0 引言

地震预测是人类尚未攻克的世界性科学难题(江在森等，2013)。地球内部的“不可入性”、大地震的非频发性和地震物理过程的复杂性等均是解决这一问题时必须面对的难点(张肇诚等，2016)，而知难而进是地震工作者的担当(陈运泰，2008)。长期有计划的科学攻关和持续的科学积累，总结共性和差异，是可能实现地震预测的重要途径(江在森等，2013；付虹等，2013、2015)。尽管地震预测还未过关，但是地震工作者根据长期的理论研究和工作实践，形成了一套“长、中、短、临”渐进式的预测思路(苏琴等，2014；阴朝民，2003)，并做出了一些有减灾实效的地震预报，为减轻地震灾害、服务经济建设、维护社会稳定做出了贡献(阴朝民，2003)。

云南地处印度板块与欧亚板块碰撞带东缘，是青藏高原释放挤压变形的重要通道(皇甫岗等，2010)，不仅受到印度板块沿缅甸弧自西向东俯冲的作用力，同时还受到来自青藏高原侧向挤压等多个动力作用，加之云南复杂的断层结构，地壳运动剧烈，活动块体特征明显，中强以上地震频发，是国内外地学研究者高度关注的地区之一(皇甫岗等，2006)。云南地震监测预报工作起步于1970年通海7.8级地震后，针对云南地震频度高、分布广、震级大、震源浅、灾害重的特点(李永强，2009)，通过不断总结和丰富震例资料，探索地震前兆与地震发生在空间上的内在联系，可提高对地震孕育过程的认识。

2018年9月8日10时31分，云南省普洱市墨江县(23.28°N，101.53°E)发生5.9级地震，震源深度11km，此次地震的微观震中位于阿墨江断裂附近，宏观震中位于墨江县通关镇的丙蚌、牛库、毕库一带。截至2019年1月21日，墨江5.9级地震是继2018年8月13、14日通海2次5.0级地震后云南地区又1次5级以上地震，也是2014年10月7日景谷6.6级地震后，云南省发生的震级最高的1次地震。中国地震局滇西地震预报实验场办公室于2018年8月23日填报的短期预测个人预报卡对应了云南墨江5.9级地震，三要素正确。本文拟对震前给出的预测依据进行认真归纳、总结，为今后的地震预测提供借鉴。

1 震级预测依据 1.1 云南地区M≥5.5地震平静异常

考虑到1925年以前地震记录可能存在不全因素，故只统计1925年以来M≥5.5地震间隔时间(双震、群震以1次统计，余震不统计)。截至2018年8月23日，2次M≥5.5地震间隔时间≥800天的只有4次，最长的是通海7.8级地震，达1194天。而从2015年3月1日沧源5.5级地震后至2018年8月23日，间隔时间为1271天(图 1)，为1925年以来最长。

1.2 云南地区M≥5.0地震连续间隔时间达200天以上

2015年3月1日沧源5.5级地震后，云南地区多次出现≥200天平静(图 2)。

对历史地震进行整理分析，发现1970年1月5日云南通海7.8级地震前，云南地区出现过2014年以来的类似情况(图 3)，即短时间内6级以上地震频发(1966年2月5日东川发生6.5级地震，2月13日东川发生6.2级地震，9月28日中甸发生6.4级地震)。长时间5级地震活动水平偏低(1966年9月29日至1970年1月4日共发生4次5级以上地震，最大地震为5.4级，且连续3次间隔时间≥200天)。2014年5月30日、8月3日、10月7日，云南地区分别发生了盈江6.1级、鲁甸6.5级、景谷6.6级等3次6级以上地震，而2015年3月1日至2018年8月14日只发生了5次5级以上地震，最大地震5.5级，且连续4次间隔时间≥200天。虽然2018年8月13日、14日通海发生2次5.0级地震，但震级偏小。因此，认为云南地区仍存在发生6.0级左右地震的危险性。

综上，云南地区M≥5.5地震平静异常突出，M≥5.0地震连续间隔时间达200天以上，在2018年8月13日、14日通海发生2次5.0级地震震级偏小的情况下，认为云南地区仍存在发生6.0级左右地震的危险性。因此，2018年8月23日的预报卡的预测震级档为5.5~6.4。

2 时间预测依据 2.1 时间指标提取方法 2.1.1 单项指标提取方法

对云南地区12个台站(龙陵台、腾冲台、施甸台、昌宁台、湾甸台、保山台、下关台、洱源台、巧家台、曲江台、勐连台、大寨台)的地下流体观测资料进行单项指标提取。12个地下流体观测井、泉基本情况见表 1。

2.1.1.1 月均值一阶差分处理

对12个台站地下流体观测资料进行月均值一阶差分处理，计算公式为

$ \Delta {x_i} = {x_i} - {x_{i - 1}} $

(1)

