夏孝田

(江蘇省高淳縣地震臺,江蘇高淳 211300)

高淳臺地磁異常與地震關(guān)系

夏孝田

(江蘇省高淳縣地震臺,江蘇高淳 211300)

應(yīng)用差分法分析了高淳臺、溧陽臺、高郵臺、連云港臺、宿遷臺、海安臺地磁垂直分量Z的變化,以加卸載響應(yīng)比方法研究地磁極值的變化,用Z極小值時間進行地磁低點位移分析,對這些臺站資料進行相關(guān)分析,研究發(fā)現(xiàn)中強震前高淳臺的地磁場存在明顯的異常變化。

地磁異常;地磁場;加卸載響應(yīng)比;高淳臺

0 引言

地球磁場是隨時間和空間變化的物理量,太陽活動的影響產(chǎn)生變化磁場。變化磁場主要包含太陽靜日變化、磁暴和地磁脈動等。地球磁場按來源劃分為外源場和內(nèi)源場。外源場是來源于外空電流體系產(chǎn)生的地球變化磁場;內(nèi)源場通常指源于固體地球的磁場,主要部分是源于地球外核的主磁場,還有很小一部分是地殼磁性物質(zhì)引起的磁場和外源場的感應(yīng)場。感應(yīng)場的變化不僅與外源場的強度和分布有關(guān),而且還取決于地球內(nèi)部電導率的分布。由己知外源場研究內(nèi)源場與地下電導率分布關(guān)系的理論,可找出地球磁場變化與地球內(nèi)部電導率的關(guān)系[1]。地震在發(fā)展孕育過程中,在地下應(yīng)力和空間地磁場的共同作用下,會引起孕震區(qū)及其附近地下磁性的改變,出現(xiàn)地磁場突變。加卸載響應(yīng)比、垂直分量諧波振幅比等都是很好的提取地下介質(zhì)電導率變化信息的方法[2,5]。

本文相關(guān)分析是通過分析地磁場日變化的空間相關(guān)性,提取異常信息,用于地震預(yù)報。加卸載響應(yīng)比是通過地磁日變極值的分析,尋找資料的震前異常信息。地磁低點位移主要研究大范圍的地磁(垂直分量的日變幅在相位上的變化,垂直分量日變極小值出現(xiàn)時間根據(jù)經(jīng)度的不同而不同,經(jīng)度每差15°,低點時間(北京時)正好差1h,通過極小值在時間上的異常變化,達到以磁報震的目的。

1 臺站概況

高淳地震臺建臺于1976年,位于江蘇省西南部高淳縣城東20km,茅山斷裂帶中南段小游子山腳下,周邊為游子山風景區(qū),無大型廠礦企業(yè),無干擾源,地磁觀測環(huán)境很好。臺站距溧陽上沛鎮(zhèn)直線距離約20km,是監(jiān)測溧陽上沛埠老震區(qū)的極好位置。高淳地震臺地面高程20m,基巖為上白堊統(tǒng)凝灰質(zhì)砂頁巖。在大地構(gòu)造單元上屬于南京凹陷的邊緣地帶,本區(qū)從震旦紀到侏羅紀,一直處于沉降與抬升交替活動中。自燕山運動開始,本區(qū)整個古生代和下中生代沉積物全部褶皺抬升,產(chǎn)生了溧高背斜(軸向NESW)。侏羅紀末白晉紀時,燕山運動繼續(xù)活動,其斷裂方向主要有2組,即NE-SW向和SE-NW向。對本區(qū)影響最大的是NE-SW向的大斷裂,基本上沿溧高背斜的軸部延伸,使溧高背斜的西北翼斷裂下沉,并為后期沉積物所掩復(fù),形成了固城湖、石臼湖及西部圩區(qū)一片廣大凹陷盆地,其盆地東西二側(cè)分別由茅西斷裂和六合—江油斷裂控制(圖1)。按照地質(zhì)學的觀點,在地質(zhì)構(gòu)造上處于晚更新世茅山大斷裂活動斷裂與椏溪港凹陷區(qū)交匯部位。

