粵桂瓊流體臺網(wǎng)對區(qū)域中強(qiáng)地震的映震能力分析*

廖麗霞，林稚穎，莫佩嬋，田 雷

(1.福建省地震局，福建 福州350001；2.廣西壯族自治區(qū)地震局，廣西 南寧 530022；3.中國地震臺網(wǎng)中心，北京 100045)

0 引言

2016年以來，廣西地區(qū)陸續(xù)發(fā)生了一系列中等強(qiáng)度的地震，其中5級以上地震3次：2016年7月31日蒼梧5.4級、2019年10月12日北流5.2級和2019年11月25日靖西5.2級地震。蒼梧5.4級地震打破了華南地區(qū)持續(xù)17年的5級地震平靜期，預(yù)示該地區(qū)可能進(jìn)入新一輪地震活躍期。蒼梧地震發(fā)生后，廣西地區(qū)還多次發(fā)生4級左右的地震，如2016年9月17日來賓4.1級、2017年7月15日南丹4.0級、2017年8月15日靖西4.0級、10月3日靖西4.1級、2019年11月28日靖西4.3級、2021年8月4日德保4.8級、9月11日德保4.3級等地震。在粵桂瓊地區(qū)發(fā)生如此頻度和強(qiáng)度的地震在數(shù)字化地震地下流體觀測推廣以來是第一次。

地下流體映震靈敏，地震前流體能在一定的空間區(qū)域內(nèi)通過不同時(shí)間長度、不同形態(tài)特征的異常捕捉前兆信號。通過對《中國震例》進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示含地下流體前兆異常的震例占中國所有震例的近七成(蔣海昆等，2009)；這些流體前兆異常在時(shí)間上多呈長期趨勢異常(陸明勇等，2009)，或短期(劉耀煒等，2004)及短臨異常(萬迪堃等，1996)；在形態(tài)上則多呈趨勢性上升異常(黃輔瓊等，1998)、高水位異常(付虹等，2015)、年動態(tài)異常(車用太，魚金子，2004，2005；王熠熙等，2019)。筆者發(fā)現(xiàn)2013年以來粵桂瓊的水位多次出現(xiàn)群體性年動態(tài)趨勢異常，有多年持續(xù)趨勢上升或下降異常，也有年動態(tài)畸變異常及高水位異常。這些異常是不是前兆異常需要進(jìn)一步確認(rèn)。在2016年華南預(yù)測指標(biāo)梳理時(shí)，由于《中國震例》(蔣海昆，2014)之華南震例中水位震例較少，尤其是水位“點(diǎn)”的指標(biāo)提取不足，當(dāng)時(shí)水位臺網(wǎng)歷史資料不夠豐富，也未能對水位進(jìn)行進(jìn)一步的歸納分析。目前水位臺網(wǎng)資料有了更多積累，中強(qiáng)歷史地震新增了3次，因此本文將粵桂瓊流體臺網(wǎng)對廣西2016年蒼梧5.4級、2019年北流5.2級和靖西5.2級地震的映震能力及這3次中強(qiáng)地震前的流體異常時(shí)空演化特征進(jìn)行梳理，并對這種群體性異常進(jìn)行綜合、深入分析，對其發(fā)生機(jī)理進(jìn)行初步探討，開展震例總結(jié)、預(yù)測效能檢驗(yàn)，完善現(xiàn)有預(yù)測指標(biāo)，以期為今后判定華南地區(qū)中強(qiáng)地震活動趨勢積累重要震例、提供科學(xué)依據(jù)，也為其它地區(qū)出現(xiàn)類似水位異常變化的核實(shí)分析工作提供借鑒或參考。

