云南地区地震地下水宏观异常统计分析

陈 瑜

（中国云南 674199 丽江市古城区地震局）

0 引言

凭人们的感官直接观测或察觉到（非仪器观测到）的，发生在地震前并与地震孕育和发生有密切联系的宏观变化现象，我们称之为地震宏观前兆异常。《中国地震历史汇编》记载有震前宏观异常1 100 余条，最早记载的是公元前约1767 年的1 次大地震，“ [桀]十年，五星错行，夜中星陨如雨，地震，伊、洛竭。”《宋会要楫稿》（册五二）对1072 年11 月3 日陕西华县地震有“是夜初昏，略无风声。忽于山下云雾起，有声渐大，地逐动”的记载。《新安志》中记载，1100 年2 月安徽歙县地震前，黄山朱砂汤泉，“水变赤如流丹”等等。Rikitake 等（1996）在日本收集了宏观异常资料并开展了相关研究。在新疆还观测到与内地有差异的宏观异常现象，如乌苏艾其沟泥火山强震前显著喷涌现象等等。地震宏观异常的表现形式多样且复杂，异常的种类多达几百种，异常的现象多达几千种，大体可分为地下水异常、生物异常、地声异常、地光异常、电磁异常、气象异常等。地下水包括井水、泉水、潜水等。主要异常有发浑、冒泡、翻花、升温、变色、变味、突升、突降、井孔变形、泉源突然枯竭或涌出等。

2011 年以来，云南省为了加强震情跟踪工作，实施异常报告制度，通过地震行业内网汇集了大量宏观异常事件。解决了地震宏观异常震前多分散在各地各人手中、分析人员很难在发震前获得宏观异常资料的难题（和胜利，2008；车用太等，2012）。

朱凤鸣等（1982）研究了1975 年海城地震、陈立德等（1979）研究了1976 年龙陵地震、陈非比等（1979）研究了唐山地震、朱皆佐等（1978）研究了松潘地震、张艳凤等（2018）研究了2014 年云南盈江6.1 级地震，认为1975 年海城7.3 级、1976 年龙陵7.4 级、1976 年松潘—平武7.2 级等地震的临震预报成功，宏观异常起到了十分重要乃至决定性作用。任葆德（1992）研究了非震宏观异常100 例，得出与其他方法相比宏观异常在捕捉大震方面的优势在于它的短临显示作用的结论。然而，利用宏观异常实现成功的临震预测非常困难。任葆德（1992）指出宏观异常的起因是复杂的，宏观异常有可能是地震活动引起的，也可能是气候变化或人为干扰引起的，还有可能是其他原因引起的；车用太等（2003）研究了2002 年四川凉山州地区大规模宏观异常；张小涛等（2009）研究了汶川8.0 级地震前后宏观异常现象后认为，宏观异常具有二重性，既有地震前兆的属性，也有构造活动异常的属性。

2011 年以来，在云南省汇集的宏观异常事件中多数是地下水宏观异常事件。地下水是指蕴藏在地壳上部岩石中的水，存在于土壤或岩石的孔隙、裂隙或溶洞中，它参与大气循环，也遵循自身的运移规律，对压力变化敏感。地震的孕育发生过程与受力岩体裂隙演变过程有关。岩体的受力演变过程不可避免地要改变岩体中的孔隙压力，进而通过地下水的动态变化表现出来。地下水存在普遍性、流动性、难以压缩性等特性，这使其能够客观、灵敏地反映地壳的应力—应变状态。只有地壳形变和含水层孔隙应变达到空前剧烈的程度，才会使地下水发生剧烈的变化。叶建刚等（2001）研究了大地震前的地下水宏观异常后认为，地下水的确是反映地壳运动的最活跃的物质，在大量的地震宏观异常中，属于地下水异常的约占70%。吴宝东等（2005）研究了地震宏观前兆异常的映震机理，认为宏观异常的出现说明区域地球物理、地球化学场已经发生了超乎寻常的变化。在地震预测实践中及时获取地震前兆异常，特别是短临信息是正确作出预测意见的关键，与其他方法相比，宏观异常在捕捉大震方面的优势恰恰在于它的短临显示作用，因此，及时发现、收集分析宏观异常是实现地震短临预测的有效途径之一。

1 云南历史震例中地下水宏观异常特征

1.1 历史震例概述

对1976—2001 年云南38 组M≥5 地震震例的总结报告（张肇诚等，1990a，1990b，1999，2000；陈棋福等，2002a，2002b，2003，2008）进行再分析，以归纳总结其部分共性特征。38 组地震震级分布情况：5.0—5.9 级地震25 例，占66%；6.0—6.9 级地震7 例，占18%；7 级及7 级以上地震6 例，占16%。小震级地震较多、大震级地震较少，符合地震活动的总体规律。为便于分析，按发震时间顺序用①—㊳对38 组地震进行编号。

