李繼業(yè) 任建輝 陳麗麗 胡濱生 陳長勇孟令蕾 杜天嬌 武曉軍 孫鵬宇

1)哈爾濱市防震減災技術中心，哈爾濱市世紀大道1號 150021

2)哈爾濱市通河地震臺，哈爾濱 150900

3)哈爾濱市延壽地震臺，哈爾濱 150700

4)安徽省滁州市地震局，安徽 239000

0 引言

地磁“低點位移”是丁鑒海于上世紀80年代地通過震磁理論的研究和地震預測實踐發(fā)現的一種用于地震活動短臨預測的地磁現象。丁鑒海等(1988、1991、1994、2003、2008)研究了中國地磁臺網幾十年觀測資料，發(fā)現了地磁垂直分量日變極小值出現時間的空間分布異常特征，即“低點位移”現象。他經過大量震例總結后認為，該異?，F象與6級以上強震發(fā)生似有較好相關性，發(fā)震日期為異常日后第27天或41天的前后4天，地點在低點位移突變分界線附近。黃雪香等(1991、1998、2000)對“低點位移”異常與地震對應情況進行了系統(tǒng)總結，通過對新疆天祝M6.2地震，北京沙河M4.0地震和大海坨山M4.5地震震前地磁“低點位移”異常研究發(fā)現，利用該方法不僅能對6級以上強震，還可以對重點監(jiān)視區(qū)一些中強地震活動做出有意義的短臨預測。張?zhí)K平等(2004、2008)利用甘肅及鄰近地區(qū)6個地磁臺站數據對青藏高原北部和甘肅地區(qū)5級以上中強地震進行了震前地磁“低點位移”現象研究，并對該參量的空間分布進行了分類。

隨著研究工作深入，地磁“低點位移”在地震預測中還面臨很多難題。由于以往研究區(qū)域較大，并且通常只有大地震發(fā)生時，才能引起較大范圍的地磁“低點位移”出現，因此對于中強地震可能需要在小范圍進行深入研究。此外，地磁“低點位移”異常現象在我國不同地區(qū)有不同表現形式，反映不同地區(qū)、不同強度地震活動信息。例如異常所處地區(qū)不同，異常空間展布、形態(tài)也會不同，但若在同一地區(qū)出現不同形式的異常，又可能反映這一地區(qū)不同強度地震活動情況。因此，利用地磁觀測資料所提供地震活動信息，對地磁“低點位移”異常進行分類，應該有助于提高利用其對中強以上地震活動的判測能力。

1 臺站的分布及資料的選取

所用研究資料為國家地震前兆臺網中心數據庫2008～2011年東北3省以及內蒙古、河北兩省及鄰區(qū)(35～50°N，115～135°E)15個臺站的地磁場總強度F的日變“低點時間”數據，因取值的空間范圍廣，可以滿足地磁“低點位移”技術的分析研究(圖1)。研究震例分別為2008年6月10日內蒙古阿榮旗M5.2(簡稱阿榮旗地震)、7月7日黑龍江省龍江縣M4.6(簡稱龍江地震)、2009年8月5日吉林省撫松縣M4.6(簡稱撫松地震)和12月21日吉林省通榆縣M4.7地震(簡稱通榆地震)。

圖1 地磁臺站及震中分布圖

2 地磁“低點時間”提取和判別標準

以往對地磁“低點位移”現象研究多采用地磁垂直分量數據，由于研究區(qū)地磁記錄中地磁場總強度F的資料相對完整，且地磁場總強度F與地磁垂直分量Z存在以下關系

其中，I為地磁傾角。針對研究區(qū)地磁場要素特點，本文運用地磁場總強度F的資料對研究區(qū)的地磁“低點位移”現象進行研究，與運用地磁垂直分量數據具有相同效果。

地磁日變化極小值出現的時間稱為“低點時間”?！暗忘c時間”對于某一區(qū)域來說相對集中且固定。將地磁場總強度分鐘值數據合并成整點值數據，然后用MAPSIS軟件繪制地磁場總強度整點值，找出每日變化的極小值。黑龍江及鄰近地區(qū)地磁場總強度F的“低點時間”一般在凌晨2～4時之間。地磁“低點位移”是指某一天在某個范圍內，地磁日變極小值時間出現截然不同的2個(或2個以上)區(qū)域，其中每個區(qū)域內極小值時間基本統(tǒng)一在某個時區(qū)里、各站點之間時差小于2h，兩大區(qū)域之間的時差大于2h以上，中間有一條明確的曲線把不同的時區(qū)分開(吳小平等，2004)。一般情況下，其中的某個區(qū)域地磁日變化極小值的時間呈“常規(guī)”分布，而另一區(qū)域則是違反其“常規(guī)”分布。相對于“常規(guī)”來說，這個異常有2種可能:一種是地磁日變極小值提前出現，稱之為極小值“超前”;另一種是日變極小值推遲出現，稱之為極小值“滯后”。把2種情況統(tǒng)稱為地磁“低點位移”異常，各大區(qū)域之間的分界線叫地磁低點位移異常分界線(黃雪香等，2000)。需要注意的是，不能用某一個臺站的單臺資料進行異常的識別。因為即使在連續(xù)的靜日，低點時間也有可能有很大的差異，甚至可以相差幾小時。因此必須用分布在較大范圍內的多臺資料進行綜合分析，才能判斷某個地區(qū)、某個時段是否有地磁“低點位移”異常出現。