高淳地震臺地磁觀測始于1980年,至今已連續(xù)觀測記錄了30a,積累了大量的寶貴資料,地磁觀測原采用CR2-69型刃口式垂直磁力儀觀測Z逐時值、日均值和極值,CZM-2型質(zhì)子旋進磁力儀人工定點觀測每日9時和21時絕對值。2000年10月地磁手段進行了數(shù)字化改造,在江蘇省地方地磁臺

圖1 常州地區(qū)2次地震震中位置及地質(zhì)構(gòu)造圖

2 資料的選取與分析

2.1 資料的選取

本文選取2000年1月1日至2004年9月30日高淳臺及江蘇省部分臺站(溧陽臺、連云港臺、海安臺、高郵臺、宿遷臺)的地磁觀測原始資料。

2.2 資料分析

2.2.1 地磁空間相關(guān)性分析

根據(jù)地球磁場的變化性質(zhì),對于相距不遠兩測點之間,可視其為空間均勻,因此,兩測點地磁變化應(yīng)是同步的,相關(guān)系數(shù)為1。如果某測點處于磁異常區(qū)或受其它干擾影響,則其相關(guān)性必然會下降。根據(jù)馮志生等[3]結(jié)合江蘇地區(qū)的具體情況提出:連續(xù)3日以上相關(guān)系數(shù)低于0.75視為異常,其后7個月內(nèi)有發(fā)生5級以上地震的可能。

筆者采用江蘇省地震局馮志生研究員研制的磁電會商軟件對高淳臺和相關(guān)臺站資料進行分析,在相距不遠的兩個臺站(200km左右),在同一時間段內(nèi),可認為兩臺站處于均勻磁場空間,在正常情況兩臺站的21點值空間相關(guān)系數(shù)大于0.90,表明兩臺站測值線性關(guān)系密切,資料可靠、無異常。為了消除偶然誤差和高頻波動,對各個地磁臺的21點垂直分量日觀測序列取3個月的滑動窗長,1個月的滑動步長進行濾波,計算每兩組觀測序列的月相關(guān)系數(shù),該軟件以相關(guān)系數(shù)0.75為依據(jù),當相關(guān)系數(shù)低于0.75時,認為兩臺觀測值不相關(guān),剔除外部干擾影響后,則可認為某測點處于磁異常區(qū),可能是中強震前的地磁前兆異常。

圖2為2000年1月1日—2004年9月30日高淳臺與江蘇各臺站地磁Z21點測值空間相關(guān)逐日變化曲線圖,可以看出,在2002年6月8日—12日有1組異常,最低相關(guān)系數(shù)在高淳臺為0.52,異常結(jié)束41天后的7月23日發(fā)生南黃海 ML5.1級地震(35.2°N,122.1°E,震中距 580km);在 2003年 1月18日—26日有1組異常,最低相關(guān)系數(shù)在高淳臺為0.54,異常結(jié)束56天后的3月23日發(fā)生南黃海ML5.1級地震 (34.3°N,124.1°E,震中距640km);在2003年12月28日—2004年1月9日有1組異常,最低相關(guān)系數(shù)在高淳臺為0.58,異常結(jié)束4個月后5月27日發(fā)生南黃海 ML4.2級地震(37.1°N,112.1°E,震中距 450km),高淳、溧陽、連云港、海安、宿遷臺Z分量21點測值空間相關(guān)逐日變化曲線不同程度出現(xiàn)小于0.75的同步低值異常,尤其以高淳臺表現(xiàn)最顯著。說明高淳臺地磁應(yīng)對黃海地震有較大敏感性,同時也表明,在低值同步異常結(jié)束后20～150天發(fā)生 M4.5級以上地震可能性較大。

