嘉峪关气氡浓度异常与202...多M_S7.4地震关系分析_曹玲玲.pdf
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1、第 卷第期 年月地震工程学报 ,收稿日期:基金项目:甘肃省地震局地震科技野外站基金(,);地震科技星火计划项目()第一作者简介:曹玲玲(),女,甘肃会宁人,副研究员,主要从事地下流体预测地震研究。:。通信作者:苏鹤军(),副研究员,主要从事构造地球化学及同位素地球化学研究。:。曹玲玲,苏鹤军 嘉峪关气氡浓度异常与 年玛多地震关系分析 地震工程学报,():,():嘉峪关气氡浓度异常与 年玛多 地震关系分析曹玲玲,苏鹤军,(甘肃兰州地球物理国家野外科学观测研究站,甘肃 兰州 ;甘肃省地震局,甘肃 兰州 ;中国地震局兰州岩土地震研究所,甘肃 兰州 )摘要:嘉峪关气氡浓度在多年上升的背景下,于 年出现
2、了转折异常变化,但祁连山地震带内一直没有发生与异常幅度和持续时间相匹配的地震,直到 年月 日,在距离嘉峪关气氡测点 的玛多发生地震。为了判断嘉峪关气氡浓度异常与玛多地震的关系,结合震例,从异常信度、震前异常特征、震后异常变化及地质构造背景等方面对其进行深入分析。结果发现:嘉峪关气氡浓度的异常特征与地震所处的构造有关,发生在祁连山地震带内的地震,气氡浓度异常表现为年或半年尺度的年畸变,发生在该地震带以外远距离的地震,气氡浓度异常表现为多年的趋势性变化;玛多地震发生后,嘉峪关气氡浓度下降速率减缓之后转折,呈恢复状态;嘉峪关气氡测点与玛多地震都位于青藏高原东北部,具有相同的动力背景且在构造上具有关联
3、性。综合分析认为嘉峪关气氡多年趋势异常与玛多地震有关,研究对建立可靠的异常指标体系、提高地震预测水平具有重要意义。关键词:嘉峪关气氡浓度;趋势异常;玛多地震;相关性中图分类号:文献标志码:文章编号:():,(.,;.,;.,):,:;引言地震的有效预测是减轻地震灾害的前提。目前预测地震的主要依据是以震例为基础建立的预测指标体系,但由于地震前兆异常的低重现性和震例统计的概率性特性,当测项出现异常时,依据现有的预测指标还无法对未来地震的三要素做出更为准确的预报。因此,当一次地震,特别是发生概率更低的大震发生后,进行前兆异常与地震关系的深入分析,对建立更加可靠的地震预测指标体系、提高地震预测水平具有
4、重要意义。年月开始,甘肃省嘉峪关气氡浓度出现了加速上升变化,年月达到峰值后转折下降,截至 年月,测值未恢复到上升前的水平(图)。年、年和 年,工作人员对此变化 都 进行 过 现场 核实,判定结果为:气 氡浓度 年月 年月的上升存在周围环境改变的影响,年月以来的趋势下降为地震前兆异常。如此大幅度且持续时间长达几年的异常在该测点是首次出现,由于没有震例,无法对地震三要素做出较为准确的预测。年月 日,距离嘉峪 关 气 氡 测 点 的 青 海 玛 多 县 发 生 了地震。根据 中国震例,级以上地震地球物理异常的分布范围超过 ,据此判断嘉峪关气氡浓度的这次异常可以作为玛多地震的前兆异图嘉峪关气氡浓度月均
5、值曲线图 地震工程学报 年常。但地球物理场异常与地震之间的关系不只受距离约束,还与构造、异常形态和区域背景等有关,仅根据震中距来判断异常与地震的关系,依据并不充分,也不可靠。基于此,本文从异常的可靠性、不同区域地震前异常的差异性、震后异常变化,以及构造等方面,对嘉峪关气氡浓度 年以来的异常与玛多地震之间的关系进行深入分析,给出判断两者关系的可靠依据,以期为异常指标体系的完善和地震的有效预测提供依据。测点概况嘉峪关气氡测点位于嘉峪关断层上。该断裂北起榆树沟山,向南延伸至文殊沟口,全长约 ,总体呈 方向展布,倾向,倾角 ,晚第四纪以来新的构造活动以挤压逆冲为主兼右旋走滑。断层切割奥陶系、白垩系、新
6、近系和上更新统,在剖面上表现为盘上升、盘下降。全新世有古地震活动,第四纪晚期以来的平均滑动速率为 (图)。图嘉峪关断层地质构造图 为了监测嘉峪关断层的活动,年在该断层某处(,)建立了监测点,进行断层土壤气氡浓度的观测。如图所示,在监测点开挖一深、直径 的垂直测孔,测孔下部 为集气坑,上部 为一倒置的长颈玻璃漏。漏斗颈内布设个直径为 的导气管:个导气管延伸至孔底,进行气氡浓度主样观测;个下至漏斗颈口,进行气氡浓度比对观测。导气管通过转接铜管与乳胶管相接并从测孔引出,乳胶管口与大气连通。气氡浓度观测至今,都为人工测量,每天测量一次。图嘉峪关气氡测点实验装置示意图 气氡浓度主要影响因素分析玛多地震前
