2022年6月1日芦山MS 6.1地震前地电阻率异常分析

王 晓 叶 青 余 丹 陶志刚 范 晔 刘高川

（中国北京 100045 中国地震台网中心）

0 引言

我国地电阻率定点连续观测已有50 多年历史，曾记录到唐山MS7.8、汶川MS8.0、芦山MS7.0 等多次中强地震前地电阻率下降—转折上升型的异常变化（赵玉林等，1978，2001；钱复业等，1982；钱家栋，1993；张学民等，2009；钱家栋等，2013；朱涛，2013；史红军等，2014；陈彦平等，2016）。解滔等（2018）发现，汶川MS8.0 地震前，成都地震基准台、江油地震台地电阻率出现近2 年的与孕震主压应力方位有关的持续性下降异常，震后出现与之前异常形态相反的恢复变化；九寨沟MS7.0 地震前，距震中360 km 的平凉地震台井下地电阻率出现持续1 年的趋势性异常（高曙德等，2017）。这都表明地电阻率变化具有较好的映震效能。据中国地震台网测定，北京时间2022 年6 月1 日17 时0 分四川雅安芦山县（30.37°N，102.94°E）发生MS6.1 地震，震源深度约17 km。该地震的断层类型以逆冲型为主，发震断裂为双石—大川断裂。本文通过分析处理芦山MS6.1 地震震中附近地电阻率台站观测数据，提取地震前的地电阻率异常信息，以期为研究此次地震的前兆现象提供依据。

1 研究区及台站概况

芦山MS6.1 地震震中位于龙门山潜在震源区。龙门山断裂带位于青藏块体东缘，是一个巨大的复合型推覆构造，由多条挤压逆冲断裂和多个推覆构造体组成，断裂发育，构造复杂，地震频发。2013 年4 月20 日芦山县曾发生MS7.0 地震，震中距此次地震震中仅9 km，也为逆冲型地震，破裂面走向NE，与龙门山断裂带的走向基本一致（图1）。

图1 芦山MS 6.1 地震震中及台站分布Fig.1 The epicenter and stations distribution of Lushan MS 6.1 earthquake

芦山MS6.1 地震震中距450 km 范围内分布有成都地震基准台、冕宁地震台、红格地震台、甘孜地震台等4 个电阻率台站（图1）。成都地震基准台（震中距98 km）地处龙门山构造带前沿的成都凹陷盆地内，距最近的安县—灌县断裂仅20 余km，距东面的龙泉山断裂约60 km。与龙门山断裂带南段交接的安宁河断裂中段有冕宁地震台（震中距223 km），台站下方为NNE 向南河隐伏断裂。红格地震台（震中距438 km）所在地区有NS 走向的安宁河活动性断裂带、昔格达压扭性断裂带。甘孜地震台（震中距311 km）位于NW 向鲜水河断裂带与甘孜—玉树断裂带之间的延桥区内，台站南距甘孜—玉树断裂约2.5 km，基岩成分主要是石英砂板岩。

每个台站布设有2—3 个测道，采用电阻率对称四极装置固定电极位置方式进行观测，使用的仪器为ZD8M 型数字化地电仪，采样间隔为小时。冕宁地震台、红格地震台、甘孜地震台为井下观测，电极埋深70—120 m，供电极距为345—600 m。成都地震台为大极距地表观测，供电极距NE 测道为613 m，NW 测道为846 m。

2 数据处理

归一化速率变化方法（normalized variation rate method，简称NVRM）的原理是按照给定步长将时序观测数据分段后进行线性回归，利用回归直线的斜率和相关系数计算初始速率，归一化处理后获取最终时间序列。其数学定义为

