地磁低點位移異常與地震預測

楊興悅 王 燕 王偉全 道 偉 馬 婧

1 蘭州地球物理國家野外科學觀測研究站,蘭州市劉家坪1號,730046 2 甘肅省地震局,蘭州市東崗西路450號,730000

地震的孕育過程極其復雜。學者們在一些中強地震前觀測到地震地磁異常現象,并對異常機理進行了定性或定量研究[1-4],形成地磁低點位移、加卸載響應比、空間相關法、諧波振幅比等多種地震地磁異常預報方法[4],其中地磁低點位移是地震短臨預測的有效方法之一[2-8]。

基于目前對地磁低點位移異常與地震關系的研究認為,強震發生在地磁低點位移異常分界線附近,但就中國大陸而言,低點位移異常分界線長度可達幾千km,地震預測預報的發震地點范圍較大,對于強震發生地點的判斷仍存在困難。本文將強震前可能出現的多次低點位移異常分界線進行疊加,以縮小發震地點的預測范圍。

1 地磁低點位移異常定義與預測規則

地磁垂直分量(Z分量)日變化信息常用地磁臺站記錄的日變化極大值、極小值及其出現時間和幅度大小來表示,以極大值和極小值、極大值時間和極小值時間及其差來描述Z分量的變化情況,其中極小值時間稱為地磁低點時間。我國處于中低緯度地區,在地磁靜日地磁Z分量的日變化形態呈類似V字形,日變化極小值時間隨經度變化,不隨緯度變化,一般情況下出現在當地時間12時左右,并且隨經度由東向西延遲4 min/°,因此地磁低點時間在空間上總體呈緩變趨勢[3]。地磁低點位移是指在一個區域記錄的低點時間與另一區域的低點時間有明顯差別,且2個區域之間的低點時間在不考慮經度效應的情況下相差2 h以上,每個區域的低點時間差別不明顯,呈緩慢變化,該異常現象稱為地磁低點位移異常。將正常低點臺站與突變低點臺站中點的連線進行平滑,得到異常分界線,即2個區域之間低點位移突變分界線,稱為低點位移異常分界線[9]。

在上述規則基礎上,研究中國大陸地區地磁低點位移異常與5級以上地震的關系,并在發震時間、發震地點和地震強度等方面對低點位移異常與地震關系的對應規則進行進一步細化。時間上,低點位移異常出現后2個月內發生的地震視為對應,超出2個月則視為不對應;地點上,6級以下強震震中距低點位移異常分界線300 km以內視為對應,6級以上強震震中距低點位移異常分界線不超過350 km視為對應,否則視為不對應。

2 地磁低點位移異常與地震關系

選取2013～2022年中國大陸地區5級以上地震作為研究對象,地震發生后2個月內的5級以上余震不作統計,雙震按1次地震事件統計,共得到MS≥5.0地震160次。2013～2022年共出現低點位移異常408次(去除中國大陸境外5級以上地震對應異常),對應地震(出現異常并發生地震)共132次,異常對應率(有震異常次數/總異常次數)為32.4%;虛報地震(出現異常而未發生地震)共276次,異常虛報率(虛報次數/總異常次數)為67.6%;漏報地震(發生地震而未出現異常)共72次,地震漏報率(漏報次數/總地震次數)為45.0%;報對地震(地震前至少出現1次異常)共88次,地震預測率(報對地震次數/總地震次數)為55.0%。

在異常對應較好的88次地震中,46次地震前出現了1次低點位移異常,42次地震前出現2次或多次低點位移異常。同時,1次低點位移異常出現后發生2次地震的情況出現29次,發生3次地震的情況7次,發生4次地震的情況1次。研究還發現,將地震前出現的多條異常分界線疊加到同一幅底圖上,多條異常分界線會形成1個或多個交匯點,地震往往發生在低點位移分界線的交匯點附近。因此,低點位移分界線交匯點附近區域是地震短臨預報的重點區域,可綜合活動構造斷裂分布、歷史大地震情況、中長期預測強震潛在危險區及年度全國地震危險區,分析研判未來可能發震的區域,大幅縮小地磁低點位移方法預測地震震中的范圍。

3 地磁低點位移異常典型震例

選擇2020-07-23西藏尼瑪6.6級、2021-03-19西藏比如6.1級、2022-01-08青海門源6.9級3次近年震級較大的地震進行研究。

3.1 2020-07-23西藏尼瑪6.6級地震

對2020-05～07全國地磁Z分量觀測資料進行分析,認為2020-07-23西藏尼瑪6.6級地震前2個月內出現2次明顯的地磁低點位移異常,分別為2020-06-28和2020-06-30,其中第1次異常出現時間距離發震25 d,第2次距離發震23 d,西藏尼瑪6.6級地震震中距離2條異常分界線的垂直距離分別為25 km和175 km。地磁低點位移異常分界線疊加結果如圖1所示,2條異常分界線疊加到同一底圖上形成2個交匯區,區域①位于青藏高原羌塘地塊的依布茶卡-日干配錯斷裂附近,地質構造復雜,歷史上強震頻發;區域②位于花海-金塔盆地西南緣,該盆地較為穩定,1933～1952年發生過3次5.25級地震。

