2021年青海玛多MS7.4地震前后CO异常变化研究

史延飞 辛存林 梁浩东 刘海博

摘要：地震前后气体地球化学信息的研究在地震监测预报中具有较高的应用价值。为研究2021年5月22日青海玛多MS7.4地震与CO时空变化之间的关系，在以瓦里关大气观测站地面数据验证大气红外探测仪（AIRS）反演数据可靠性的基础上，提取玛多MS7.4地震前后AIRS反演的CO数据，通过滑动均值法、差值法对玛多地震前后不同尺度的CO浓度数据进行处理和分析。结果表明：利用卫星遥感数据提取CO地球化学信息是可靠的。时间上，玛多MS7.4地震前两个月CO浓度开始波动，出现峰值，地震发生后恢复平静;空间上，震中位置的CO浓度在近地面变化尤其明显，震中及附近区域的CO浓度从3月开始逐渐升高，由离散分布逐渐向震中和发震断裂带聚拢靠近，到4月底达到最大异常18.60×10-9，异常高值中心的连线与发震断层江错断裂走向、地表破裂分布一致。排除背景值和季节变化的影响，推断CO浓度异常变化是地震引起的，主要归因于地下气体释放和岩石挤压碰撞产气，气体逸散后在大气圈中发生的一系列化学反應起次要作用。

关键词：青海玛多; MS7.4地震; AIRS传感器; CO柱浓度; CO体积混合比

中图分类号： P315      文献标志码：A   文章编号： 1000-0844（2024）03-0692-12

DOI：10.20000/j.1000-0844.20230105002

CO anomalies before and after the 2021 Maduo MS7.4 earthquake in Qinghai Province

SHI Yanfei1， XIN Cunlin1， LIANG Haodong1， LIU Haibo2

（1. School of Geography and Environmental Science， Northwest Normal University， Lanzhou 730070， Gansu， China;2. School of Earth Sciences， Zhejiang University， Hangzhou 310027， Zhejiang， China）

Abstract： The investigation of gas geochemical information before and after an earthquake has high application value in earthquake monitoring and prediction. Thus， this paper investigates the relationship between the spatio-temporal variation of CO and the MS7.4 earthquake that occurred in Maduo County， Qinghai Province， on May 22， 2021. The accuracy of CO data obtained from the Atmospheric Infrared Sounder （AIRS） was compared with ground data from the Waliguan atmospheric observation station. The CO data retrieved by AIRS before and after the MS7.4 earthquake were extracted， from which the CO concentrations before and after the earthquake were processed and analyzed using the sliding mean method and difference method. Results indicate the reliability of extracting CO geochemical information from satellite remote sensing data. The CO concentration began to fluctuate and peak two months before the earthquake and then recovered after the earthquake. Furthermore， the change in CO concentration in the epicenter and its vicinity was particularly obvious near the surface. This gradually increased from March， gathered near the epicenter and the seismogenic fault， and eventually reached the maximum value of 18.60×10-9 by the end of April. The line connected to the centers of the abnormally high values is consistent with the strike of the seismogenic fault and the surface rupture distribution. Barring the influence of background value and seasonal change， it is inferred that the abnormal change in CO concentration is caused by the MS7.4 earthquake. The CO anomaly can be mainly attributed to the underground gas release and gas production caused by rock extrusion and collision， while the gas chemical reactions in the atmosphere play a secondary role.

Keywords：Maduo in Qinghai Province; MS7.4 earthquake; ARIS; CO column concentration; CO volume mixing ratio

0 引言

地球是一个开放的不平衡体系，液态地核中流体浓度大，含有H2、HF、H2S、CH4、CO、CO2、He、Rn及Ar等气体，4 500 Ma来从地核向外不断地排放［1-2］。随着地震活动强烈期构造应力增加，地球深部流体沿断裂带在岩石圈内迁移、聚集或分散，引起水位、水温、水化学离子组分以及深部气体发生显著变化［3-4］。构造活动产生的裂缝为气体向地表扩散提供了良好通道［5］，促使气体释放到大气圈形成局地气体浓度升高。释放的气体还会通过物理作用（沉降作用、对流传输作用）和化学反应影响区域大气成分［6-7］。气体异常变化是地震前兆的一种表现，断层气地球化学特征异常形态对断层特性有较好的反映［8］，科学地监测地震前后气体变化，在地震监测预报中具有重要的应用价值。卫星高光譜技术具有覆盖范围广、观测周期短、受地表影响少的优势［9-10］，弥补了地面观测的不足，利用遥感监测地震气体异常成为研究的热点之一。

