松原M 4.9地震地磁異常特征研究

張 麗，張志宏, 李夢瑩，黃明威

（遼寧省地震局，遼寧 沈陽 110034）

0　引言

目前對震磁關系的解釋主要有“壓磁效應”、“感應磁效應”和“膨脹磁效應”三種理論。最早對孕震過程引起的地磁異常變化的解釋是壓磁效應。國際上對壓磁效應的理論和實驗早有廣泛研究。由于受到壓力后巖石磁性變化的物理機理是清楚的，因此，人們期待著測出它所產生的磁場變化，用于地震預測。

地震是地球介質中的突發性剪切破壞（失穩），地震的孕育過程則是震源區的損傷過程。在損傷力學中用損傷變量D來刻畫介質的損傷程度，當D達到其閾值時，發生災變性破壞（地震）。巖石力學實驗發現：巖石進入損傷階段后，試件的加載變形模量小于卸載變形模量，二者的比值反映了材料的損傷程度.因此，加卸載響應比能夠刻畫震源區介質的損傷程度，從而可用于預測地震。地磁極值比的理論基礎是加卸載響應比理論[1]，地磁日變化的強弱用日變化幅度來表達，即日變化極大值與極小值比。地磁極值比異常提取等方法此前在遼寧地區已有一定的研究，如張穎等[2]曾通過應用地磁極值比方法對遼寧及鄰區地磁觀測資料進行分析， 選取了P(Z)為2.8的地磁極值比異常閾值，以此來研究遼寧及鄰區加卸載響應比，結果表明加卸載響應比是較好反應地下介質導電性的響應比P(Z)作為響應函數，以其時間變化和空間分布作為背景，對研究震前異常有較好的效果。郭曉燕等[3]曾利用相同方法對遼寧地區地磁資料進行分析，分析得出當遼寧地區P(Z)閾值選取為2.9時，加卸載響應比對遼寧地區ML4.0以上地震有較好的對應關系。雖然前人對遼寧地區地磁極值比閾值相關方法的研究已取得了一定的成果，對于震級的判定有較好的指數意義，但對與發震地點的判定卻存在較大的困難。

地磁低點位移是指地磁垂直分量日變極小值一般出現在地方太陽時12時前后，當地磁場受到外來因素的影響時，日變極小值將會偏離這個時間，這種偏離現象叫地磁日變極小值位移，即“地磁低點位移”。丁鑒海[4]等研究地磁低點位移現象認為一個大區域的地磁臺站低點時間明顯的與另一個大區域的臺站不同，突變分界線的異常大于兩小時，這種少見的異常現象與強震發生有較好的相關性，其發震日期為異常日后的第27天或41天前后4天，強震發震地區在低點位移分界線附近。通過前人對地磁地點位移的相關研究成果表明，地磁低點對于發震時間和發震地點的判定具有較好的指示意義。

2017年7月23日松原發生M4.9地震，此次地震距2013年11月23日吉林松原M5.8震群約90km，距離扶余—肇東斷裂4km。本文通過運用地磁極值比和地磁低點位移研究方法，對2017年發生的松原M4.9地震前東北及鄰區地磁觀測臺站數字化觀測資料進行綜合分析研究，以此來綜合分析松原M4.9地震前東北吉林區地磁異常變化，探究地磁多方法綜合運用在地震三要素預報方面的研究意義。

1　原理與計算方法

1.1　地磁極值比原理與計算方法

太陽以紫外線輻射和粒子流輻射兩種形式影響地球磁場，形成變化磁場，其中最主要的地磁場變化是太陽靜日變化Sq和磁暴場D的變化。由于地磁垂直分量Z與地下介質及其變化較其它地磁分量的關系更為密切，我們取Z分量作為計算Ds(z)的加卸載響應比又叫做地磁極值比：