2.2.2 地磁加卸載響應(yīng)比分析

太陽風以紫外線輻射和粒子流輻射方式影響地球磁場,形成地磁場的磁暴、磁擾、磁靜日等變化,這些變化可以通過日常觀測獲得。其理論是:太陽風對地球平均5～6天有1次較強沖擊——暴風,并使地球產(chǎn)生強烈擾動——磁暴。外空場的變化直接影響到地磁場的日變化形態(tài),構(gòu)成對地磁場的一個加卸載過程。以太陽日照為加載,無日照為卸載。由于Z分量較其它地磁分量與地下介質(zhì)關(guān)系更密切,因此,研究過程中以Z分量為主。在正常情況下,加載與卸載之比P(z)接近一個正常數(shù),如地磁場本身有一異常夾在其中,很可能使P(z)值超出正常值變化范圍,引起異常變化。因此,以區(qū)域地球磁場的暴時變化Dst為太陽風對地球加卸載響應(yīng),從而計算加卸載響應(yīng)比P(z)。在實際操作中取Dst每日Z分量的日變幅度:P(z)=Dst(z)+/Dst(z)-其中+為加載,-為卸載。

圖3為高淳臺與相關(guān)臺站的地磁Z分量加卸載響應(yīng)比曲線:根據(jù)江蘇地區(qū)的具體情況提出的異常判據(jù),P(z)大于3.2視為異常,連續(xù)出現(xiàn)異常10個月內(nèi)有發(fā)生5級以上地震的可能,且震中區(qū)可能靠近異常高值區(qū)[4-5]。

圖2 高淳臺與江蘇各臺站地磁Z21點測值空間相關(guān)逐日變化曲線圖

從圖3中可以看出,在2002年7月23日南黃海 ML5.1級、2003年3月23南黃海 ML5.1級及2004年5月27日南黃海 ML4.2級地震前,高淳、溧陽、高郵、連云港、海安、宿遷臺的 P(z)出現(xiàn)不同程度的同步異常。同時,在研究中發(fā)現(xiàn)高淳臺資料除了對應(yīng)黃海地震比較可靠吻合外,對于2004年6月24日發(fā)生在距離臺站僅58km的安徽當涂 ML3.5級地震也有較明顯的短臨異常,也驗證了震中區(qū)可能靠近異常高值區(qū)這一判斷。

圖3 高淳臺與江蘇各臺站的地磁Z分量加卸載響應(yīng)比曲線圖(橫實線為判據(jù),P(z)=3.2)

2.2.3 地磁低點位移分析

地磁低點位移主要研究大范圍的地磁垂直分量的日變幅在相位上的變化。地磁“低點位移”現(xiàn)象判別標準:在省內(nèi)某個區(qū)域內(nèi),低點時間可劃分為2個域,每個區(qū)域內(nèi)的低點時間基本相同或在2h以內(nèi),2個區(qū)域之間低點時間相差2h以上,中間有1條明顯的突變分界線[6]。垂直分量日變極小值出現(xiàn)時間根據(jù)經(jīng)度的不同而不同,經(jīng)度每差15°,低點時間(北京時)正好差1h,同時還受到季節(jié)、靜日擾日影響,但對各單臺而言,低點時間集中在固定時間段且符合正態(tài)分布,江蘇地區(qū)的Z日變極值時間一般為12時左右。根據(jù)這個原理分析了高淳臺地磁觀測近年來的垂直分量日變極小值出現(xiàn)時間的變化情況,在研究中發(fā)現(xiàn)2002年2月22日出現(xiàn)1次較明顯的低點位移異常,各臺觀測低點位移時間都較之正常值遲后了4h左右,表1為2002年2月22日相關(guān)臺站的垂直分量低點時間:

