2018年云南墨江M5.9地震前的重力变化*

王青华，赵云峰，陈兆辉，刘 芳，祝意青

(1.云南省地震局，云南 昆明 650224；2.中国地震局第二监测中心，陕西 西安 710054；3.中国地震局第一监测中心，天津 300180)

0 引言

继2014年10月7日在川滇菱形块体与密支那—西盟块体或滇西南块体交界附近红河断裂西侧无量山区发生右旋走滑的景谷M6.6地震后(徐锡伟等，2014)，2018年9月8日云南省普洱市墨江县发生M5.9地震，震中位于红河断裂带中段和无量山断裂东支(磨黑断裂)之间。

21世纪初以来，随着国内地震系统相对重力观测的实施和发展，研究人员在多次地震前发现了有意义的重力前兆变化(祝意青等，1999，2005，2009，2013，2017；王青华等，2019)。云南地区地震发生前也发现同样的变化(祝意青等，2010；张永志等，1999)，陈兆辉等(2018)利用2014—2017年南北地震带南段重力数据，着重探讨了云南地区重力场变化与地震间的关系，发现研究时段内4.5级以上地震多发生在重力场变化的正负异常过渡带和高梯度带附近。

在对近几年南北地震带上相对重力测量数据进行处理后，尤其将多家单位观测数据进行整体平差计算后，笔者发现利用从2015年下半年开始的墨江附近的区域重力场变化可以较好地解释墨江M5.9地震孕震过程中的物质迁移。因此，本文利用2015年9月至2018年9月4年的多期相对重力观测资料，系统分析了区域重力场变化及其与墨江M5.9地震的关系。

1 重力观测资料选取及处理

中国地震局在2014年地震重力监测网改造完成后，即开展了每年2期的相对重力观测。2015—2017年，云南地区地震重力观测由云南省地震局和中国地震局第一监测中心使用CG-5相对重力仪完成。在对测网进行改造后，从2018年开始云南省内绝大部分相对重力观测由云南省地震局完成，但在2018年前获得持续观测的个别测点被舍弃，而新建测点并无观测资料，因此造成了2018年区域内可利用的重力变化数据减少，但总体上不影响本文的结果。本文使用资料不仅仅局限于墨江附近地区的相对重力测量数据，而是将川滇及附近区域采集到的相对重力数据利用公共测点拼接成一张观测网络(图1)，对大范围的重力数据进行平差计算后进行分析。

图1 南北地震带南段2017年重力测网图及研究区

对数据的平差计算：墨江M5.9地震震中附近存在思茅、蒙自、昆明、瑞丽等多个绝对重力测点，近几年进行了多次绝对重力测量。但由于绝对重力观测和区域相对重力观测不同步，有时两者观测时间相距较长，因此在经典平差计算中尝试先不使用思茅、蒙自、瑞丽3个绝对重力测点上的绝对重力数据进行计算，再与使用这些绝对重力数据的计算结果进行对比，发现两者重力场变化基本一致。因此，本文得到的重力场变化为使用距墨江M5.9地震震中较远的绝对重力数据(昆明、丽江、乡城、泸州、仁和)控制下得到的经典平差后的结果(各期平差结果点位精度均优于10×10-8m/s2)。本文主要对墨江M5.9地震震中附近26°N以南的重力场变化进行分析。绘制重力场变化图前对网格化插值后的区域重力场变化进行了空间范围约为80 km的余弦滤波。

2 墨江地震前的区域重力场变化

2.1 重力场半年变化

研究区相邻两期区域重力场的半年变化图像如图2所示。

(1)2015年9月—2016年4月(图2a)，震区周边总体重力变化不明显：在无量山断裂、红河断裂东北的玉溪、峨山、建水附近出现30×10-8m/s2以上的重力变化，在澜沧江断裂西侧的临沧、澜沧、耿马附近出现-20×10-8m/s2的重力变化。

(2)2016年4月—2016年9月(图2b)，震区西南的临沧、澜沧一带重力变化为正；墨江东北部的玉溪附近重力基本无变化。

(3)2016年9月—2017年4月(图2c)，震区附近无明显重力变化，在曲靖、弥勒、兴义一带为重力负变化，最大变化低于-40×10-8m/s2。

(4)2017年4月—2017年9月(图2d)，震区附近出现较为明显的重力变化：大致以思茅为中心呈现四象限分布的特征，墨江、孟连重力正变化超过30×10-8m/s2，云县附近重力负变化低于-20×10-8m/s2。四象限分布形态受无量山断裂、澜沧江断裂控制，而曲靖附近重力变化与上一期反向，显示正变化为40×10-8m/s2，但正变化中心相对于2017年4月—2017年9月北移，仅仅小范围集中分布于曲靖附近。

(5)2017年9月—2018年4月(图2e)，震区附近重力场变化再次呈现与上一期反向的准“四象限”分布：勐腊、云县为正变化，孟连、建水为负变化，正变化幅度大于负变化；曲靖附近小范围重力变化再次与上一期反向，显示重力场负变化为-40×10-8m/s2。