1 粵桂瓊流體臺網(wǎng)概況

截至2022年1月，粵桂瓊流體臺網(wǎng)正常運(yùn)行且納入中國地震臺網(wǎng)的流體觀測站有37個(gè)，觀測臺項(xiàng)共有67項(xiàng)，其中廣西、海南均有8個(gè)臺站(16項(xiàng))，廣東有21臺站(35項(xiàng))，觀測臺網(wǎng)密度最大的是水位測項(xiàng)，共有30口觀測井，其次是水溫測項(xiàng)，共有28口觀測井；水質(zhì)、水氡測項(xiàng)分別只有4口和3口觀測井，均分布在廣東；另外僅有1口氣氡觀測井分布在海南。對歷史資料進(jìn)行預(yù)測指標(biāo)梳理發(fā)現(xiàn)：水氡映震效能較好，對應(yīng)過多次震例；水質(zhì)觀測井中僅潮州水質(zhì)日測值趨勢動態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)折，與中國臺灣7級以上地震有較好的對應(yīng)，其余井因井口阻塞頻繁換井、海水侵入、儀器故障、周邊抽水及降雨等干擾，運(yùn)行多為“基本穩(wěn)定”或“不穩(wěn)定”，映震效能不佳；廣東的氣體及海南的氣氡觀測資料質(zhì)量差，無法用于預(yù)測；廣東地區(qū)因經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，受大型基建、工農(nóng)業(yè)抽水及電源不穩(wěn)干擾較大，水位資料質(zhì)量評估為“基本可靠”或“不可靠”；廣西、海南除貴港井水位由于受周邊抽水和觀測技術(shù)系統(tǒng)干擾、三亞南濱臺受周邊農(nóng)田灌溉及基建干擾數(shù)據(jù)不可靠外，其它井均運(yùn)行穩(wěn)定、資料可靠；水溫測項(xiàng)臺站多數(shù)運(yùn)行穩(wěn)定，資料質(zhì)量可靠，少部分臺站因受觀測技術(shù)系統(tǒng)及施工抽水、降雨、電源電壓、基建、探頭位置、氣溫等干擾，資料穩(wěn)定性和可靠性較差，預(yù)測效能也較差；廣西部分觀測井還受海潮、海風(fēng)等自然因素干擾(周崢嶸等，2021)?；浌瓠偭黧w臺網(wǎng)空間分布情況如圖1所示，圖中3組同心圓所示范圍分別為廣西2016年蒼梧5.4級、2019年北流5.2級地震和2019年靖西5.2級地震震中100 km、200 km、300 km范圍。

圖1 粵桂瓊流體臺網(wǎng)空間分布圖

2 資料選取及異常提取方法

2.1 資料選取

映震臺站區(qū)域范圍與發(fā)生地震的大小有關(guān)，《震例總結(jié)規(guī)范》(DB/T 24—2007)規(guī)定 5.0～5.9級、6.0～6.9級和7.0～7.9級地震的前兆異常選取范圍分別是震中附近200 km、300 km和500 km，通過統(tǒng)計(jì)《中國震例》(1966—2012)中華南片區(qū)的14個(gè)震例的規(guī)律發(fā)現(xiàn)(張肇誠，1988，1990a，b，1999；陳棋福，2002a，b，c；蔣海昆，2018)，優(yōu)勢震中距為60～250 km，一般不超過300 km。因此本文主要對2016年以來廣西地區(qū)3次5級以上地震震中300 km范圍內(nèi)的流體觀測資料進(jìn)行分析，如圖1所示，共涉及粵桂瓊流體臺網(wǎng)23個(gè)臺站：廣西8個(gè)和海南4個(gè)臺站，全都為水位和水溫觀測站；廣東11個(gè)臺站，其中8個(gè)為水位和水溫觀測站，3個(gè)為地球化學(xué)觀測站。由于華南片區(qū)水溫資料內(nèi)在質(zhì)量較差，在流體預(yù)測指標(biāo)梳理過程中未能提取到預(yù)測指標(biāo)，日常震情跟蹤工作中也沒有取得過可靠的震例。信宜1號井水氡資料中沒有提取到震前異常信息；信宜1號井氣體因儀器不穩(wěn)定導(dǎo)致資料不可靠、雷州海康水質(zhì)因海水侵入嚴(yán)重干擾、廣州三元里水質(zhì)因周邊游泳場不定時(shí)抽水嚴(yán)重干擾，以上資料均無法用于地震預(yù)測，因此主要針對粵桂瓊流體臺網(wǎng)中3次5級以上地震震中300 km范圍的水位資料進(jìn)行分析。由于信宜1號井水氡的輔助測項(xiàng)流量是模擬觀測，不受數(shù)字化觀測技術(shù)系統(tǒng)干擾，水氡比水位更加可靠，其日測值也納入分析。

