新疆地区地磁低点位移异常与强震的关系①

沙木哈尔·叶尔肯， 杨福喜， 马学军, 赵鹏毕

(1. 新疆维吾尔自治区地震局新源地震监测中心站，新疆 新源 835800；2. 新疆维吾尔自治区地震局，新疆 乌鲁木齐 830011)

地磁低点位移是目前地震短临预报的重要方法之一，强震发生前地磁低点位移异常有特有的判别指标和预测指标，其突出特点是预报发震时间较准。王赞军、张苏平、解用明、张苏平、李继业等[1-5]采用地磁低点位移方法相继对西北、青海、甘肃、青藏高原、华北、四川、黑龙江等地区的地磁资料进行分析处理，并与区域内显著地震进行对应分析，发现在大部分地震之前地磁低点位移都有异常现象存在。但是不同地区的地磁低点位移特征不同，存在一定的差异。

黄雪香等[6]对新疆地区地磁低点位移异常特征与1984～1998年之间的新疆地区MS≥5.0 地震的关系进行了分析研究。艾萨·伊斯马伊力等[7-10]也使用低点位移法成功捕捉到该地区发生的几次MS5.0～MS6.0地震前短期地磁异常，这些研究表明，地磁低点位移异常与中强地震对应较好。2008年以来，新疆地区天山中段、南天山西段、喀什乌恰交汇区和新疆东南部与青海西藏交界地区强震活动较为活跃，MS≥6.0地震发生了11次，其中MS≥7.0地震2次。对2008年以来新疆6个地磁台站地磁垂直分量低点位移异常与新疆及周边区域MS≥6.0 地震的对应关系和变化特点分析研究，力求通过历史震例总结获得新疆及周边区域低点位移异常特征，使地磁低点位移异常分析结果在区域会商研判震情确定地点和时间时发挥更大作用。

1 地磁“低点位移”现象及强震预测指标

地磁分量是表示地球磁场方向和大小的物理量。地表某点的地磁场强度是个矢量，用T表示。矢量T在坐标系的XOY水平面上及沿各坐标轴的投影H、X、Y和Z分别称为水平分量(H分量)，北分量(X分量)、东分量(Y分量)和垂直分量(Z分量)。3个分量当中垂直分量Z受外界影响最小[11-12]，表明变化比较稳定,全国各地磁台地磁垂直分量Z日变低点时间(世界时)随着各地磁台站的经度变化而变化，经度每变化15°低点时间变化1 h。各地磁台站的低点时间出现在地方时中午12时左右，以喀什地磁台2019年1月1日FGM-01仪器记录数据为例(图1)，一天中最低点时间出现在世界时07时13分，转换成地方时为12时16分。“低点位移”是指一个地区台站的地磁垂直分量日变低点出现的时间和相邻地区低点出现的时间存在差异，存在差异的2个地区间的分界线两侧，低点时间相差2 h以上，这就是地磁“低点位移”异常现象，低点时间不在中午地方时12时前后，而是发生明显的前后偏移，很有可能是因为地下介质和地应力发生变化，与地震构造带的活动有关[13]。

如果某一天(或几天)低点时间的空间分布规律被破坏，全国地磁台低点时间分为两大区域，在两大区域之间有一条明确的突变分界线，低点时间相差2 h以上，就把这一天出现的“低点位移”作为MS≥6.0地震的异常现象，若相邻2次异常出现时间间隔不超过1个月，则划为同一组异常，地震发生时间大致在第一次异常出现后(27±4) d或(41±4) d内，地震发生在分界线附近[14]。

2 资料的选取

主要选取新疆地区6个地磁台站[15]的垂直分量(Z分量)观测数据，其中且末地磁台2013年开始正式观测，由于新疆地区面积大，6个地磁台相对较少，密度不够，确定地震发生地点有一定的困难，所以还选取了全国观测数据质量良好的50多个地磁台站。包括邻近省份的甘肃省嘉峪关台、西藏自治区狮泉河台、拉萨台和青海省格尔木地磁台等。中国地震台网中心数据显示，2008年1月1日至2018年12月31日新疆境内及周边发生MS≥6.0地震13次(包含乌恰震群3次MS≥6.0地震)，地磁台站和震中分布情况如图2所示。

图2 全国主要地磁台站和新疆境内地震震中分布图Fig.2 Major geomagnetic stations and earthquake distribution in Xinjiang region

