云南省红河地区断层气CO2观测及其与地震关系初探

刘 飞，祁 燕

(1.红河州地震局，云南 蒙自 661199；2.弥勒市地震局，云南 蒙自 652399)

我们生活的地球是一个巨大的开放系统，地壳放气现象是岩石圈和大气圈进行物质、能量、信息交换的一种重要形式，在地震前能观测到地下Rn、Hg、H、He、CO2等活跃成分异常已被国内诸多震例证实(林元武等，1998b)，因此这些成分作为地震前兆信息的观测一直在开展。CO2在地球中的分布极为广泛，在地球的各种动力学过程中，地壳中的CO2会参与到其中，其含量会发生明显的变化。在地震的孕育过程中，由于应力的汇集常常导致地下岩石发生破裂，释放出CO2气体，所以CO2气体是表征深部物质运移的指示性气体，它的释放规律能灵敏地反映地壳应力状态的变化(林元武等，1998b)。对地壳中CO2含量的动态变化进行监测，可以提取到地震的孕育信息，对地震预测预报有重要的意义和价值(王基华等，1994)。我国的断层土壤气监测工作开始于20世纪80年代。1988年首先在华北地区试验研究了断层气CO2总量测定法，该方法具有简便、价廉、干扰少及机动性强等特点(高小琪等，2002)。王基华和林元武(1998a)在断层上采用简便、可靠、经济、易推广的快速测定管法分析CO2，取得许多震前出现明显异常的实例，如在张北—尚义地震前12天提出了较好的短临预报意见。多年的观测结果表明，断层气CO2是一种很有发展潜力的短临预报参考指标。经过三十多年的改进与完善，断层气CO2的观测方法日趋成熟，已先后多次应用于地震前兆监测、隐伏断裂和地裂缝的现场探测，目前CO2观测方法及其观测资料已经成为流体学科年度地震趋势研究和震情强化跟踪的重要判据之一(高小琪等，2004)。

云南省是中国大陆地震活动最为频繁的地区之一，开展断层气(壤中气)CO2观测较早，始于1999年，至今已经20年，积累了大量的观测数据和震例。云南昭通地区开展CO2观测相对较早，在2012年彝良5.6、5.7级地震和2014年鲁甸6.5级地震前，该地区的CO2观测数据变化出现了大量异常，获得了较好的震例。地处小江断裂和红河深大断裂附近的红河哈尼族彝族自治州(以下简称“红河州”)，近年来为加强震情跟踪工作，陆续建立了10个CO2观测点，本文旨在利用这些观测点的资料提取地震预测可用的信息，为今后的地震预测提供借鉴(上官志等，1993)。

1 观测概况

1.1 红河州CO2观测方法

红河州的断层气CO2观测，主要采用的是CO2测试管方法。在断层上勘选适合的观测位置，打孔后埋设PVC管，管下端50～100 cm打成筛眼(孔距20～30 mm)，起到吸收集气作用，形成观测井孔，井孔口用胶塞堵住密封，将CO2测试管用细线拴好下至距孔底5～10 cm处进行测量。本观测法是累积测定法，每天定时下入井孔中一根CO2测管，24小时后于第二天读取数值作为一天的观测值，同时同步进行了井孔温度、气象三要素等辅助测项观测。观测系统是由一支CO2测试管、一个2 m左右深的观测孔和一个两探头温度计组成。

1.2 观测点基本情况

依据断层土壤气CO2的观测方法，断层气CO2埋测点的选取十分重要，测点应选择在活动断层破裂带上或紧邻破裂带的敏感地带，且地表为无覆盖的原生土为佳，观测效果会更好(林元武等，1994)。在实际选点时还需兼顾到距离较近、利于观测和便于环境保护等方面的因素。红河州的CO2测点主要布设于红河断裂两侧，其中有6个位于断层区域的观测点和4个位于断层附近的观测点，测点具体情况见表1。

表1 红河州地区CO2观测点情况表

2 观测资料与映震分析

2.1 正常年动态特征

除蒙自2和金平、屏边测点的资料较短，还未能认识他们的正常变化形态外，其余7个测点，近6年观测的数据显示，红河州大部分断层气CO2具有明显的年变规律，测值与温度呈正相关，存在夏高冬低的年动态变化规律，也有少部分为负相关和无明显相关性。正常动态的高低值之间是渐变关系，而不是突变(见图1)。CO2观测的年变规律与地下的生物化学作用有关(王基华等，1994)。

图1 红河州CO2测值

2.2 异常特征

已有震例测点的CO2异常主要表现为突升、突降和打破正常年动态，这一特征与前人给出的CO2异常的识别标志基本相同(王基华等，2000)。在近6年的观测时间里，红河州测点周边200 km内分别发生了2016年个旧4.6、4.7级和2018年通海5.0、5.0级以及墨江5.9级地震。3组地震前CO2均观测到了异常，其异常与地震对应情况见表2。个旧4.6、4.2级地震前的异常主要是破坏正常年动态，通海2次5.0级地震和墨江5.9级地震前，异常主要表现为破坏正常年动态和突变(见图2、图3)。从表2可见，破年变的异常，主要出现在震前4～6个月，而突变异常主要出现在震前5～40天，异常形态为测值突升。由于通海2次5.0级地震距墨江5.9级地震的时间间隔不到1个月，因此就破年变异常而言，没有办法区分2次地震所对应的异常，但从突升情况看，绿春和元阳测点在通海地震后新出现了突升变化，因此认为震后的突升异常可能是新地震的反应。此外在破年变异常中，3组地震的异常均显示震中距近的测点异常开始时间比远的要早。

表2 红河州CO2异常与地震对应关系一览表

图2 红河州CO2破年变异常

图3 红河州CO2突变异常

3 结论与讨论

(1)红河州7个观测时间段内有地震发生的测点观测数据显示，除弥勒测点外，其余的测点在震前都出现过异常，异常特征主要表现为偏离正常年动态和突升，偏离年变异常主要出现在震前4～6个月，突升异常出现在震前5～40天内，因此CO2突升可以作为红河州有地震的短临异常指标。(2)断层气CO2观测异常显著，从原始曲线上直观的就能识别。从前述震例看，偏离年变异常距离震中近的测点出现比远的早。(3)在已有的3组震例中，震级越大，出现异常的测点越多，特别是短临异常。(4)在重点监视区布设较密集的CO2观测台阵对震情跟踪有很好的指示意义。(5)断层气CO2观测具有简便、价廉和有效等特点，观测方式对经济欠发达地区的地震部门开展地震预测不失为一种好方法，值得推广。