震,震源深度15 km，震中位置26.10°N，99.53°E，地震发生于维西—乔后断裂和澜沧江断裂之间，维西—乔后断裂西侧约20 km,震中距云龙地震台约28 km(图1)。此次地震前，云龙地震台水管倾斜仪、水平摆倾斜仪和伸缩仪2个方向的测值均有不同程度的异常显示。本文利用多种数学方法对云龙定点形变观测记录的形变异常特征进行了分析研究，并对有关问题进行了简要讨论。通过对地震前形变异常特征进行总结，认识其变化规律，可以为震情短临跟踪提供经验依据，对今后的地震预报工作有一定的参考意义。

图1 地震震中及台站位置

1 台站概况

1.1 台站地理位置及地质构造

云龙地震台地处云南省滇西地区偏北部，海拔高度1 700 m，距云龙县城100 m左右的南山半山坡上，与县城坝子垂直相对高差约70 m，山洞被覆为草皮及矮小杂木植被。台站位于红河断裂中段西侧，在红河断裂与澜沧江断裂之间，更靠近澜沧江断裂，该区地质结构复杂，具备中强地震发生的条件(图2)。

图2 台站地质构造和周边地震

1.2 台站的观测山洞

云龙台于1983年进行打洞工程，1986年底完工，建成的洞体规模全长约为300多米，有3方向的长条仪观测支洞，9个观测洞室(图3)。仪器观测洞室覆盖层约为35.0～110.0 m，覆盖植被为灌木和杂木；洞内仪器墩设在基岩上，台址基岩为侏罗纪细砂岩，完整而且比较坚硬，仪器墩较稳定，洞室恒温性好，洞温日变幅lt;0.03 ℃，年变幅lt;0.5 ℃。

1.3 台站观测仪器和资料选取

云龙台架设的形变项目有DSQ-Ⅱ型水管仪、SS-Y型洞体应变伸缩仪、SSQ-Ⅱ型石英水平摆倾斜仪、VP型垂直摆倾斜仪、RTP-1型(气压、气温、降雨)等辅助测项。台站台基好，干扰小，仪器精度高，观测数据质量高。水管仪架设参数为：NS向基线长32.200 m，方位角179°25.8′，EW向基线长31.50 m，方位角90°43.3′；NW向基线长33.769 m，方位角313°42.0′；伸缩仪架设参数为: NS向基线长31.840 m，方位角179°25.8′，EW向基线长31.420 m，方位角90°43.3′；NW向基线长34.010 m，方位角313°42.0′；水平摆架设参数为：线性度±(0.02%读数+0.005%满度值)。本文选取数据时间范围为：2012年1月1日—2016年12月31日，数据样本为日均值。

图3 台站山洞仪器平面示意图

2 定点形变的异常变化特征

2.1 形态分析法

形态分析是根据原始资料的变化形态进行分析的一种方法。通常一个台站的资料都具有正常背景值，在无震和无干扰的情况下，当正常变化规律被打破而出现异常变化时，便可以认为资料出现了异常[4]。从图4可以看到，2012年以来，云龙台定点形变观测资料具有明显的年周期变化，年变曲线比较稳定、规则，基本上呈正余弦曲线形态。2015年底开始，定点形变观测资料出现较为同步的异常变化，其异常特征主要表现为水管倾斜仪NS向自2015年12月下旬加速南倾变化，与往年正常趋势相反(图4a)；水平摆倾斜仪NS向2015年4月中旬发生趋势性转折，由向南倾提前加速向北倾，峰值和谷值都高于正常年变(图4b)；伸缩仪NS向拉张幅度和速率加大(图4c)。值得注意的是，2013年3月3日洱源5.5级地震前，水管仪NS向就曾出现提前转折的现象，于2012年12月底就开始由北倾转为向南倾。这两次地震前，水管仪、水平摆和伸缩仪NS向各测项有不同程度的异常，变化曲线打破了正常年变规律(图4中的红色虚线)，显示出明显的趋势性异常，异常持续时间约为6个月到1年左右。