选取国家地磁台网中心2008年1月1日～2018年12月31日新疆地区的6个地磁台站Z分量的低点时间为基本资料，全国50多个地磁台站Z分量的低点时间为辅助资料，各台低点时间(世界时)分布随经度变化，经度相差15°，低点时间正好差1 h[14]，首先要把各台地磁垂直分量低点时间换算成地方时，经度影响低点时间因素去掉，统一标准下确定低点位移异常，利用公式，

(1)

式(1)中Z1为地磁垂直分量地方时低点时间，单位为h；Z2为地磁垂直分量世界时低点时间，单位h；E为地磁台站经度，单位为°。

按照地方时统计，各台低点时间均出现在中午12时前后，我们逐日对新疆所有地磁台的地磁Z分量日变极小值出现的时间进行分析，找出存在地磁低点位移现象的时间，借助全国其他台的地磁数据，按地磁低点位移异常的判别指标识别异常，并画出地磁低点位移分界线，与中国地震台网中心提供的新疆地区MS≥6.0地震对应情况做分析。

3 异常特征及其与地震对应关系的分析

2008年1月1日～2018年12月31日，新疆地区达到异常判据的低点位移异常19次(组)。对比该地区发生的MS≥6.0地震，发现他们之间有一定的对应关系(表1)。从表1可知，11次(组)异常后2个月内对应MS≥6.0地震(2008年10月5～6日乌恰震群3次MS≥6.0 地震，算一次MS6.0地震)，其中MS≥7.0地震2个，震前存在异常次数8次，漏报3次，虚报12次。

表1 2008-01-01～2018-12-31地磁低点位移异常与新疆地区MS≥6.0地震对应情况

低点位移异常对该地区MS≥6.0地震眏震效能如下，

R值评分方法是由许绍燮提出,该方法被广泛应用于地震预报效能检验[16]。R值越大,预测效能越好。

. (2)

利用式(2)进行预测效能检验,2008年1月1日～2018年12月31日应预报震数11个，有震报准数8个，出现异常19次，地震发生在异常出现后2个月内，得出R值0.415,R0值0.338,R>R0，通过检验。

2008年2月16日乌鲁木齐地磁台、格尔木、西宁、嘉峪关、兰州、乌加河、锡林浩特、满洲里等台站低点时间出现位移现象，低点时间出现在15时(地方时，以下均为地方时)左右，而其余台站低点时间出现在11时左右，中国大陆地区地磁垂直分量日变低点时间分为两大区域，两大区域之间有一条明显的突变分界线，异常后33 d，在分界线附近发生新疆于田MS7.3地震(图3a)；2011年10月25日新疆地区5个地磁台站低点时间出现位移现象，低点时间出现在6时左右，而其余台站低点时间出现在12时左右，中国大陆地区地磁垂直分量日变低点时间分为两大区域，两大区域之间有1条明显的突变分界线(以下简称分界线)，异常后7 d，在分界线附近发生新疆尼勒克—巩留MS6.0地震(图3b)；2012年1月20日喀什、乌什、格尔木3个地磁台站低点时间出现位移现象，低点时间出现在6时左右，而其余台站低点时间出现在12时左右，异常后49 d，在分界线附近发生新疆洛浦县MS6.1地震(图3c)；2014年1月10日新疆地区除且末台以外5个地磁台站低点时间出现位移现象，低点时间出现在05时左右，而其余台站低点时间出现在12时左右，异常后33天，在分界线附近发生新疆于田县MS7.2地震(图3d)；2015年6月20日乌鲁木齐、温泉、克拉玛依、且末地磁台站低点时间出现位移现象，低点时间出现在01时左右，而其余台站低点时间出现在12时左右，异常后13 d，在分界线附近发生新疆皮山MS6.5地震(图3e); 2016年10月29日乌鲁木齐、温泉、克拉玛依、喀什、狮泉河地磁台站低点时间出现位移现象，低点时间出现在6时左右，而其余台站低点时间出现在12时左右，异常后28 d和33 d，在分界线附近分别发生新疆阿克陶MS6.7地震和呼图壁MS6.2地震(图3f); 2017年7月5日乌鲁木齐、温泉、克拉玛依、乌什地磁台站低点时间出现位移现象，低点时间出现在7时左右，而其余台站低点时间出现在12时左右，异常后44 d，在分界线附近发生新疆精河MS6.6地震(图3g)。