目前，已有研究者利用中分辨率成像光谱仪（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer，MODIS）、对流层污染测量仪（Measurement of Pollution in the Troposphere，MOPITT）及大气红外探测仪（Atmospheric InfraRed Sounder，AIRS）等卫星高光谱数据，提取地表温度（Land Surface Temperature，LST）、射出长波辐射（Outgoing Longwave Radiation，OLR）、气溶胶光学厚度（Aerosol Optical Depth，AOD）、地表潜热通量（Surface Latent Heat Flux，SLHF）以及气体地球化学等信息，探究其与地震的关系，发现地震前后往往会存在LST、OLR、AOD、SLHF与气体地球化学等众多信息中的一种或多种异常［11-17］。目前，观测到地震前后出现异常的气体主要有H2、He、Rn、Ar、CH4、CO2、CO、O3等。崔月菊等［18］指出与地震有关的气体异常一般表现为地震前后几天到几个月局地气体浓度升高，大量研究表明地震活动会伴随CO逸散。姚清林等［19］利用MOPITT数据研究发现2000年4月在青藏高原出现大面积CO浓度升高，分布上与多处孤立升温具有较高的一致性，推断异常现象可能与2000年6月6日甘肃景泰MS5.9地震和同年6月8日缅甸MS6.9地震有关。Singh等［20］利用MOPITT传感器数据，指出2001年1月26日Gujarat7.6级地震前，近地面CO浓度显著升高，是地震前地应力集中对震中区的水文地质边界产生影响使得地下气体排放造成的。Cui等［21］利用AIRS资料研究了2010—2012年世界范围35次7级以上地震前后的气体变化，显示出12次地震前后出现CO浓度异常。刘海博等［22］利用AIRS数据通过差值法与异常指数法研究与2014年2月12日新疆于田MS7.3地震有关的CO、O3信息时发现，两者均在地震后浓度升高并沿发震构造呈线性分布，气体浓度在地震当月呈最低值，推断是由于震区断裂带在弹性挤压状态下出现闭锁造成的，指出气体逸散与地震构造活动关系密切。但是由于不同研究区受地理因素、构造背景等影响，地震前后气体异常排放信息的提取缺乏针对性筛选，缺少多角度的分析。

2021年5月22日青海玛多MS7.4地震（以下简称玛多地震）发生后，众多学者针对玛多地震的构造背景［23］、震源机制［24］、地震破裂过程［25］、地震深部环境［26］以及地下流体［27-29］等进行了相应研究。钟骏等［27］分析震中附近地下流体观测资料发现玛多地震前震中距500 km范围内存在水温、水位和气氡异常。另外玛多震前存在动水位突降，震后采集的水化学样品检测结果显示靠近震中地表破裂带的泉水存在氢同位素异常［28-29］。然而目前对玛多地震的研究，缺乏相关气体变化的研讨，故本文主要研究与玛多地震相关的CO地球化学信息，在以瓦里关大气观测站地面数据验证AIRS反演数据可靠的基础上，结合地震区域地形特征，基于AIRS传感器的卫星监测数据，通过差值法和滑动均值法分析了CO的时空变化特征及其与玛多地震的关系，并探讨了CO异常原因。