2.2 異常提取方法

通過對華南流體預(yù)測指標(biāo)梳理發(fā)現(xiàn)水氡測項(xiàng)是較好的時(shí)間預(yù)測指標(biāo)，一般可作為短臨(期)或中期指標(biāo)，水質(zhì)測項(xiàng)則多為中期指標(biāo)。華南地區(qū)地震強(qiáng)度較中國西部地區(qū)弱，一般多為中等強(qiáng)度的地震。水位短時(shí)間的干擾因素較多，如供電系統(tǒng)、觀測環(huán)境改變、儀器設(shè)備故障、觀測條件改變、觀測井孔自身問題產(chǎn)生的干擾等(樊春燕等，2010；劉春國等，2015；廖麗霞，2019)，這些干擾常常會掩蓋前兆信息，因此主要從趨勢動態(tài)來提取預(yù)測指標(biāo)，在時(shí)間上一般提取水位年動態(tài)畸變作為中強(qiáng)地震的中期指標(biāo)；地點(diǎn)上，同一構(gòu)造帶上多井水位(準(zhǔn))同步出現(xiàn)多年趨勢上升可以作為中強(qiáng)地震預(yù)測指標(biāo)。同樣地，與映震能力相關(guān)的前兆異常分析主要從多井趨勢背景異常和中期年動態(tài)畸變展開。

3 粵桂瓊流體臺網(wǎng)映震特征分析

通過對粵桂瓊流體臺網(wǎng)觀測資料進(jìn)行梳理，發(fā)現(xiàn)水位對廣西2016年蒼梧5.4級、2019年北流5.2級和靖西5.2級地震最顯著的映震特征是趨勢性和群體性。在時(shí)間上有長期的背景趨勢異常，地震一般在趨勢轉(zhuǎn)折后一年內(nèi)發(fā)生；中期的年動態(tài)畸變異常及震前半年高水位異常；在空間上則呈現(xiàn)同一條斷裂帶或同一組平行的斷裂帶上多井水位同步(或準(zhǔn)同步)趨勢異常和年動態(tài)畸變異常。

3.1 背景趨勢異常

在這3次地震發(fā)生過程中，震中300 km范圍內(nèi)出現(xiàn)多井同步及準(zhǔn)同步水位趨勢上升，如圖2所示。有的異常觀測井甚至超出震中300 km范圍。

2013年以來，位于百色—合浦?jǐn)嗔褞系南?、平1、石埠井以及位于與該斷裂帶平行的巴馬—博白斷裂帶上的九塘井水位一直呈持續(xù)多年的

圖2 3次地震震中300 km范圍內(nèi)觀測井水位趨勢上升動態(tài)圖

趨勢上升動態(tài)。2016年以來在全國地下流體年度會商工作中，華南片區(qū)會商小組一直把這組趨勢上升動態(tài)作為水井所在斷裂帶區(qū)域未來發(fā)生中強(qiáng)地震的背景性異常加以跟蹤。實(shí)際上該斷裂帶所在區(qū)域確實(shí)也是華南地區(qū)地震多發(fā)區(qū)域。2016年1月香1、平1、石埠井水位同步發(fā)生轉(zhuǎn)折，隨后在7月31日發(fā)生蒼梧5.4級地震；北流、靖西地震同樣是在香1、平1、石埠井發(fā)生準(zhǔn)同步趨勢轉(zhuǎn)折后一年左右發(fā)生的(圖2a)。

北流5.2級地震前，震中300 km范圍內(nèi)的15口水位井和1口流量觀測井中有9口井從2016年就開始出現(xiàn)趨勢上升、1口井出現(xiàn)趨勢下降，北海、桂平井水位從2018年開始也出現(xiàn)趨勢上升。其中海南3口觀測井周邊同期雖有抽水量及抽水井減少的干擾，但海口井井深706 m，套管套到井底，水位在北流地震前一年出現(xiàn)加速上升，而周邊生活用水開采井井深不超過350 m，無法對其造成如此程度的干擾，因此筆者認(rèn)為?？诰悔厔萆仙侵苓呴_采干擾與區(qū)域應(yīng)力增強(qiáng)共同作用的結(jié)果。