对分析确定的地震地球物理异常按时间分为3 类：A——中期趋势性背景异常，出现在震前0.5—5.0 a；B——短期异常，震前延续1—6 个月；C——临震异常，震前1 个月内（张肇诚等，2013）。

1.2 地下水宏观异常特征

1976—2001 年云南38 组M≥5 地震震例中共19 组有宏观异常记录，占50%。其中，第③、⑧组地震中仅记录到非地下水宏观异常；第⑭、⑮、⑰、㉙、㉔、㉙组中仅记录到地下水宏观异常；第①、②、④、⑤、⑥、⑦、⑨、⑩、⑪、⑫、㉝组地震中同时记录到地下水宏观异常与非地下水宏观异常。记录到地下水宏观异常的共17 组震例（表1），占记录有宏观异常的19 组震例的89%。

表1 1976—2001 年云南M ≥5 地震震例与地下水宏观异常Table 1 Statistics of groundwater macroscopic anomalies of M ≥5 earthquake in Yunnan from the year of 1976 to 2001

1.2.1 震级相关特征。在1976—2001年17组记录到地下水宏观异常的M≥5地震震例中，5.0—5.9 级地震9 组，占25 组5.0—5.9 级地震的36%；6.0—6.9 级地震4 组，占7 组6.0—6.9 级地震的57%；7 级及7 级以上地震4 组，占6 组7 级及7 级以上地震的67%。虽然受震源区地质构造、地震发震机制、震源深度等因素的影响，异常数量与震级间未呈现某种规律的正相关，但是总体上震级较大的地震震前宏观异常也相对较多。卢双苓等（2015）也研究认为，随着震级增大，震前出现宏观异常的概率逐步增加，震级较大的地震震前宏观异常数量也相对较多。

1.2.2 时间相关特征。对17 组记录到地下水宏观异常震例，按照震前异常起止时间进行统计可见，属于A 类异常的只有第38组地震，占6%；属于B 类异常的有第14、15组等2 组地震，占12%；第29组地震宏观异常中既有属于B 类的，也有属于C 类的，占6%；属于C 类异常的有第①、②、④、⑤、⑥、⑦、⑨、⑩、⑪、⑫、⑰、㉔、㉝组等13 组地震，占76%。显然，C 类地下水宏观异常所占比例较大，故地下水宏观异常主要为短期异常和临震异常，多数发生在震前1 个月以内。卢双苓等（2015）的研究也认为地下水宏观异常大多为短期、临震异常。

1.2.3 地域相关特征。对17 组记录到地下水宏观异常的震例，按照震中距的不同分为极震区与非极震区进行统计发现，异常出现在非极震区的仅有第14、24组等2 组地震，占12%；有15 组（①、②、④、⑤、⑥、⑦、⑨、⑩、⑪、⑫、⑮、⑰、㉙、㉝、㊳）地震异常在极震区出现，占88%。故地下水宏观异常多数出现在距震中100 km 范围内。卢双苓等（2015）也认为地下水宏观异常多数发生在距震中100 km 范围内。

2 2011—2021 年云南省地下水宏观异常特征

2.1 资料

鉴于《地震预测预报用语规范（试行）》中震测函［2017］85 号的实施，将地震地球物理异常分类进行了修正：对分析确定的地震地球物理异常按时间分为3 类：a——背景异常，震前1 年尺度以上；b——短期异常，震前3 个月内；c——临震异常，震前10 日内。

2.1.1 宏观异常事件。首先，从2011—2021 年5 月通过地震行业内网上报的768 项地下水类宏观异常中，剔除有明显干扰、不属于地震地下水宏观异常的346 项；然后，对剩余的422 项进行甄别：一般将前次M≥5 地震发生以来到此次M≥5 地震发生前上报的地下水类宏观异常作为此次M≥5 地震的宏观地球物理异常。考虑到前次M≥5 地震的影响，将出现在前次M≥5 地震极震区内而非此次地震极震区内的异常剔除；考虑到宏观异常具有二重性，再将非极震区内且非地震前10 天出现、震后结束的地下水类宏观异常剔除；为了避免遗漏，将前次M≥5 地震前出现在此次M≥5 地震极震区内而非前次M≥5 地震极震区内的显著异常增补进来。最终，从422 项异常中共甄别得到133 项地震地下水宏观异常。

2.1.2 地震事件。从中国5 级以上地震目录中选取2011—2021 年5 月发生在云南省内的19 组共30 次M≥5 地震事件。其中，5.0—5.9 级地震26 次；6.0—6.9 级4 次。