式中，Δx_i为月均值一阶差分值；x_i为月均值。取月均值一阶差分大于或小于1.5倍方差作为异常预测指标判定值。

2.1.1.2 旬均值变化速率处理

对12个台站地下流体观测资料进行旬均值变化速率处理，计算公式为

$ \Delta {x_i} = \frac{{{x_i} - {x_{i - 1}}}}{{{x_i}}} $

(2)

式中，Δx_i为旬均值变化速率处理值；x_i为旬均值。取旬均值变化速率处理值大于1倍方差作为异常预测指标判定值。

2.1.2 综合指标提取方法

地震发震时间的判定基于前兆异常资料，采用自适应加权综合预测方法，计算公式为(吴志平等，1994)

$ {P_t} = \frac{{\sum\limits_{t = 1}^n {{K_{ti}}{P_{ti}}{\rm{lg}}{N_{ti}}} }}{{\sum\limits_{t = 1}^n {{P_{ti}}{\rm{lg}}{N_{ti}}} }}{\rm{ }} $

(3)

式中，n为预报因子总数；K_ti为到时间t的第i项因子动态值(当第i项因子出现异常后，它所对应的地震危险时段中，K=1，其余时段K=0)；P_ti 为到时间t的第i项因子历史映震率；N_ti 为到时间t的第i项因子历史映震次数；P_t为时间t的综合概率值。

从理论和实际预测中均可以认为，各项因子与地震的相关性及在预测的贡献中，最重要的表征值为映震率P_ti。其次，各因子的映震次数多少为因子与地震相关性置信度评价的最主要的因素，显然，通过置信度检验后的相关因子，映震样本N_ti越大，可信度就越高。

2.1.3 讨论

单项预测指标随着观测时间越长，对应率越低，虚报率越高(如：昌宁流量的对应率只有13/22=0.591，概括率13/17=0.764，图 4为昌宁流量月均值一阶差分图)。且单项预测指标存在不确定因素，故综合后的预测指标对应率和概括率均要高于单项预测指标，特别是概括率达到94.1%，虽然存在虚报，但虚报率极低(5.9%)。在目前预报水平偏低的情况下，综合预测指标在实际预测预报工作中具有一定的意义。

2.2 云南地区M≥5.7地震中期综合预测指标

该综合预测指标基于云南地区地下流体前兆观测资料，通过月均值一阶差分处理，提取R信度检验达97.5%的37条单项指标，利用式(3)综合而成(图 5)。取综合概率P_t≥0.53作为预测指标线，历史对应率为16/22=0.727，概括率为16/17=0.941(半年内的2次地震以1组次计算)，对应时间为3~344天。2017年10月31日达预测指标线，截至2018年8月23日，已持续296天。本指标历史对应地震最长间隔时间为344天，至2018年10月10日达历史对应最长时间间隔(从2018年8月23日至10月10日时间间隔为48天，小于3个月)。

2.3 云南地区M≥5.0地震短临综合预测指标

该综合预测指标基于云南地区地下流体前兆观测资料，通过旬均值变化速率处理，提取R信度检验达97.5%的52条单项指标，利用式(3)综合而成(图 6)。取综合概率P_t≥0.54为预测指标线，2011年以来的对应率为14/19=0.737，概括率为14/14=1.0(2个月内的双震、群震以1组次计算)，对应时间为13~85天。虽然2018年8月13日、14日通海发生了2次5.0级地震，但考虑到云南地区M≥5.0地震长期处于弱活动(2015年1月1日至2018年8月14日云南地区共发生6次M≥5.0地震，最大震级5.5级，远低于历史年均发生3.4次的水平)，故仍有预测意义。

综合上述综合预测指标值，2018年8月23日时，认为云南地区中等地震已经临近，因此将预报卡中预测时间定为3个月之内的短期预测。

3 地点预测依据 3.1 2018年通海2次5.0级地震的指示意义

通海地区(24.2°N，102.7°E)50km范围内M≥5.0地震的发生，对云南地区M≥5.0地震活动有较好的对应关系。统计发现，1900年以来该地区共发生M≥5.0地震15次(双震以1次统计)(表 2)，通海50km范围内M≥5.0地震后云南地区发生M≥5.0地震的前14次分别为：滇西南4次，滇西北4次，滇东北3次，滇东南2次，滇西1次。故优势地区为滇西南和滇西北。

由表 2中的前14组对应关系可知，通海50km范围内M≥5.0地震后，云南地区3个月内发生M≥5.0地震9次，占比为64.29%，3个月以上至1年内发生5次，占比为35.71%。后续云南地区M≥5.0地震中，5.0≤M < 5.5的地震为5次，占比为35.71%，5.5≤M < 6.5的地震为6次，占比为42.86%，M≥6.5地震为3次，占比为21.43%。