靖西地震震中300 km范圍內(nèi)的平1、香1、九塘、石埠、石康、北海等6口井，除北海井趨勢上升起始時(shí)間較晚為2018年1月，其它均從2016年1月就開始，從圖2c中可以看到，北海井的上升速度明顯快于其它井。石埠井在2019年8月4日發(fā)生井壁破裂，導(dǎo)致地表淺層水涌入水井，井水持續(xù)溢出井口，產(chǎn)生無效數(shù)據(jù)，無法進(jìn)一步跟蹤分析其水位動態(tài)趨勢。筆者認(rèn)為井壁破裂亦可能是區(qū)域應(yīng)力增強(qiáng)所致，因石埠井處在北流、靖西地震300 km空間范圍的交集區(qū)域，同時(shí)承受2次地震孕育的應(yīng)力增強(qiáng)影響，因此雖然8月4日后無法跟蹤水位動態(tài)，仍將其納入前兆異常范圍進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

3.2 多井水位年動態(tài)畸變異常

3次地震前均出現(xiàn)群體性水位年動態(tài)畸變異常(圖3)，這一現(xiàn)象在1999年11月29日遼寧岫巖5.4級地震前同樣出現(xiàn)過(車用太，魚金子，2004)。

北海、石康井水位呈夏低冬高，桂平水位、信宜1號井流量呈夏高冬低的正常年動態(tài)變化。蒼梧5.4級地震前，北海、石康井水位、信宜1號井流量在2016年1月均呈上升趨勢，出現(xiàn)年動態(tài)畸變。北海水位在4月18日恢復(fù)下降走勢；石康井水位在震后仍持續(xù)上升直到9月16日才恢復(fù)下降趨勢；桂平水位、信宜1號井流量直到8月底至9月初才恢復(fù)下降走勢(圖3)。北流5.2級、靖西5.2級地震前，信宜1號井流量在2018年1月16日開始一直呈上升趨勢，于2019年9月1日達(dá)階段高值8.417 L/s后仍維持在高值，并呈小幅震蕩直到地震發(fā)生；北海井水位本該在2018年11月開始下降，但卻轉(zhuǎn)折向上持續(xù)上升，升幅達(dá)0.758 m，直到2019年9月26日才停止上升，并在高位小幅震蕩，10月12日北流5.2級地震發(fā)生后再次上升0.128 m，隨后在11月25日發(fā)生靖西5.2級地震，震后稍稍回落后繼續(xù)上升，2020年全年都呈上升態(tài)勢沒有回落，出現(xiàn)年動態(tài)畸變，結(jié)果2021年8月4日發(fā)生德保4.8地震；2019年1月10日到8月6日石康水位持續(xù)出現(xiàn)擾動，2個(gè)月后發(fā)生北流地震。實(shí)際上這種擾動在蒼梧地震前也出現(xiàn)過。2020年1月22日—8月2日、2021年1月1日—10月10日又出現(xiàn)2次較長時(shí)間的擾動，結(jié)果在2021年8月4日發(fā)生德保4.8級地震，如圖3所示。

圖3 3次地震震中300 km范圍內(nèi)觀測井水位年動態(tài)畸變圖

3.3 震前高水位異常

3次地震前出現(xiàn)多口井水位的高值異常，這是區(qū)域應(yīng)力增強(qiáng)的表現(xiàn)，這種震前高值異常在華北及東北也有過震例(車用太，魚金子，2004)。以2016年蒼梧5.4地震為例，震中300 km范圍內(nèi)共有9口水位、流量觀測井，東津、花都水位因儀器不穩(wěn)定、資料不可靠無法用于預(yù)測，其它井的水位、流量動態(tài)如圖4所示。

