地磁加卸載響應(yīng)比在東北地區(qū)中強(qiáng)地震映震關(guān)系分析

岳 力，賈秀玲，張彥吉，王海濤，胡瀾繽，陳林楠

（通河地震臺(tái)，黑龍江 哈爾濱，150900）

0 引言

地磁臺(tái)觀測到的磁場信息包括穩(wěn)定磁場和變化磁場，異常磁場變化疊加在地磁穩(wěn)定磁場的長期變化之上，包括疊加在地磁的日變化上，可由地磁日變化中提取，疊加在地磁場的短周期變化之上，可由地磁短周期變化中提取。由于區(qū)域應(yīng)力場的作用，應(yīng)力的不斷加強(qiáng)，導(dǎo)致地震區(qū)地下電導(dǎo)率的變化，因此，通過應(yīng)磁效應(yīng)等途徑產(chǎn)生的附加磁場也會(huì)隨之發(fā)生變化，這種變化可能在地磁日變幅度觀測上有所反應(yīng)，使日變幅度發(fā)生異常變化，由于地磁垂直分量比較其它的地磁分量更能體現(xiàn)與地下介質(zhì)及其變化。所以采用地磁Z分量日變幅數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，盡可能得減少電磁暴、磁擾等自然干擾，提取有用的數(shù)據(jù)，有可能獲得臨震前的異常［1-2］。

1 資料選用

本文利用東北地區(qū)（黑龍江省、吉林省、遼寧省、內(nèi)蒙古自治區(qū)）的哈爾濱臺(tái)、三崗臺(tái)、通河臺(tái)等12個(gè)地磁觀測臺(tái)，其中大連臺(tái)、德都臺(tái)、三崗臺(tái)、滿洲里臺(tái)使用地磁觀測儀器為FHDZ-M15型；通河臺(tái)、通化臺(tái)、朝陽臺(tái)、鐵嶺臺(tái)、營口臺(tái)、哈爾濱臺(tái)、望奎臺(tái)、錫林浩特臺(tái)使用地磁觀測儀器為FHD-2型。上述臺(tái)站觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量較好，數(shù)據(jù)可靠性較高。

本文通過收集2008—2017年東北地區(qū)歷史M5.0以上地震目錄（黑龍江省數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)測定），應(yīng)用加卸載響應(yīng)比方法對上述地磁觀測臺(tái)站地磁Z分量日變幅數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，為東北地區(qū)今后的震情跟蹤及研判提供依據(jù)。

2 計(jì)算原理和方法

地球自轉(zhuǎn)使太陽的紫外輻射對地球每天加卸載一次，其地磁效應(yīng)即是；太陽暴風(fēng)粒子流輻射的地磁效應(yīng)就是全球同時(shí)發(fā)生的磁暴現(xiàn)象，由統(tǒng)計(jì)可知，平均大約5～6天地球便會(huì)被太陽高速暴風(fēng)粒子流加卸載一次。考慮到地震是一種非線性失穩(wěn)現(xiàn)象，在孕震區(qū)地下介質(zhì)系統(tǒng)由穩(wěn)態(tài)變?yōu)榉欠€(wěn)態(tài)的過程中，介質(zhì)的物理性質(zhì)，其中包括電導(dǎo)率將會(huì)發(fā)生相應(yīng)的反應(yīng)。因而可以認(rèn)為，不同的地磁測點(diǎn)，穩(wěn)定地區(qū)和非穩(wěn)定地區(qū)暴時(shí)擾日變化不同，同一地磁測點(diǎn)非穩(wěn)定時(shí)期暴時(shí)擾日變化與正常時(shí)期的變化又不同。因此，可通過計(jì)算地磁加卸載響應(yīng)比P（Z） 值來得到其異常信息。地磁垂直分量Z與地下介質(zhì)及其變化較其它地磁分量的關(guān)系更密切，因此可以取Z分量作為計(jì)算Ds（Z）的加卸載響應(yīng)參量： P（Z）=Ds（Z）+/Ds（Z）- 式中，Ds（Z）為Z分量地磁擾動(dòng)場的日變幅。標(biāo)志“+”表示加載；標(biāo)志“-”表示卸載。在實(shí)際運(yùn)用中可將地磁場垂直分量日變幅ΔZ+和ΔZ-看作是太陽風(fēng)對地磁場的加載和卸載，此時(shí)計(jì)算公式可簡化為：P（Z）= ΔZ+/ΔZ-［3-4］。