1 研究区概况

2021年5月22日2时4分，青海果洛藏族自治州玛多县发生MS7.4地震，震中位于黄河乡（34.59°N，98.34°E），震源深度17 km，同震地表破裂达210 km，发震断层为NW走向的昆仑山口-江错断裂，以左旋走滑运动为主［25，30］。江错断裂北段兼有逆冲性质，南段以走滑性质为主，余震与主震震源机制较为一致，多为走滑型，序列活动主要受NEE—SWW向近水平挤压应力场控制［31］。江错断裂属于从主干断裂分支、深入巴颜喀拉块体内部的次级断裂［32］（图1），其活动性相比于主干断裂带明显更弱，震级与较小的断层滑动速度之间存在一定矛盾［23］，而且其所属的巴颜喀拉块体周围存在地应力显著增加的地震空区，至今构造变形方式与过程弥散连续［26］，该区域存在较高的研究价值。玛多地震震中远离工业和人口稠密区，CO受人类因素影响小，而且CO的大气环境本底浓度较稳定，能够很好地反映局部环境变化特征［33-34］，是研究地震活动与气体异常关系的良好案例。

2 数据与方法

2.1 数据

本文所使用的CO遥感数据来源于美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）提供的大气红外探测仪（Atmospheric InfraRed Sounder，AIRS）level-3的8天平均、月平均标准产品中的降轨数据，在戈达德地球科学数据和信息服务中心（Goddard Earth Sciences Date and Information Services Center，GESD ISC）下载（http：//disc.sci.gsfc.nasa.gov/AIRS/data-holdings）。AIRS是搭载于NASA 2002年发射的一颗太阳同步极轨卫星AQUA/EOS上的高光谱分辨率传感器，该卫星从2002年9月开始向地面提供观测数据，可实现对全球85%的地区每天两次覆盖。AIRS红外探测器用于CO扫描的通道有36个，光谱为4.50～4.58 μm，空间分辨率为1°×1°，是迄今为止最为精确和稳定的高光谱红外探测仪［35］。其数据存储格式为NASA标准的磁盘存储格式HDF（Hierarchical Data Format）类型，利用MATLAB软件进行提取。

本文所使用的CO地面数据来源于瓦里关全球大气本底站（Waliguan，WLG;36.287°N，100.896°E），距离本次震中约300 km，在世界温室气体数据中心（World Data Centre for Greenhouse Gases，WDCGG）下载（http：//gaw.kishou.go.jp/）。瓦里关站是世界气象组织/全球大气观测（WMO/GAW）32个大气本底观测站之一，位于欧亚大陆腹地青藏高原东北缘，远离人类活动密集区，大气清洁。该站于1994年开始运行，并对温室气体、反应性气体、太阳辐射、气溶胶等信息进行长期的观测［36］。

2.2 方法

AIRS反演CO的基本方法是偏导数趋于零法（Variational Path-Delay，VPD）［37-38］。针对AIRS通道集，通过改变大气物理状态，反复迭代计算获得观测辐射和由大气状态计算的辐射之间的最小平方和F［式（1）］，F越小则变量越接近真值。随后对方程式进行全微分，寻找T、q及CO的值，使得F最小，分别求各自的偏导数趋于0，即可得ΔF→0［式（2）、式（3）］。

∑i［I（Vi）observed-I（Vi，T，q，CO）computed］2 ≡F（，T，q，CO）（1）

ΔF=FΤΔT+FqΔq+FCOΔCO+ε（2）

FXi→0 （3）

式中：T、q及CO均为变量，分别代表气温、降水量和一氧化碳含量;ε是噪声。

对于每个变量Xi对辐射残差贡献为FXiΔXi。

为研究地震前后CO在垂直方向的分布特征，选取震中位置不同高度层CO体积混合比（Volume Mixing Ratio，VMR）数据，鉴于8天体积混合比数据的稳定性相对较差，故运用滑动均值法进行处理，分析地震前后一年时间段中震中位置在不同高度层的CO体积混合比变化特征。具体计算公式为：

μCO（l，m）=13∑m+1n=m-1VCO（l，m） （4）

式中：VCO（l，m）为震中m时段（2020年7月—2021年7月）l层（600～100 hPa大气）的CO体积混合比;μCO（l，m）为经滑动均值法处理后地震前后CO体积混合比。