7、,嘉峪关气氡浓度未出现短期异常,因此本文只分析年尺度和长趋势的干扰因素。已有研究表明,气氡浓度受到气温和气压的影响,无震年份会出现年变变化。嘉峪关气氡浓度在正常背景下具有明显的夏高冬低的年变形态(图),由此可以判断,气温和气压为气氡浓度的固定干扰因素。但是气温和气压之间具有相关性,究竟哪项对气氡浓度的影响更为显著?由于相关系数的大小可以表征变量之间的相关程度,因此可以通过计算气氡浓度与气温和气压的相关系数来判断。由于中强以上地震发生的年份,气氡浓度变化受构造应力的影响会偏离正常动态,因此 年以来祁连山地震带以上地震所发生的年份不参与计算(图、表)。具体步骤:先计算出气氡浓度、气氡测点气温及气压
8、的月均值,再利用式()分别计算出气氡浓度与气压、气温的相关系数:(?)(?)(?)(?)()式中:为气氡浓度月均值,?为气氡浓度自然年月均值的平均值;为气温(气压)月均值,?为气温(气压)自然年月均值的平均值。气氡浓度与气压、气温的相关系数计算结果如第 卷 第期曹玲玲,等:嘉峪关气氡浓度异常与 年玛多地震关系分析图 年以来祁连山地震带以上地震空间分布 表 年以来祁连山地震带以上地震基本参数 震中震级()发震日期北纬()东经()震中距 甘肃景泰 甘肃肃南 甘肃玉门 青海德令哈 甘肃民乐 青海德令哈 甘肃肃南 青海海西 青海海西 甘肃金塔 青海门源 青海门源 甘肃肃南 图所示。从图中可以清晰地看出
9、,气氡浓度与气温呈正相关,与气压呈负相关;同期气氡浓度与气温的相关系数都大于其与气压的相关系数,并且前者的值都在以上,而后者仅有个值超过。据此可以判断,在年尺度上,气温是气氡浓度变化的主要影响因素。图 嘉峪关气氡浓度与气温和气压的相关系数曲线 多次现场核实结果表明,周围环境的变化也会使气氡浓度值出现趋势性的异常变化,对此文献已进行过详细分析,这里不再赘述。气氡浓度异常特征分析破年变异常与地震的对应关系畸变型破年变异常与地震对应关系相关系数计算结果(图)显示,嘉峪关气氡浓度主要受气温的影响,在祁连山地震带及其周边无 以上地震的年份,气温与气氡浓度具有很好的正相关关系,因此气氡浓度的正常年变形态为
10、夏高冬低,峰值出现在每年的月,谷值出现在每年 月次年月。当气温与气氡浓度的相关系数降低或变为负值时,气氡浓度年变会出现畸变,因此可以利用相关系数判断气氡浓度是否出现了畸变型破年变异常。由于测点缺少 年的气象资料,考虑地震工程学报 年到测点与地震震中的构造关系,选取 年以来祁连山地震带发生的 以上地震为震例,震中距不做限制,分别分析震前年和震前个月气氡浓度与气温相关系数的变化,依此确定破年变异常的阈值。所选地震的空间分布见图,具体参数列于表。为了定量给出年变畸变异常的阈值,采用以下判定方法:个月尺度的异常,采用个月窗长,个月步长;年尺度的异常,采用 个月窗长,个月步长;再利用式(),向后滑动计算
11、出气氡浓度与气温月均值的相关系数,以报准率(漏报率虚报率)比值的最大值作为异常阈值,结果为。因此本文将 作为畸变型破年变异常的判定阈值,小于此值则为异常。图为所选地震前年和前个月气氡浓度与气温的相关系数柱状图,横坐标为具体地震及其震中距。从图中可以看出,震前年,小于的所有地震前,气氡浓度与气温的相关系数均未达到异常阈值,气氡浓度未出现异常;次以上地震中,有次地震前气氡浓度与气温的相关系数达到异 常 阈值,气 氡 浓 度 出现了异常,对应 率高达,只有震中距超过 的景泰地震前气氡浓度未出现异常。震前个月,小于的所有地震中,只有震中距最大的门源地震前气氡浓度和气温的相关系数达到异常阈值,气氡浓度出
12、现了异常;大于的次地震中,有次地震前两者的相关系数达到异常阈值,气氡浓度出现了异常,未出现异常的两次地震为距离最远的景泰地震和次远的门源地震。图祁连山地震带以上地震前嘉峪关气氡浓度与气温相关系数 综合以上分析,对于祁连山地震带以下地震,无论震中距大小,嘉峪关气氡浓度通常不会出现年尺度或个月尺度的畸变型破年变异常;对于以上地震,气氡浓度是否出现此类异常,与震中距大小有关。已有的震例分析结果显示,对应的震中距范围与 中国震例 的规定相当。年变幅增大的破年变异常与地震的对应关系破年变异常不仅包含年变畸变异常,还包括年变幅增大的异常。此类异常可以利用年标准曲线法提取,即首先计算出表征台站固有属性的年标
13、准值,以倍均方差线作为异常的阈值,超过阈值则达到异常。具体计算方法参见文献。为了与畸变型破年变异常的分析结果进行对比,分析区间依然选择 年,计算结果见图,图中粗线条为观测值曲线,细线条为年标准曲线的一倍方差线,也就是阈值线。从图可以看出,年以来,有个年份嘉峪关气氡浓度的年变幅增大并超过阈值线,且都在 年之后。本文研究的 次地震中,所有以下地震前都未出现 此 类 异 常,以 上 地 震 中 只 有 门 源地震前出现了异常。据此可以判断,嘉峪关气氡浓度单个年变幅增大的异常不能作为地震预测指标。长趋势转折异常与地震的对应关系图显示嘉峪关气氡观测以来,持续多年的长趋势上升转折异常共出现次,第次为 年,
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