臺站 高淳 溧陽 連云港 海安北京時 16:00 16:00 16:14 16:30

由低點位移指標,在異常以后第27天或41天(誤差范圍正負4d)在突變分界線或閉合圈外圈將可能發(fā)生6級以上地震[1]。結(jié)果于2002年3月31日異常出現(xiàn)38天后發(fā)生了臺灣7.5級強震,盡管對地磁地點位移分析的機制仍在探討中,但說明它與中強地震的發(fā)生確有一定的相關(guān)性。

3 認識和探討

(1)從分析資料看,高淳臺的地磁觀測環(huán)境十分理想,對于600km左右的中強地震前地磁場可能會出現(xiàn)異常波動,地磁異常對應(yīng)中強震的時間一般為6個月內(nèi),尤其在南黃海震前地磁觀測會出現(xiàn)顯著異常;從采用的幾種現(xiàn)有地磁分析方法得出的結(jié)果看,空間相關(guān)分析法利用了省內(nèi)其他臺站資料,避免了單臺資料因可能受干擾發(fā)生的誤判誤報,在以磁報震方法中較其他單臺資料分析方法可信度更高;同時結(jié)合江蘇地區(qū)實際,如以后再發(fā)生全省及鄰區(qū)地磁臺站低點大范圍同步位移,應(yīng)高度重視和關(guān)注在突變分界線或閉合圈外圈可能發(fā)生的中強震。

(2)高淳臺位于茅山斷裂帶上,處于構(gòu)造敏感地區(qū),據(jù)地震史料和現(xiàn)代測震儀器記錄分析,在揚州、鎮(zhèn)江、溧陽、溧水等沿斷裂帶曾多次發(fā)生破壞性地震,微震亦明顯地呈帶狀分布。地震監(jiān)測位置十分寶貴,在以后的工作中要加強研究,爭取捕捉到更多的地震前兆信息。

[1] 國家地震局科技監(jiān)測司.地震地磁觀測技術(shù)[M].北京:地震出版社,1995.

[2] 林云芳,曾小蘋.地磁短周期變化預(yù)報方法的研究[C]//國家地震局科技監(jiān)測司.中國地震預(yù)報方法研究.北京:地震出版社,1991:311-320.

[3] 馮志生,王建宇,蔣延林,等.地磁Z分量整點值空間相關(guān)法在江蘇地震預(yù)報中的初步應(yīng)用[J].地震學刊,1998,18(3):1-5.

[4] 馮志生,王建宇,蔣延林,等.地磁Z分量幅相法臨震標志體系[J].地震,1998,18(2):204-211.

[5] 蔣延林,趙衛(wèi)紅,趙永紅,等.高郵地震臺地磁異常與江蘇及鄰區(qū)地震地震關(guān)系的研究[J].華北地震科學,2005,23(1):33-35.

[6] 吳小平,辛華,張永久,等.地磁“低點位移”與“磁暴”相結(jié)合預(yù)測發(fā)震時間[J].四川地震,2004,111(2):21-24.

Analysis on Geomagnetic Precursor to Earthquake at G aochun Seismic Station

XIA Xiao-tian
(Gaochun Seismic Station of Jiangsu Province,Gaochun 211300)

The geomagnetic Z-component observation data from the Gaochun,Liyang,Gaoyou,Lianyungang,Suqian and Haian seismic station are analyzed using finite difference method.Then,the extremal value of the observation data is studied using the method of loading-unloading response ratio.The geomagnetic low-point displacement is also analyzed using minimum value time of the geomagnetic Z-component.The result shows that geomagnetic filed at Gaochun seismic station changes obviously before moderate-strong earthquake.

geomagnetic anomaly;geomagnetic field;loading-unloading response ratio;GaoChun seismic station

P318.5

A

1003-1375(2011)02-0049-04

2010-09-25

夏孝田(1971-),男(漢族),江蘇高淳人,工程師,主要從事地震地磁形變?nèi)粘１O(jiān)測工作.E-mail:gcxxt@163.com網(wǎng)中率先使用了中國地震局“九五”期間最新研制的FHD-1型質(zhì)子磁力儀。