利用電磁臺站觀測數(shù)據(jù)推算汶川MS8.0地震等效電偶矩

李 美譚捍東盧 軍曹 萌中國地震臺網(wǎng)中心，北京 100045中國地質(zhì)大學(xué)，北京 100083

利用電磁臺站觀測數(shù)據(jù)推算汶川MS8.0地震等效電偶矩

李 美1，2）譚捍東2）盧 軍1）曹 萌2）
1）中國地震臺網(wǎng)中心，北京 100045
2）中國地質(zhì)大學(xué)，北京 100083

2008年5月12日汶川MS8.0地震前約一個(gè)月，位于河北省ULF電磁觀測臺網(wǎng)的高碑店臺電磁異常信息增強(qiáng)，5月9日，即主震前3天，異常信息突然增強(qiáng)達(dá)到高潮，且高值異常信息一直持續(xù)到17日，主震后5天，隨后，低值異常信息又持續(xù)了大約4個(gè)月 (f=0.1～10 Hz, D=1440 km, A=1.3 mV/m)。盡管目前沒有統(tǒng)一的物理機(jī)制可以解釋地下產(chǎn)生的電磁信號，但是，巖石壓裂實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，巖石受壓破裂過程會產(chǎn)生電流，特別是主破裂階段，強(qiáng)地電流激發(fā)地面電磁場突然增強(qiáng)，達(dá)到震前異常高潮期，被觀測儀器記錄到。研究利用地下偶極子產(chǎn)生電磁場模型，結(jié)合汶川MS8.0地震前河北高碑店臺觀測到的電場數(shù)據(jù)和震源區(qū)資料，在設(shè)定震源信號輻射頻率，電導(dǎo)率σ閾值σδ=7.0×10-4S/m和地下介質(zhì)平均視電阻率ρ1=1400 ?·m前提下，在距離震中1440 km的高碑店臺觀測到E=1.3 mV/m電場強(qiáng)度所需等效電偶矩為IΔl=7.5×1013A.m 。若考慮汶川主震破裂長度Δl=240km，則產(chǎn)生地電流量級為I=3.1×108A 。

若將汶川地震等效電偶矩IΔl=7.5×1013A.m 作為固定電流源，利用相同的介質(zhì)參數(shù)，計(jì)算z=0（地面）處產(chǎn)生的總電場∣E∣ =(∣Ex∣2+∣Ev∣2)?及總磁場∣H∣ =(∣Hx∣2+∣Hv∣2)?,沿x(－100 km≤Dx≤100 km)，y(－100 km≤Dx≤100 km)二維平面（200 km×200 km）。

電場∣E∣和磁場∣H∣的分布在x軸和y軸上分別為場值高值帶，4個(gè)象限為低值區(qū)域，這也說明，對于沿x軸方向放置的電流源，電場強(qiáng)度以水平份量Ex為主導(dǎo)，磁場值在電場的正交方向Hy為主導(dǎo)。從以電場∣E∣為例，計(jì)算從坐標(biāo)原點(diǎn)分別沿x軸和y軸到1000 km處的電場值｜Ex︱和｜Ey︱得到的衰減曲線可以看出，在10 km范圍內(nèi)，兩條曲線衰減較慢，在x軸和y軸方向上的值差別不大；但隨著距離的增加，兩曲線均快速衰減，但x軸方向的值｜Ex︱總是大于y軸方向的值｜Ey︱；｜Ey︱?yàn)榉菃握{(diào)遞減曲線，在10～30 km范圍有一個(gè)明顯的異常低值帶；在距離原點(diǎn)1 000 km 處，兩個(gè)值大體差一個(gè)數(shù)量級。就x軸方向曲線變化，20 km內(nèi)數(shù)值大體衰減1個(gè)數(shù)量級，100 km左右電場輻射值衰減3個(gè)數(shù)量級，當(dāng)距離增加到1 000 km時(shí)，場值衰減約5個(gè)數(shù)量級。因此，若將汶川地震等效電偶矩看作發(fā)射源，在源的不同方向上，相同靈敏度的儀器記錄到的場值是不一樣的，電性源的延伸方向上的電場值最強(qiáng)，而其垂直方向上，是磁場觀測的有利區(qū)域。因此，地下電性參數(shù)（主要是電導(dǎo)率σ）對電性輻射源產(chǎn)生的電磁場影響是很大的，當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)電導(dǎo)率小于由汶川震源區(qū)參數(shù)計(jì)算得出的電導(dǎo)率閾值時(shí)，電磁信號在傳播過程中衰減較慢；當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)電導(dǎo)率大于閾值時(shí)，電磁信號在地下會迅速衰減，這樣，在地面很難記錄到電磁信號。汶川地震等效電偶矩看作震源深度處輻射源產(chǎn)生的電磁場，在地面的二維分布圖顯示出很強(qiáng)的方向性（或不均勻性），例如，場值分量Ex和Hy分別在x軸和y軸上為高值帶，分量Ey和Hx的高值帶分布在4個(gè)象限，與兩坐標(biāo)軸成45°夾角；總電場｜E︱和總磁場｜H︱的2D分布與∣Ex∣和∣Hy∣相似，分別在在x軸和y軸上分別為場值高值帶；電場強(qiáng)度以主軸向份量Ex為觀測的優(yōu)勢方向，磁場值在與主軸正交方向Hy為觀測的優(yōu)勢方向。這較好地解釋了地震相關(guān)電磁異常信息的方向性或不均勻性的觀測事實(shí)。同時(shí)，由于地下電性輻射源在地面產(chǎn)生電磁場分布不均勻，且信號強(qiáng)度和電流源方向存在著密切的關(guān)系，同時(shí)，場值隨觀測距離的增大衰減迅速，因此，如果觀測點(diǎn)位于非強(qiáng)信號區(qū)，即使在觀測范圍內(nèi)也可能記錄不到異常信息。這對地震監(jiān)測臺網(wǎng)儀器選址和布置提出了要求，也具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。