楊振鵬，王松陽，趙 倩，付 聰

（遼寧省地震局，遼寧 沈陽 110034）

0 引言

中國地震預(yù)測預(yù)報實踐自1966 年邢臺大地震開始，已走過50 多年的歷程，取得了顯著的成績。已經(jīng)出版的《中國震例》系列叢書對1970 年以來中國大陸范圍內(nèi)發(fā)生的中強震進行了總結(jié)，如張肇誠等[1-5]對震例和前兆的基本情況進行介紹，對中國大陸地震前兆的幾條基本的綜合特征進行總結(jié)。顧瑾萍等[6]基于《中國震例》統(tǒng)計了中國大陸80 多個震例（1987—1999 年）的前兆異常項數(shù)量，對強震前流體、形變和電磁三大觀測類別的前兆異常項的時空變化屬性和綜合特征進行研究。在此基礎(chǔ)上綜合判定指標(biāo)并用概率增益的方法對中國大陸強震預(yù)測開展了一定的應(yīng)用研究。鄭兆芘[7]等以中國大陸地震震例（1986—1999 年）為基礎(chǔ)，統(tǒng)計與分析中國大陸及其不同分區(qū)的測震和前兆異常。蔣海昆等[8]依據(jù)《中國震例》（1966—1999 年）收錄的185 次震例的2500 多條地震活動及前兆異常資料，對各學(xué)科平均異常數(shù)量、空間分布范圍、異常時間等統(tǒng)計特征及其與主震震級的關(guān)系進行研究。如曲線形態(tài)分析異常與震中的關(guān)系異常信息的時空演化等。類似對具有共性特點的典型短期前兆異常特征提取，并對其進行量化，是研究分析地下流體短期前兆機理的基礎(chǔ)工作。

本文主要基于《中國震例》記錄的1967 年以來的歷史震例及東北華北地區(qū)相關(guān)文獻資料[9-10]，把華北和東北地區(qū)中強震放在一起研究，找出地下流體前兆異常特征。1967—2013年華北、東北地區(qū)（包括黑、吉、遼、內(nèi)蒙、山西、河北、山東、北京、天津等）共發(fā)生3次7 級以上地震、9 次6～6.9 級地震、25 次5～5.9 級地震、4 次4.5～4.9 級地震。震例較多，資料豐富，地下流體前兆異常特征明顯，統(tǒng)計地下流體前兆異常信息，并按異常測項數(shù)量、變化特征和頻次，包括異常持續(xù)時間和震中距等進行統(tǒng)計。進而分析其統(tǒng)計結(jié)果得到更具普遍性的地下流體前兆信息，以期對地震預(yù)報實踐工作提供參考。

1 華北、東北地區(qū)地震震例樣本

基于已出版的《中國震例》，時間選取從1967 年至2012 年，范圍選取華北、東北地區(qū)。因為2013 年燈塔5.1 級地震和科爾沁左翼后旗5.3 級地震時間較近，也作為研究樣本。這里還要說明一下，東北、華北地區(qū)4 級地震較多，但寫入中國震例的較少，所以4 級地震統(tǒng)計會有一些出入。詳細(xì)情況如表1 所示。

表1 1967 年至2013 年華北、東北地區(qū)Ms≥4 級地震研究樣本

2 震前異常測項與數(shù)量特征

從上述1967—2013 年華北、東北地區(qū)發(fā)生中強以上地震異常統(tǒng)計結(jié)果可見，震前地下流體出現(xiàn)很多異常，包含水位、水溫、水（氣）氡、水（氣）汞及其他（化學(xué)離子、氣體、同位素、宏觀）類地下流體異常，共計187 項，統(tǒng)計如表2 所示。其中水位異常74 項（占總數(shù)40%）；水氡異常68 項（占總數(shù)36%）；水溫異常7 項（占總數(shù)4%），離子異常7 項（占總數(shù)4%），水汞異常12 項（占總數(shù)6%），CO2異常10 項（占總數(shù)5%），其他異常9 項（占總數(shù)5%）。統(tǒng)計結(jié)果顯示水位、水氡測項占比突出。由此可以看出1967—2013 年期間發(fā)生在華北、東北地區(qū)的中強以上地震，震前異常測項中水位和水氡震前映震效果明顯（圖1）。

表2 不同震級異常測項數(shù)

圖1 華北、東北地區(qū)震前地下流體異常測項數(shù)量統(tǒng)計Fig.1 Statistics on the number of anomalies of underground fluids before earthquake in North and Northeast China

