史紅軍，趙衛(wèi)星，孫旭麗，康建紅，劉立波，李 寧

（1. 榆樹地震臺，吉林 長春 130400；2. 吉林省地震局，吉林 長春 130117；3. 四平地震臺，吉林 四平 136000）

吉林前郭MS5.8震群前地電異常分析

史紅軍1，趙衛(wèi)星1，孫旭麗2，康建紅2，劉立波3，李 寧1

（1. 榆樹地震臺，吉林 長春 130400；2. 吉林省地震局，吉林 長春 130117；3. 四平地震臺，吉林 四平 136000）

2013年10—11月，吉林前郭發(fā)生MS5.8震群，距震中200 km的榆樹地震臺以及距離震中150 km的四平地震臺記錄到了震前不同程度的地電阻率、地電場異常變化：地電阻率表現(xiàn)為形態(tài)上破年變異常和歸一化變化速率高值異常，異常持續(xù)時間最長達3年之久，最短只有7個月，屬于中短期異常；地電場原始分鐘值曲線出現(xiàn)趨勢上升和階變，異常持續(xù)時間為10天左右，表現(xiàn)為短臨異常。

震群型地震；地電阻率；地電場；中短臨異常

P315.722

A

10.13693/j.cnki.cn21-1573.2017.04.007

1674-8565（2017）04-0039-06

中國地震局“地震監(jiān)測、預測、科研三結合”課題（140701、150703）；地震行業(yè)科研專項結余資金使用計劃項目（2013年吉林前郭5.8級震群研究）（2060302）共同資助

2017-07-22

2017-09-02

史紅軍（1972-），男，吉林省榆樹市人，高級工程師，現(xiàn)主要從事地震地電日常監(jiān)測與分析預報研究工作。

E-mail: dzshj@sina.com

0 引言

2013年10—11月，吉林省前郭爾羅斯蒙古族自治縣發(fā)生MS5.8震群[1-2]。MS5.8震群是吉林省有地震記錄以來唯一的5級以上震群，在中國大陸也是比較獨特和復雜的。因此，開展此次震群型地震前兆異常分析研究具有積極的現(xiàn)實意義，本文著重對地震前地電異常進行回溯性分析，以期為震群型地震地電前兆異常判定提供依據(jù)。

1 臺站概況

經(jīng)分析，前郭MS5.8震群地震前，榆樹臺和四平臺的地電阻率數(shù)據(jù)存在明顯的中短期異常，地電場數(shù)據(jù)則存在短臨異常，其中榆樹臺距離該震中200km，四平臺距離該震中150km（圖 1）。

圖1 吉林前郭MS 5.8震群震中與地電臺站分布Fig.1 Distribution of the earth resistivity stations and the epicenters of the earthquakes swarm of Qian’ guo in Jilin Province

1.1 四平臺概況

在大地構造上，四平臺所處位置為東北斷 塊區(qū)松遼沉降拗陷帶與張廣才嶺—老爺嶺斷塊 隆起帶的交界部位，靠近松遼沉降拗陷帶的東 部斜坡帶的邊緣，附近有NE向伊舒斷裂帶經(jīng)過[3-4]（圖1）。

四平臺地電阻率于1977年4月開始觀測，布設N40oE 和N50oW 兩個測道，供電極距測量極距地電場于2007年10月正式觀測，布極方式均采用水平布設NS向和EW向兩個正交測向與一個斜交測向，正交長極距為0.300km，短極距為0.200km，斜交測向長極距0.420km，短極距0.280km[6]。

1.2 榆樹臺概況

在大地構造上，榆樹臺所處位置為東北斷塊區(qū)松遼斷陷沉降帶的東部隆起區(qū)，位于NE向伊通—舒蘭、四平—長春兩個深大斷裂帶北延部分的中間地帶，NNW向卡岔河斷裂西側(cè)2.5km的平原地區(qū)；臺址基底第四系蓋層較厚，90m以上巖性為白堊系砂巖、粉砂巖及泥巖，呈非均勻分布[3,7]。

榆樹臺地電阻率于1993年1月正式觀測，在用儀器為ZD8BI，布設N45oE 和N45oW兩個測道，供電極距測量極距地電場于2000年1月正式觀測，布極方式均采用水平布設NS向和EW向兩個正交測向與一個斜交測向，正交長極距為0.200km，短極距為0.100km，斜交測向長極距0.280km，短極距0.140km[6]。

榆樹臺、四平臺地電阻率、地電場裝置系統(tǒng)符合DB/T 18.1-2006關于臺站建設的技術要求[8]；史紅軍等研究表明，上述兩臺地電場靜日變化形態(tài)呈現(xiàn)典型的“雙峰單谷”，正常日變化峰—峰幅度為幾mV/km[6]。