为研究地震前后CO在水平尺度的变化特征，选取2015年及2017—2020年历史同期8天CO浓度数据，以排除2016年10月17日青海玉树MS6.2地震的影响，采用滑动均值法计算玛多地震前后各研究时段内的8天CO浓度背景值，以剔除地形地貌、季节变化等固有非震因素的影响［21］，然后通过差值法计算各研究时段CO浓度变化值。其具体计算公式为：

A（i，j，m，t）=G（i，j，m，t）-Gbac（i，j，m，t）（5）

Gbac（i，j，m，t）=∑t-1n=t-5［VCO（i，j，m-1，n）+VCO（i，j，m，n）+VCO（i，j，m+1，n）］15（6）

式中：VCO（i，j，m，t）为研究区内（i，j）处t年m时段CO浓度值;Gbac（i，j，m，t）为研究区内（i，j）处t年m时段的CO背景值;G（i，j，m，t）为地震前后（i，j）处t年m时段的CO浓度值;A（i，j，m，t）为地震前后（i，j）处t年m时段的CO浓度变化量。

3 结果分析

3.1 地面观测资料与AIRS反演数据的比较验证

由于玛多地区平均海拔高达4 500 m［39］，AIRS反演的月尺度体积混合比数据在600 hPa及以上高度大量缺失，所以选择2014—2021年震中区域AIRS反演的400 hPa和500 hPa高度层月尺度CO体积混合比数据（AIRS-500 hpa、AIRS-400 hPa）和CO柱浓度数据（AIRS-Tot CO）与瓦里关地面观测站数据进行可靠性验证。由图2可见，AIRS反演的CO浓度与瓦里关观测站CO浓度基本一致，总体上呈现出春夏高、秋冬低的周期变化，与瓦里关连续观测多年CO春高秋低的变化特征较为吻合［40］。但2015年、2016年和2019年的8、9月，以及2020年的9、10、11月CO浓度较高，究其原因可能与天气和地震有关。调查发现2015年与2016年的秋季多阴雨天，致使CO光化学氧化消耗减弱，从而在大气中得到了一定的积累，因此，推断2015年CO浓度高值由2015年10月12日34.36°N、98.209°E处MS5.3地震和天气共同引起，2016年则主要是天气所致;2019年和2020年CO浓度高值分别与2019年8月9日37.69°N、101.59°E处MS4.9地震和2020年12月24日34.15°N、98.32°E处MS4.5浅源地震有关。

计算AIRS反演的CO各浓度数据与瓦里关观测站CO浓度的均值、均值差及标准差之差（表1）。结果显示AIRS-500 hPa与瓦里关地面观测站的均值差之差为3.49×10-9，月均标准差之差为3.97×10-9，均小于AIRS-400 hPa与瓦里关地面观测站的均值差与月均标准差之差，说明AIRS-500 hPa数据比AIRS-400 hPa数据的系统误差小、精度高。相关性计算结果显示AIRS-Tot CO、AIRS-500 hPa、AIRS-400 hPa数据与瓦里关地面观测站数据的相关系数分别为0.62、0.56、0.44，其中AIRS-Tot CO、AIRS-500 hPa与瓦里关观测站的相关系数较高，一致性较强，表明AIRS反演的柱浓度数据与500 hPa压力层数据较为准确，利用卫星遥感数据提取的CO气体地球化学信息是可靠的。