3 震前異常形態(tài)變化特征

地下流體水物理量、水化學(xué)參量的前兆異常是指在強震前觀測值出現(xiàn)的非正常變化。基于1967—2013 年華北、東北地區(qū)4 級以上地震，按震前形態(tài)異常變化特征進行統(tǒng)計，發(fā)震前異常特征主要包括周期性變化（打破正常年變規(guī)律）、閾值類變化（高低值、突跳等）及趨勢類（上升、下降）變化等。統(tǒng)計如表3 所示，其中上升發(fā)震形態(tài)84 個（占總數(shù)41%），下降發(fā)震47 個（占總數(shù)23%），突跳異常30 個（占總數(shù)14%），恢復(fù)發(fā)震10 個（占總數(shù)5%），其他36 個（包括突變、幅度增大、高值脈沖等）（占總數(shù)17%）。結(jié)果顯示上升和下降趨勢類異常特征占比較高。由此可以看出1967—2013 年期間發(fā)生在華北、東北地區(qū)的4 級以上地震，震前形態(tài)異常變化特征上升趨勢類異常最多，幾乎占到了一半比重，其次是下降趨勢類異常特征較多，如圖2 所示。

表3 不同震級異常形態(tài)統(tǒng)計

圖2 華北、東北地區(qū)震前地下流體異常特征統(tǒng)計Fig.2 Statistics on the abnormal characteristics of underground fluids before earthquake in North and Northeast China

4 不同震級地下流體異常頻次特征

按照不同震級，對異常頻次進行統(tǒng)計。統(tǒng)計結(jié)果如圖3 所示，7 級地震地下流體前兆異常測項主要包括水氡異常（頻次占總數(shù)59%），水位異常（頻次占總數(shù)21%），離子異常（頻次占總數(shù)12%），其他異常（CO2、地溫、水汞）（頻次占總數(shù)8%）；6 級地震地下流體前兆異常測項主要包括水氡異常（頻次占總數(shù)18%），水位異常（頻次占總數(shù)48%），水溫異常（頻次占總數(shù)5%），水汞異常（頻次占總數(shù)12%），CO2異常（頻次占總數(shù)6.6%），氫氣異常（頻次占總數(shù)5%），其他異常（地溫、離子）（頻次占總數(shù)4.9%）；5 級地震地下流體前兆異常測項主要包括水氡異常（頻次占總數(shù)40%），水位異常（頻次占總數(shù)44%），離子異常（頻次占總數(shù)2.2%），水溫異常（頻次占總數(shù)3.6%），水汞異常（頻次占總數(shù)6.3%），CO2異常（頻次占總數(shù)3.6%），斷層氣異常（頻次占總數(shù)1.6%）；4 級地震地下流體前兆異常測項主要包括水氡異常（頻次占總數(shù)23%），水位異常（頻次占總數(shù)53%），水溫異常（頻次占總數(shù)12%），氣氡異常（頻次占總數(shù)6%），水汞異常（頻次占總數(shù)6%）；4 級地震這里說明一下，東北、華北地區(qū)4 級地震較多，但寫入中國震例的較少，所以統(tǒng)計結(jié)果的代表性較差。從地震前兆異常測項上述頻次看，水氡、水位異常測項占比較高，其次是水溫測項。由此可以看出1967—2013 年期間發(fā)生在華北、東北地區(qū)的中強以上地震，地下流體異常頻次水氡、水位測項占比較高。

圖3 華北、東北地區(qū)中強震前異常頻次統(tǒng)計Fig.3 Statistics of anomalies before strong earthquakes in North China and Northeast China

5 不同震級持續(xù)時間和震中距特征

地震預(yù)報的時間分段有不同的分法，我國學(xué)者多采用長、中、短、臨的四分法。每個分段有一個特定的時間域，如長期階段為幾年到十幾年；中期為一至幾年；短期為一至數(shù)月；臨震為幾天至十幾天。震中距范圍一般隨著震級加大，范圍相應(yīng)擴大。

本次《中國震例》1967—2013 年華北、東北地區(qū)中強以上地震統(tǒng)計中，不同震級統(tǒng)計呈如下特征（表2）。7 級地震發(fā)生前地下流體異常測項出現(xiàn)范圍0 至324 km，震中距最小0 km，為河北唐山7.8 級地震前唐山水廠氯離子上升；震中距最大324 km，為渤海7.4 級地震前北京小湯山、沙河一帶水氡升降異常。平均震中距136 km。異常測項持續(xù)時間橫跨短臨到長期，持續(xù)時間范圍從震前3 小時至2555 天，最短的為海城7.3 級地震發(fā)震前盤錦水氡3 小時的突跳；最長的為海城7.3 級地震發(fā)震前2555 天鞍鋼廠觀測CO2濃度波形振幅變大。平均持續(xù)時間477 天。6 級地震異常測項出現(xiàn)范圍0 至300 km，震中距最小0 km，為內(nèi)蒙古五原6.0級地震前五原地區(qū)水位升降異常；震中距最大300 km，為山西大同—陽高6.1 級地震前武清縣河西務(wù)水位下降。平均震中距160 km。異常測項持續(xù)時間橫跨短臨到長期，持續(xù)時間范圍震前1 天至870 天，最短的為包頭西6.4 級地震發(fā)震巴盟臨河探井水汞突降，最長的為河北省張北縣6.2 級地震震前870 天內(nèi)蒙興和水位趨勢上升。平均持續(xù)時間131 天。5 級地震異常測項出現(xiàn)范圍10 至380km，震中距最小10km，為寧河5.5 級地震雙橋水位正異常；震中距最大380 km，為山東省菏澤5.9 級地震震前東營魯08 井水位突降轉(zhuǎn)回升。平均震中距112 km。異常測項持續(xù)時間橫跨短臨到長期，持續(xù)時間范圍震前1 天至1005 天，最短的為山西省忻州5.1 級地震發(fā)震前太原谷旦井水位突降，最長的山西省忻州5.1 級地震震前1005 天定襄水氡高值異常。平均持續(xù)時間74 天。4 級地震異常測項震中距出現(xiàn)范圍3 至203 km，震中距最小3 km，為河北省唐山4.8 級地震馬家溝礦馬01井水位突升異常；震中距最大203 km，為山西省河津4.8 級地震震前涇陽水位高頻突跳。平均震中距75 km。異常測項持續(xù)時間橫跨短臨到長期，持續(xù)時間范圍震前4 天至1615 天，最短的為山西省河津4.8 級地震發(fā)震前涇陽水位高頻突跳；最長的為河北省唐山4.8 級地震震前1615 天昌黎井水氡幅度增大，平均持續(xù)時間119 天。