3 地磁“低點位移”的空間分布特征

張?zhí)K平等(2004、2008)根據不同地磁臺站在同一天出現的不同“低點時間”，將“低點時間”大致相同的臺站劃分到一個區(qū)域中，并根據地磁“低點位移”空間分布特征，將其分成4種類型:

(1)單臺型。震前某一個臺站地磁“低點時間”與其余臺相差2小時以上，出現這類異常的地震活動多發(fā)生于地磁“低點位移”形成偏離的單臺附近或與其它臺站的分界區(qū)域(圖2(a))。這種類型需要偏離單臺具有較好觀測質量，確定時具有一定難度。

(2)2塊分界線型。震前地磁“低點時間”形成明顯分界線，把研究區(qū)分成2個區(qū)域，地震往往位于分界線附近(圖2(b))。此地磁“低點位移”類型在實際應用中具有較好的應用效果。

(3)3塊分界線型。震前地磁“低點位移”在空間分布上形成3個區(qū)域，出現這類異常，地震活動多發(fā)生于中間區(qū)域，但因范圍較大，判斷地點非常困難(圖2(c))，必須結合其他短臨前兆異常信息進行綜合判斷。

(4)不確定型。震前地磁“低點位移”在空間分布上與上述3種能夠對應，但震中位置與之不對應。遇到這種情況，判斷發(fā)震地點十分困難，只能對發(fā)震地點進行概率預測(圖2(d))。

4 震例分析

地磁“低點位移”方法主要應用于一些M5.0以上地震活動的預測，但由于黑龍江及鄰近地區(qū)M5.0以上地震發(fā)生較少且提取資料有限，所以本文對2008～2011年黑龍江及鄰近地區(qū)4次M4.5以上地震進行震例分析。

4.1 阿榮旗地震

圖2 地磁“低點位移”空間分布特征

2008年6月10日14時5分，在內蒙古鄂倫春自治旗與阿榮旗交界(49.0°N，122.7°E)發(fā)生M5.2地震，震源深度16km。對地震前40天黑龍江及鄰近地區(qū)地磁“低點時間”進行了分析。結果顯示，阿榮旗地震前共出現2次地磁“低點位移”現象，分別在5月9日和5月20日，與地震的相隔天數各為32天和21天。

2008年5月9日，黑龍江省4個臺站、吉林省三崗臺以及內蒙古滿洲里臺和錫林浩特臺“低點時間”為6∶00，其余臺站“低點時間”為3∶00，將整個研究區(qū)域分為2塊，但震中位置并不在分界線附近，呈不確定型(圖3(a))。5月20日，黑龍江省4個臺站、吉林省2個臺站以及遼寧省鐵嶺臺當日出現了3次“低點時間”分別是2∶00、7∶00和14∶00，其余臺站“低點時間”為3∶00，將整個研究區(qū)域分為2塊，震中位置在分界線附近，呈2塊分界線型(圖 3(b))。

4.2 龍江地震

2008年7月7日14時32分，在黑龍江省龍江縣(47.0°N，123.4°E)發(fā)生M4.6地震，震源深度14km。對地震前40天黑龍江及鄰近地區(qū)地磁“低點時間”進行了分析。結果顯示，龍江地震前共發(fā)生了3次地磁“低點位移”現象，分別出現在6月16日、6月21日和6月27日，與發(fā)震的相隔天數分別為21天、16天和10天。

圖3 阿榮旗地震前地磁“低點位移”空間分布圖

2008年6月16日黑龍江省德都臺、望奎臺和通河臺“低點時間”為1∶00，其余臺站“低點時間”為4∶00，將整個研究區(qū)域分為2塊，震中位置在分界線附近，呈2塊分界線型(圖4(a))。6月21日黑龍江省4個臺站、吉林省2個臺站以及遼寧省鐵嶺臺“低點時間”為2∶00，其余臺站“低點時間”為4∶00，把整個研究區(qū)域分為2塊，震中位置在分界線附近，呈2塊分界線型(圖4(b))。6月27日東北3省所有臺站“低點時間”均為2∶00，其余臺站“低點時間”為5∶00，把整個研究區(qū)域分為2塊，震中位置在分界線附近，呈2塊分界線型(圖4(c))。