3 東北地區(qū)地磁Z分量日變幅加卸載響應(yīng)比應(yīng)震分析

東北地區(qū)已發(fā)生的中強(qiáng)地震前，地磁場有異常的波動(dòng)，說明在震前各地震臺(tái)站及周邊地區(qū)的磁場發(fā)生變化，反映出震前地磁異常現(xiàn)象是客觀存在的。地磁Z分量日變幅加卸載響應(yīng)比方法利用較好反映地下介質(zhì)導(dǎo)電性的響應(yīng)比P（Z） 作為響應(yīng)函數(shù)，以其正常情況下的時(shí)間變化和空間分布作為背景，研究由于電導(dǎo)率變化引起的加卸載響應(yīng)比異常與地震的關(guān)系。本文采用數(shù)據(jù)為：哈爾濱臺(tái)、朝陽臺(tái)、德都臺(tái)、滿洲里臺(tái)、三崗臺(tái)、鐵嶺臺(tái)、通河臺(tái)、通化臺(tái)、大連臺(tái)、營口臺(tái)、望奎臺(tái)、錫林浩特臺(tái)地磁觀測數(shù)據(jù)中Z分量日變幅。計(jì)算上述12個(gè)臺(tái)站2008—2017年地磁Z分量日變幅加載響應(yīng)比，結(jié)合東北地區(qū)歷史同期發(fā)生的震級(jí)M≥5.0震例（表1），并將加卸載響應(yīng)比閥值確定為P（Z）=3.30，能更好的反映加卸載響應(yīng)比異常與映震的關(guān)系。

本文論證異常判斷認(rèn)為，如果出現(xiàn)三個(gè)及以上臺(tái)站地磁日變幅加卸載響應(yīng)比P（Z）≥3.30的異常高值出現(xiàn)，說明日變化遠(yuǎn)小于正常日變幅度，或者正常日變化基本消失，則該異常高值為前兆異常的可能性較大，并此進(jìn)行四組震例對比分析。

表1 2008—2017年東北地區(qū)M≥5.0地震目錄

第一組分析，2008年6月10日內(nèi)蒙古自治區(qū)阿榮旗發(fā)生M5.2地震，2008年3月2日滿洲里臺(tái)、德都臺(tái)、三崗臺(tái)、錫林浩特臺(tái)、鐵嶺臺(tái)地磁Z分量加卸載響應(yīng)比出現(xiàn)高值3.30以上的異常現(xiàn)象，異常高值至發(fā)震時(shí)間為100天，發(fā)震地點(diǎn)位于上述異常臺(tái)站合圍區(qū)域邊緣范圍內(nèi) （圖 1）。

圖1 第一組震中分布圖與異常高值臺(tái)站相對位置Fig.1 The relative position of the first group of the epicentral distribution map and the abnormal high value station

第二組分析，2013年01月23日遼寧省燈塔縣發(fā)生M5.1級(jí)地震，2012年10月10日滿洲里臺(tái)、德都臺(tái)、望奎臺(tái)、通河臺(tái)、三崗臺(tái)、錫林浩特臺(tái)、鐵嶺臺(tái)、朝陽臺(tái)、營口臺(tái)、大連臺(tái)地磁Z分量加卸載響應(yīng)比出現(xiàn)高值3.30以上的異常現(xiàn)象，異常高值至發(fā)震時(shí)間為105天，發(fā)震地點(diǎn)位于上述異常臺(tái)站合圍區(qū)域范圍內(nèi)（圖 2）。

