岳 力，賈秀玲，張彥吉，王海濤，胡瀾繽

（通河地震臺(tái)，黑龍江 哈爾濱 150900）

0 引言

地磁臺(tái)觀測(cè)到的磁場(chǎng)信息包括穩(wěn)定磁場(chǎng)和變化磁場(chǎng)，異常磁場(chǎng)變化疊加在地磁穩(wěn)定磁場(chǎng)的長(zhǎng)期變化之上，包括疊加在地磁的日變化上，可由地磁日變化中提取，疊加在地磁場(chǎng)的短周期變化之上，可由地磁短周期變化中提取。由于區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的作用，應(yīng)力的不斷加強(qiáng)，導(dǎo)致地震區(qū)地下電導(dǎo)率的變化，因此，通過(guò)應(yīng)磁效應(yīng)等途徑產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)也會(huì)隨之發(fā)生變化，這種變化可能在地磁數(shù)據(jù)觀測(cè)上有所反應(yīng)，使觀測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)生異常變化，有可能獲得臨震前的異常［1］。

1 資料選用

本文利用東北地區(qū)（黑龍江省、吉林省、遼寧省、內(nèi)蒙古自治區(qū)）的哈爾濱臺(tái)、三崗臺(tái)、通河臺(tái)等12個(gè)地磁觀測(cè)臺(tái)，其中大連臺(tái)、德都臺(tái)、三崗臺(tái)、滿(mǎn)洲里臺(tái)使用地磁觀測(cè)儀器為FHDZ-M15型；通河臺(tái)、通化臺(tái)、朝陽(yáng)臺(tái)、鐵嶺臺(tái)、營(yíng)口臺(tái)、哈爾濱臺(tái)、望奎臺(tái)、錫林浩特臺(tái)使用地磁觀測(cè)儀器為FHD-2型。上述臺(tái)站觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量較好，數(shù)據(jù)可靠性較高。

2 計(jì)算原理和方法

地磁總強(qiáng)度F分量相關(guān)法是指相鄰兩個(gè)臺(tái)地磁觀測(cè)分量同時(shí)刻有很好的相關(guān)性，而地震孕育可能引起壓磁效應(yīng)在局部磁場(chǎng)發(fā)生不規(guī)則的變化，這樣兩臺(tái)觀測(cè)數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)就會(huì)減小從而出現(xiàn)異常，所以，利用相關(guān)分析方法來(lái)提取地磁觀測(cè)中的異常有一定的效果。相關(guān)系數(shù)在概率論的標(biāo)準(zhǔn)定義是：ρXY=， 式中，Cov（X， Y）為X， Y的協(xié)方差，D（X）、 D（Y）分別為X、Y的方差。如果ρXY=1，說(shuō)明兩者相關(guān)，如果ρXY=0，說(shuō)明兩者不相關(guān)。1998年張北地震前，魯躍等（1999） 發(fā)現(xiàn)了地磁空間相關(guān)法存在低值異常的現(xiàn)象。馮志生等（2002） 對(duì)江蘇地區(qū)地震進(jìn)行了震例總結(jié)和檢驗(yàn)，總結(jié)出空間相關(guān)法在江蘇地區(qū)的異常判定標(biāo)準(zhǔn)及預(yù)測(cè)指標(biāo)。通過(guò)對(duì)東北地區(qū)震例總結(jié)和檢驗(yàn)，判定異常參考標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)系數(shù)設(shè)定為 ρXY=0.950［2］。

地磁總強(qiáng)度F分量差值法，是兩個(gè)臺(tái)站間相同時(shí)間測(cè)值相減，這種方法適用于二臺(tái)外源場(chǎng)變化基本相同時(shí)，二臺(tái)相減可排除外空?qǐng)龅母蓴_，即消除二臺(tái)相同的外源場(chǎng)部分，突出二臺(tái)站內(nèi)源場(chǎng)的差異。如果差值連續(xù)超過(guò)二倍標(biāo)準(zhǔn)偏差則視為異常變化，標(biāo)準(zhǔn)偏差指平常無(wú)震時(shí)段差值的標(biāo)準(zhǔn)偏差［3］。

本文采用地磁臺(tái)站F分量北京01時(shí)整點(diǎn)值數(shù)據(jù)作為相關(guān)分析與差值分析，目的是過(guò)濾掉地磁場(chǎng)的人為干擾造成的變化，參考臺(tái)應(yīng)是非震區(qū)和非異常區(qū)同時(shí)滿(mǎn)足，本文選用錫林浩特臺(tái)為參考臺(tái)進(jìn)行分析。

