2013年吉林松原M5.8地震震前地磁异常分析

岳 力，贾秀玲，张彦吉，王海涛，胡澜缤

（通河地震台，黑龙江 哈尔滨 150900）

0 引言

地磁台观测到的磁场信息包括稳定磁场和变化磁场，异常磁场变化叠加在地磁稳定磁场的长期变化之上，包括叠加在地磁的日变化上，可由地磁日变化中提取，叠加在地磁场的短周期变化之上，可由地磁短周期变化中提取。由于区域应力场的作用，应力的不断加强，导致地震区地下电导率的变化，因此，通过应磁效应等途径产生的附加磁场也会随之发生变化，这种变化可能在地磁数据观测上有所反应，使观测数据发生异常变化，有可能获得临震前的异常［1］。

1 资料选用

本文利用东北地区（黑龙江省、吉林省、辽宁省、内蒙古自治区）的哈尔滨台、三岗台、通河台等12个地磁观测台，其中大连台、德都台、三岗台、满洲里台使用地磁观测仪器为FHDZ-M15型；通河台、通化台、朝阳台、铁岭台、营口台、哈尔滨台、望奎台、锡林浩特台使用地磁观测仪器为FHD-2型。上述台站观测数据质量较好，数据可靠性较高。

2 计算原理和方法

地磁总强度F分量相关法是指相邻两个台地磁观测分量同时刻有很好的相关性，而地震孕育可能引起压磁效应在局部磁场发生不规则的变化，这样两台观测数据的相关系数就会减小从而出现异常，所以，利用相关分析方法来提取地磁观测中的异常有一定的效果。相关系数在概率论的标准定义是：ρXY=， 式中，Cov（X， Y）为X， Y的协方差，D（X）、 D（Y）分别为X、Y的方差。如果ρXY=1，说明两者相关，如果ρXY=0，说明两者不相关。1998年张北地震前，鲁跃等（1999） 发现了地磁空间相关法存在低值异常的现象。冯志生等（2002） 对江苏地区地震进行了震例总结和检验，总结出空间相关法在江苏地区的异常判定标准及预测指标。通过对东北地区震例总结和检验，判定异常参考标准相关系数设定为 ρXY=0.950［2］。

地磁总强度F分量差值法，是两个台站间相同时间测值相减，这种方法适用于二台外源场变化基本相同时，二台相减可排除外空场的干扰，即消除二台相同的外源场部分，突出二台站内源场的差异。如果差值连续超过二倍标准偏差则视为异常变化，标准偏差指平常无震时段差值的标准偏差［3］。

本文采用地磁台站F分量北京01时整点值数据作为相关分析与差值分析，目的是过滤掉地磁场的人为干扰造成的变化，参考台应是非震区和非异常区同时满足，本文选用锡林浩特台为参考台进行分析。

地磁垂直Z分量日变幅加卸载响应比方法，是通过计算地磁加卸载响应比P（Z）值来得到其异常信息。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密切，因此可以取Z分量作为计算 Ds（Z）的加卸载响应参量：P（Z）=Ds（Z）+/Ds（Z）- 。 式中， Ds（Z）为 Z 分量地磁扰动场的日变幅，标志“+”表示加载；标志“-”表示卸载。在实际运用中可将地磁场垂直分量日变幅ΔZ+和ΔZ-看作是太阳风对地磁场的加载和卸载，此时计算公式可简化为：P（Z）= ΔZ+/ΔZ-［4-5］。 结合东北地区异常与应震的关系，本文将加卸载响应比阀值确定为P（Z）=3.30，能更好的反映加卸载响应比异常与应震的关系［6］。

地磁垂直Z分量日变幅逐日比方法，据冯志生、张翼等学者，研究华东、新疆等地区地磁Z分量日变幅逐日比与周边台站对应关系时，要求至少2个台站同时满足异常标准，同时将两次时间间隔不超过两个月的异常为判定依据［7］。Z分量日变幅逐日比Y的定义为：当天日变幅度A（d1）与后一天日变幅度A（d2）之比（di为观测日期且 d2=d1+1）， 即：本文取Y=2.9为阈值。

上述各种方法计算采用江苏省地震局冯志生研究员的分析软件进行分析。

3 震例选取与分析结果

2013年11月23日吉林省松原市发生M5.8地震（黑龙江省数字地震台网测定）（图1）。

图1 震中分布图与地震台站相对位置Fig.1 The relative position of the seismic station and the epicentral distribution map