圖4 2014年蒼梧5.4級地震震中300 km范圍觀測井水位動態(tài)圖

從圖4可見，蒼梧5.4級地震發(fā)生前，觀測井總體呈現(xiàn)高水位動態(tài)，其中距震中200 km范圍內(nèi)的信宜井水位及信宜1號井流量在2016年上半年出現(xiàn)持續(xù)上升，5月下旬開始加速上升，尤其是信宜1號井流量從2016年1月1日至7月10日升幅達(dá)0.612 L/s，這種大幅上升且在沒有持續(xù)降雨量支持下仍維持高位沒有回落應(yīng)是區(qū)域應(yīng)力增強(qiáng)的真實(shí)表現(xiàn)；同時(shí)同處距震中200 km范圍內(nèi)的桂平井水位，也是離震中最近的水位觀測點(diǎn)，在2016年6月中旬出現(xiàn)加速上升，6月12—14日上升了0.177 m，之后同樣維持在這一階升平臺上。其它震中距在200～300 km范圍內(nèi)的觀測井水位也是呈現(xiàn)高水位或趨勢上升的特征：仁化水位從2014年開始發(fā)生趨勢上升并維持在高位，2016年起因周邊礦業(yè)嚴(yán)重干擾開始下降；陽西、陽江、韶關(guān)水位也從2015年1月開始趨勢上升，并于2016年維持在高位，震后才恢復(fù)趨勢下降動態(tài)。同樣，北流、靖西地震前桂平、北海、海口水位及信宜1號井流量也是在震前出現(xiàn)加速上升達(dá)近年最高值，然后發(fā)震。

4 異常成因分析

地震的孕育過程總是伴隨著區(qū)域應(yīng)力的增強(qiáng)過程。水位的趨勢上升及年動態(tài)畸變是否與區(qū)域應(yīng)力的增強(qiáng)相關(guān)？是否為地震的前兆反應(yīng)？根據(jù)水均衡理論，當(dāng)含水層水均衡發(fā)生變化，補(bǔ)給量大于排泄量時(shí)，則孔隙度增加，滲透系數(shù)也增大。當(dāng)含水層受力狀態(tài)發(fā)生變化，含水層受壓應(yīng)力影響產(chǎn)生變形時(shí)，會導(dǎo)致孔隙度變小，滲透系數(shù)增大。前人研究表明井水位的固體潮系數(shù)及氣壓效率與含水層參數(shù)間存在定量關(guān)系，利用觀測井中水位、配套氣壓等資料可以求解井水位動態(tài)變化中的潮汐因子與氣壓系數(shù)，再進(jìn)一步推算出孔隙度、滲透系數(shù)等含水層參數(shù)。因此本文以資料內(nèi)在質(zhì)量評估最好的平1井為例，選擇卷積回歸法計(jì)算了其孔隙度和滲透系數(shù)(張昭棟等，1989；晏銳等，2012；王禮恒等，2012；姚林鵬等，2020)，結(jié)果如圖5所示，并對這些含水層水文地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行深入分析。

圖5 平1井孔隙度、滲透系數(shù)時(shí)序動態(tài)圖

從圖5可見，靖西、北流地震發(fā)生前，孔隙度趨勢下降、滲透系數(shù)趨勢上升，這充分反應(yīng)了區(qū)域壓應(yīng)力的增強(qiáng)過程(平1井與靖西5.2級地震震中距僅92 km)。蒼梧地震發(fā)生前，孔隙度和滲透系數(shù)均增大。經(jīng)調(diào)查平1井在2016年4月因暴雨導(dǎo)致洪水倒灌流入水井，水位階升，處在含水層水的補(bǔ)給量大于排泄量的階段，這與水均衡理論是相符的。因此圖5中蒼梧地震前的趨勢變化反應(yīng)的主要是干擾異常，地震前兆異?？赡苁潜环蹈蟮母蓴_異常所掩蓋，但這種干擾時(shí)間是短暫的，4月以后的滲透系數(shù)增大可能含有區(qū)域應(yīng)力增強(qiáng)的成分，因?yàn)楫吘股仙^程持續(xù)了4個(gè)多月。

