玉树Ms7.1地震前地电场异常变化特征分析*

张小涛 陈化然 马新欣 刘晓灿 姚 丽 袁亚红

(1)河北省地震局邯郸中心台，邯郸 056001 2)中国地震局地球物理研究所，北京100086)

玉树Ms7.1地震前地电场异常变化特征分析*

张小涛1)陈化然2)马新欣2)刘晓灿2)姚 丽2)袁亚红2)

(1)河北省地震局邯郸中心台，邯郸 056001 2)中国地震局地球物理研究所，北京100086)

对玉树地震周围台站电场资料，在消除来自空间的各种辐射和各种高频突变干扰后，利用电场矢量方位角和振幅的时间序列与空间动态演化特征，讨论了玉树地震前电场异常变化特征，研究结果表明：玉树地震前4～35天成都、天水、拉萨、汉王、都兰、甘孜6个台站都出现了异常，而且异常出现的时间同步性较好，震前的7±3天之内有5个台站同步出现突变异常，异常幅度范围在15～400 mV/km。时间和空间特征异常在震前已出现，反映了异常来自震源区。

地电场;玉树7.1级地震;断裂带;动态演化;机理

1 引言

青海省玉树M7.1强震给国家和人民的生命财产造成了巨大损失，研究玉树地震的孕震机制和前兆成因等各项工作从很多方面展开，地震的电磁效应作为一项重要内容也开展了相关工作。

一般认为在地震震源区应力集中过程中，岩石受压产生张裂、错位及断裂等，导致大量微破裂的形成，从而引起各种各样的物理和化学现象，其中电磁辐射就是一种常见的物理现象。地电场受控于地球外部各种电流体系和地球内部的介质电性性质，蕴涵了丰富的电性结构及电流源信息［1-4］。青藏高原台站稀疏，监测能力相对较弱。鉴此，本文选用离玉树地震最近的8个地电台站的观测资料，对玉树地震前电场变化特征进行了研究。

8个台站分布在青海、云南、四川、甘肃、西藏5个省，所使用的台站仪器均为ZD9A型电场仪器，仪器都是在十五期间架设的，自2007年架设以来记录到了完整连续的电场资料。

2 构造背景和资料情况

玉树地震发生在青藏高原巴颜喀拉块体的中南部。近期，块体的西部附近发生过1996年喀喇昆仑7.1、1997年玛尼7.9级地震和2008年于田7.3级地震、中西部发生过2001年昆仑山口西8.1级地震;块体的东缘发生过2008年汶川8.0级地震。这些表明近20年来该块体的活动非常强烈。从断裂带来说，玉树地震发生在巴颜喀拉块体南部的金沙江-鲜水河断裂带，在甘孜-玉树段走向N70°W。巴颜喀拉块体北部的喀喇昆仑-嘉黎断裂带，平均水平滑动速率达10～11 mm/a。

3 分析方法

3.1 玉树地震前后电场矢量方位角的时间序列变化特征

图1是研究区8个台站2010年1月1日到5月14日电场矢量方位角θ的时间序列图，从图中可以看出各个台站的变化情况如下：

图1 玉树地震前后地电场矢量E的方位角θ的时间序列Fig.1 Time series of the azimuth θ of the E vector of telluric electric field before and after Yushu earthquake

1)成都台的电场矢量方位角从1月1日的102.2°快速上升到2月3日的154.8°，之后缓慢地上升到2月27日160.2°，然后开始迅速下降(3月6日88.4°)，经过一个持续的平稳状态，到玉树地震当天又有一个小的突变，地震后又开始处于下降过程，整个过程经历了上升-平稳-下降-平稳-突跳-发震的过程。

2)天水台的电场矢量方位角变化不是很明显，但是从3月2日的154.5°开始慢速上升，4月14日上升到179.4°，4月15日向下大幅突跳，然后又回到平稳状态，为平稳-上升-突跳-发震的过程。

3)拉萨台电场矢量方位角从1月1日—3月23日波动式上升，从60°左右上升到100°，然后平稳，4月11日、12日两天出现小幅的突跳，地震后(4月18日开始)出现明显的不稳定跳动，一直持续到5月13日，表现为上升-平稳-突跳-发震的过程。

4)汉王台的电场矢量方位角从2月13日开始上升到3月18日处于上升的阶段，3月19日、4月7日两次出现突跳，4月13日又开始上升，然后发震，震后方位角也还是上升，4月14日到20日从17°上升到25°，之后回落然后稳定在20°左右，但是变化不明显，经历了平稳-上升-突跳-发震的过程。