地磁总强度F分量相关法：选取东北地区满洲里台、通河台、三岗台、通化台、铁岭台、朝阳台、营口台、大连台等8个地磁观测台站，以锡林浩特台为参考台计算上述8个台站地磁F分量01点值空间相关系数。丁鉴海等［8］指出，除在震中区出现集中异常分布外，同时还存在部分远场异常点。2013年9月1日—14日通化台、铁岭台、朝阳台、营口台、大连台等5个台站的F分量01点值同时出现ρXY≤0.950标准相关系数，持续10天左右异常现象，异常结束至发震为70天，松原市M5.8地震在空间相关性上显示出远场异常。

图2 地磁总强度F分量相关法异常曲线Fig.2 Abnormal curve of F component correlation method for geomagnetic total strength

地磁总强度F分量差值法：选取东北地区满洲里台、通河台、三岗台、通化台、铁岭台、朝阳台、营口台、大连台等8个地磁观测台站，以锡林浩特台为参考台计算上述8个台站地磁F分量01点值差值。2013年8月2日通河台、三岗台、通化台、铁岭台、朝阳台、营口台、大连台同时出现差值超过二倍标准偏差异常现象，异常结束至发震为113天；9月10日—14日上述7个台站F分量01点值差值连续超过二倍标准偏差，异常结束至发震为70天。

图3 地磁总强度F分量差值法异常曲线Fig.3 Abnormal curve of F component difference method of geomagnetic total strength

地磁垂直Z分量日变幅加卸载响应比：选取东北地区满洲里台、德都台、通河台、锡林浩特台、铁岭台、朝阳台、营口台、大连台等8个地磁观测台站，2013年7月2日满洲里台、德都台、通河台、锡林浩特台地磁Z分量加卸载响应比出现P（Z）≥3.30以上高值异常现象，异常高值至发震时间为121天；10月2日铁岭台、朝阳台、营口台地磁Z分量加卸载响应比出现P（Z）≥3.30以上高值异常现象，异常高值至发震时间为52天。

图4 地磁垂直Z分量日变幅加卸载响应比异常曲线Fig.4 The daily variation of amplitude load/unload response ratio anomaly curve of geomagnetic vertical Z component

地磁垂直Z分量日变幅逐日比：选取东北地区满洲里台、德都台、通河台、望奎台、三岗台、铁岭台、营口台、大连台等8个地磁观测台站，2013年9月14日通河台、望奎台、三岗台、铁岭台地磁Z分量变幅逐日比出现Y≥2.90以上高值异常现象，异常高值至发震时间为70天；10月2日德都台、通河台、望奎台、三岗台、铁岭台、营口台、大连台地磁Z分量加卸载响应比出现Y≥2.90以上高值异常现象，异常高值至发震时间为52天。

图5 地磁垂直Z分量日变幅逐日比异常曲线Fig.5 Daily ratio anomaly curve of diurnal variation of geomagnetic vertical Z component

上述四种方法在吉林省松原市发生M5.8地震震前均出现异常现象，异常台站数均为3个以上，其中F分量差值法、Z分量日变幅逐日比计算异常台站最多，均为7个台站；异常结束至发震时间为52～121天，其中Z分量日变幅加卸载响应比、Z分量日变幅逐日比计算异常结束至发震时间最短，均为52天。两次异常间隔时间上，F分量差值法为43天，Z分量日变幅加卸载响应比为69天，Z分量日变幅逐日比为18天（表1）。

表1 分析方法统计表

4 结论与讨论

（1） 相关法震前异常分析，锡林浩特台与东北地区各台站地磁总强度F分量01点值相关变化计算表明，3个以上台站相关系数同时等于或低于0.950，并且持续异常时间为10天以上有可能为震前异常。

（2） 差值法震前异常分析，锡林浩特台与东北地区各台站地磁总强度F分量01点值差值变化计算表明，3个以上台站同时出现差值超过二倍标准偏差异常现象，同时两次时间间隔不超过两个月的异常有可能为震前异常。

（3） 日变幅加卸载响应比震前异常分析，3个以上台站同时出现超过响应比阀值异常高值可能为震前异常，如果在半年内出现两次异常高值，发生地震的可能性更高。

（4） 日变幅逐日比震前异常分析，3个以上台站同时满足异常标准，并且同时两次时间间隔不超过两个月的异常有可能为震前异常。

通过对东北地区各台站地磁观测数据分析，东北地区大部分中强地震震前地磁场有异常波动，说明震前地磁台站及周围地区的磁场发生变化，从而反映地磁异常现象是客观存在的。地磁观测数据在吉林省松原市发生M5.8地震震前有明显异常变化，结合东北地区前兆资料分析，综合分析异常信息，以便得到更充分、全面的预测结果。