图3 低点位移异常与新疆地区MS≥6.0地震对应图(a) 于田MS7.3地震 (b) 尼勒克—巩留MS6.0地震 (c) 洛浦MS6.1地震 (d) 于田MS7.3地震(e) 皮山MS6.5地震 (f) 阿克陶MS6.7、呼图壁MS6.2地震 (g) 精河MS6.6地震Fig.3 Corresponding graph of geomagnetic low-value displacement anomaly and MS≥6.0 earthquakes

3.1 地磁低点位移异常的时间特征

地震一般发生在地磁低点位移异常后的30～45 d，更为确切的发震预报时间是异常后(27±4) d或异常后(41±4) d[17],目标地区内的2次MS≥6.0地震是在地磁低点位移异常出现后的(27±4) d发生，1次是在(41±4) d发生，2次超过预报指标2 d，1次超过4 d，1次超过10 d，1次超过16 d，预报指标内的占37.5%，超出预报指标4 d以内的占75%，超出预报指标4 d以上的占25%，表明绝大部分情况符合我们的预报指标，其突出的特点是预报发震时间较准。

3.2 地磁低点位移异常的空间特征

通过分析总结震例发现，地震和地震前的地磁低点位移异常都有区域特征，这些特征跟新疆地区的地理环境、地震地质构造有紧密的联系。MS≥6.0地震大部分发生在南北天山地震带、昆仑山地震带和阿尔金地震带，该地区为印度板块和欧亚两大板块相互碰撞，帕米尔高原向天山挤压作用的地方。这种大范围的构造运动孕育出的强大挤压力不仅对新疆地区，而且对整个中国西部乃至大陆板块都有作用，这种强大的作用往往是孕震的动力之一，在孕震区所处区域构造板块边缘及其他特殊构造部位也会导致应力和电磁性质的明显变化，这种变化同样也会引起地磁异常[18]，地磁低点位移异常与大地构造有一定联系，大部分分界线走向与新疆地区的阿尔金断裂带、西昆仑地震带、南北天山地震带走向一致(图4)，所以在应用地磁低点位移分析方法时，除了考虑方法的异常判别指标和地震3要素指标外，还应考虑构造环境，地震活动带的影响，减少盲目性。

图4 新疆地区及周边地震断裂带、部分低点位移分界线和MS≥6.0地震分布图Fig.4 Seismic fault zone, partial low point displacement boundary and MS≥6 earthquake distribution in Xinjiang region

新疆地区MS≥6.0地震震前的地磁低点位移异常可分为全国范围位移和区域性位移两大类，全国范围的地磁低点位移异常是指地磁低点位移异常分界线把全国分成两大区域的异常，这种异常反映我国大的地震活动带的活动信息，如2008年3月21日于田MS7.3地震前出现的异常，分界线西起新疆西部，向中国东北地区延伸；区域性地磁低点位移异常其异常线分布范围则小得多，新疆发生的MS≥6.0地震震前地磁低点位移异常主要以此类异常为主，大部分分界线走向与新疆地区的阿尔金断裂带、昆仑地震带、南北天山地震带走向大致一致，反映断裂带活动引起这一地区区域应力场的变化，从而有可能产生地磁场的异常变化。

4 结语

通过分析新疆地区2008～2018年地磁“低点位移”异常的空间和时间特征与MS≥6.0地震的对应情况，得到以下结论：

(1) 地磁低点位移现象的客观变化规律与新疆地区MS≥6.0地震对应关系较好，报准率为42%，虚报率58%，漏报率27%。预报效能检验结果显示,R值0.415,R0值0.338，R>R0，通过检验。虽然漏报率低，但是虚报率较高，目前利用地磁低点位移现象还只能做中强地震的概率预测。为了减少不确切的判断，实际预报中，应当结合异常所在区域的地震带的地震活动特点、活动强度、频度等综合分析来确定异常分界线，提高预报效能。

(2) 新疆地区的地磁低点位移异常在空间上区域性异常为主，大部分分界线走向与新疆地区的阿尔金断裂带、西昆仑地震带、南北天山地震带走向一致，反映断裂带活动引起这一地区区域应力场的变化，从而有可能产生地磁场的异常变化；时间特征上绝大部分异常与预报指标相符，其突出的特点是预报发震时间较准。