結(jié)合該區(qū)域的重力分析，2017年8月至2019年9月異常井所處區(qū)域?yàn)镹W向平行的百色—合浦?jǐn)嗔褞Ш桶婉R—博白斷裂帶，出現(xiàn)異常增加，累積重力變化差異超過80 μGal，而2017年8月至2018年9月并未出現(xiàn)異常，說明異常出現(xiàn)的時(shí)間段為2018年10月至2019年9月(這一分析的基礎(chǔ)資料引自全國形變學(xué)科2022年度會商報(bào)告，圖略)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)靖西地區(qū)重力場異常變化時(shí)段(2018-09—2019-09)也是北海井水位、信宜1號井流量轉(zhuǎn)折出現(xiàn)年動態(tài)畸變的時(shí)段(圖6)，且累積重力異常的空間位置正好是異常井所處區(qū)域，即水位年動態(tài)畸變與累積重力異常呈現(xiàn)出時(shí)間上的同步性、空間上的疊加性，說明水位年動態(tài)畸變是區(qū)域應(yīng)力加速增強(qiáng)的表征。對于封閉性較好的深層承壓井來說，通過計(jì)算井孔水位的潮汐因子和水位變化量，就可以求得該井的含水層體應(yīng)變的變化量。應(yīng)用前人反演應(yīng)力的分析方法(張昭棟，張廣城，1987；孫小龍等，2011；史浙明等，2012；楊柳等，2014；張淑亮等，2019)進(jìn)一步用平1井水位反演垂向應(yīng)力，反演結(jié)果顯示3次地震前該井均出現(xiàn)壓應(yīng)力增強(qiáng)現(xiàn)象，且這一現(xiàn)象一般在震前半年出現(xiàn)，其異常出現(xiàn)時(shí)間也與累積重力異常時(shí)段及水位群體出現(xiàn)年動態(tài)畸變的時(shí)間段相重合，如圖7所示。

圖6 北海井水位(a)和信宜1號井流量(b)時(shí)序曲線

圖7 平1井垂向應(yīng)力變化時(shí)序曲線

量化的斷裂信息可為地震危險(xiǎn)性分析、地震預(yù)測等方面的深入研究提供支持(閻春恒等，2020)。震源機(jī)制解就能提供量化的斷裂信息。通過3次地震的震源機(jī)制解，可以發(fā)現(xiàn)異常在構(gòu)造層面上的依據(jù)。從發(fā)震構(gòu)造來看，3次地震均與NW向平行的構(gòu)造密切相關(guān)，其發(fā)震構(gòu)造或控震構(gòu)造均是NW向的斷裂帶，這也是位于這組NW向斷裂帶上的水位觀測井能夠捕捉到前兆信息的構(gòu)造依據(jù)。根據(jù)震源機(jī)制解、地震烈度等震線長軸方向、余震分布，結(jié)合野外地震地質(zhì)調(diào)查結(jié)果分析認(rèn)為，蒼梧5.4級地震的控震構(gòu)造應(yīng)為賀街—夏郢斷裂，發(fā)震構(gòu)造可能是其NNW向的分支斷層。此次地震震中所在的桂東北地區(qū)地殼內(nèi)6 km深度存在一個(gè)2 km厚的低速層，推測為結(jié)晶基底與上硅鋁層之間拆離滑脫形成的韌性剪切帶(周依等，2019)，這為應(yīng)力的傳導(dǎo)提供了有利條件，這也可能是本次地震300 km之外的觀測井也產(chǎn)生映震的原因。

北流5.2級地震的發(fā)震構(gòu)造是NW向的米場—石窩斷裂(廣西壯族自治區(qū)地震局，2019；閻春恒等，2019)，該斷裂帶為九塘井、信宜井、信宜1號井所在區(qū)域的NW向巴馬—博白斷裂帶的組成斷裂(廣西工程防震研究院，2015)；靖西5.2級地震的發(fā)震構(gòu)造尚無定論，初步判定可能是NE向的下雷—靈馬斷裂或NW向黑水河斷裂。綜合地質(zhì)調(diào)查、現(xiàn)場災(zāi)害調(diào)查、烈度分布和余震展布結(jié)果推測，NE向的下雷—靈馬斷裂可能性更大。需要指出的是，地質(zhì)調(diào)查得到的下雷—靈馬斷裂的傾向與反演獲得的發(fā)震斷層面傾向不一致，而走向NW、左旋走滑性質(zhì)的區(qū)域斷裂在地震孕育過程中可能起到控震作用(蘇珊等，2020)。從圖8可見，九塘、石埠、平1、香1、石康、北海、信宜1號井就布設(shè)在這組NW向斷裂帶及其鄰區(qū)內(nèi)，因此有可能捕捉到斷裂帶應(yīng)力積累及變化的過程，實(shí)際上這些井的水位、流量的異常是最顯著的，均是在北流和靖西地震震前就提取到異常，且在孕震過程中的不同階段發(fā)生趨勢性上升、下降、轉(zhuǎn)折或畸變、高值異常。