地磁垂直Z分量日變幅加卸載響應(yīng)比方法，是通過(guò)計(jì)算地磁加卸載響應(yīng)比P（Z）值來(lái)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(jì)算 Ds（Z）的加卸載響應(yīng)參量：P（Z）=Ds（Z）+/Ds（Z）- 。 式中， Ds（Z）為 Z 分量地磁擾動(dòng)場(chǎng)的日變幅，標(biāo)志“+”表示加載；標(biāo)志“-”表示卸載。在實(shí)際運(yùn)用中可將地磁場(chǎng)垂直分量日變幅ΔZ+和ΔZ-看作是太陽(yáng)風(fēng)對(duì)地磁場(chǎng)的加載和卸載，此時(shí)計(jì)算公式可簡(jiǎn)化為：P（Z）= ΔZ+/ΔZ-［4-5］。 結(jié)合東北地區(qū)異常與應(yīng)震的關(guān)系，本文將加卸載響應(yīng)比閥值確定為P（Z）=3.30，能更好的反映加卸載響應(yīng)比異常與應(yīng)震的關(guān)系［6］。

地磁垂直Z分量日變幅逐日比方法，據(jù)馮志生、張翼等學(xué)者，研究華東、新疆等地區(qū)地磁Z分量日變幅逐日比與周邊臺(tái)站對(duì)應(yīng)關(guān)系時(shí)，要求至少2個(gè)臺(tái)站同時(shí)滿(mǎn)足異常標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)將兩次時(shí)間間隔不超過(guò)兩個(gè)月的異常為判定依據(jù)［7］。Z分量日變幅逐日比Y的定義為：當(dāng)天日變幅度A（d1）與后一天日變幅度A（d2）之比（di為觀測(cè)日期且 d2=d1+1）， 即：本文取Y=2.9為閾值。

上述各種方法計(jì)算采用江蘇省地震局馮志生研究員的分析軟件進(jìn)行分析。

3 震例選取與分析結(jié)果

2013年11月23日吉林省松原市發(fā)生M5.8地震（黑龍江省數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定）（圖1）。

圖1 震中分布圖與地震臺(tái)站相對(duì)位置Fig.1 The relative position of the seismic station and the epicentral distribution map

地磁總強(qiáng)度F分量相關(guān)法：選取東北地區(qū)滿(mǎn)洲里臺(tái)、通河臺(tái)、三崗臺(tái)、通化臺(tái)、鐵嶺臺(tái)、朝陽(yáng)臺(tái)、營(yíng)口臺(tái)、大連臺(tái)等8個(gè)地磁觀測(cè)臺(tái)站，以錫林浩特臺(tái)為參考臺(tái)計(jì)算上述8個(gè)臺(tái)站地磁F分量01點(diǎn)值空間相關(guān)系數(shù)。丁鑒海等［8］指出，除在震中區(qū)出現(xiàn)集中異常分布外，同時(shí)還存在部分遠(yuǎn)場(chǎng)異常點(diǎn)。2013年9月1日—14日通化臺(tái)、鐵嶺臺(tái)、朝陽(yáng)臺(tái)、營(yíng)口臺(tái)、大連臺(tái)等5個(gè)臺(tái)站的F分量01點(diǎn)值同時(shí)出現(xiàn)ρXY≤0.950標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)系數(shù)，持續(xù)10天左右異常現(xiàn)象，異常結(jié)束至發(fā)震為70天，松原市M5.8地震在空間相關(guān)性上顯示出遠(yuǎn)場(chǎng)異常。

圖2 地磁總強(qiáng)度F分量相關(guān)法異常曲線(xiàn)Fig.2 Abnormal curve of F component correlation method for geomagnetic total strength

地磁總強(qiáng)度F分量差值法：選取東北地區(qū)滿(mǎn)洲里臺(tái)、通河臺(tái)、三崗臺(tái)、通化臺(tái)、鐵嶺臺(tái)、朝陽(yáng)臺(tái)、營(yíng)口臺(tái)、大連臺(tái)等8個(gè)地磁觀測(cè)臺(tái)站，以錫林浩特臺(tái)為參考臺(tái)計(jì)算上述8個(gè)臺(tái)站地磁F分量01點(diǎn)值差值。2013年8月2日通河臺(tái)、三崗臺(tái)、通化臺(tái)、鐵嶺臺(tái)、朝陽(yáng)臺(tái)、營(yíng)口臺(tái)、大連臺(tái)同時(shí)出現(xiàn)差值超過(guò)二倍標(biāo)準(zhǔn)偏差異?，F(xiàn)象，異常結(jié)束至發(fā)震為113天；9月10日—14日上述7個(gè)臺(tái)站F分量01點(diǎn)值差值連續(xù)超過(guò)二倍標(biāo)準(zhǔn)偏差，異常結(jié)束至發(fā)震為70天。

圖3 地磁總強(qiáng)度F分量差值法異常曲線(xiàn)Fig.3 Abnormal curve of F component difference method of geomagnetic total strength