2 地電阻率異常分析

2.1 地電阻率形態(tài)異常分析

形態(tài)分析是根據(jù)原始資料的變化形態(tài)進行分析的一種常用方法。形態(tài)法由于沒有做任何數(shù)據(jù)處理，能較好的反映震前各個時段地電阻率的原始形態(tài)，直觀、簡單，物理意義明確[5,9]。

我國的一些學者對中國大陸地電臺站觀測中地電阻率年變形態(tài)歸結為“正常年變”、“反向年變”和“相反年變”3種變化形態(tài)[10-14]。由于地下介質(zhì)的非均勻分布，使得榆樹臺地電阻率呈現(xiàn)出相反年變。

圖2為榆樹臺地電阻率月均值曲線。由圖2可見，2006年乾安—前郭MS5.0地震前和2013年前郭MS5.8震群型地震前，榆樹臺地電阻率曲線變化形態(tài)均存在破年變異常。2004年7月—2005年6月，N45oE向、N45oW向地電阻率曲線形態(tài)呈現(xiàn)相反變化，即N45oE向地電阻率高值變化時，N45oW向地電阻率低值變化，反之亦然。而2005年7月，N45oE向、N45oW向地電阻率曲線開始出現(xiàn)準同步上升、下降變化，也即正相關變化[2]，9個月后，于2006年3月31日發(fā)生乾安—前郭MS5.0地震。MS5.0地震后，正相關變化又持續(xù)了4個月，從2006年8月開始變?yōu)樨撓嚓P變化，并一直持續(xù)到2010年3月。但是，從2010年9月開始，N45oE向、N45oW向地電阻率數(shù)據(jù)再次呈現(xiàn)正相關變化，從正相關變化開始出現(xiàn)，到2013年前郭MS5.8震群首次MS5.5地震發(fā)生，異常持續(xù)時間達到3年之久，屬于中期異常[2]。無論是2006年乾安—前郭MS5.0地震，還是2013年前郭MS5.8震群型地震，榆樹臺地電阻率月均值曲線變化形態(tài)都出現(xiàn)了破年變異常，并且2013年前郭MS5.8震群型地震前異常持續(xù)時間長于2006年乾安—前郭MS5.0地震前異常持續(xù)時間。

圖2 榆樹臺地電阻率月均值曲線（2004.01—2013.12）Fig.2 The curves of monthly mean values of earth resistivity of Yushu Seismic Station （2004.01—2013.12）

2.2 地電阻率歸一化變化速率異常分析

歸一化變化速率法為杜學彬提出的提取地電阻率中短期至短期短臨異常的一種方法[15-16]，其數(shù)學定義為：

式中，ρ˙si為某一時刻的地電阻率歸一化變化速率值，Ki為月均值對時間軸的斜率，Ri為地電阻率自相關系數(shù)，（ε是一個給定的正數(shù)小量）為之積的時間序列的均方差。

由于進行歸一化處理，其速率值無量綱。速率法避免了人為判定正?；?、追蹤異常形態(tài)和幅度、時間的不確定性和隨意性。通過196次MS3.2～7.9地震（94%以上為MS≥4.0地震）統(tǒng)計和置信度分析得到:異常限差（即閥值）確定為±2.4，即時判定為異常[15]。

圖3、圖4分別為榆樹臺、四平臺地電阻率歸一化變化速率曲線（滑動步長為7）。由圖3可見，榆樹臺N45oE向地電阻率歸一化變化速率曲線在2013年3—4月份出現(xiàn)高值變化，最大值為3.50，至地震發(fā)生的時間為7個月，顯現(xiàn)出短期異常[2]。

圖3 榆樹臺地電阻率歸一化變化速率曲線（2010.01—2013.12）Fig.3 The curves of normalized variation rate of earth resistivity at Yushu Seismic Station（2010.01-2013.12）

由圖4可見，四平臺N40oE向地電阻率歸一化變化速率曲線在2010年9—11月份出現(xiàn)高值變化，最大值為3.77，至地震發(fā)生的時間為3年，屬于中期異常。

圖4 四平臺地電阻率歸一化變化速率曲線（2009—2013）Fig.4 The curves of normalized variation rate of earth resistivity at Siping Seismic Station （2009-2013）

2006年乾安—前郭MS5.0級地震前，榆樹臺、四平臺地電阻率歸一化變化速率曲線曾出現(xiàn)過不同程度的異常變化[5，17]，2013年前郭MS5.8震群型地震前，榆樹臺、四平臺地電阻率歸一化變化速率曲線再次出現(xiàn)異常變化，進一步增加了該異常的可信度。

3 地電場異常分析

地電場是重要的地球物理場之一，對于地震前地電場異常情況，我國的相關文獻多有記載，如1998年張北6.2級地震前地電場異常[18]，2006年文安5.1級地震前寶坻臺、昌黎臺地電場各測向同步連續(xù)成叢的脈沖異常[19]，2008年當雄MS6.6地震前拉薩地磁臺地電場數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大幅度的階躍型變化[20]。上述研究表明，地震前地電場存在著異常前兆變化信息，這為地震地電場資料的分析與預報提供了理論依據(jù)和方法指南，對地震預測，特別是短臨地震預測具有重要的意義[1]。