5)都兰台的电场矢量方位角在1月1—17日、2月3—11日、3月15—19日3个阶段出现上下20°左右的扰动，从3月26日到发震前一直下降，下降10°左右，震后继续大幅下降，到5月3日基本平稳，经历了平稳-突跳(扰动)-下降-发震的过程。

6)甘孜台的电场矢量方位角从2月11日开始从190°下降到4月10日的120°，4月11日快速上升，然后发震。经历了平稳-下降-发震的过程。

7)小庙台的记录数据从3月2日开始有陆续缺记的情况，但是总体还能看出平稳-下降-发震的过程。大武台数据缺记较多，地震前3月24日开始缺记，曲线的变化形态不明显。

总结以上的变化特征可知：玉树地震前电场矢量方位角总体表现出平稳-上升(下降)-突跳-发震的模式，一般上升(或者下降)出现在地震前的4～45天，其中成都、甘孜、天水都在3月1日前后2天同步出现大幅度异常变化。

3.2 玉树地震前后电场矢量方位角的空间动态演化特征

图2为玉树地震前后电场矢量方位角θ的动态演化图，其中图2(a)为玉树地震周围的断裂带分布情况，玉树地震用震源机制西瓜皮形式给出［5］(另一次地震是2010年4月17日8点58分发生在古拉山北缘断裂带上5.2级地震)。由于篇幅限制，本文挑选了前期时间间隔为1个月，临震前间隔5天的动态演化结果，作为示意图展示电场矢量的空间动态演化特征。图中箭头方向表示计算出的电场矢量方向，三角形表示台站的位置，可以看出台站基本分布在地震的周围，箭头指向表示电场矢量方向。

成都台在3月31日之前电场的方向基本上指向东南方向，即基本跟龙门山断裂带垂直的方向，到4月14日震前方向指向正东，转动了大约45°，且震后电场矢量方向继续逆时针转向，到5月13日指向了东北，地震前后电场的方位角转动了近90°。

拉萨台相对与玉树地震有660 km，但是拉萨台的电场矢量方向变化也非常明显，由1月的东北方向到4月14日顺时针转到东偏南方向，地震后又迅速地指向正南。

天水和汉王两台的电场虽然都有变化，变化幅度较小，但从空间的动态变化图还是能看出天水台的电场矢量方位角是用东南方向逐渐的指向正南，汉王台震前的变化不明显，震后矢量方位角变大。

都兰台震前在震前方位角有3次突跳外，震前的趋势变化也能看出来，震前方位角开始逆时针变小，即方向有东偏南转向北偏东，震后更是大幅的逆时针向北偏转，震前震后偏转了大约45°。

甘孜台是距离玉树地震最近的台站，台站正好位于发震的甘孜-玉树断裂带上。甘孜台的电场方位角在2月1日之前约为190°，之后方位角逐渐开始逆时针变化，4月9日指向135°，4月14日顺时针转到了170°，震后指又逆时针基本稳定在135°，地震前后旋转了约55°。小庙台的电场方位角4月9日之前基本比较稳定(约135°)，之后方位角开始逆时针旋转，4月14日转到80°，之后继续逆时针旋转到0°，震前变化了约55°。震后变化了80°。

大武台由于数据缺失较多，矢量方向的变化不再讨论。

一般认为，地震前除了电场的矢量方向θ发生变化外，电场的矢量振幅也同样发生变化，本文在计算电场的矢量振幅时为了消除突跳造成的干扰，使用中值法提取数据。图3给出了玉树地震前后研究区内8个台站大地电场矢量振幅|E|的时间序列变化(时间是2010年1月1日—5月14日)。图3表明，玉树地震前8个台站除小庙和大武由于数据缺失不能完全显示变化特征外，其他6个台站在玉树地震前都发生了明显的变化，成都台在震前35天和15天两次出现突变，变化幅度达到15 mV/km;天水在震前4天也突然下降，下降幅度达到60 mV/km，恢复中发震;拉萨台在3月20开始突然上升，而且在震前9天连续2天出现突跳，突跳幅度达到200 mV/km，汉王台也在地震前30天出现2天出现突跳，幅度为100 mV/km;都兰台的变化更加明显，从方位角的变化来看都兰的不明显，但是从矢量的振幅来看却非常明显，地震前15天出现台阶性突变，变化的幅度高达400 mV/km;甘孜台处于发震断裂带上，随着断层作用力的积累，电场矢量的振幅逐渐的升高，再4月1日也出现了小幅突变，到4月6日达到最高点，整个上升幅度为150 mV/km，然后开始下降，下降到第8天发震。