综合以上资料，认为2018年8月13日、14日通海2次5.0级地震后，3个月内云南地区存在发生6级左右地震的危险性，优势地区为滇西南和滇西北。

3.2 GNSS揭示的云南区域面应变特征 3.2.1 区域应变处理过程

选取21°~29°N，97°~107°E区域内的57个GNSS连续跟踪站点30s采样率的数据(起止时间为2018年1月1日~8月23日)，站点分布如图 7所示。GNSS数据处理基于高精度GAMIT/GLOBK软件，采用与全球IGS解算数据进行联合平差的方法，平差过程中选用38个IGS核心站点为云南GNSS观测网的参考基准，将平差结果归算到ITRF2000框架下。为了提高精度，在得到单日解的基础上，选取4天的单日解结果进行联合平差，得到每点4天的坐标均值，提高了资料的可靠性。为排除干扰噪声的影响，对前期处理产出的点位坐标成果进行滑动均值处理，提高信噪比，以获取地壳运动的真实信息，经过初步统计，所有测站的观测点位坐标精度均优于3mm。通过GAMIT/GLOBK软件进行数据处理，处理的结果分为无约束平差产出的基线和约束平差产出的点位移2种(洪敏等，2012)。为了能够获取比较稳定、均匀的应力应变场图像，在获取了各个测点点位移时间序列的基础上，引入克里金插值方法对位移场进行1°×1°格网化(邵德盛等，2017)，获得均匀分布于各格网的位移场，在此基础上基于位移场与应力应变关系(皇甫岗等，2010)，通过格网化的位移场，按每个格网与相邻格网组网的方式，求取区域应变场(邵德盛等，2017；洪敏等，2014)。具体解算方法如下。

在二维空间中，假设某个测点的位移为u、v，其应变状态分量为ε_x(反映东西向伸张与压缩的正应变)、ε_y(反映南北向伸张与压缩的正应变)、γ_xy(东西与南北方向剪应变)(江在森等，2013)，则与其无限接近的一点的位移分量可表示为(江在森等，2010；陆远忠等，2001)

$ \left\{ \begin{array}{l} u\prime = u + {\varepsilon _x}{d_x} + {\varepsilon _{xy}}{d_y} - \omega {d_y}\\ \upsilon \prime = \upsilon + {\varepsilon _{xy}}{d_x} + {\varepsilon _y}{d_y} + \omega {d_x} \end{array} \right. $

(4)

公式两边同时除两点间距离，可转变为线应变与方位角之间的关系

$ \left\{ \begin{array}{l} \frac{{\Delta u}}{d} = {\varepsilon _x}{\rm{cos}}\alpha + {\varepsilon _{xy}}{\rm{sin}}\alpha - \omega {\rm{sin}}\alpha \\ \frac{{\Delta \upsilon }}{d} = {\varepsilon _{xy}}{\rm{cos}}\alpha + {\varepsilon _y}{\rm{sin}}\alpha + \omega {\rm{cos}}\alpha \end{array} \right. $

(5)

式中，${\varepsilon _{xy}} = \frac{1}{2}{\gamma _{xy}}$；d_x、d_y为两点间距离分量的变化量；ω为旋转量；α为两格网点间的坐标方位角。每个格网点通过式(5)与其他各个相邻格网点的方程组进行联立，便可通过最小二乘法求解得到其应变状态分量ε_x、ε_y、γ_xy。进一步可以计算其他的应变参数，包括最大剪应变、面应变(面膨胀)等(邵德盛等，2017；江在森等，2013)。应变率张量是用来反映纯变形的参数，能够全面表达变形的不同性质和强度(杨建文等，2018)，多个应变率参数实际上就是对不同变形信息的一种客观分离(江在森等，2013)。在9大应变参数中，面应变(面膨胀)参数能直接反映各个格网受到的挤压和拉张强弱程度，反映该区域的应变积累状态(邵德盛等，2017；江在森等，2013)，因此，本文选取了面应变参数作为分析地震危险性的主要指标。