3.1 四平臺地電場異常分析

2013年9月初，四平臺地電場南北長道、南北短道分鐘值數(shù)據(jù)開始出現(xiàn)趨勢上升（圖5），持續(xù)時間在10天以上，最大變化幅度達到50mV/km以上，從分鐘值數(shù)據(jù)出現(xiàn)趨勢上升變化開始，至10月31日首次MS5.5地震發(fā)生，時間接近2個月，屬于短期異常；而且，這兩個測道的分鐘值數(shù)據(jù)在MS5.5地震前4～15天出現(xiàn)階變，持續(xù)時間為10天，最大變化幅度達到30mV/km；在MS5.8地震前，上述兩測道分鐘值數(shù)據(jù)表現(xiàn)出平靜—階變—平靜變化，在震前10～15天出現(xiàn)階變，最大變化幅度達到25mV/km，遠大于其正常日變峰-峰幅度，地震發(fā)生在后一個平靜階段。

圖5 四平臺地電場分鐘值曲線圖（2013.09.01—11.30）Fig.5 The curves of minute value of geoelectric field of Siping Seismic Station （2013.09.01-11.30）

3.2 榆樹臺地電場異常分析

榆樹臺地電場南北長道、東西長道分鐘值數(shù)據(jù)在MS5.5地震前10天內(nèi)出現(xiàn)階變，持續(xù)時間10天左右，最大變化幅度達到10mV/km以上，大于正常日變峰—峰幅度2倍；10月31日MS5.0地震后，上述兩測道分鐘值數(shù)據(jù)經(jīng)歷短暫平靜后，出現(xiàn)階變—平靜—階變—平靜，在后一個階變結束，即進入最后平靜期7天后，發(fā)生MS5.8地震，表現(xiàn)出明顯的臨震異常[1]。

圖6 榆樹臺地電場分鐘值曲線圖（2013.09.01—11.30）Fig.6 The curves of minute value of geoelectric field of Yushu Seismic Station （2013.09.01-11.30）

經(jīng)臺站觀測人員證實，前郭MS5.8震群型地震前，地電場測區(qū)環(huán)境無明顯干擾，測量儀器工作正常，電極穩(wěn)定，這表明異常是可靠的。2013年前郭MS5.8震群型地震前榆樹臺、四平臺地電場出現(xiàn)的階躍變化，與2008年當雄MS6.6地震前拉薩地磁臺地電場數(shù)據(jù)變化特征相似。

4 結論與討論

前郭MS5.8級震群發(fā)生前，距離震中200km以內(nèi)的榆樹臺、四平臺記錄到地電阻率、地電場異常，分析可能是這兩個臺站處于斷裂帶交會部位或附近，有利于記錄到震兆異常信息；地震前，地電阻率數(shù)據(jù)出現(xiàn)3年尺度的中期異常和半年尺度的短期異常，而地電場數(shù)據(jù)則表現(xiàn)短期至臨震異常，表明震群型地震前兆的復雜性。

前郭MS5.8震群前地電異?；厮菪苑治觯瑢χ袕娬鹑盒偷卣鹎罢桩惓Ｅ袛嗑哂幸欢ǖ默F(xiàn)實意義，有關此次震群型地震前地電異常機理還有待于從地質(zhì)構造方面做進一步深入研究。

致謝：感謝中國地震局蘭州地震研究所杜學彬研究員、譚大誠研究員的指導與幫助。

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Anomalies of Geo-electrical Resistivity and Self-potential before the MS5.8 Earthquakes Swarm in Jilin Province

SHI Hong-jun1，ZHAO Wei-xing1，SUN Xu-li2，KANG Jian-hong2，LIU Li-bo3，LI Ning1

（1.Yushu Seismic Station，Jilin Changchun 130400，China；2. Earthquake Administration of Jilin Province，Jilin Changchun 130117，China；3. Siping Seismic Station，Jilin Siping 136000，China）

The MS5.8 earthquake swarm occurs in Qian’guo County of Jilin Province from October to November 2013，and different degree abnormal changes of earth resistivity and geoelectric field of Yushu and Siping Seismic Station which distance 200km and 150km from the epicenter are recorded before the earthquake swarm. The ground resistivity shows abnormal in form and annual variation，and normalized change rate is high value anomaly，the longest duration of the anomaly is 3 years，the shortest is only 7 months，belongs to middle and short term anomaly; the curves of original minute value of geoelectric field appears trend of rising and step changes，the abnormal duration is 10 days or so，which showes a short impending anomaly.

earthquake swarm；earth resistivity；geoelectric field；middle and short impending anomaly