圖2 第二組震中分布圖與異常高值臺(tái)站相對位置Fig.2 The relative position of the second group of the epicentral distribution map and the abnormal high value station

第三組分析，2013年06月20日內(nèi)蒙古自治區(qū)莫力達(dá)瓦旗發(fā)生M5.0級(jí)地震，2013年03月18日滿洲里臺(tái)、德都臺(tái)、錫林浩特臺(tái)地磁Z分量加卸載響應(yīng)比出現(xiàn)高值3.30以上的異常現(xiàn)象，異常高值至發(fā)震時(shí)間為94天；2013年06月03日德都臺(tái)、望奎臺(tái)、通河臺(tái)地磁Z分量加卸載響應(yīng)比出現(xiàn)高值3.30以上的異常現(xiàn)象，異常高值至發(fā)震時(shí)間為13天，發(fā)震地點(diǎn)位于上述異常臺(tái)站合圍區(qū)域及合圍區(qū)邊緣200 km范圍內(nèi)，在半年內(nèi)出現(xiàn)兩次異常高值，并在合圍區(qū)有重合或相鄰地區(qū)（圖3）。

圖3 第三組震中分布圖與異常高值臺(tái)站相對位置Fig.3 The relative position of the third group of the epicentral distribution map and the abnormal high value station

第四組分析，2013年10月31日—11月23日吉林省乾安縣、前郭爾羅斯自治縣連續(xù)發(fā)生M5.0級(jí)以上地震5次，其中最大地震震級(jí)為M5.8級(jí)。2013年07月02日滿洲里臺(tái)、德都臺(tái)、望奎臺(tái)、通河臺(tái)、錫林浩特臺(tái)地磁Z分量加卸載響應(yīng)比出現(xiàn)高值3.30以上的異常現(xiàn)象，異常高值至發(fā)震時(shí)間為121天；2013年10月1日三崗臺(tái)、鐵嶺臺(tái)、朝陽臺(tái)、營口臺(tái)地磁Z分量加卸載響應(yīng)比出現(xiàn)高值3.30以上的異常現(xiàn)象，異常高值至發(fā)震時(shí)間為30天，發(fā)震地點(diǎn)位于上述異常臺(tái)站合圍區(qū)域及合圍區(qū)邊緣200 km范圍內(nèi)，在半年內(nèi)出現(xiàn)兩次異常高值，并在合圍區(qū)有重合或相鄰地區(qū)（圖4）。

圖4 第四組震中分布圖與異常高值臺(tái)站相對位置Fig.4 The relative position of the fourth group of the epicentral distribution map and the abnormal high value station

4 結(jié)論與討論

（1）東北地區(qū)大部分M5.0級(jí)以上地震震前地磁場有異常波動(dòng)，說明震前各地磁臺(tái)站及周圍地區(qū)的磁場發(fā)生變化，從而反映地磁異常現(xiàn)象是客觀存在的，經(jīng)上述四組震例分析，地磁異常對應(yīng)地震的時(shí)間一般為震前半年內(nèi)。

（2） 從四組震例分析得出地震均發(fā)生在異常臺(tái)站合圍區(qū)域及合圍區(qū)邊緣200 km范圍內(nèi)。如果在半年內(nèi)出現(xiàn)兩次異常高值，合圍區(qū)有重合或相鄰地區(qū)，則該地區(qū)發(fā)生地震的可能性更高。

（3） 三個(gè)以上臺(tái)站地磁Z分量加卸載響應(yīng)比異常高值超過3.30以上的高值現(xiàn)象，可判定為異常，需要對異常臺(tái)站合圍區(qū)域及合圍區(qū)邊緣200 km范圍內(nèi)密切關(guān)注，并結(jié)合東北地區(qū)前兆資料分析，綜合分析異常信息，以便得到更充分、全面的預(yù)測結(jié)果。