地磁垂直Z分量日變幅加卸載響應(yīng)比：選取東北地區(qū)滿(mǎn)洲里臺(tái)、德都臺(tái)、通河臺(tái)、錫林浩特臺(tái)、鐵嶺臺(tái)、朝陽(yáng)臺(tái)、營(yíng)口臺(tái)、大連臺(tái)等8個(gè)地磁觀測(cè)臺(tái)站，2013年7月2日滿(mǎn)洲里臺(tái)、德都臺(tái)、通河臺(tái)、錫林浩特臺(tái)地磁Z分量加卸載響應(yīng)比出現(xiàn)P（Z）≥3.30以上高值異?，F(xiàn)象，異常高值至發(fā)震時(shí)間為121天；10月2日鐵嶺臺(tái)、朝陽(yáng)臺(tái)、營(yíng)口臺(tái)地磁Z分量加卸載響應(yīng)比出現(xiàn)P（Z）≥3.30以上高值異?，F(xiàn)象，異常高值至發(fā)震時(shí)間為52天。

圖4 地磁垂直Z分量日變幅加卸載響應(yīng)比異常曲線(xiàn)Fig.4 The daily variation of amplitude load/unload response ratio anomaly curve of geomagnetic vertical Z component

地磁垂直Z分量日變幅逐日比：選取東北地區(qū)滿(mǎn)洲里臺(tái)、德都臺(tái)、通河臺(tái)、望奎臺(tái)、三崗臺(tái)、鐵嶺臺(tái)、營(yíng)口臺(tái)、大連臺(tái)等8個(gè)地磁觀測(cè)臺(tái)站，2013年9月14日通河臺(tái)、望奎臺(tái)、三崗臺(tái)、鐵嶺臺(tái)地磁Z分量變幅逐日比出現(xiàn)Y≥2.90以上高值異?，F(xiàn)象，異常高值至發(fā)震時(shí)間為70天；10月2日德都臺(tái)、通河臺(tái)、望奎臺(tái)、三崗臺(tái)、鐵嶺臺(tái)、營(yíng)口臺(tái)、大連臺(tái)地磁Z分量加卸載響應(yīng)比出現(xiàn)Y≥2.90以上高值異?，F(xiàn)象，異常高值至發(fā)震時(shí)間為52天。

圖5 地磁垂直Z分量日變幅逐日比異常曲線(xiàn)Fig.5 Daily ratio anomaly curve of diurnal variation of geomagnetic vertical Z component

上述四種方法在吉林省松原市發(fā)生M5.8地震震前均出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，異常臺(tái)站數(shù)均為3個(gè)以上，其中F分量差值法、Z分量日變幅逐日比計(jì)算異常臺(tái)站最多，均為7個(gè)臺(tái)站；異常結(jié)束至發(fā)震時(shí)間為52～121天，其中Z分量日變幅加卸載響應(yīng)比、Z分量日變幅逐日比計(jì)算異常結(jié)束至發(fā)震時(shí)間最短，均為52天。兩次異常間隔時(shí)間上，F(xiàn)分量差值法為43天，Z分量日變幅加卸載響應(yīng)比為69天，Z分量日變幅逐日比為18天（表1）。

表1 分析方法統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)論與討論

（1） 相關(guān)法震前異常分析，錫林浩特臺(tái)與東北地區(qū)各臺(tái)站地磁總強(qiáng)度F分量01點(diǎn)值相關(guān)變化計(jì)算表明，3個(gè)以上臺(tái)站相關(guān)系數(shù)同時(shí)等于或低于0.950，并且持續(xù)異常時(shí)間為10天以上有可能為震前異常。

（2） 差值法震前異常分析，錫林浩特臺(tái)與東北地區(qū)各臺(tái)站地磁總強(qiáng)度F分量01點(diǎn)值差值變化計(jì)算表明，3個(gè)以上臺(tái)站同時(shí)出現(xiàn)差值超過(guò)二倍標(biāo)準(zhǔn)偏差異常現(xiàn)象，同時(shí)兩次時(shí)間間隔不超過(guò)兩個(gè)月的異常有可能為震前異常。

（3） 日變幅加卸載響應(yīng)比震前異常分析，3個(gè)以上臺(tái)站同時(shí)出現(xiàn)超過(guò)響應(yīng)比閥值異常高值可能為震前異常，如果在半年內(nèi)出現(xiàn)兩次異常高值，發(fā)生地震的可能性更高。

（4） 日變幅逐日比震前異常分析，3個(gè)以上臺(tái)站同時(shí)滿(mǎn)足異常標(biāo)準(zhǔn)，并且同時(shí)兩次時(shí)間間隔不超過(guò)兩個(gè)月的異常有可能為震前異常。

通過(guò)對(duì)東北地區(qū)各臺(tái)站地磁觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，東北地區(qū)大部分中強(qiáng)地震震前地磁場(chǎng)有異常波動(dòng)，說(shuō)明震前地磁臺(tái)站及周?chē)貐^(qū)的磁場(chǎng)發(fā)生變化，從而反映地磁異?，F(xiàn)象是客觀存在的。地磁觀測(cè)數(shù)據(jù)在吉林省松原市發(fā)生M5.8地震震前有明顯異常變化，結(jié)合東北地區(qū)前兆資料分析，綜合分析異常信息，以便得到更充分、全面的預(yù)測(cè)結(jié)果。