3.2 CO浓度变化特征

玛多地震位于青藏高原东北部，震中像元（34°～35°N，98°～99°E）内高程梯度较低，底层的CO体积混合比数据可较好地表征近地面CO浓度，因此选择震中像元内不同压力层体积混合比数据，分析CO垂直结构变化特征。运用滑动均值法处理震中不同压力层的8天CO体积混合比数据，得到600～100 hPa等压面上CO分布，如图3所示，CO在400 hPa以上变化剧烈，300～100 hPa整体较为稳定，这可能与CO的分布特点、研究区地形等有关。近地面600 hPa的CO从2月17日开始出现波动，3月5日出现小幅度下降后又开始上升，3月21日达到最大值169.8×10-9，随后开始逐渐下降并于6月趋于正常变化。400 hPa、500 hPa的CO整体变化趋势与600 hPa的CO变化较为一致，在3月5日—5月16日CO呈现较高水平，但无明显峰值，其余时间段呈现正常状态。300 hPa及以下由于CO很难传输到此处，并且受到地形、传感器敏感度的影响，几乎无变化，间接证明400 hPa以上CO剧烈变化是近地面贡献的结果。Liang等［41］研究2008年3月21日和2014年2月12日于田两次MS7.3地震前后CO变化，结果显示CO主要聚集在近地面，本文所得结果与其一致。而且图4显示，震中CO柱浓度与近地面500 hPa处CO体积混合比变化五角星代表震中，黑色线条表示断层，蓝色框为发震时段趋势基本一致，并通过了0.05的显著性检验。这表明CO的增加主要是近地面的貢献。

为了分析玛多地震前后CO排放在水平方向上的演化过程，基于地源性CO排放具有近地面浓度升高的特征，底层CO体积混合比数据更能反映近地面CO变化情况。由于研究区域内600 hPa及以上高度层8天尺度CO体积混合比数据监测空白较多，故选择500 hPa高度层识别地源排放信息。首先进行去背景场处理，选取2015年及2017—2020年历史同期数据，以排除2016年10月17日青海玉树MS6.2地震的影响，运用滑动均值法计算各研究时段的背景值，再通过差值法计算研究区内大气底层的8天CO体积混合比变化。不同高度层的CO体积混合比变化特征（图3）显示，在2021年3月至6月初CO体积混合比在近地面变化明显，故选取该时间段内震中及附近区域进行时空变化特征分析。通过普通克里金插值得到近地面CO浓度空间分布图（图4），结果显示，近地面CO最大异常值出现在地震前的4月份，异常分布于震中附近及断裂带沿线。相比于历史同期背景值，CO浓度在整个研究时段内较高。地震发生前，3月CO异常逐渐增大并由离散分布逐渐聚拢到震中附近，到4月初异常幅度变小并向东移动，随后到4月14日异常开始突然增强，主要分布在震中北部和沿断裂带沿线区域，延续到震前一个月左右异常突然消失，整个研究区域的CO恢复到正常水平。4月末CO异常突然增大达到地震前后的最大程度，最大异常超出背景值18.60×10-9，异常分布于发震断层的南部。随后异常由震中南部逐渐扩散转移到震中东南部及北部地区，并逐渐减小。直至地震发生前后一周左右［图4（j）］，CO在震中的北部又出现明显的异常，但异常程度相比震前较小。地震发生后，异常逐渐减小，并在震中附近形成了一个明显的低值区域。

为了排除季节变化和其他因素对CO浓度变化的影响，选取震中像元2014-2022年间4月份8天尺度CO柱浓度、500 hPa处CO体积混合比数据进行分析，结果（图5）显示，CO柱浓度与CO体积混合比在2021年4月（黑色方框）高于历史同期值，在4月30日左右达到最大值，而在其他非地震年的4月CO柱浓度与CO体积混合比浓度值较小。仅2015年4月14日和2016年4月16日两处（箭头位置）CO柱浓度与CO的体积混合比较其他值偏高，可能分别与2015年2月4日34.73°N、98.99°E處MS4.1地震和2016年3月21日35.74°N、99.20°E处MS4.1地震有关。这说明2021年4月CO浓度的异常变化不是由季节变化引起的，很可能与地震有关。