(6)2018年4月—2018年9月(图2f)，临震前震区附近几乎不存在明显的重力变化，显示出区域重力场时空变化中的局部“硬化”现象。

图2 墨江地震前震区附近重力场半年变化图

2.2 重力场年变化

研究区相邻两期区域重力场的年变化图像如图3所示。

(1)2015年9月—2016年9月(图3a)，震区附近重力场以正变化为主，玉溪、建水附近的重力正变化大于30×10-8m/s2。

(2)2016年9月—2017年9月(图3b)，震区附近重力变化呈现非常明显的四象限分布，勐腊、云县附近为重力负变化，墨江、玉溪附近为重力正变化，但重力变化不大，正负变化均未超过40×10-8m/s2，四象限的中心距墨江地震震中约100 km。

(3)2017年9月—2018年9月(图3c)，震区附近重力变化呈准四象限分布，但与上上一年变化完全反向，变化量值也相近。

(4)2015年9月—2017年9月(图3d)，2年时间的重力场累积变化显示，墨江地震前区域重力场四象限变化特征比上一年的变化(图3c)更加显著，除勐腊附近的重力负变化有所弱化外，玉溪、孟连附近的正变化及云县附近的负变化均有所强化，但最大变化仍未超过50×10-8m/s2，无量山断裂两侧重力场差异变化约70×10-8m/s2。

图3 墨江地震前重力场年变化图

3 重力变化与墨江M5.9地震

通过以上分析可以发现，墨江M5.9地震前的重力变化在时间上呈阶段性、空间上呈扩展性，具体表现为：2015年9月—2016年4月，震区附近重力变化较微弱；2016年4月—2016年9月，澜沧江断裂西南侧的临沧、澜沧附近出现大于30×10-8m/s2的重力正变化；2016年9月—2017年4月，震区附近基本不存在可识别的重力变化，即该时间段内重力场零变化，可视为重力场变化的“平静期”；2017年4月—2017年9月，墨江M5.9地震前重力场变化主要特征为重力变化呈现准四象限分布；2017年9月—2018年4月，重力场变化与上一期反向，也呈准四象限分布形态；2018年4月—2018年9月，临震前再次出现重力场零变化的“平静期”。

该区域流动重力观测完成于2018年9月7日，观测完的第二天，即9月8日发生墨江M5.9地震。由此可以看出，在地震前3年内，在震区附近无量山断裂、红河断裂、澜沧江断裂构造活动控制下，区域重力场变化呈现重力正变化→重力正变化扩展→重力零变化的平静期→重力变化呈四象限分布→重力场反向变化→临震前重力零变化的平静期的演化过程。在2015年9月—2017年9月2年的重力场变化中，墨江M5.9地震震中靠近四象限正负异常区中心。

已有震例研究表明(祝意青等，2013，2015，2017)，重力异常变化的持续时间、幅值和空间范围与地震震级密切相关。重力观测资料积累的时间越长，越有利于判断发震震级，重力异常幅值越大、持续时间越长，对应的震级越大。重力长期累积变化和短期变化对地震异常同样重要。5级地震相邻2期或1年尺度的重力变化明显，累积变化不明显；6级强震相邻2期重力变化显著，2年累积变化更为显著(祝意青等，2013，2017)。墨江M5.9地震前1年尺度的重力变化明显，2年的累积变化更为显著。

4 结论与讨论

本文通过对2018年云南墨江M5.9地震前区域重力场变化分析，得到以下结论：

(1)2018年墨江M5.9地震前3年至震前1年，云南地区的重力场资料较好地显示了该地震的前兆变化。地震前重力场变化呈现较为明显的四象限分布，且震中靠近四象限中心处，四象限的分布特点明显受区域内大的活动断裂控制。

(2)2015年9月—2016年4月，玉溪、建水附近出现高于20×10-8m/s2的重力异常变化，2016年4月—2016年9月，明显的重力变化转至临沧、澜沧附近，重力异常变化大于20×10-8m/s2；2016年9月—2017年4月，震区附近重力场未见明显的变化；2017年4月—2017年9月，震区附近重力场出现明显的四象限变化特征，显示出在断裂控制下的重力场变化特征由出现单个异常区向多个异常区同时显现的特征，反映出断层带活动由单个断层孤立活动转向多个断层协同活动的发展过程。墨江M5.9地震前的重力变化与发震断裂的失稳变化过程有较好的一致性(马瑾，郭彦双，2014；宋春燕等，2018；徐晓枫等，2017；徐立等，2019)。

2008年8月30日和2009年7月9日，墨江M5.9地震震中西北的攀枝花、姚安附近分别发生M6.1，M6.0地震，祝意青等(2010)对这2次地震前重力场变化进行了分析。此后，申重阳等(2011)使用更大空间范围的数据对姚安M6.0地震前的重力场变化进行了计算分析，发现在姚安地震前半年(2008年10月—2009年2月)区域重力场呈四象限变化，且其四象限变化形态与震源机制显示的压缩区和拉张区一致。墨江M5.9地震前的四象限重力场变化特征与该次地震震源机制所显示的压缩区和拉张区也一致，表明震前震区附近构造应力作用下的物质迁移可能是区域重力场变化的成因。

由本文分析可知，墨江M5.9地震前观测到的重力场变化最大值未超过50×10-8m/s2，但2015年9月—2017年9月这2年的累积重力变化正负差异达70 μgal，显示了较明显的震前重力场变化特征，且研究区域已有的震例研究表明，相当震级的地震发生前重力场变化与墨江M5.9地震前重力变化量也相当(祝意青等，2005)。