2023年8月23日普蘭店M4.6地震地下流體異常分析

王喜龍，柳海華，劉建光，陳軍典，王麗娟

（1.遼寧省地震局，遼寧 沈陽 110034；2.北京紅晶石投資咨詢有限責任公司，北京 100044；3.遼寧省物測勘查院有限責任公司，遼寧 沈陽 110031；4.遼寧省匯澤礦業技術咨詢有限公司，遼寧 沈陽 110032）

0 引言

地震預測一直是世界性的科學難題，近些年雖然我國在中長期預報方面已取得了明顯的成效，但在地震短臨預報領域，仍然存在巨大的困難難以逾越?，F階段地震的短臨預報仍主要是通過地震學及地球物理觀測的異常來判斷，譬如地震活動性、水物理、水化學、地殼形變和電磁異常等。而這些觀測手段中，地下流體（水物理、水化學等）無疑是對地震短臨預報最為有效直觀的觀測手段。根據《中國震例》的總結結果顯示，井泉水氡、水位、水溫、離子及氣體等測項在多次大震前均出現明顯短臨異常形態變化和數量上的變化[1-5]。就遼寧地區而言，歷史上曾對1975 年海城7.3 級地震與1999年岫巖5.4 級地震作出了成功的地震短臨預報，而其中地下流體對兩次地震的成功預報，尤其是短臨階段起到了至關重要的作用[5-7]。

本文針對2023 年8 月23 日18 時19 分遼寧大連普蘭店發生的4.6級地震，對地震前后遼寧地區地下流體觀測數據進行了系統的梳理與總結，給出普蘭店4.6級地震前有關的地下流體異常信息變化特征及震后同震響應特征。最后對此次地震前后異常發展與地震的發生關系進行討論分析，為遼寧地區今后地震短臨預報提供借鑒。

1 普蘭店4.6 級地震震中周邊遼寧流體觀測臺站概況

遼寧地區現有地球物理流體觀測站點24個，其中包括11個水化和23個水物理定點觀測點，共計89個測項。其中水化觀測共計33個測項，水物理觀測共計56 個測項。從流體測站距離本次地震距離來看，此次地震震中100 km 范圍內存在3 個入國家前兆臺網的流體觀測點，分別為金州地震臺水位水溫測點、金州北關泉水氡測點與瓦房店樓房井水位水溫測點，共計6 個測項。距震中100～200 km 范圍內存在12 個入國家前兆臺網的流體觀測點，共計43 個測項，分別為丹東湯池水位、水溫與水氡，丹東變電水位、水溫與氣氡，岫巖1 井水位、水溫與水氡，岫巖二井水位，營口大石橋周家井水位、水溫，西鞍山井水位、水溫，盤錦于105井水位、水溫，盤錦紅25 井水位、水溫，盤錦榮二井水位、水溫，盤錦齊一井水位、水溫，盤錦興一井水位、水溫，盤錦盤一井水氡、離子、氣體、氣氡與水汞。43 個測項中存在1 項流體異常，異常測項為興一井水位，但數據分析顯示，該異常震前短期變化不明顯。距震中200～300 km 范圍內存在10個入國家前兆臺網的流體觀測點，共計25 個測項，分別為寬甸明安水氡、水位，撫順山龍峪水位、水溫，遼陽湯河水氡，本溪井水位、水溫，高七井水位、水溫，新民井水位、水溫，阜新井水溫、水汞，阜新哈達戶稍水氡，錦州沈家臺水氡、氣氡、水位與水溫，葫蘆島藥王廟水位、水溫與氣氡（圖1）。具體流體測點分布與測點震中距見圖1與表1。

圖1 流體測點空間分布圖Fig.1 Space distribution of fluid measurement points

表1 普蘭店4.6級地震300 km范圍內流體測項統計表

2 地下流體既有異常分析

普蘭店4.6級地震發生前，遼寧地區共存在2 項地下流體異常，分別為興一井水位與遼陽湯河水氡，兩測點均位于遼南地區。興一井水位為趨勢性背景異常，遼陽湯河水氡為中短期異常（圖1）。

2.1 興一井水位異常變化特征

興一井水位距普蘭店4.6 級地震震中約188 km。興一井水位曾在1978 年營口5.9 級地震與1999 年岫巖5.4 級地震前均出現明顯短期破年變異常變化[8-9]，因此，興一井水位異常變化對遼南地區地震發生具有較好指示意義。

圖2 興一井水位整點值變化曲線Fig.2 Curves of integral points value of water level in Xingyi Well