圖8 蒼梧、靖西、北流地震震源機(jī)制解及區(qū)域構(gòu)造

5 粵桂瓊流體臺網(wǎng)映震能力分析

綜上所述，研究區(qū)水位觀測點(diǎn)所處的構(gòu)造位置及3次地震的發(fā)震構(gòu)造均與NW向平行的百色—合浦?jǐn)嗔褞Ш桶婉R—博白斷裂帶密切相關(guān)，這為觀測井映震能力分析提供了構(gòu)造基礎(chǔ)。含水層水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算及水位壓力、應(yīng)力反演的結(jié)果顯示，3次地震前壓力增強(qiáng)，孔隙度減小，滲透系數(shù)增大，水位上升，符合水文動力學(xué)機(jī)理；而這些參數(shù)的異常與水位年動態(tài)畸變及累積重力異常呈現(xiàn)出時(shí)間上的同步性、空間上的疊加性，說明這些水位動態(tài)異常同樣有其動力學(xué)意義。結(jié)合以上分析認(rèn)為震前水位的趨勢上升、年動態(tài)畸變、

加速上升及高值異常等不同動態(tài)正是區(qū)域應(yīng)力積累過程中不同階段的表征，據(jù)此認(rèn)為粵桂瓊流體臺網(wǎng)能夠真實(shí)反映區(qū)域應(yīng)力場的變化，能夠?qū)υ摰貐^(qū)的中強(qiáng)地震做出反映，具備較好的映震能力。蒼梧5.4級地震300 km范圍內(nèi)共有8口水位觀測井、1口流量觀測井；北流5.2級地震震中300 km范圍內(nèi)觀測井達(dá)16口；靖西5.2級地震周圍臺站較少，只有6口觀測井。震后對這些觀測井水位的映震情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)除評估效能低的觀測井外，其它觀測井基本都有不同程度的前兆反映，見表1。蒼梧地震前震中300 km范圍內(nèi)77.8%的觀測井有前兆反映，北流地震前75.0%的觀測井有前兆反映，靖西地震前所有觀測井都有不同程度的前兆反應(yīng)。可見粵桂瓊流體臺網(wǎng)對這類中強(qiáng)地震能較好地做出一定程度的反映，但程度不同，有些異常在震前就能明顯判定，有些異常在震前難以發(fā)現(xiàn)或難以判定。特別是靖西地震與北流地震發(fā)震時(shí)間只差44 d，震中300 km范圍內(nèi)九塘、石埠、石康、北海4口水位觀測井又處在交集部位，很難分清具體是哪次地震的前兆反應(yīng)，其異常有可能是2次地震孕育過程的綜合反應(yīng)。汶川地震前也出現(xiàn)這類群體趨勢異常，陸明勇等(2013)認(rèn)為這種異常不是一次地震，而可能是多次地震的“共同前兆”。有的觀測井雖超出地震震中300 km范圍，但還是捕捉到了一些前兆反應(yīng)。

表1 蒼梧、北流、靖西地震前兆反應(yīng)觀測井統(tǒng)計(jì)

6 結(jié)論與討論

本文系統(tǒng)梳理了粵桂瓊流體臺網(wǎng)在廣西2016年蒼梧5.4級、2019年靖西5.2級、北流5.2級地震的映震能力、映震特征及異常成因機(jī)制，分析認(rèn)為：

(1)粵桂瓊流體臺網(wǎng)能夠?qū)λ氐貐^(qū)的中強(qiáng)地震做出反映，具備較好的映震能力。

(2)粵桂瓊流體臺網(wǎng)對中強(qiáng)地震的映震特征主要表現(xiàn)為趨勢性和群體性，具體表現(xiàn)在孕震初期同一組同向的斷裂帶上的多個(gè)觀測井井水位趨勢上升，中期的年動態(tài)畸變及震前的高水位異常。

