張志宏，張 麗，錢 蕊，孔祥瑞

（遼寧省地震局，遼寧 沈陽 110034）

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遼寧地區(qū)地磁加卸載響應比方法應用研究

張志宏，張 麗，錢 蕊，孔祥瑞

（遼寧省地震局，遼寧 沈陽 110034）

摘要：應用地磁加卸載響應比方法，研究分析了遼寧地區(qū)2008—20l5年觀測資料的加卸載響應比異常與遼寧地區(qū)M 4.0以上地震之間的對應關(guān)系，提出適用于遼寧地區(qū)地磁異常定量指標的參數(shù)。

關(guān)鍵詞：加卸載響應比；地磁異常；遼寧地區(qū)

0 引言

國內(nèi)外地震預報實踐和震例研究表明，地震的孕育是一個非線性過程，前兆異常與地震存在一定的不確定性，使我們很難對地震做出準確性的預報。而震源區(qū)介質(zhì)的加載響應不同于卸載響應，這種加載響應與卸載響應的差別可以定量地刻畫地震的孕育過程［1］。地磁場是地球固有的地球物理場，它能夠深刻反應地下物質(zhì)信息的變化［2］，同時地磁加卸載響應比方法（LURR） 目前在全國地震系統(tǒng)應用已較為廣泛，已經(jīng)成為一種用來進行中短期地震分析預測的地磁手段。

尹祥礎(chǔ)等通過引入響應比理論對非線性系統(tǒng)的失穩(wěn)前兆進行分析，表明該理論有一定的地震預測能力［3］；宋治平等提出了利用加卸載響應比的時空演變來確定地震三要素的方法［4］；1996年曾小蘋等利用地磁場垂直分量日變幅極大值和極小值，計算了太陽風對地球磁場的加卸載響應比，表明P（Z）的高值與北京地震臺550 km范圍內(nèi)M≥5.5的中強地震有較好的對應［5］；馮志生等應用地磁加卸載響應比法，研究了江蘇地磁臺網(wǎng)1983—1997年的加卸載響應比異常及其與MS4.6以上地震之間的關(guān)系，建立了江蘇地區(qū)地磁資料分析預報的異常跟蹤體系［6］；張建國等應用地磁加卸載響應比方法，研究河北省各地磁臺1982—2006年地磁Z分量加卸載響應比的高值異常與河北省及鄰近地區(qū)MS≥5.0級地震之間的對應關(guān)系［7］；余懷忠等使用庫倫應力算法，得到美國南加州4次 6.5級以上地震以及2008年中國汶川M8.0地震的加卸載響應比臨界區(qū)域和時間序列，發(fā)現(xiàn)其地震前兆變化明顯，對目標地震的位置、震級預測明確［8］。至此，加卸載響應比方法已在全國大部分地區(qū)地磁觀測數(shù)據(jù)中得到應用，并取得一定進展［9-10］。

本文通過收集2008—2015年遼寧及鄰區(qū)的歷史M4.0以上地震，應用加卸載響應比方法，基于2008年以來M4.0以上震例對遼寧地區(qū)的地磁臺站數(shù)據(jù)進行分析研究，計算并提取出適用于該地區(qū)的P（Z）的閾值，為遼寧地區(qū)今后的震情跟蹤及研判提供依據(jù)。

1 原理與計算方法

太陽風主要以兩種形式影響地磁場，一方面地球自轉(zhuǎn)使太陽的紫外線輻射對地球磁場每天加載、卸載一次，其地磁效應即是地磁變化中的太陽靜日變化；另一方面，平均大約每5～6天地球被強烈的太陽暴風（太陽輻射的速度為800～1000km/s高速等離子體粒子流）產(chǎn)生的地磁效應—全球同時發(fā)生的磁暴現(xiàn)象加載、卸載一次［1，11］。其中磁暴場D的構(gòu)成為：