4.3 撫松地震

2009年8月5日20時8分，在吉林省白山市靖宇縣與撫松縣交界(42.3°N，127.2°E)處發(fā)生M4.6地震，震源深度9km。對地震前40天黑龍江及鄰近地區(qū)地磁“低點時間”進行了分析。結果顯示，撫松地震前共發(fā)生了8次地磁“低點位移”現象，與發(fā)震的相隔時間為29～1天(表1)。

表1 撫松震例“低點位移”與地震對應關系

圖4 龍江地震前地磁“低點位移”空間分布圖

2009年7月7日黑龍江省通河臺和吉林省通化臺“低點時間”為1∶00;其余臺站“低點時間”為3∶00，把整個研究區(qū)域分為2塊，震中位置在分界線附近，為2塊分界線型(圖5(a))。7月10日黑龍江省4個臺站“低點時間”為2∶00，其余臺站“低點時間”為5∶00，把整個研究區(qū)域分為2塊，震中位置在分界線附近，為2塊分界線型(圖5(b))。7月13日吉林省通化臺和遼寧省大連臺、朝陽臺“低點時間”為1∶00，其余臺站“低點時間”為4∶00，把整個研究區(qū)域分為2塊，震中位置在分界線附近，為2塊分界線型(圖5(c))。7月16日東北3省所有臺站“低點時間”均為1∶00，其余臺站“低點時間”為4∶00，把整個研究區(qū)域分為2塊，但震中位置離2塊分界線較遠，為不確定型(圖5(d))。8月4日黑龍江省4個臺站和吉林省2個臺站“低點時間”為1∶00，其余臺站“低點時間”為3∶00，把整個研究區(qū)域分為2塊，震中位置在分界線附近，為2塊分界線型(圖5(e))。7月14日、18日和20日這3天，滿洲里臺“低點時間”為5∶00，其余臺站“低點時間”為2∶00，但震中位置離滿洲里臺相對較遠，為不確定型(圖5(f))。

4.4 通榆地震

2009年12月21日5時31分，在吉林省通榆縣、長嶺縣、內蒙古科爾沁左翼中旗交界(44.5°N，123.0°E)發(fā)生M4.7地震，震源深度8km。對地震前40天黑龍江及鄰近地區(qū)地磁“低點時間”進行了分析。結果顯示，通榆地震前共發(fā)生了13次地磁“低點位移”現象，與地震的相隔時間從震前40～2天不等(表2)。

表2 通榆震例中“低點位移”與地震對應關系

2009年11月11日黑龍江省4個臺站以及吉林省三崗臺和內蒙古的滿洲里臺“低點時間”為4時;內蒙古錫林浩特臺“低點時間”為12∶00，其余臺站“低點時間”為7∶00，把整個研究區(qū)域分為3塊，震中位置在3塊分界線附近，并未出現在中間區(qū)域，為不確定型(圖6(a))。11月18日東北3省10個臺站“低點時間”為3∶00;內蒙古的錫林浩特臺“低點時間”為4∶00;其余臺站“低點時間”為9∶00，把整個研究區(qū)域分為3塊，“低點時間”在空間分布上屬于典型的3塊型，但震中位置并未出現在中間區(qū)域，為不確定型(圖6(b))。11月28日黑龍江省德都臺以及內蒙古滿洲里臺、錫林浩特臺“低點時間”發(fā)生大尺度變化，為11∶00，其余臺站“低點時間”為2時，把整個研究區(qū)域分為2塊，震中位置在分界線附近，為2塊分界線型(圖69(c))。12月1日黑龍江省4個臺站“低點時間”發(fā)生大尺度變化，為14∶00，其余臺站“低點時間”為3時，把整個研究區(qū)域分為2塊，震中位置在分界線附近，為2塊分界線型(圖6(d))。12月14日黑龍江省4個臺站“低點時間”為9∶00，其余臺站“低點時間”為3∶00，把整個研究區(qū)域分為2塊，震中位置在分界線附近，為2塊分界線型(圖6(e))。12月16日黑龍江省4個臺站以及內蒙古的滿洲里臺“低點時間”發(fā)生大尺度變化，為18∶00，其余臺站“低點時間”為3∶00，把整個研究區(qū)域分為2塊，震中位置在分界線附近，為2塊分界線型(圖6(f))。11月15、23日和12月4日內蒙古滿洲里臺出現“低點位移”現象，其“低點時間”為 8∶00 ～10∶00，其余臺站“低點時間”為 2∶00 ～4∶00，但震中位置離滿洲里臺較遠，為不確定型(圖6(g))。12月7、15、17和19日內蒙古滿洲里臺出現了大尺度“低點位移”現象，其“低點時間”為 19∶00～21∶00，其余臺站“低點時間”為 2∶00 ～4∶00，但震中位置離滿洲里臺較遠，為不確定型(圖6(h))。

