云南地区水位年变化与地震响应

云南地区水位年变化与地震响应

地下水位与孕震的物理效应云南地震的动力源主要是来自印缅板块北北东的挤压作用。当区域内的某些应力-反应达到一定程度时，可能会发生岩体变形、破裂，或沿现有扰动滑动错误，从而引发地震。在此过程中,本区域内也有可能出现与孕震伴生的多种物理效应,如形变、电磁、重力、地下水位的异常变化等。本文主要探讨云南地下水位变化与地震的关系。由于地震孕育和发生是涉及到一定空间的过程,所以仅孤立地研究单井水位是远远不够的,也正因此笔者首先从全省地下水位动态演化入手,再辅以单井分析,希望借此能找出一种预报地震的中短期方法。1地下水位地震前应力-应变场的作用致使地壳的岩体产生变形。如果岩层被挤压,则岩石的孔隙率变小,孔隙水压增大,水流由含水层向井孔流动,从而使水位上升。相反,若岩层被引张,则岩石空隙率变大而孔隙水压变小,水流则由井孔返回含水层,致使水位下降。也就是说,观测点处应力-应变的变化与地下水位的升降具有相关性。鉴于云南省内各井所处水文地质环境不一,难以用水位绝对变化来进行比较,故我们选取水位值的相对变化量(即变化率)为参量,,逐年勾画出多井的变化率的平面等值线图,系统跟踪水位动态起伏及其与未来地震的关系。2水位动态图像的生成2.1选取范围:选取的范围为勾画云南地区水位动态图像,水位观测资料的选取范围为:21°~29°N,97°~106°E。从该范围内挑选出干扰小、资料连续的21个水位测点供系统分析之用(图1)。2.2绘制2000-2006年的水位动态图像图1所选的21个井孔自2000年始才皆有完整观测数据,可以系统计算,据此绘制2000-2006年的各年水位动态图像按下述步骤进行,首先是计算各井孔水位的年均值变化率,然后画出年变化率等值线图。(1)年水位变化率计算定义水位的变化率为年平均值与基值之差再除以基值,即Ri=C¯¯¯i−C0C0(1)Ri=C¯i-C0C0(1)式中,Ri为年水位变化率,C0为基值(多年年均值平均)。(2)水位变化率计算方法采用SURFER绘图软件,将多个井孔的水位变化率和经纬度组成一组数据,形成数据文件。绘出每年的变化率平面等值线图,即得到水位的空间演化分布图像。3地震发震空间判定指标云南地区2000—2006年水位动态图像如图2所示,图中所示地震为相应年份第二年云南地区所发生的M≥5.0地震(表1)。可见水位异常对未来地震的发生有明显的指示性,其最引人注目的应用意义在于:(1)地震强度判定:当云南井网的水位出现大幅度涨落异常,其中极值点的年变化率Ri≥±0.35时,次年省内便往往会发生M≥6.0强烈地震;反之,次年省内最大地震水平皆为5级左右(表2)。(2)发震空间判定:从图2所标中强以上地震的发生地点来看,它们大多与水位涨(落)极值区或次极值区的分布有关,但并非发生在极值区中心,而是发生在极值区附近的水位梯度带上,可能反映了此处地壳内存在着较强的剪切应力作用。本文围绕这些特点逐年做详细介绍。3.12年云南水网内水位变化2000年云南水网内的水位上升极值点位于丽江(0.53),水位变化极为剧烈,第二年在其周边分别发生了2001年10月27日永胜6.0级和2001年5月24日宁蒗5.8级地震。2001年云南水网内的水位上升极值点位于丽江(0.30),第二年(2002年)在其周边没有5级以上地震发生。2002年云南水网内的水位上升极值点位于丽江(0.39),水位变化剧烈,第二年在期周边分别发生了2003年7月21日和10月16日大姚6.2级、6.1级地震。2003年云南水网内的水位上升极值点位于水富(0.11),第二年在其周边发生了2004年8月10日鲁甸5.6级地震。2004年云南水网内的水位上升极值点位于水富(0.15),第二年在其周边发生了2005年8月5日会泽5.3级地震。