a 水管仪NS向时序图；b 水平摆NS向时序图；c 伸缩仪NS向时序图 图4 云龙台定点形变资料NS向2012—2016年日均值曲线

统计2012—2016年云龙台形变仪器NS向的年变幅度(表1)，水管倾斜仪NS向2012—2014年变幅度平均值约为162″，2015年和2016年变幅度均超出了正常年变幅度，2016年变幅度为正常年变幅度的1倍还多；水平摆倾斜仪NS向2012—2014年变曲线呈现下降—升高—下降的周期变化，2013年较上一年下降266″，2014年较上一年上升374″，2015年较上一年下降336″，2016年较上一年上升124″，2015年下降幅度大于2013年同期下降的2倍以上，2016年升高幅度小于2014年上升幅度的2倍；伸缩仪NS向2102—2015年年变幅度呈递增变化，而2016年却突然减小，与往年变化规律不吻合。

水管倾斜仪NS向正常年变的相位一般是每年10月至次年6月向北倾，首先10月中旬至12月逐渐缓慢向北倾(上升),1—3月以较大的速率加速北倾，4—6月初平缓倾斜，向北倾斜持续时间约8个月；6月中旬逐渐转为向南倾斜，受降雨干扰，向南倾斜速率较大，但不影响整体趋势，直到10月中旬转为北倾，向南倾斜持续时间约为4个月(图5)。而2015年6月下旬由北倾转为南倾后，到10月底一直向南倾，没有发生转换，这与往年年变幅明显不同，明显打破了年变规律，属于云龙MS5.0震前形变异常。

图5 水管倾斜仪NS向正常年变与2016年变幅度

2.2 单分量差分法异常判定法

单分量测值的一阶差分值反映的是倾斜速率的变化，描述了震源区及周围地区的岩石在主震发生前，由微破裂到加速形变的突出异常[5]。利用该方法能较好地消除长周期变化，突出短周期变化。由倾斜速率曲线发现，云龙台形变受季节性降雨干扰较显著，在每年的6—10月属于降雨相对集中季节，形变速率同步记录有跃变、扰动高频信息。从图6中可以看出，云龙5.0级地震前，自2016年3月形变倾斜速率变化不均匀，伸缩仪NS向资料表现为速率不稳定的现象，突跳明显，超出正常值的两倍以上，水管仪和水平摆NS向速率有变化，但幅度不大。值得一提的是，2013年3月3日在洱源5.5级地震前，云龙台形变速率异常更为明显，异常时间同步、幅度较大、突跳信息密集，表现出较好的震兆信息。这些表明云龙台3套仪器对台站周边地区发生中强地震前都能观测到一定数量的地倾斜快速变化的短期异常，这样的快速变化具有一定的短期前兆指示意义。

表1 云龙台定点形变资料2012—2016年NS向年变幅情况

a 水管仪NS向一阶差分图；b 水平摆NS向一阶差分图；c 伸缩仪NS向一阶差分图 图6 定点形变资料2012—2016年NS向一阶差分求速度时序曲线

2.3 矢量合成法

地面在某一时刻相对于起始位置的倾斜角定义

为定点形变两分量测值的矢量和，在地震预报中常利用矢量图的不正常转向、拐弯、打结或加速等来判断异常[6]。由伸缩仪矢量图可以看到，2013—2016年云龙台伸缩仪日均值矢量变化比较稳定，规律性强，每年的变化近似于一个大致闭合的椭圆图形。每年初至6月左右向西偏南变化，7月左右向西偏北变化，8月向北变化，9—10月后又向东偏北变化，11—12月向南偏西。云龙地震前，云龙台倾斜的合成矢量方向出现趋势性偏转(图7d)，自2016年4月26日至5月10日云龙台的伸缩仪合成矢量由向西偏南方向变化突然转为向西偏北变化，5月11日又转为向南偏西加速变化，变化速率明显倾增大，直到地震发生，相对往年出现偏转，震前云龙台伸缩仪矢量图的显著变化，表现出了较好的短期和临震异常特征。