3.2.2 面应变分析

以2018年1月1日为起始时间，绘制不同时间节点的面应变累计变化图像，如图 8所示(皇甫岗等，2015)。从区域面应变总体变化趋势来看，2018年1月1日~4月19日(图 8(a))，云南地区应变积累并不突出，整体呈现拉张趋势，拉张变形主要集中在中甸、昆明、马边、澜沧及附近区域。从2018年4月底开始，滇南、滇西南应变场异常突出，从6月底开始出现强挤压(景东-思茅一带)和强拉张(易门-塔甸一带)并存的区域格局，并在双柏-新平-墨江一带形成明显的过渡条带，7月底达到最大(图 8(b))，累计面应变量级达± 10×10^-8左右，表明短期内应变积累较为显著。经实地异常核实，排除干扰因素，确定为形变异常。从8月份开始，强挤压和强拉张并存区域面应变场出现快速调整，累计面应变量级逐渐减弱(图 8(c))。在应变调整过程中，在以易门-塔甸为代表的强张拉区域的高梯度带上，先后于2018年8月13日1时44分、08月14日3时50分发生2次通海5.0级地震，2次通海地震可能与小江断裂带中南段西支的明星-二街断裂或与其平行的隐伏断裂有关(王光明等，2018)。两次通海5.0级地震后，从应变场短期变化看(图 8(d))，应变场异常集中的滇西南地区挤压应变有所减弱，滇东北地区的挤压应变积累也出现明显的减弱趋势。但双柏-新平-墨江一带形成的高梯度挤压与拉张过渡条带并未消失，易门-塔甸一带呈强拉张，景东-思茅一带呈强挤压特性并未改变(截至2018年8月23日，易门-塔甸一带累计面拉张量达4.5×10^-8，景东-思茅一带累计面收缩量达-4.0 ×10^-8)，由此可见，通海地震并未对云南整体区域面应变格局造成实质性的影响，滇西南地区的应变异常特征依然存在，因此，认为滇西南仍存在发生中强地震的危险性。

2018年2次通海5.0级地震前后，以丽江、中甸为代表的滇西北地区应变积累不明显，总体呈拉张趋势，结合通海地震的指示意义，2018年8月23日的预报意见将滇西南地区列为第一危险区，将滇西北列为第二危险区。

4 预测过程

鉴于上述地震活动、前兆异常及GNSS面应变变化特征，中国地震局滇西地震预报实验场办公室于2018年8月23日形成了短期预测意见，认为未来3个月内云南地区存在发生6.0级地震的危险性，重点关注滇西南的通海、石屏、元江、墨江、宁洱、景谷、新平、峨山、双柏等地和滇西北的宁蒗、丽江、剑川、云龙、永平、南涧、宾川、永胜、鹤庆、洱源等地，参考点经纬度为(23.5°N，101.5°E)或(26.0°N，100.5°E)，以参考点为中心的封闭区域最大半径为125km。同时填报了个人短期预报卡片(预测震级档为5.5~6.4)，及时提交至云南省地震局地震预报研究中心。此后，2018年9月8日10时31分(预报卡填报后的第16天)，云南省普洱市墨江县(23.28°N，101.53°E)发生了5.9级地震。墨江5.9级地震发生在短期预测意见判定的第一危险区内，位于以景东-思茅为代表的呈强挤压区域的高梯度带上。该地震印证了挤压变形区是中强地震发生的高危地区的说法。

5 认识与讨论

本文从地震活动、前兆异常及GNSS面应变变化特征角度对2018年9月8日云南墨江5.9级地震前(2018年8月23日)中国地震局滇西地震预报实验场办公室给出的预测意见和预测依据进行归纳、总结，形成以下认识：

(1) 墨江5.9级地震前(截至2018年8月23日)，云南地区地震活动最显著的现象是M≥5.5地震平静期为1271天，超过历史平静极限时间。M≥5.0地震连续间隔时间达200天以上，该情况与1970年1月5日云南通海7.8级地震前，M≥5.0地震间隔时间连续出现≥200天平静的情况相类似，2018年8月13日、14日通海发生2次5.0级地震，但震级偏小，因此，2018年8月23日的短期预测意见认为云南地区仍存在发生6.0级左右地震的可能。

(2) 基于前兆异常资料，采用自适应加权综合预测方法综合而成的云南地区M≥5.7地震中期预测指标显示综合概率值P_t在2017年10月31日开始达到预测指标线，截至2018年8月23日，已持续296天，至2018年10月10日达历史对应最长时间间隔(344天)。结合M≥5.0地震短临综合预测指标的预报意义，认为云南地区中等地震已经临近，且3个月内存在发震的危险。

(3) 由2018年通海2次5.0级地震的指示意义认为，通海地震后，3个月内云南地区存在发生6级左右地震的危险性，优势地区为滇西南和滇西北。结合2018年通海2次5.0级地震前后GNSS表征的区域面应变变化情况，认为通海地震并未对云南整体区域面应变格局造成实质性的影响，滇西南地区的应变异常特征依然存在，仍有可能发生中强地震。

上述3条认识是2018年8月23日形成短期预测意见的基础，虽然三要素正确，但距服务民众的目标尚有遥远的距离，地震预测仍然是世界性的难题。墨江5.9级地震的预测经验及对资料的论证可丰富我们对地震孕育复杂性的认识，为震例积累了新的资料。预测过程中对地点的判定利用了GNSS连续观测资料计算的面应变信息，该资料可直接表征区域挤压或拉张强弱特性。地震活动性及GNSS面应变资料的结合使用或许会成为提高地点判定准确率的重要方法。