興一井水位于2021 年7 月開始出現破年變轉折變化，2021—2023 年期間水位呈趨勢上升變化，且與以往正常年動態相比，水位呈現破年變異常變化，同時年變幅也呈現較明顯異?，F象，但2023 年水位開始出現年變變化后，本年度水位下降幅度與異常時段相比呈現明顯恢復性變化，2023 年6 月至2023 年8 月水位變化幅度已恢復至正常背景水平，水位變化幅度為0.76 m 左右（圖2）。與興一井水位正常年動態背景時段對比，水位正常時段夏高冬低年變規律明顯，一般在1—5 月水位上升，水位下降時間一般為每年5—12月，降幅一般在0.65～0.85 m。因此，雖然水位在7—8 月期間下降速率有所減緩，但對比往年正常動態，水位曲線變化形態仍屬正常動態。綜上分析可知，此次短期水位趨勢減緩現象作為普蘭店4.6級地震前兆異常的證據不夠充分。但《中國震例》等相關資料中顯示，一些中強地震發生在地下流體異?；謴瓦^程中[7-13]。因此，也不能完全否定興一井水位異?；謴瓦^程與普蘭店4.6級地震發生之間無必然成因聯系。

2.2 遼陽湯河水氡異常變化特征

遼陽湯河水氡測點距普蘭店4.6級地震震中約208 km，湯河水氡曾在1975 年海城7.3 級地震與2013 年燈塔5.1 級地震前均出現明顯短臨異常變化[5]，該測點對遼南地區地震發生具有較好短臨指示意義。

遼陽湯河水氡2022 年11 月6 日起測值表現為持續低值變化，與以往正常時段相比，氡值最大變幅可達18.4 Bq/L，雖然至今該測點水氡有正常年變動態，但年變幅仍明顯低于往年正常背景水氡（圖3）。因此經現場核實及結合以往震例的異常形態及幅度等變化特征，將該異常認定為B 類異常進行跟蹤。結合湯河水氡歷史震例對比普蘭店4.6 級地震該測項數據變化，此次震前湯河水氡雖有低值異常，但異常形態與以往震前短時高值突跳形態存在明顯差異。本次異常雖為中短期異常，但由于異常形態差異，且此次地震震級相對偏低，震中距較遠，因此分析認為湯河水氡異常對此次地震指示作用有限。

圖3 遼陽湯河水氡變化曲線Fig.3 Curves of water radon in Liaoyang

3 瓦房店水位固體潮畸變異常分析

瓦房店水位測點距震中約40 km，該流體觀測點于2022 年7 月完成設備安裝，2022 年11月30 日開始試運行觀測，由于觀測至今未滿1年且未開展驗收，因此數據存放在省局備份庫中。該井井深450 m，井內現有1套水位觀測儀與6 套水溫觀測儀。該井水位在普蘭店區發生4.6級地震前和震后出現固體潮畸變現象與同震響應，同震響應尤為明顯。具體表現為井水位在8 月23 日11 時開始出現短時固體潮畸變現象，18 時19 分發生普蘭店4.6 級地震后，該測項再次出現明顯同震響應變化，表現為高值階變異常特征，后逐漸恢復正常（圖4）。

圖4 瓦房店井水位分鐘值變化曲線Fig.4 Minute value of water level in Wafangdian

經現場核實，該井水位數據變化真實，本次地震事件該測點水位觀測數據在震前出現幾個小時的固體潮畸變，震后出現同震響應，震后響應表現尤為突出，表明該測點異?，F象對于這次地震是一次成功印證，是一個映震敏感點，同時也印證了地下流體觀測對地震短臨預報指示效果明顯。但由于該測項數據至今觀測未滿1 年，未驗收，因此分析過程中無法對其正常年動態背景進行確定。從監測角度分析，由于水位固體潮畸變異?，F象出現和持續時間短，僅震前幾個小時，而前兆數據傳輸存在一定滯后效應，需經預處理后方能傳至數據庫中，這就導致監測與預報人員未能實現對觀測數據的時時監控。從預報角度分析，雖然震前有短暫固體潮畸變現象，但由于數據未驗收、整體時間尺度短，正常年動態背景無法確定，同時固體潮畸變形態并不完整。根據遼寧短臨技術跟蹤方案判定，固體潮畸變對時間及地點判定具有一定指示意義，對震級指示效果不明顯，且由于此次固體潮畸變屬于單點畸變，附近其他流體測項無與之配套同步固體潮畸變異常出現，因此在震前較難認定此次畸變對周邊中強地震有指示意義，也無法給出明確結論認定其為地震震前異常。

但通過此次地震異常事件，也使我們得到了一些認識與啟示。（1）地震監測網絡布局既要布設在活動斷裂帶及其附近地區，同時在地震映震敏感部位布設地震觀測點也十分必要。（2）雖然目前前兆系統還未實現對觀測數據的時時傳輸監控，如此短時間尺度畸變現象對監測預報人員而言，人工識別異常尚達不到如此高效。因此未來開展數字化自動識別工作將是我們地震監測預報領域亟需攻克的重點任務目標。（3）基于瓦房店水位固體潮畸變這一事件，也為流體短臨預報異常識別、提取工作積累了寶貴的經驗。加強基層臺站觀測、異常跟蹤落實，為預報人員提供高信度的第一手資料顯得尤為重要。