D=Dst+Ds+Dp （B）

式中Dst為暴時變化，Ds為暴時擾日變化，Dp （B）為極區(qū)亞暴。

地球自轉(zhuǎn)使太陽的紫外輻射對地球每天加卸載一次，其地磁效應即是；太陽暴風粒子流輻射的地磁效應就是全球同時發(fā)生的磁暴現(xiàn)象，由統(tǒng)計可知，平均大約5～6天地球便會被太陽高速暴風粒子流加卸載一次［4］。另外，考慮到地震是一種非線性失穩(wěn)現(xiàn)象，在孕震區(qū)地下介質(zhì)系統(tǒng)由穩(wěn)態(tài)變?yōu)榉欠€(wěn)態(tài)的過程中，介質(zhì)的物理性質(zhì)，其中包括電導率將會發(fā)生相應的反應。因而可以認為，不同的地磁測點，穩(wěn)定地區(qū)和非穩(wěn)定地區(qū)暴時擾日變化不同，同一地磁測點非穩(wěn)定時期暴時擾日變化與正常時期的變化又不同［12］。因此，可通過計算地磁加卸載響應比P（Z）值來得到其異常信息。

地磁垂直分量Z與地下介質(zhì)及其變化較其它地磁分量的關(guān)系更密切，因此可以取Z分量作為計算Ds（Z）的加卸載響應參量：

式中，Ds（Z）為Z分量地磁擾動場的日變幅；標志“+”表示加載；標志“-”表示卸載。

在實際運用中可將地磁場垂直分量日變幅ΔZ+和ΔZ-看作是太陽風對地磁場的加載和卸載，此時計算公式可簡化為：

2 遼寧地區(qū)的應用

遼寧及鄰區(qū)地磁臺網(wǎng)目前有Z分量相對觀測臺4個，分別為大連地磁臺、營口地磁臺、鐵嶺地測臺以及朝陽地磁臺；基于中國地震信息網(wǎng)地震目錄，收集到2008年1月1日至2015年12月31日遼寧及周邊地區(qū)共發(fā)生M4.0以上地震10個（表1）。

表1　遼寧及鄰區(qū)2008年01月01日—2015年12月31日M≥4.0地震信息表

應用每日Z分量日變幅度值，計算了4個臺2008年1月1日至2015年12月31日的P （Z）值，異常計算過程中，若同一臺站二次異常時間前后相距不超過3個月，則視為一組異常，其具體變化曲線見圖1。根據(jù)P（Z）分量的變化曲線并結(jié)合2008年以來遼寧及周邊M≥ 4.0歷史震例，經(jīng)過多次震例檢驗計算并結(jié)合前人對遼寧地區(qū)地磁加卸載響應比的研究［13］，本文將地磁加卸載響應比的閾值P（Z）定為2.8。在此基礎(chǔ)上分別統(tǒng)計了2008年以來P （Z）≥2.8的異常變化情況，得出大連地震臺出現(xiàn)異常14組，異常出現(xiàn)后3個月內(nèi)對應地震7次，漏報2次，虛報5次，報準率為50%，漏報率為14%，虛報率為36%；營口臺出現(xiàn)異常9組，異常出現(xiàn)后3個月內(nèi)對應4次地震，漏報3次地震，虛報2次地震，報準率為44.44%，漏報率為33.33%，虛報率為22.22%；朝陽臺出現(xiàn)異常15組，異常出現(xiàn)后3個月內(nèi)對應7次地震，漏報0次，虛報8次，報準率為46.7%，漏報率為0%，虛報率為53.3%；鐵嶺地震臺出現(xiàn)異常13組，異常出現(xiàn)后3個月內(nèi)對應地震8次，漏報0次，虛報5次，報準率為61.5%，漏報率為0%，虛報率為38.5%。綜合以上分析可以看出，當P（Z）≥2.9時，遼寧地區(qū)4個地震地磁臺站地震報準率除朝陽臺以外均為最高，為地震預報分析提供了依據(jù)。

圖1　遼寧地區(qū)地磁z分量響應比變化曲線Fig.1 Load-unloading response ratio variation curve within