从电场矢量振幅变化分析可知，成都、天水、拉萨、汉王、都兰、甘孜6个台站都在玉树地震前4～35天内出现异常，而且出现时间同步性较好，震前的7±3天之内有5个台站同步出现突变异常，异常幅度范围在15～400 mV/km。从方位角变化和振幅变化的突变来分析，方位角的突变要比振幅的异常突变提前几天，这说明方位角对地震的孕震过程更加灵敏。

图2 玉树地震前后地电场矢量E的方位角θ空间动态演化Fig.2 Spatial dynamic evolution of the azimuth θ of the E vector of telluric electric field before and after Yushu earthquake

图3 玉树地震前后地电场矢量E的振幅E的时间序列变化特征Fig.3 Time series variation of the amplitudeE of the E vector of telluric electric field before and after Yushu earthquake

4 初步认识

1)玉树地震前电场矢量方向的时间序列表现出平稳-上升(下降)-突跳-发震的模式，一般上升(或者下降)出现在地震前的4～45天。

2)从电场矢量振幅变化特征可知，在玉树地震前4～35天成都、天水、拉萨、汉王、都兰、甘孜6个台站都出现异常，而且出现的时间同步性较好，震前的7±3天之内有5个台站同步出现突变异常，异常幅度范围在15～400 mV/km。时间和空间特征异常在震前4～35天形成，且方位角的异常出现要比振幅异常出现的时间提前，提前的时间跟台站有关，提前时间一般不到10天，反映异常来自震源区，而不是台站附近构造或干扰因素作用的结果。

4)震前电场矢量方位角和幅度异常变化跟震中距有关，震中距越近方位角变化的幅度越大;同时跟台站的位置有关，离断裂带越近变化的幅度越大，异常变化出现的时间越早。

1 关华平，刘桂萍.震前电磁辐射异常与地震关系研究［J］.地震学报，1995，17(2)：237-246.

2 毛桐恩，等.地震过程中的大地电场变化特征［J］.地球物理学报，1999，42(4)：519-528.

3 Varotsos P and Lazaridou M.Latest aspects of earthquake prediction in Greece based on seismic electric signals［J］.Toctonophysics，1991，188：321-347.

4 赵玉林，等.电测量在中国地震预报中的应用［J］.地震地质，200l，23(2)：277-285.

5 http：//www.csi.ac.cn/manage/html/4028861611c5c2ba 0111c5c558b00001/_content/10_04/15/.html.

PRELIMINARY ANALYSIS OF CHARACTERISTICS OF ANOMALOUS VARIATION OF GEOELECTRIC FIELD BEFORE YUSHU Ms7.1 EARTHQUAKE

Zhang Xiaotao1)，Chen Huaran2)，Ma Xinxin2)，Liu Xiaocan2)，Yao Li2)and Yuan Yahong2)

(1)Central Seismostation of Handan，Handan 056001 2)Institute of Geophysics，China Earthquake Administration，Beijing 100081)

Through analysis and research on the telluric electric field data around the Yushu earthquake，the anomalous characteristics of the telluric electric field vector are extracted by the use of time series and spatial dynamic evolution of the telluric electric field vector azimuth and amplitude，in which some variation caused by the solar activity，such as radiation，particle wind and so on and the high-frequency abrupt disturbances are eliminated.We preliminarily studied the characteristics of the anomalous variation of telluric electric field prior to this quake and obtained folowing knowledges：the anomalous vector amplitude appeared 4-35 days before Yushu earthquake in Chengdu，Tianshui，Lhasa，Hanwang，Dulan，Ganzi seismic stations，and their occurrence time as well synchronistical.The abrupt anomaly synchronously occurred at five seismic stations 7±3 days before the earthquake，the amplitude range is 15-400 mv/km.The temporal and spatial anomaly appeared before the earthquake，and show that the anomalies come from the hypocenter.

telluric electric field;YushuMs7.1 earthquake;fault zone;dynamic evolution;mechanism

1671-5942(2011)Supp.-0038-05

2011-02-03

中央级公益性科研院所基本科研业务专项：华北地区电磁场动态演化特征研究

张小涛，男，山东博兴人，1978年生，硕士，主要从事地震监测和电磁学研究.E-mail：zxt.12@163.com

P315.72+8

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