4 讨论

4.1 CO异常与地震的关系

对玛多地震前后CO浓度变化分析发现：CO异常最大值出现在震前的4月份;垂直方向主要表现为近地面浓度升高，水平方向上异常主要集中在震中及附近区域和断裂带沿线。地震前后CO异常在空间分布上呈现出分散-聚拢-分散的变化，异常程度由弱增强然后减弱。地震前两个月震区周围应力缓慢加载，到4月位于两分段倾角变化处的震源位置易于形成应力闭锁区，在周缘块体的推挤下自西向东运动，震源处的应力沿断层面向东、向西扩展，形成了一个条带状的应力集中区［42］，应力的空间分布与CO异常分布一致，气体异常程度与玛多地震烈度由西向东逐渐减小的分布［32］具有较好的对应性。地震前一个月左右，CO异常达到最大，整体分布于震中南部，空间上与断裂带不完全重合，但与地下流体异常分布相似［27］，可能由深部流体运动、地形特征和气体运移等因素造成。Qi等［39］运用微波亮度温度（Microwave Brightness Temperature，MWBT）数据研究发现，玛多地震有关的MWBT异常在地震前出现，空间上分布于震中的南部及西南部，本文中CO异常分布特征与Qi等［39］发现的MWBT空间分布结果相似。发震时段，整个研究区CO异常程度较小，发震后在震中形成了低值区域，推测是因为玛多地震的发生使得震源区积累的应力得到了充分的释放［43］，CO也得以释放，故而震后气体的释放量大大减小。Jing等［44］通过异常指数法处理与玛多地震有关的MWBT和OLR数据，发现MWBT的异常变化从3月开始出现于巴颜喀拉块体及震中西南部，4月异常逐渐增大，并在空间上分布于发震断裂带周围;OLR的变化在震前的5月出现于震中的西南部，随后不断向震中移动并向北扩散，最后在发震前半个月消失。综上所述，玛多地震相关的异常信息多出现在震前，空间上分布于震中及周围，并与断裂带的走向存在较高的一致性。

4.2 CO背景含量及来源分析

大气中CO的来源主要有地壳活动、海洋释放、化石燃料燃烧、化学反应（甲烷氧化、非甲烷碳氢化合物氧化和光化学反应）和植被自燃等［22，45-46］。首先，此次玛多地震区域处于寒温带高原区，该地远离人口和工业稠密区，海洋、森林火灾的发生率低［33］，所以CO浓度不受海洋释放、化石燃料燃烧与植被自燃的影响。其次，周凌晞［47］和Zhou等［48］在研究瓦里关观测站CO来源时发现，来自东北方约100 km处青海西宁市和东北方约500 km处黄河峡谷工业及人口集中地带的污染气团对该地CO浓度存在影响，但这种污染源对该区域的CO柱浓度造成抬升的现象大多发生在冬季，故此次CO异常现象受大气传输的影响较小。其次，Granier等［45］指出CH4氧化作用所产生的CO占对流层中CO含量的28%，因而大气CO柱浓度变化与CH4的氧化作用关系密切。而本研究选取震中区2020—2021年间CH4柱浓度数据进行相关性验证的结果表明，这期间CO与CH4柱浓度相关系数为-0.132，在地震前后短时间内（2021年3—7月）两者的相关系数为-0.149，不存在相关性，所以玛多地震前后CO异常不受CH4氧化作用的影响。然后，非甲烷碳氢化合物主要包括异戊二烯、乙烷、丙烷、乙烯、丙烯等，异戊二烯的排放一般出现在热带区域，其余几种主要产生于工业生产和生物质燃烧［45］，所以非甲烷碳氢化合物的氧化对此次CO异常也不产生影响。最后，玛多地震发生时间为5月，一般来说OH自由基浓度在夏季最高，CO作为OH自由基最主要的消耗者［49］，通常表现为春季达到最大、夏季降至最小。然而该区域夏季大气光化学过程较弱，秋冬季晴好天气相对较多［50］，所以玛多地震区及附近OH自由基对CO柱浓度的影响较小。经分析发现地震前后CO浓度受外界环境的干扰较小，种种迹象表明此次CO浓度异常主要与地震活动有关。