式中，Ki为地电阻率序列{ρs}中第i个子序列的斜率；Ri为相关系数，用来压制子序列中奇异数据对Ki的影响；m和σn-1分别为初始速率的平均值和均方根误差；δ为正小量；ε为滑动步长。对于地电阻率月均值，异常判据为大于±2.4 的绝对值（杜学彬等，2017）。该方法可以有效识别“弱”的幅度异常，并已得到广泛应用（刘君等，2013；史红军等，2014；李姜等，2019；王同利等，2022）。本文选取芦山MS6.1 地震震中450 km 范围内4 个地电阻率台站记录，将原始观测数据预处理后计算日均值或月均值，然后采用归一化速率变化方法分析每个台站在芦山地震前后的变化。

3 地震前地电阻率异常变化

3.1 红格地震台

选取2018 年1 月至2022 年6 月红格地震台地电阻率观测数据进行处理，该时段内台站观测系统和观测环境均未出现异常，数据可信。图2、3 分别为红格地震台NS、EW 测道地电阻率月均值和NVRM 曲线。由图2、3 可见，NS、EW 两个测道地电阻率原始数据从2020 年1 月开始年变化呈现趋势性下降，下降幅度约2.8%—3%。2 个测道的NVRM 曲线均在地震前出现明显正异常（≥+2.4），NS 测道自2021 年11 月超出阈值，2022 年1 月到达最高点后开始下降，芦山MS6.1 地震发生在下降过程中；而EW 测道自2022 年3 月超出阈值后，6 月开始下降，下降过程中发生芦山MS6.1 地震。但红格地震台距此次地震震中438 km，这是芦山地震引起的异常，还是其他地区存在异常现象，还需进一步探究。此外，2020 年4—7 月EW 测道地电阻率数据出现正异常，结合该时段发生的地震，推测为2020 年5 月18 日云南昭通巧家发生的MS5.0 地震，其震中距红格地震台约142 km。

图2 红格地震台NS 测道地电阻率月均值（a）和NVRM 曲线（b）Fig.2 Monthly average (a) and NVRM-analysis curve (b) of the apparent resistivity recorded by the NS component of Hongge Seismic Station

图3 红格地震台EW 测道地电阻率月均值（a）和NVRM 曲线（b）Fig.3 Monthly average (a) and NVRM-analysis curve(b) of the apparent resistivity recorded by the EW component of Hongge Seismic Station

3.2 甘孜地震台

选取2018 年1 月至2022 年6 月甘孜地震台NE 测道地电阻率月均值进行归一化处理，在此期间，观测系统和观测环境均正常。NW 测道2019 年8 月更换测项分量代码后原始数据出现0.1 Ω·m 的台阶变化，数据可信度存疑。图4 为甘孜地震台NE 测道地电阻率月均值和NVRM 曲线。由图4 可见，2022 年4 月地电阻率出现短期快速变化，可能与芦山MS6.1 地震有关。NVRM 曲线自2022 年2 月开始下降，2022 年5 月超出阈值，且直至2022 年6 月仍处于持续下降过程，其间发生芦山地震。但甘孜地震台与芦山地震震中所处位置属于2 个断裂带，且震中距大于300 km，根据国家地震局预测预防司（1998）所述，上述现象是否为此次地震的异常现象还需进一步研究确认。

图4 甘孜地震台NE 测道地电阻率月均值（a）和NVRM 曲线（b）Fig.4 Monthly average (a) and NVRM-analysis curve (b) of the apparent resistivity recorded by the NE component of Ganzi Seismic Station

3.3 冕宁地震台

冕宁地震台井下地电阻率观测系统为2019 年新建，2020 年1 月正式运行，共有NS、EW、NW 三个测道。地电阻率原始数据均呈现较规律的年变化，震前无明显变化。选取2020 年1 月至2022 年6 月EW 测道地电阻率月均值进行处理分析，步长设置为6 个月进行归一化处理，结果发现NVRM 曲线出现2 次异常，一次为2021 年4 月开始上升，直至6 月超出阈值，7 月达到峰值后开始下降，对应台站周围该时段内发生的地震，认为该正异常可能为2021 年5 月21 日云南大理漾濞MS6.4 地震的震时（后）异常，该地震震中距冕宁地震台390 km。另一次异常为负异常，2022 年2 月开始下降，5 月超出阈值，直至芦山MS6.1 地震发生时曲线仍处于下降过程中（图5）。