表4 不同震級異常測項震中距和出現(xiàn)時間統(tǒng)計

從表4 可以看出，1967—2013 年期間發(fā)生在華北、東北地區(qū)的4 級以上地震統(tǒng)計的地下流體異常測項，從震中距看，5 級到7 級地震震中距范圍300 km 以上，平均震中距136 km，4 級地震震中距范圍200 km 以上，平均震中距75 km；從異常出現(xiàn)時間來看，均有長、中、短臨異常出現(xiàn)，7 級地震持續(xù)時間最長2555 天，平均發(fā)震天數(shù)477 天，表明震級越大，異常出現(xiàn)時間越早，能量積累時間越長；6 級地震持續(xù)時間最長870 天，平均發(fā)震天數(shù)131 天；5級地震持續(xù)時間最長1005 天，平均發(fā)震天數(shù)74 天；4 級地震持續(xù)時間最長1615 天，平均發(fā)震天數(shù)119 天。由統(tǒng)計結(jié)果看出，4 級到7 級地震震中距范圍不是成正比例的，但5 級以上地震震中距是300 到400 km 范圍內(nèi)，4 級地震是200 km 范圍內(nèi)；7 級地震震中距最大，4 級地震震中距最??；從異常出現(xiàn)時間來看，4 級到7 級地震異常出現(xiàn)天數(shù)范圍也不是成正比例的，但是7 級地震異常出現(xiàn)天數(shù)范圍最大，4級地震異常出現(xiàn)天數(shù)范圍其次，6 級地震異常出現(xiàn)天數(shù)范圍最小。這里還是說明一下，東北、華北地區(qū)4 級地震較多，但寫入中國震例的較少，所以統(tǒng)計結(jié)果的代表性較差。

6 結(jié)論

本文中基于對《中國震例》中流體異常震例的進行統(tǒng)計分析，得到以下幾點認(rèn)識：

（1）基于震例統(tǒng)計的187 個流體異常中水位和水氡異常數(shù)量是流體前兆異常中占比最多的測項；具有時間、空間上的協(xié)調(diào)性（同步性、加速性、分異性、階段性等）特征。

（2）從統(tǒng)計頻次來看，7 級地震前涉及地下流體異常測項主要有水氡、水位、離子、CO2等；6 級地震前涉及地下流體異常測項水氡、水位、水溫、水汞等；5 級地震前涉及地下流體異常測項水氡、水位、水汞、CO2等；4 級地震前涉及地下流體異常測項水氡、水位、水溫、氣氡等，從異常測項頻次看地震前流體觀測項目中均以水氡、水位異常為主，其次是水溫異常。

（3）地震地下流體前兆異常可歸類為上升、下降、突跳、破年變等四種典型的異常形態(tài)。其中，上升異常所占比例最大，其次是下降異常，恢復(fù)發(fā)震異常所占比例最小。

（4）從不同震級震中距特征中看，4 級到7級地震震中距范圍不是成正比例的，但5 級以上地震均震中距范圍是300 到400 km，4 級地震是200 km 范圍內(nèi)；7 級地震震中距最大，4級地震震中距最?。粡漠惓３霈F(xiàn)時間來看，4級到7 級地震異常出現(xiàn)天數(shù)范圍也不是成正比例的，但是7 級地震異常出現(xiàn)天數(shù)范圍最大，4級地震異常出現(xiàn)天數(shù)范圍其次，6 級地震異常出現(xiàn)天數(shù)范圍最小?？梢缘贸?，7 級地震震中距最大和異常持續(xù)時間最長，其他震級地震震中距和異常持續(xù)時間不成比例。