圖5 撫松地震前地磁“低點位移”空間分布圖

圖6 通榆地震前地磁“低點位移”空間分布圖

另外，在通榆地震前，除上述區(qū)域性“低點位移”外，2009 年 11 月 8、9、10、14、21、24、26日和12月5、13日，研究區(qū)所有地磁臺站在當天均出現了大尺度的“低點位移”現象，但“低點時間”分界線并不在這個大區(qū)域內，這個現象可能與其它地區(qū)的地震活動或非震因素(如:太陽黑子、磁暴等)相關。

5 地磁“低點位移”預測地震機理分析

前人在關于地磁“低點位移”的成因和異常機理的研究方面已經得到了大量的結果。丁鑒海等(2008)認為造成地磁“低點位移”異常的周期成分包含1～3h周期;張學民等(2008)則發(fā)現地磁“低點位移”日8.5h和13.7h周期的頻譜值增加，且“低點位移”的發(fā)生與赤道附近空間電子密度Ne的增加有很好的對應性;馮志生等(2009)依據Biot-Savart定律(Duma et al，2003)推測，在“低點位移”異常期間，在“低點位移”下方有一個引起地磁垂直分量日變化畸變的電流通過;陳化然等(2009)利用地磁內外源場分離的方法，反演地震前地下和空間等效渦旋電流體系的演化圖像，分析認為內、外場等效渦旋電流體系的變化可能是地磁“低點位移”異?，F象產生的原因之一。關于地磁“低點位移”與地震活動的關系，筆者較為認同丁鑒海提出的“感應-觸發(fā)”機制。即孕震區(qū)如果磁場強度發(fā)生劇烈突變，將導致附加應力場或感應電流增強，從而降低巖石強度，加速臨震蠕動階段的不穩(wěn)定狀態(tài)。地磁“低點位移”現象可以看作一種區(qū)域性的特殊磁擾，“低點位移”分界線附近附加應力最強。當“低點位移”分界線經過震源區(qū)時，其對地震的發(fā)生會起到一定的調制和觸發(fā)作用。地磁“低點位移”現象與地震活動預測，一方面是通過感應磁效應發(fā)現震源區(qū)的短期變化，通過地磁“低點位移”分界線來劃分大區(qū)域應力場或構造塊體微動態(tài)活動;另一方面地磁“低點位移”現象又作為一種特殊的區(qū)域磁擾和突變外因，對由孕震到臨震階段的震源區(qū)起到調制和觸發(fā)的作用。

6 討論與結論

本文通過統(tǒng)計阿榮旗、龍江、撫松和通榆地震等震前發(fā)生地磁“低點位移”次數、異常與地震發(fā)生的時間間隔加以統(tǒng)計，并對每次地磁“低點位移”異常類型進行分析，獲得了一些認識，并嘗試性地給出如下結論:

(1)地磁“低點位移”現象是客觀存在的一種少見的地磁異常現象。黑龍江及鄰區(qū)幾次中強地震前均有地磁“低點位移”異常出現說明了其與中強地震的發(fā)生應有一定的相關性。地磁“低點位移”現象除與地震、地質構造活動有關外，還可能與季節(jié)、氣候和一些強大的地磁場活動有關，其自身應有一定的規(guī)律性。

(2)黑龍江及鄰區(qū)“低點位移”出現時間為中強地震前1～40天，優(yōu)勢時間為震前14～33天(占研究震例的70%)，這與6級以上強震，“低點位移”出現在震前第27天或41天的前后4天的認識存在差異。黑龍江及鄰區(qū)“低點位移”出現次數也存在差異，內蒙古阿榮旗地震和黑龍江龍江地震前地磁“低點位移”發(fā)生次數較少，吉林撫松地震和吉林通榆地震前地磁“低點位移”發(fā)生的次數要明顯多于前2個震例，這可能與地磁臺站的分布有關。震例顯示，震中附近地磁臺站越密集，則震前地磁“低點位移”被“捕獲”的次數越多。

(3)黑龍江及鄰近地區(qū)發(fā)生地磁“低點位移”以2塊分界線型居多(占54%)且與震中位置對應較好(占85%)。出現2塊分界線型，則震中位置大多數(占70%)出現在未發(fā)生“低點位移”的分界線一側，其在中強震活動預測中更具參考意義。發(fā)生單臺型地磁“低點位移”次數雖多，但全部出現在同一臺站(滿洲里臺)且與震中位置距離較遠，對本地區(qū)中強地震活動預測的幫助不大;3塊分界線型與不確定型發(fā)生次數較少，對本地區(qū)中強地震預測的作用，需要進一步的震例分析總結。

(4)該方法需要進一步研究區(qū)域地磁“低點位移”的基本特征并不斷充實震例，才能更好地應用于區(qū)域地震活動的預測研究中。