图5 冕宁地震台EW 测道地电阻率月均值（a）和NVRM 曲线（b）Fig.5 Monthly average (a) and NVRM-analysis curve (b) of the apparent resistivity recorded by the EW component of Mianning Seismic Station

3.4 成都地震基准台

成都地震基准台因2021 年7 月在NE 方向重新布设了与原NE 向平行的新测道，新测道地电阻率数据与原测道数据之间存在台阶，衔接出现问题，致使新测道数据中可用数据时长较短，只能选取2021 年7 月1 日至2022 年6 月19 日地电阻率日均值进行预处理，步长设置为30 天。芦山MS6.1 地震前数据无明显变化，地震发生在NVRM 曲线（图6）上升阶段，2022 年6 月中旬超出阈值呈现正异常，曲线上升过程中发生芦山地震，推测该异常可能为临震异常。

图6 成都地震基准台NE 测道地电阻率日均值（a）和NVRM 曲线（b）Fig.6 Daily average (a) and NVRM-analysis curve(b) of the apparent resistivity recorded by the NE component of Chengdu Seismic Station

综上，红格地震台NVRM 曲线在芦山MS6.1 地震前出现正异常，下降过程中发生地震；甘孜地震台NE 测道在芦山地震前出现负异常，地震也发生在曲线下降过程中；而冕宁地震台EW 测道NVRM 曲线在2021 年5 月和2022 年5 月呈现不同程度的正异常和负异常，分别对应2021 年5 月21 日云南漾濞MS6.4 地震和2022 年6 月1 日芦山MS6.1 地震。对成都地震基准台NE 测道地电阻率数据采用日均值计算归一化速率后显示，NVRM 曲线在地震发生前出现正异常，上升过程中发生地震。地电阻率是地下可探测范围内介质电阻率的综合反映，中强地震前构造应力作用下介质变形诱发的微裂隙活动会引起地电阻率的变化，震前异常出现的时间和形态主要受震前地下介质电阻率变化的影响。

此外，以上异常分析结果也表明，冕宁地震台、红格地震台、甘孜地震台等3 个台站的井下地电阻率观测，亦能较好地反映震前异常，具有较高质量的观测效能，显示了井下地电阻率观测的有效性及其应用前景的广阔性。

3 结论

对芦山MS6.1 地震震中周围450 km 范围内4 个地电阻率台站观测数据，采用归一化速率方法分析每个台站数据在芦山地震前后的变化。结果显示，地震前红格地震台NS、EW测道地电阻率数据出现正异常；冕宁地震台EW 测道、甘孜NE 测道出现负异常。红格地震台NS、EW 测道及甘孜地震台NE 测道地电阻率原始数据在震前出现下降变化，下降幅度为1%—3%，地震发生在数据下降过程中，其他台站的原始数据在震前没有出现异常变化，因此，红格地震台NS、EW 测道及甘孜地震台NE 测道、冕宁地震台EW 测道震前数据变化为芦山地震前兆现象的可能性较大。但甘孜地震台、红格地震台及芦山地震震中所处位置分属3 个断裂带，且震中距大于300 km，虽然在异常时间上较对应，但是否为此次地震前整个块体地下介质运移变化的表现，还是其他区域存在异常变化，还需进一步探究。

由于成都地震基准台测项改造，故采用地电阻率日均值数据进行归一化速率方法分析。结果显示，地震前数据无异常变化，地震后数据出现正异常现象（或者是临震异常）。由于日均值数据受环境干扰较大，因此，成都地震基准台地电阻率日均值分析结果只能作为参考，其是否为震前异常还需进一步分析。