云南鲁甸Ms6.5地震前水管倾斜特征分析

摘要：选取2008年1月1日-2014年9月14日云南省前兆台网昭通、楚雄等6个台站的水管倾斜数据，通过对比同一台站、不同年份的水管倾斜年变曲线，对这6个台站的水管倾斜年变特征进行研究。对比分析了昭通、昆明等6个台站的水管倾斜在鲁甸MS6.5地震前的响应特征，结果表明：鲁甸MS6.5地震前昭通台水管倾斜EW向和楚雄台水管倾斜NS、EW向均表现出了一定的异常特征。

关键词：水管倾斜；鲁甸Ms6.5地震；年变特征

中图分类号：P315.6

文献标识码：A

文章编号：1000-0666（2015）03-0401-07

0 前言

地震是地壳内应力应变不断积累的结果，地壳内局部区域应力应变的积累在前兆数据中将有所反应。因此加强对前兆数据的研究可以在一定程度上为地震预报创造有利条件。水管倾斜作为地震前兆观测手段之一，具有明确的几何物理意义。位错理论研究表明，孕震区在地震前后伴随有重力与形变场的改变。高精度的水管倾斜观测是一种以地壳倾斜变形观测为基础，研究地震物理过程和地球动力学的基本手段，它在大地测量和地球物理领域发挥着重要作用。对不同台站的倾斜固体潮分析，可了解震源及其附近地区应力应变积累的情况。

在云南省前兆台网的监测手段中，水管倾斜仪的安装比较普遍，DSQ型水管倾斜仪工作稳定，采集的数据质量较高。许多学者利用云南地区的地倾斜数据进行过很多研究，如唐伯雄等研究楚雄水管倾斜仪观测的倾斜变化特征，周挚等对易门地倾斜前兆资料进行过综合分析，刘仲全研究了姚安6.5级地震前云南倾斜场变化特征，王永安等研究了云南地区大震前地倾斜趋势性异常的典型特征，杨玲英等对云龙地震台水管倾斜仪与水平摆倾斜仪进行同震响应对比分析。但对云南水管倾斜的年变曲线特征进行过全面分析的研究较少。倾斜年变曲线更能反映区域应力倾斜分量的缓慢积累与变化，研究其特征有助于判断在地震前是否出现了异常。

2014年8月3日昭通鲁甸发生Ms6.5地震，造成了巨大的人员伤亡与财产损失，引起了国内外的广泛关注。本文选取2008年1月1日-2014年9月14日云南地区昭通、昆明、楚雄等6个台站的水管倾斜数据进行研究，通过对比这些地倾斜数据年变趋势，归纳其规律特征，以此了解与局部应力应变有关的地倾斜特征，以期对鲁甸Ms6.5地震的孕育过程有更进一步的认识。

1 地震概况

根据中国地震台网测定，2014年8月3日16时30分10.2秒，在云南省昭通市鲁甸县龙头山镇发生Ms6.5地震，震中位置（27.1°N，103.3°E），震源深度12km，震中最高烈度达Ⅸ，龙头山强震仪记录到最大加速度达948gal。根据中国地震局地球物理研究所（2014）给出的矩张量反演结果，此次地震为走滑型，地震断层节面I，走向74°，倾角84°，滑动角177°；节面Ⅱ，走向165°，倾角87°，滑动角6°。

根据中国地震局地质研究所联合有关研究机构利用最新观测资料，对鲁甸Ms6.5地震的发震构造进行了综合分析，此次地震的发震断层为北西向包谷垴一小河断裂，此断裂是北东向昭一鲁断裂系的北西向次级走滑断层。因此，此次地震为一次左旋走滑型地震。

2 数据分析

水管倾斜在云南前兆台网中作为较普遍的形变观测手段之一，其数据记录稳定、质量较高，并且与地震孕育过程的关系相对较为密切。本文选取2008年1月1日至2014年9月14日水管倾斜数据，由于原始数据一般会有缺数，记为99999，本文采用简单的线性插值对原始数据进行处理，缺数太多的年份剔除不用。图1给出云南前兆台网部署有水管倾斜仪的台站分布图。

通过分析实测水管倾斜数据，可以总结出其数据具有以下基本规律：（1）水管倾斜仪容易受温度、湿度（降水）的影响，因此水管倾斜年变的形态与温度和降水有一定的相关性，不同年份即同一台站相同测向的水管倾斜曲线随季节的变化呈现一定的规律性；（2）每套仪器系统的特性不同，因此不同台站相同测向的记录曲线形态各异，即不同台站相同测向的水管倾斜曲线不具规律性；（3）由于区域应力积累而形成的火地形变是一种长期的积累，因此此种形变积累应该包含在年变里；（4）水管倾斜原始记录每到一年便自动调零，数据的比对长度最长以年为单位，因此本文把同一台站同一测项数据按照不同年份进行比对。通过总结以上特点，使对数据的分析更合理、更科学，也可以更加清晰地表现出曲线的异常形态，其显示的异常也更有说服力。

2.1 水管倾斜NS向

图2为2008-2014年昭通、昆明、楚雄、永胜、洱源、云县6个台站的水管倾斜NS向曲线对比。从图中可以看到，昭通台NS向水管倾斜门2011年开始呈逐渐下降的趋势，而2012和2013年则比较平稳，一直保持到2014年6月中旬以前，到6月12日即鲁甸Ms6.5地震前一个半月左右，倾斜量突然增大，其异常是由UPS电源故障导致，如图2a中的红圈所示。由于受到这一下扰，昭通台水管倾斜NS向自2014年6月以后受到一定影响。