4.3 CO异常原因分析

玛多地震前CO异常主要归因于地下气体释放、岩石挤压产气和14N化学反应。首先，地球作为一个复杂体，在地震这个复杂过程中，往往表现出不尽相同的地球内部气体释放类型与强度［51］。构造演化和地震孕育过程中地球内部物质迁移、能量释放及应力变化可能导致活动断裂带释放气体，进而出现气体地球化学异常现象［52］。地质深部构造显示，巴颜喀拉块体的N向俯冲与玛多地下的特殊锲状形态导致区域内深部地壳软物质流挤压、垂直上涌变形［23］。孕震过程中，地下流体中的水化学类型和水-岩作用程度发生显著变化［28-29］，随着构造应力的不断积累，贯穿地表裂隙数量增多，地球内部碳质气体（CO或CO2）的排放增强［44］，气体在岩石圈和大气圈的作用下导致了不同海拔气体异常的强度不同［53］。在玛多地震前表现为震中附近局部地区尤其是近地面的CO浓度升高，因此推断由地下作用释放的气体为CO异常的主要贡献者。水平方向上异常高值的空间分布与发震断层走向一致，与地下流体东北部与西南部的异常具有较高的对应性［27］。表明活动断裂带为地球深部气体的集中释放地带，地震前后的气体异常现象与地震本身有密不可分的联系，并由地震活动触发［54］。其次，研究表明起源于地幔超基性岩矿物包裹体和地球深部的岩浆喷出地表所形成的火山岩玻璃包裹体中会含有部分CO［51］。该地区存在的流纹岩［55］在摩擦挤压、碰撞过程中，会产生CO并通过地壳裂隙释放到大气中。最后，大气圈中时刻在发生化学反应，玛多地震发生前后存在地震电磁扰动［56-57］，导致电离层物质和电磁波辐射增强，引起等离子体（电子、离子）化学、物理参数发生变化［58-59］，促进14N的生成，14N经过一系列化学反应产生CO，反应机制为n+14N→14C+H、214C+O2→214CO［60］。

5 结论

通过分析2021年5月22日青海玛多MS7.4地震前后震中附近的CO异常变化，得到以下结论：

（1） AIRS反演结果与瓦里关地面观测站的CO月尺度浓度变化均表现出春夏高秋冬低的周期变化，反演的CO柱濃度与500 hPa压力层体积混合比与地面观测结果的相关性较高。表明利用AIRS反演的CO数据提取地球化学信息是可靠的。

（2） CO异常在地震前两个月左右出现异常，震后逐渐恢复平静，主要表现为近地面浓度升高。基于差值法去背景场处理的结果显示，震中及附近区域近地面CO在地震前两个月浓度逐渐升高并由离散分布逐渐向震中聚敛靠近，到4月底沿断裂带NW向分布在震中南部，达到最大异常18.60×10-9，震后逐渐恢复平静。气体异常高值的空间分布与地震烈度分布对应性较好，和发震断裂带江错断裂走向具有一致性。

（3） 地震孕育过程中地下流体中的气体以及岩石挤压与破裂产生的气体会通过地裂缝逸散至大气圈，引起近地面CO浓度升高，此外14N在大气圈发生化学反应也会产生CO。推断玛多地震前CO的异常为岩石圈和大气圈综合作用的结果，地下释放为主要因素，大气圈的作用为次要因素。

本文在结合地面监测数据与卫星监测数据的同时考虑了研究区域的地形特征，表明地震前后震中附近CO出现异常的特征可用于地震前兆研究，丰富了地球化学信息在地震预报与监测中的应用，对地震的监测具有一定的意义。同时还有利于对江错断裂带构造活动的研究，为巴颜喀拉块体地震空区的进一步研究提供了参考数据。但是本文选择的气体参数较为单一，在今后的研究中需要结合多参量信息，以便更准确地监测预报地震。

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（本文编辑：张向红）

基金项目：国家自然科学基金资助项目（41262001）

第一作者简介：史延飞（1997-），女，硕士研究生，主要从事地质工程。E-mail：syf18693271702@163.com。

通信作者：辛存林（1967-），男，博士，教授，主要从事地质环境与地质矿产等方面研究。E-mail：xincunling@163.com。

史延飞，辛存林，梁浩东，等.2021年青海瑪多MS7.4地震前后CO异常变化研究［J］.地震工程学报，2024，46（3）：692-702.DOI：10.20000/j.1000-0844.20230105002

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