2005年云南水网内的水位上升极值点位于景东(0.15),第二年在其周边发生了2006年1月12日墨江5.2级地震。2006年云南水网内的水位上升极值点位于富源0.15,但至今在其周边还没有发生地震,有待后续地震的进一步检验。3.2水体周边地震2000年云南水网内的水位下降极值点位于师宗(-0.10),第二年(2001年)在其周边未发生地震。2001年云南水网内的水位下降极值点位于师宗(-0.09),第二年(2002年)在其周边未发生地震。2002年云南水网内的水位下降极值点位于景东(-0.12),第二年(2003年)在其周边未发生地震。2003年云南水网内的水位下降极值点位于景东(-0.22),第二年在其周边发生了2004年12月26日双柏5.0级地震;次极值点位于施甸(-0.19),第二年在其周边发生了2004年10月19日保山5.0级地震。2004年云南水网内的水位下降极值点位于丽江(-0.15),第二年(2005年)在其周边未发生地震。次极值点位于澜沧(-0.11),第二年在其周边发生了2005年1月26日思茅5.0级地震。2005年云南水网内的水位下降极值点位于双江(-0.28),第二年在其周边发生了2006年1月12日墨江5.2级地震。2006年云南水网内的水位下降极值点位于丽江(-0.84),第二年(2007年)目前其周边尚未发生地震。次极值点位于双江(-0.29),水位变化也颇剧烈,在其周边已于2007年6月3日发生了宁洱6.4地震。3.3异常临界值对比归纳上述7年的情况可看出:各井孔水位只有当其年变化率R异常到一定程度,才预示未来可能有地震发生。据此,笔者在图3中分别定出了它们的异常临界值,作为预测地震的判据。同时,从丽江、水富等井孔的震前反映来看,滇西北和滇东北地区以水位上升对应地震为主;而施甸、澜沧、双江等井孔的震前反映表明,滇西南和滇西地区以水位下降对应地震为主,这种水位涨落对应地震的区域性特征无疑是有助圈定发震空间的。3.4地震前水位特征云南水位的大范围动态变化,显然为人们提供了不少重要的宏观信息。首先可根据省内水位年变化率极值是否≥±0.35,来判定次年是否有6级以上强震或者仅为5级多地震活动;其次可参考水位变化与地震的区域性特征及当年省内Ri的极值区分布,大致给出次年地震的发生区域。当然,这个区域毕竟很大,在此基础上为进一步寻找可能发震地点再辅以危险区的单井分析是很必要的。例如大姚井便是一个映震效能较强、有助于缩小发震空间预测的前兆手段。笔者绘制出大姚水位1993—2006年1月月变化率时序曲线、2月月变化率时序曲线……直至12月月变化率时序曲线(图4)。之所以做水位同月曲线,是因其具有相近的气候背景,便于比较。从图4可见,由于大姚处于云南北部,在震前水位也呈现出高值(上升)异常。在观测的十余年间,该井出现过3组水位异常(表3),后分别对应了武定6.5级、姚安6.5级和大姚6.2级、6.1级地震3组强震。震中距大姚井分别为90km、35km、32km,足见单井分析是对云南省大尺度水位动态研究的一项重要补充。4震前应力场变化导致水位下降由于强烈地震是大尺度构造应力场增强作用的产物,且有一定长度的孕震期,使相应区域的地壳介质变形、水位升降,所以本文通过研究云南地区水位年变化率的动态图像来预测地震是有其合理性的。实际上,也确实发现了两者之间的一些紧密联系:(1)云南地区水位的年变化幅度似与未来地震强度有一定关系,特别当R≥±0.35时,次年往往会发生MS≥6强震。(2)水位异常有区域性特征,滇西北至滇东北地区以水位上升对应地震为主,滇西南和滇西地区以水位下降对应地震为主,滇中地区因近几年震例较少,尚待确定。(3)2000年以来云南绝大部分MS≥5地震的发震地点位于前一年水位上升(或下降)极值区或次极值区附近水位梯度较大的地带上。上