受云南前兆台网密度的限制，加上昭通地处云南东北角，与昭通台距离最近且架设水管倾斜仪的分别为昆明台、楚雄台、永胜台、洱源台和云县台。这些台站分布在昭通台的西南和西向，距昭通台约300-400km。西南方向距离昭通台最近的是昆明台，直线距离约270km。2014年昆明台水管倾斜NS向的形态与2011和2012年的形态基本相似，均比较平缓，没有表现出特别的上升或下降趋势。楚雄台距昭通台300km，2014年水管倾斜NS向在形态上与往年相似，而在6月以前表现出比往年偏高的上升幅度，6月后迅速下降到正常水平。云县台距昭通台480km，2014年水管倾斜NS向形态与2013年基本相似，形态比较平缓。而永胜和洱源台与昭通台的距离分别为300km和400km，这两个台2014年的水管倾斜NS向曲线形态基本与往年相似，形态相对较平缓。综上所述，鲁甸Ms6.5地震前，昭通台受到停电干扰，楚雄台水管倾斜NS向在2014年表现出了一定的年变畸变，其余台站均表现止常。

2.2 水管倾斜EW向

图3给出昭通、昆明、楚雄、永胜、洱源和云县台的EW向水管倾斜年变曲线。如图所示，2011-2014年昭通台水管倾斜EW向的年变曲线表现为：2011至2013年7月倾斜量均为下降，下降幅度逐年减小；2013年8月至2014年变为上升。2009-2011年昆明台水管倾斜EW向曲线均表现得相对平缓，2012-2014年均表现为明显的上升趋势，上升幅度逐年增高。2009-2012年楚雄台水管倾斜EW向变化均比较平缓，2013年8、9月有明显下降，10月后有一定同升，但2014年5、6月却显示出明显上升，7、8月后迅速下降的趋势。2014年永胜台水管倾斜EW向的形态与往年的形态基本相似。洱源台水管倾斜EW向自2008年以来，均表现为逐渐上升的趋势，形态基本相似。自2010年以来，云县台水管倾斜EW向每年的年变曲线形态基本相似，只是起伏的幅度有差别，2014年的年变形态没有明显畸变。

综上所述，鲁甸Ms6.5地震前各台站水管倾斜EW分量年变曲线特征总体表现为：（1）2013年8月楚雄台开始出现明显年变畸变，2009-2012年年变幅度不超过±200×10-3″，但自2013年8月开始倾斜量下降幅达-600×10-3″，为过去几年的3倍以上，2014年表现为先上升后下降的趋势，上升值达+600×10-3″；（2）昭通台白2013年8月至2014年9月14日，年变曲线趋势均上升，与2011和2012年方向相反；（3）除昭通台和楚雄台有同步变化外，其余台站均无明显畸变。

通过联合分析同一台站倾斜的EW向和NS向，可以研究台站倾斜的真实方向。楚雄台2013年EW、NS两个分量的倾斜均为下降趋势，尤其自8月开始快速下降。2014年1-6月倾斜的两个分量均为上升趋势，6月以后至鲁甸地震发生前又快速下降。NS分量下降表明为南倾，EW分量下降表明为西倾，所以楚雄台2013年的倾斜方向是西南，尤其在8月为快速西南向倾斜。2014年1-6月倾斜分量均表现为上升，即为东北向倾斜，6月以后至鲁甸地震发生前又快速变为西南向倾斜。地形倾斜变化的过程与介质所受应力变化的过程有紧密联系，这种地形倾斜的快速变化是由应力的变化引起。但是造成此地形倾斜变化的应力作用是非常复杂的。总体上应力积累区与相邻地震的应力环境相同

前文分析表明，在所选台站中楚雄台水管倾斜年变在鲁甸地震前表现出一定的畸变特征。为了甄别这种年变畸变与气象三要素的关系，笔者作进一步分析。如图3所示，2013和2014年楚雄台最低气温约5℃，最高气温约37℃，可见气温对测洞内的温度影响不大。2013年10-12月气压有一个扰动，类似的扰动于2014年1、4和5月均有出现，其变化与2013和2014年水管倾斜变化趋势没有明显相关性。2013年5月冉现最大降雨，最大降雨量200mm，2014年基本无降水，2013和2014年楚雄台地表降水均偏少，测洞内的湿度变化不会太大，即2013和2014年楚雄台水管倾斜仪受降水的影响较小。唐伯雄等对楚雄台水管倾斜的倾斜变化特征作了详细研究，并给冉了气象三要素对楚雄台水管倾斜的影响。由图4中可知：气象三要素的变化很难引起2013年8月至2014年9月14日楚雄台如此明显的水管倾斜年变畸变。

图5为楚雄台2009年1月1日至2014年9月14日水管倾斜去掉趋势后的年变曲线。由图可知，2009年至2013年8月楚雄台水管倾斜NS和EW向年变曲线均比较规律，2013年8月至2014年9月14日年变曲线则变得不规律，变化幅度以及形态与常年均有较大差别。畸变的时间与昭通台水管倾斜EW向出现反向的时间吻合，说明二者具有时间同步的关系。但可惜的是昭通台水管倾斜NS向受断电下扰，年变趋势受到影响，已不能用于验证这一结论。

3 结论

通过对鲁甸Ms6.5地震前，云南前兆台网昭通、楚雄等6个台站的水管倾斜年度曲线特征分析，我们可以得到以下结论：

（1）鲁甸Ms6.5地震前楚雄台水管倾斜NS和EW向都分别表现出与昭通台同步的年变畸变，距离更近的昆明台和其它方向上的台站却表现正常。说明同步变化与距离和方位的关系并不直接。而且这种表现是否偶然，或是具有某种构造上的联系，就目前的仪器布设密度还难以断言。

（2）昭通台地倾斜NS与EW向趋势，自2013年8月起均出现明显反向，表明在鲁甸Ms6.5地震前，该地区存在显著的局部应力调整及变化。