其中，DS(z)為Z分量地磁擾動場的日變幅，下角標“+”表示加載，“-”表示卸載。

1.2　地磁低點位移原理與計算方法

以往對地磁“低點時間”現象研究多采用地磁垂直分量數據，由于研究區地磁記錄中磁場總強度F的資料相對完整，且地磁總強度F與地磁垂直分量Z存在以下關系。

其中I為磁偏角。地磁日變化極小值出現的時間稱為“低點時間”，東北地區地磁場低點時間一般在凌晨2—4時之間。地磁“低點位移分界線”是指某一天在某個范圍內，地磁日變極小值時間出現截然不同的2個（或2個以上）區域，其中每個區域內的極小值時間基本統一在某個時區內、各計算臺站之間時間差小于2小時，兩大區域之間的時差如果大于2小時以上構成的明顯分界線叫做地磁低點位移分界線。

2　地磁“低點時間”提取和判別標準

通過計算2017年6月東北地區10個分鐘值采樣率地磁臺站地磁低點位移，結果顯示2017年6月18日東北地區出現了以鐵嶺臺與三崗臺為明顯分界線的地磁低點位移異常(圖1)，利用地磁低點位移異常預測一次未來地震，發震的第一優勢時間為7月11日—19日，第二優勢時間為7月25日—8月2日，震中可能位于地磁低點位移分界線兩側300km范圍內。

圖1　2017年6月18日東北地區地磁低點位移異常分布圖Fig.1　 Abnormity distribution of geomagnetic low-point displacement in Northeast China on June 18th, 2017

3　東北地區地磁極值比異常提取

通過計算2017年4—7月內東北地區10個分鐘值采樣率地磁臺站Z分量日變幅極值比，結果顯示2017年4月27日三崗、德都、哈爾濱、滿洲里、錫林浩特地磁極值比明顯高于東北地區地磁極值比閾值（圖2）。

圖2　東北地區地磁極值比等值線分布圖Fig.2　 The contour map of the geomagnetic extreme value ratio in Northeast China

4　地磁低點位移法與地磁極值比法綜合分析

基于預測時間與預測區域有交集的思路，地磁低點位移與地磁極值比兩個方法的綜合預報結果表明：

（1）6月18日東北地區地磁低點位移異常表明7月11日—8月2日這一時間區間內東北遼吉交界地區存在中強地震的可能，4月27日地磁極值比高值異常表明東北地區未來6個月內閾值線附近存在中強地震的可能，兩種預報方法預報時間的交集為7月至8月。回溯7月23日松原M4.9地震來看發震時間在兩種預報方法的交集時間內。地磁低點位移預報時間更加接近發震時間。

（2）兩種地磁異常提取方法的預報區域交集（圖3）表明黑吉交界地區存在中強地震可能，回溯松原M4.9地震震中來看震中在交集區域內。

（3）極值比計算結果（表1）表明松原M4.9地震距離最近的臺站為三崗臺（震中距=159km），極值比最大的臺站為滿洲里臺（P(Z)=5.6）。

圖3　東北地區地磁極值比與地磁低點位移及震中分布圖Fig.3　 The geomagnetic extreme value ratio and the lowpoint displacement in Northeast China and the epicenter map

表1　東北地區地磁臺站加卸載響應比比值

5　結論與討論

通過對松原M4.9地震前地磁異常特征分析，得出如下幾點結論：

（1）震前地磁極值比多臺會出現超閾值的異常;

（2）震前地磁低點位移有異常存在;

（3）震前地磁極值比與地磁低點位移兩種異常分析手段同一區域出現后存在中強地震發生的可能性，地磁低點位移時間更加接近發震的時間;

（4）兩種預測方法綜合預測震中的效果較差，預測面積過大。由于利用多種方法綜合預報在東北地區震例較少，有待進一步探討和研究。

參考文獻:

[1]尹祥礎，等.2008.加卸載響應比20年及其展望[J]．國際地震動態，2008，352（4）：1-17.

[2]張穎，查楠，侯萬凱. 數字化地磁加卸載響應比異常特征與地震關系的研究[J]. 防災減災學報，2010，04：1-5.

[3]郭曉燕，賈麗華，賈曉東，等.遼寧地區地磁加卸載響應比方法應用研究[J].地震地磁觀測與研究，2010，06：28-31.

[4] 丁鑒海，車時，余素榮，等．地磁日變地震預報方法及其震例研究[M]．北京：地震出版社，2009．