(3)形變資料(如重力資料)和水位應(yīng)力反演及含水層水文地質(zhì)參數(shù)能為水位異常提供動力學(xué)及水文動態(tài)學(xué)的依據(jù)。震情跟蹤工作中結(jié)合重力及水位應(yīng)力反演、含水層水文地質(zhì)參數(shù)綜合分析可以對地震的時(shí)空要素做出更為準(zhǔn)確地判定。因此多個(gè)觀測井井水位趨勢上升可以作為該區(qū)域的背景預(yù)測指標(biāo)，水位年動態(tài)畸變可以作為中期預(yù)測指標(biāo)；水位應(yīng)力反演及含水層水文地質(zhì)參數(shù)可以作為中期指標(biāo)應(yīng)用到日常震情跟蹤工作中。

(4)盡管粵桂瓊流體臺網(wǎng)大多數(shù)井水位對3次中強(qiáng)地震都有前兆反應(yīng)，但有的異常在震前無法辨識，比如高水位異常常常被掩蓋在降雨干擾中而被忽略，畢竟水位高值未發(fā)生地震的例子也不少。這就需要從更大的空間范圍查明水位高值是否存在群體性，如果存在則可判定為異常，這樣更具可靠性，然后在時(shí)間維度上從更長的時(shí)間范圍對比分析當(dāng)時(shí)的降雨量是否能支持這一幅度的高值并給予確認(rèn)。震前發(fā)現(xiàn)的異常多是香1、平1、石埠、九塘井所反映的這類背景性的趨勢異常，其空間指示意義更強(qiáng)，且范圍較廣，多為觀測井所在的斷裂帶與之平行的一組斷裂帶上；時(shí)間指示意義的指標(biāo)較少，水位年動態(tài)畸變雖可以作為時(shí)間指標(biāo)，但多為中期指標(biāo)，時(shí)間在半年至一年，只能作為年度預(yù)測指標(biāo)。在2016年以來的震情跟蹤工作中，華南片區(qū)流體學(xué)科會商工作組在震情跟蹤工作中，應(yīng)用百色—合浦、巴馬—博白斷裂帶上的多井水位趨勢上升及年動態(tài)畸變異常，在2017年度會商報(bào)告中對2017年靖西4.6地震做出過一定程度的年度趨勢預(yù)測；2019和2020年度在華南地區(qū)流體學(xué)科會商報(bào)告中均指出，百色—合浦?jǐn)嗔褞Ъ班弲^(qū)存在發(fā)生4.5地震的可能，結(jié)果2019年10月12日發(fā)生北流5.2級地震，2019年11月25日發(fā)生靖西5.2級地震。再者無法提取到可以預(yù)測地震強(qiáng)度的指標(biāo)，4級、5級地震的前兆異常特征并無差別，比如在2019、2020年度預(yù)測存在發(fā)生4.5地震的可能，實(shí)際上北流和靖西均發(fā)生5級以上地震。實(shí)際上，2005年平果4.8級地震、2013年平果4.9地震、2017年靖西4.6地震也是在這種多井長趨勢背景異常下發(fā)生的。需要指出的是該區(qū)域缺乏短臨預(yù)測指標(biāo)。

(5)在今后的震情跟蹤工作中，建議以斷裂帶為片區(qū)劃分單位進(jìn)行跟蹤，這樣才能有助于在震前發(fā)現(xiàn)群體性異常，并根據(jù)異常的空間范圍結(jié)合構(gòu)造對未來的發(fā)震空間做出較為準(zhǔn)確地判定；今后建設(shè)流體臺網(wǎng)時(shí)最好在同一斷裂帶上布設(shè)3個(gè)觀測站，以便在震前對斷裂帶的應(yīng)力情況互相驗(yàn)證以便做出正確的判定；建議建立地球化學(xué)觀測臺網(wǎng)，彌補(bǔ)短臨預(yù)測指標(biāo)的缺乏。也可以考慮建立流動地球化學(xué)觀測臺網(wǎng)，充分利用華南地區(qū)溫泉廣布的地域優(yōu)勢，開展溫泉地球化學(xué)觀測，以期達(dá)到投入少見效快的效果。

安徽省地震局王俊高級工程師在含水層水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算及水位應(yīng)力反演過程中給予指導(dǎo)，廣西壯族自治區(qū)地震局閻春恒高級工程師在圖件繪制上給予幫助，海南省地震局解曉靜、廣東省地震局劉錦高級工程師提供了相關(guān)省份的觀測資料，審稿專家為本文提出了科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男薷慕ㄗh，在此一并表示感謝。