2.4 速率合成法

对相同地震前兆测项的观测数据序列进行速率合成，以揭示和突出前兆观测的群体异常效应[7]。采用平均速率合成法对云龙台水管仪NS、EW向、水平摆NS、EW向和伸缩仪NS、EW向2012—2016年的观测数据分别进行速率合成，其公式如下:

式中：Vji为前兆观测的速率，j为各时间序列的编号，i为时间序列内部时元序号，n为时间序列总数[5]。

由图8可见, 2015年8—10月左右云龙台附近的地壳倾斜速率和水平应变速率都同步出现了高值异常，然后逐渐减小，到2016年3月合成速率又出现逐渐增大的趋势，其中水管仪和伸缩仪合成速率渐进增大明显，2013年3月3日洱源5.5级地震前各测项的合成速率也显示出了异常。

图7 2013—2016年伸缩仪矢量图

a 水管仪NS向合成速度图；b 水平摆NS向合成速度图；c 伸缩仪NS向合成速度图图8 定点形变资料2012—2016年NS向合成速度时序曲线

3 结论和认识

通过以上几个方面分析，云龙MS5.0地震前云龙台定点形变出现明显的趋势性中期异常、短期和临震异常，其典型特征主要有:

1)打破年变。水管仪、水平摆和伸缩仪NS向日均值年变曲线、年变幅度和相位都打破了正常年变规律，显示出明显的趋势性中期异常，异常持续时间约为6个月到一年左右。

2)单分量速率突变。水管仪、水平摆和伸缩仪NS向一阶差分速率变化显著，突跳明显，显示出短期前兆异常。

3)合成矢量方向转折。地震前伸缩仪应变矢量年变突然拐弯向WN方向运动、震前10天左右加速向WS转折，表现出了较好的短期和临震异常特征。

4)合成速率跃变。地震前云龙台倾斜速率和水平应变速率都同步出现了相对高值异常。

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Fixed-pointDeformationAnomaliesbeforeYunlongMS5.0Earthquake

HE Ying-wen1, DUAN Yong1, YANG Shu-feng2, ZHANG-yuan2,YANG Hai-peng2,YANG Jian-wen3, ZI Cheng-zhu4

(1.Yunxian Seismic Station, Yunxian 675803,China; 2.Yunlong Seismic Station, Yunlong 672700,China; 3. Yunnan Seismic Agency, Kunming 650041, China; 4. Eryuan Seismic Station, Eryuan 671200, China)

We use morphological analysis, first-order difference, vector synthesis and average rate of synthesis method to analyze the Yunlong station deformation data before and after the YunlongMS5.0 earthquake on May 18th 2016, the results show that the annual variation curve, daily mean values and the ratio appear extremely anomalies before theMS5.0 earthquake. The anomalies are mainly of annual variation range distortion, daily mean value turning even annual variation breaking, vector swerve, and velocity changes exceed 2 times the mean variance et al.

morphologic method; differential method; vector method; average rate synthesis method; precursor anomaly

何应文，段勇，杨树峰，等．云龙MS5.0地震前云龙台的定点形变异常[J]．华北地震科学，2017，35(4):60-65.

2017-04-12

中国地震局地震监测、预测、科研三结合课题：大气降水对数字化地倾斜观测干扰特征分析(CEA-JC/3JH-172510);云南省地震局青年地震科学基金：云县台潮汐形变干扰异常与震兆异常的识别(2017K09)

何应文(1984—)，男，云南双江人，工程师，主要研究地震活动性、地形变观测与前兆异常等.E-mail：hyw2004@126.com

P315.7

A

1003-1375(2017)04-0060-06

10.3969/j.issn.1003-1375.2017.04.011