2017年全國地磁垂直強度極化方法震例研究

李 霞 馮麗麗 趙玉紅 劉 磊 茍智棟

（中國西寧810001 青海省地震局）

近年來已有研究表明，巖石破裂時ULF（超低頻）頻段的磁場會發生變化，且臨近破裂時巖石附近磁場強度會出現短周期前兆變化，地磁垂直強度極化方法是目前地震磁擾動定量分析中機理明確、處理手段成熟且異常信息提取能力較強的方法之一。該方法基于譜分析，將磁場垂直分量Z和水平分量（H或G）的頻譜振幅相比較。大量數值模擬結果表明，一次源來自地殼內頻率1 Hz 上下的磁信號垂直分量幅度比水平分量大，其比值大于1，利用二者的比值即可在突出巖石圈異常信號的同時抑制外源場的電磁信號。地磁垂直強度極化法現已成為研究熱點，利用該方法在1993 年日本關島8.0 級地震、2008 年巖手—宮城7.2級地震、2004—2007 年喀什地震、2009 年賓川5.0 級地震、2017 年阿拉善5.0 級地震等一系列地震發生前均提取到顯著震磁異常信號。

采用全國65 個地磁臺站的觀測資料，將垂直強度極化逐日序列進行傅氏擬合，以便去除年變周期影響，以殘差的二倍均方差為異常判據，針對每個臺站的極化時序曲線提取異常信息，并將異常期間所有異常臺站的異常值進行歸一化處理，繪制空間等值線圖。基于異常判據指標，分析垂直強度極化異常的空間演化特征。通過梳理2017 年的計算結果，發現西藏米林MS6.9 地震前，全國地磁觀測資料出現大范圍同步極化異常現象（圖1，圖2），具體體現在：自2017 年10 月30 日起，異常臺站數據曲線呈現單峰或雙峰的高值形態，異常持續3 天，在平靜2 天后再次出現高值異常現象，持續4 天；高值異常重復出現地區位于中國大陸西部，尤其是青藏高原巴顏喀拉和羌塘塊體交界處，異常分布面積具有增大—收縮—消失—增大—消失的演化過程；異常過程持續9 天，并于19 天后發生西藏米林MS6.9 地震，震中位于閾值線5 km 處。本次異常結果排除計算數據與高空電離層影響，具有一定客觀存在性。

圖1 2017 年10 月31 日地磁垂直強度極化異常空間展布Fig.1 Spatial distribution characteristics of geomagnetic vertical intensity polarization anomaly on October 31,2017

圖2 2017 年11 月6 日地磁垂直強度極化異常空間展布Fig.2 Spatial distribution characteristics of geomagnetic vertical intensity polarization anomaly on November 6,2017

綜合分析認為，地磁垂直強度極化高值異常與外源場無關，反映了地下電磁信號的變化。當地質塊體在應力環境改變而發生或即將發生位移時，附近會產生臨時感應電流，但受到地下介質的橫向非均質性的影響，感應磁場發生變化，且表現形式多樣化，在閾值線附近會表現出不同相位、不同幅度的變化形態，而地震也往往會發生在閾值線附近。但是，由于地震孕育過程的復雜性，極化異常與地震的發生并非一一對應；其次，受地磁臺站布設間距的限制，導致臺站出現異常的概率不同，故不能用單一震例提取的震磁異常作為地磁垂直強度極化方法的共性特征。隨著時間的推進和資料的積累，判據指標及預測規則將得到進一步完善，期望未來能在實際地震預測工作中體現參考價值。