圖1 西藏尼瑪6.6級地震前地磁低點位移異常分界線疊加

3.2 2021-03-19西藏比如6.1級地震

對2021-01～03全國地磁Z分量觀測資料進行分析,認為2021-03-19西藏比如6.1級地震前2個月內出現3次地磁低點位移異常,分別為2021-01-19、2021-01-30、2021-02-07,異常出現時間分別距離發震59 d、48 d、40 d,西藏比如6.1級地震震中距離3條異常分界線的垂直距離分別為190 km、190 km、317 km。地磁低點位移異常分界線疊加結果如圖2所示,3條異常分界線疊加到同一底圖上形成1個交匯區,該區域位于青藏高原羌塘地塊內的安多南斷裂附近,地質構造復雜,歷史上發生多次強震。

圖2 西藏比如6.1級地震前地磁低點位移異常分界線疊加

3.3 2022-01-08青海門源6.9級地震

對2021-12～2022-01全國地磁Z分量觀測資料進行分析,認為2022-01-08青海門源6.9級地震前2個月出現3次明顯的地磁低點位移異常,分別為2021-11-29、2021-12-28、2021-12-30,異常出現時間分別距離發震40 d、11 d、9 d,青海門源6.9級地震震中距離3條異常分界線的垂直距離分別為64 km、300 km、66 km。地磁低點位移異常分界線疊加結果如圖3所示,3條異常分界線疊加到同一底圖上形成3個交匯區,區域①位于青藏高原北緣的冷龍嶺斷裂及武威-天祝斷裂附近,地質構造復雜,歷史上強震頻發;區域②位于雅布賴斷裂附近,該斷裂為不活動斷裂,歷史上未發生5級以上地震;區域③位于鄂爾多斯塊體內,歷史上未發生5級以上地震。

圖3 青海門源6.9級地震前地磁低點位移異常分界線疊加

4 討 論

據統計,2013～2022年共132次地磁低點位移異常較好地對應了88次5級以上地震,其中1次異常出現后發生2次地震的情況共29次,發生3次地震的情況共7次,發生4次地震的情況1次。因此,即使地磁低點位移異常出現后發生了1次對應地震,異常線附近還有發生地震的可能。另外,本文地磁低點位移對應率低,虛報及漏報率較高,主要原因是新疆、西藏、內蒙古及東北地區地磁臺站稀疏,且新疆及東北地區冬季極寒天氣引起的地磁低點位移異常次數較多。2017-07-05新疆地區地磁低點位移出現了明顯異常,如果將異常臺站的連線作為低點位移分界線,則該異常可對應2017-08-09新疆精河6.6級地震(圖4)。但按照本文地磁低點位移異常的定義與預測規則,該異常算作虛報地震,精河地震也算作漏報地震。因此,地磁低點位移異常線的定義規則尤其重要。

圖4 新疆精河6.6級地震前地磁低點位移異常

5 結 語

1)利用國家地磁臺網中心產出的地磁觀測資料,研究2013～2022年中國大陸地區160次5級以上地震,統計了408次地磁低點位移異常發現,132次異常后發生了地震,異常對應率為32.4%;虛報地震276次,異常虛報率為67.5%;漏報地震72次,地震漏報率為48.1%;報對地震88次,地震預測率為55.0%。其中,46次地震前出現了1次低點位移異常,42次地震前出現2次或多次低點位移異常。2013～2022年共出現41次磁暴現象,其中3次磁暴當天地磁低點位移異常發生對應地震,但震級無規律;2次磁暴當天地磁低點位移異常未發生對應地震。經統計,地磁低點位移異常主要出現在磁靜日。

2)利用地磁低點位移方法將地震前出現的多條異常分界線疊加到同一底圖上,會形成1個或多個交匯區,可綜合活動構造斷裂分布、歷史大地震情況、中長期預測強震潛在危險區及年度全國地震危險區,分析研判未來發震區域。本文通過研究2020-07-23西藏尼瑪6.6級、2021-03-19西藏比如6.1級、2022-01-08青海門源6.9級3次6級以上強震發現,3次地震前2個月均出現2次或2次以上地磁低點位移異常,地震發生在其中一個異常分界線交匯區附近。本文研究結果縮小了地磁低點位移異常對發震地點的預測范圍,具有實際意義。

致謝：本文數據來源于中國地震局地球物理研究所國家地磁臺網中心,在此表示感謝!