4 同震響應分析

此次普蘭店4.6 級地震震中300 km 范圍內共有3 個測點出現同震響應，分別為瓦房店水位（震中距40 km）、丹東變電水位（震中距195 km）和沈家臺水溫（震中距243 km）（圖1）。丹東變電水位分鐘值觀測數據于2023 年8 月23日普蘭店4.6 級地震后發生明顯同震響應變化，具體表現為短時高值階變，后水位迅速恢復至正常變化（圖5）。沈家臺水溫分鐘值觀測數據于2023 年8 月23 日普蘭店4.6 級地震后發生明顯同震響應變化，具體表現為震后短時下降變化，8月24日水溫數據恢復至正常變化（圖6）。

圖5 丹東變電水位同震響應變化曲線Fig.5 Co-seismic response of waterlevel curves in Biandian of Dandong

圖6 錦州沈家臺水溫同震響應變化曲線Fig.6 Co-seismic response of watertemperature curves in Shenjiatai of Jinzhou

從水位、水溫同震響應變化形態可以看出，水位同震主要表現為高值階變，而水溫則表現為低值下降變化特征。對比測點與震中位置，瓦房店井及丹東變電水位測點均位于遼東半島，不僅震中距較小，同時空間構造相關性存在一定對應關系，因此普蘭店地震發生，瞬時的地震波及應力加載作用，可能是造成水位出現高值階變主要原因之一。而沈家臺水溫測點位于遼西地區，震中距偏遠，且空間構造關聯性相對較小，因此可能導致水溫形態出現低值變化。

5 異常測項比

距此次地震震中100 km 范圍內，出現異常的定點地下流體臺站2個，異常測項2項，異常臺站（點）百分比為50%，異常臺項百分比為16.6%；距此次地震震中200 km 范圍內，出現異常的定點地下流體臺站有3個，異常測項有3項，異常臺站（點）百分比為18.75%，異常臺項百分比為6%；距此次地震震中300 km 范圍內，出現異常的定點地下流體臺站有5 個，異常測項3 項，異常臺站（點）百分比為11.5%，異常臺項百分比為4%。對比1999 年岫巖5.4 級地震與2013年遼陽燈塔5.1級地震[8,12]，岫巖5.4級地震前震中100 km 范圍內共存在2 項流體前兆異常與7項宏觀異常，200 km范圍內共存在8項流體前兆異常，異常短臨特征明顯且信度高；燈塔5.1級地震前震中100 km范圍內共存在2項流體短臨異常，200 km 范圍內共存在3 項流體前兆異常，且異常信度高。對比分析普蘭店4.6級地震與之前兩次地震差異原因，則可能主要與震級水平相對偏低存在一定成因聯系。

6 結論與認識

基于對普蘭店4.6級地震前后遼寧地區地下流體異常特征進行梳理，得到以下3 點結論與認識。

（1）普蘭店4.6級地震發生前后遼寧地區共存在2項既有流體異常，1項震前固體潮畸變臨震異常與3 項同震響應變化。震中100 km 范圍內存在1 項流體異常，200 km 范圍內存在3 項流體異常，300 km 范圍內存在3 項流體異常。對比異常測項占比，明顯低于岫巖5.4級地震與燈塔5.1級地震占比水平，主要原因可能與震級水平相對偏低存在一定成因聯系。

（2）雖然震前存在2項中長期異常與1項臨震異常，但通過異常特征分析，2 項既有異常震前無明顯短臨變化，對此次地震指示作用有限。震前雖存在幾小時固體潮畸變異常變化，但由于數據未驗收、整體時間尺度短，正常年動態背景無法確定，同時固體潮畸變形態并不完整，依據遼寧短臨技術跟蹤方案，在震前較難認定此次畸變對周邊中強地震有指示意義，也無法給出明確結論認定其為地震震前異常。同震響應特征顯示，水溫與水位形態存在明顯差異，這可能主要與震源機制及空間構造相關性存在一定成因聯系。

（3）瓦房店水位震前臨震固體潮畸變及震后同震響應表明，該測點異?，F象對于這次地震是一次成功印證，該測點是一個映震敏感點，同時也印證了地下流體觀測對地震短臨預報指示效果明顯。但由于數據傳輸及數據本身原因限制，使我們目前很難對該現象及時發現并研判為地震前兆異常。因此這也提示我們開展數字化自動識別工作非常必要，這項任務未來將是我們地震監測預報領域亟需攻克的重點目標。同時基于瓦房店水位固體潮畸變這一事件，也為流體短臨預報異常識別、提取工作積累了寶貴的經驗。加強基層臺站觀測、異常跟蹤落實，為預報人員提供高信度的第一手資料顯得尤為重要。