3 結(jié)果分析

通過以上分析，總結(jié)出遼寧及鄰區(qū)加卸載響應比異常與地震的對應情況具有以下四個特點：（1）一組異常內(nèi)如果出現(xiàn)3次高值，則之后可能對應震群活動（圖1），如營口及朝陽臺2008年出現(xiàn)的P（Z）異常，異常持續(xù)過程中連續(xù)出現(xiàn)多次高值，異常結(jié)束后發(fā)生海城震群；（2）若單臺出現(xiàn)異常，則對應地震震中與異常臺站距離一般在150 km范圍內(nèi)；如果有2個或2個以上地磁臺站同時出現(xiàn)響應比異常，則對應地震的震中與其中一個異常臺的距離較近，主要集中在100 km 范圍內(nèi)，而與另一個臺的距離則相對較遠（一般在300 km以內(nèi)）；（3）若單臺出現(xiàn)異常，則異常持續(xù)時間一般相對較短，大約持續(xù)4個月左右；如果是2個以上臺站同時出現(xiàn)響應比異常，則異常持續(xù)時間通常相對較長，大約持續(xù)10個月左右；（4）震級與異常的幅度沒有明顯的依賴關(guān)系（表2）。

綜合以上分析，總結(jié)出遼寧及鄰區(qū)地磁加卸載響應比預報指標。具體如下：（1）將遼寧地區(qū)地磁加卸載響應比P（Z）的閾值為2.8時，M≥4.0地震對應率較高；（2）若單臺出現(xiàn)異常，從一組異常內(nèi)的第一次異常發(fā)生日開始計算，在其后的4個月內(nèi)，距離臺站150 km范圍內(nèi)有發(fā)生M≥4.0地震的可能性；（3）如果2個地震臺站出現(xiàn)異常，10個月內(nèi)，距離其中一個臺站100 km范圍以內(nèi)，有發(fā)生M≥4.0地震的可能性。

表2　遼寧及鄰區(qū)地磁Z分量響應比異常與M≥4.0以上地震的對應

注：① 異常持續(xù)時間即從第1次異常出現(xiàn)至地震發(fā)生；②同一時間發(fā)震的表示為一組異常，如果兩次異常時問前后相距不超過3個月，則視為一組異常

4 結(jié)論

（1）將遼寧地區(qū)地磁加卸載響應比異常閾值P（Z）定為2.8時，異常與遼寧地區(qū)M≥4.0地震具有較好的對應關(guān)系。

（2）若一組異常內(nèi)如果出現(xiàn)3次以上高值，則之后可能對應震群活動。

（3）若單臺出現(xiàn)異常，從一組異常內(nèi)的第一次異常發(fā)生日開始計算，在其后的4個月內(nèi)，距離臺站150 km范圍內(nèi)有發(fā)生M≥4.0地震的可能性。

（4）若2個地震臺站出現(xiàn)異常，10個月內(nèi)，距離其中一個臺站100 km范圍以內(nèi)，有發(fā)生M≥4.0地震的可能性。

由于震例少，資料的研究時間尺度有限，所以此方法在判定地震強度上尚無明顯標識，且在判定地震方向上需與其他臺站或手段協(xié)同解決。遼寧及鄰區(qū)地磁加卸載響應比的預報指標也還不是很完善，有待進一步探討和研究。

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THE APPLICATION FOR THE GEOM AGNETIC LOADING AND UNLOADING RESPONSE RATIO METHOD IN THE LIAONING REGION

ZHANG Zhi-hong，ZHANG Li，QIAN Rui， KONG Xiang-rui
（Earthquake Administration of Liaoning Province，Shenyang 110034，China）

Abstract：In this paper，the relation between load—unloading response ratio anom aly and the earthquakes with M≥ 4.0 within and around network of Liaoning geomagnetic stations from2008-2010 is studied with the method of load—unloading response ratio. The index systemfitting to Liaoning geomagnetic network analytic prediction is presented.

Key words：ratio of load unload response； geom agnetic anomaly； Liaoning region

中圖分類號：P315

文獻標志碼：A

DOI:10.13693/j.cnki.cn21-1573.2016.02.004

文章編號：1674-8565（2016）02-0022-06

收稿日期：2016-01-21

修訂日期：2016-04-26

作者簡介：張志宏（1986-），男，甘肅省會寧縣人，2011年畢業(yè)于防災科技學院，本科，助理工程師，現(xiàn)主要從事電磁分析與研究工作。