2.2 地下水宏观异常与地震之间相关性分析

768项地下水类宏观异常占全部上报的818项宏观异常事件的94%，显然地下水类宏观异常在上报宏观异常事件中占比较大。有明显干扰的地下水类宏观异常346 项，占768 项地下水类宏观异常事件的45%。在422 项无干扰异常中共甄别得到289 项地下水类地震宏观异常，占68%；289 项地下水类地震宏观异常中152 项异常有映震，占53%；137 项异常无映震，占47%。

2011—2021 年5 月云南共发生19 组M≥5 地震，其中，12 组M≥5 地震有地下水类宏观异常（133 项），占全部震例63%。为便于分析，按发震时间顺序用1—19 对M≥5 地震进行编号（表2）。

表2 2011—2021 年5 月云南M ≥5 地震与地下水宏观异常Table 2 Statistics of groundwater macroscopic anomalies of M ≥5 earthquakes from 2011 to May,2021

2.2.1 震级相关特征。2011—2021 年5 月云南19 组M≥5 地震震例中共有12 组记录到地下水宏观异常，其中，5.0—5.9 级地震共9 组，占15 组5.0—5.9 级地震的60%；6.0—6.9 级地震共3 组，占4 组6.0—6.9 级地震的75%；无7 级以上地震。与由历史震例所得结论“随着地震震级的增加，出现地下水宏观异常的比例增加”相符。

2.2.2 时间相关特征。对12 组记录到地下水宏观异常的震例，按照震前异常起止时间进行统计可见，第2、4、5、8、9、13、14、15、16、17、19 组地震有a 类异常，占92%；12 组地震均有b 类异常，占100%；第4、5、8、14、16 组地震有c 类异常，占42%；第1 组无a 类异常，与统计时间从2011 年起相关，第1、2、9、13、15、17、19 组无c 类异常。这显然与由历史震例所得结论“地下水异常从时间上来说主要为临震异常，震前1 个月内出现的比例较大”并不相符。显然，地下水异常从时间上来说a、b 两类占比较大（图1），这与付虹等（2003）研究了历史震例及1992—2001 年地震短临跟踪预报实践得出的地下水宏观异常多数出现在震前3—6 月的结果相符。

2.2.3 地域相关特征。对12 组记录到地下水宏观异常的震例，按照震中距的不同分为极震区与非极震区进行统计发现，第5、9、17 组全部异常均出现在极震区100 km 以内，占25%；而全部12 组震例的异常绝大多数出现在极震区及附近，有极个别异常出现在离极震区较远地方，如第4、14、15 组偶有异常出现在200 km 以外的区域（图1）。由此可见，2011—2021 年5 月M≥5 地震地下水宏观异常地域特征与历史震例特征一致。与卢双苓等（2015）的异常多数集中在距震中100 km 内的结果也相符。

图1 地震地下水宏观异常频度图与震中距迁移图蓝色为a 类异常；黄色为b 类异常；红色为c 类异常Fig.1 Frequency diagram of macro-anomalies of groundwater and migration diagram of epicentral distance

3 结论与讨论

3.1 结论

2011—2021 年5 月云南M≥5 地震地下水宏观异常具有以下特征：地下水宏观异常出现在震前3 个月内、出现在极震区内的占比均为100%。

3.2 讨论

相较历史震例，云南2011—2021 年5 月地下水宏观异常从与震级、时间的关系上来看并不一致，而从与地域的关系来看则较一致，分析认为原因如下。

（1）可能与地震样本数相关。历史震例地震样本较多，并且包括了M≥5 地震的5.0—5.9 级、6.0—6.9 级、7 级及7 级以上地震。而2011—2021 年5 月M≥5 地震仅包括了5.0—5.9 级、6.0—6.9 级地震，且样本数也少得多。

（2）可能与地震发生的地点有关。卢双苓等（2015）研究认为，一些地方宏观异常数量少，除与地震类型有关外，还与地震发生的地点、居民点的分布等因素有关。虽然某些地震可能受震源区地质构造、地震机制、震源深度等因素的影响，异常数量与震级间未呈现某种规律的正相关，但是总体上震级较大的地震，震前宏观异常也相对较多。云南省上报宏观异常数量较多的区域主要集中在滇西保山、大理与滇中昆明、玉溪地区，而滇西地区5 级以上强震频繁，滇中地区则较少发生5 级以上强震。另外，滇东北昭通地区震前宏观异常较少。

（3）可能与宏观异常获取渠道相关。有感地震发生后，上报的宏观异常明显比平时多，这类异常一部分为震后地应力调整而产生的，不一定与地震有关；多数宏观异常报道，皆是震后调查、震例总结的内容，这难免存在数量、质量的差异和可靠程度、真实性的问题以及临震异常显示结论的可靠性问题。