松原M 4.9地震地磁异常特征研究

2018-04-03张志宏李梦莹黄明威

防灾减灾学报 2018年1期

张丽，张志宏, 李梦莹，黄明威

（辽宁省地震局，辽宁沈阳 110034）

0　引言

目前对震磁关系的解释主要有“压磁效应”、“感应磁效应”和“膨胀磁效应”三种理论。最早对孕震过程引起的地磁异常变化的解释是压磁效应。国际上对压磁效应的理论和实验早有广泛研究。由于受到压力后岩石磁性变化的物理机理是清楚的，因此，人们期待着测出它所产生的磁场变化，用于地震预测。

地震是地球介质中的突发性剪切破坏（失稳），地震的孕育过程则是震源区的损伤过程。在损伤力学中用损伤变量D来刻画介质的损伤程度，当D达到其阈值时，发生灾变性破坏（地震）。岩石力学实验发现：岩石进入损伤阶段后，试件的加载变形模量小于卸载变形模量，二者的比值反映了材料的损伤程度.因此，加卸载响应比能够刻画震源区介质的损伤程度，从而可用于预测地震。地磁极值比的理论基础是加卸载响应比理论[1]，地磁日变化的强弱用日变化幅度来表达，即日变化极大值与极小值比。地磁极值比异常提取等方法此前在辽宁地区已有一定的研究，如张颖等[2]曾通过应用地磁极值比方法对辽宁及邻区地磁观测资料进行分析，选取了P(Z)为2.8的地磁极值比异常阈值，以此来研究辽宁及邻区加卸载响应比，结果表明加卸载响应比是较好反应地下介质导电性的响应比P(Z)作为响应函数，以其时间变化和空间分布作为背景，对研究震前异常有较好的效果。郭晓燕等[3]曾利用相同方法对辽宁地区地磁资料进行分析，分析得出当辽宁地区P(Z)阈值选取为2.9时，加卸载响应比对辽宁地区ML4.0以上地震有较好的对应关系。虽然前人对辽宁地区地磁极值比阈值相关方法的研究已取得了一定的成果，对于震级的判定有较好的指数意义，但对与发震地点的判定却存在较大的困难。

地磁低点位移是指地磁垂直分量日变极小值一般出现在地方太阳时12时前后，当地磁场受到外来因素的影响时，日变极小值将会偏离这个时间，这种偏离现象叫地磁日变极小值位移，即“地磁低点位移”。丁鉴海[4]等研究地磁低点位移现象认为一个大区域的地磁台站低点时间明显的与另一个大区域的台站不同，突变分界线的异常大于两小时，这种少见的异常现象与强震发生有较好的相关性，其发震日期为异常日后的第27天或41天前后4天，强震发震地区在低点位移分界线附近。通过前人对地磁地点位移的相关研究成果表明，地磁低点对于发震时间和发震地点的判定具有较好的指示意义。

2017年7月23日松原发生M4.9地震，此次地震距2013年11月23日吉林松原M5.8震群约90km，距离扶余—肇东断裂4km。本文通过运用地磁极值比和地磁低点位移研究方法，对2017年发生的松原M4.9地震前东北及邻区地磁观测台站数字化观测资料进行综合分析研究，以此来综合分析松原M4.9地震前东北吉林区地磁异常变化，探究地磁多方法综合运用在地震三要素预报方面的研究意义。

1　原理与计算方法

1.1　地磁极值比原理与计算方法

太阳以紫外线辐射和粒子流辐射两种形式影响地球磁场，形成变化磁场，其中最主要的地磁场变化是太阳静日变化Sq和磁暴场D的变化。由于地磁垂直分量Z与地下介质及其变化较其它地磁分量的关系更为密切，我们取Z分量作为计算Ds(z)的加卸载响应比又叫做地磁极值比：

其中，DS(z)为Z分量地磁扰动场的日变幅，下角标“+”表示加载，“-”表示卸载。

1.2　地磁低点位移原理与计算方法

以往对地磁“低点时间”现象研究多采用地磁垂直分量数据，由于研究区地磁记录中磁场总强度F的资料相对完整，且地磁总强度F与地磁垂直分量Z存在以下关系。

其中I为磁偏角。地磁日变化极小值出现的时间称为“低点时间”，东北地区地磁场低点时间一般在凌晨2—4时之间。地磁“低点位移分界线”是指某一天在某个范围内，地磁日变极小值时间出现截然不同的2个（或2个以上）区域，其中每个区域内的极小值时间基本统一在某个时区内、各计算台站之间时间差小于2小时，两大区域之间的时差如果大于2小时以上构成的明显分界线叫做地磁低点位移分界线。

2　地磁“低点时间”提取和判别标准

通过计算2017年6月东北地区10个分钟值采样率地磁台站地磁低点位移，结果显示2017年6月18日东北地区出现了以铁岭台与三岗台为明显分界线的地磁低点位移异常(图1)，利用地磁低点位移异常预测一次未来地震，发震的第一优势时间为7月11日—19日，第二优势时间为7月25日—8月2日，震中可能位于地磁低点位移分界线两侧300km范围内。

图1　2017年6月18日东北地区地磁低点位移异常分布图Fig.1　 Abnormity distribution of geomagnetic low-point displacement in Northeast China on June 18th, 2017

3　东北地区地磁极值比异常提取

通过计算2017年4—7月内东北地区10个分钟值采样率地磁台站Z分量日变幅极值比，结果显示2017年4月27日三岗、德都、哈尔滨、满洲里、锡林浩特地磁极值比明显高于东北地区地磁极值比阈值（图2）。

图2　东北地区地磁极值比等值线分布图Fig.2　 The contour map of the geomagnetic extreme value ratio in Northeast China

4　地磁低点位移法与地磁极值比法综合分析

基于预测时间与预测区域有交集的思路，地磁低点位移与地磁极值比两个方法的综合预报结果表明：

（1）6月18日东北地区地磁低点位移异常表明7月11日—8月2日这一时间区间内东北辽吉交界地区存在中强地震的可能，4月27日地磁极值比高值异常表明东北地区未来6个月内阈值线附近存在中强地震的可能，两种预报方法预报时间的交集为7月至8月。回溯7月23日松原M4.9地震来看发震时间在两种预报方法的交集时间内。地磁低点位移预报时间更加接近发震时间。

（2）两种地磁异常提取方法的预报区域交集（图3）表明黑吉交界地区存在中强地震可能，回溯松原M4.9地震震中来看震中在交集区域内。

（3）极值比计算结果（表1）表明松原M4.9地震距离最近的台站为三岗台（震中距=159km），极值比最大的台站为满洲里台（P(Z)=5.6）。