張 麗，張志宏，李夢瑩，黃明威

（遼寧省地震局，遼寧 沈陽 110034）

0 引言

根據(jù)麥克斯韋方程組給出的磁場的動態(tài)與源（電荷、電流）之間的密切聯(lián)系，也就是說，歸根結(jié)底電磁場是有源的；但是，另一方面電磁場的理論揭示，當(dāng)電磁場的源消失后，電磁場可以繼續(xù)存在，并通過電場和磁場的相互轉(zhuǎn)化而向外傳播，從這一點上說，它又是不依賴于源而存在的。地震電磁學(xué)是研究地震孕育和發(fā)生過程中出現(xiàn)的有關(guān)電磁現(xiàn)象的學(xué)科，地球電磁學(xué)的電磁場時空變化規(guī)律、電磁感應(yīng)分析方法和地殼磁異常（巖石圈磁異常）分析方法被廣泛應(yīng)用于地震電磁學(xué)。我國位于中低緯度地區(qū)，觀測和研究發(fā)現(xiàn)地震之前一些臺站地磁垂直分量日變化形態(tài)會發(fā)生畸變，通過剔除或壓制正常地磁日變化，可提取這些畸變異常，這些畸變異常周期范圍大約在數(shù)十分鐘到數(shù)小時。與局部變化磁異常在垂直分量中表現(xiàn)最突出現(xiàn)象一樣[1]，與地震有關(guān)變化磁異常也是在垂直分量中最明顯，究其原因可能是因為淺源地震的孕育與發(fā)生過程位于地殼及上地幔頂部附近，與其有關(guān)變化磁異常的電流源主要也位于該區(qū)域[2]。與局部變化磁異常在垂直分量中表現(xiàn)最突出現(xiàn)象一樣，與地震有關(guān)變化磁異常也是在垂直分量中最明顯，究其原因可能是因為，淺源地震的孕育與發(fā)生過程位于地殼及上地幔頂部附近，與其有關(guān)變化磁異常的電流源主要也位于該區(qū)域[2]。地磁低點位移法、地磁垂直分量日變化空間相關(guān)法和地磁垂直分量每日一值相關(guān)法是提取相位畸變變化的分析方法，地磁垂直分量日變化幅度逐日比法和加卸載響應(yīng)比法則是提取這種幅度畸變的分析方法。地震地磁日變化分析資料主要來自我國的磁通門磁力儀分鐘采樣資料和FHD 質(zhì)子矢量磁力儀分鐘采樣資料，并且基本只用到垂直分量觀測資料，其中每日一值空間相關(guān)法只能使用FHD 質(zhì)子矢量磁力儀夜間分鐘采樣資料及基準(zhǔn)臺站質(zhì)子磁力儀的夜間觀測資料。但是用一種地磁分析方法去提取地震三要素有一定的局限性，例如地磁日變化低點位移法主要指出異常區(qū)為出現(xiàn)低點時間突變的分界線附近，優(yōu)勢預(yù)測時間是低點突變時間后的第27 天或41 天正負(fù)4 天，但是存在預(yù)測范圍較大的缺點。

2018 年5 月28 日松原M5.7 地震是東北地區(qū)繼1975 年2 月4 日海城7.3 級地震震級最大的一次淺源地震。據(jù)中國地震臺網(wǎng)測定，震中位于45.27°N，124.71°E，震源深度為10 km。主震后余震超過823 次，其中ML3.0（含）以上余震8 次。東北地區(qū)屬于古亞洲洋與濱太平洋兩大構(gòu)造域的構(gòu)造作用疊加區(qū)。前中生代時期，其地質(zhì)構(gòu)造格局為以南北分異為主，南部為華北陸塊區(qū)，北部為興蒙造山區(qū)，總體上以古亞洲洋構(gòu)造域東部的華北與西伯利亞兩大古陸、中間地塊與造山褶皺帶交織分布為特征。2018年5 月28 日吉林松原發(fā)生了5.7 級地震，地震發(fā)生在松遼斷陷盆地中央沉降帶內(nèi)，位于北東向松原—肇東斷裂帶和北西向第二松花江斷裂帶交匯部位。震中區(qū)斷（坳）陷盆地基底之上的中生代沉積層厚約4000 m。上部第四系沉積層在震中區(qū)厚度約80 m。深部地質(zhì)構(gòu)造單元位于松遼平原上地幔隆起區(qū)NNE 向中央隆起帶的東部斜坡帶上。地震活動圖像顯示，松原地區(qū)的地震活動空間分布主要沿北東向松原（扶余）—肇東斷裂帶分布，且具有叢集分布特征，主要分布在前郭縣查干花和松原市寧江區(qū)這兩個區(qū)域，地震活動明顯受北東向斷裂控制。本文利用加卸載響應(yīng)比法與地磁低點位移法提取幅度畸變，通過變化磁場畸變分析震前6 個月內(nèi)松原及鄰區(qū)地磁異常信息。

1 異常提取

1.1 地磁加卸載響應(yīng)比異常提取

地磁日變化的強弱用日變化幅度來表達(dá)，即日變化極大值與極小值差。地磁日變化幅度具有不規(guī)則的逐日變化。地磁日變化主要取決于外空電流體系產(chǎn)生的變化磁場（外空變化磁場）及地下介質(zhì)電導(dǎo)率，并且地殼介質(zhì)電導(dǎo)率變化在地磁垂直分量中表現(xiàn)最突出。地磁加卸載響應(yīng)比P 定義為：

式中， RZ（max）為地磁垂直分量日變化幅度極大值，RZ（min）為RZ（max）出現(xiàn)之后的第一個極小值。異常判據(jù)閾值均為P0（Z），以相鄰多個臺站同步出現(xiàn)超過閾值P0（Z） 為異常成立。計算2018 年5 月28 日松原M5.7 地震前6個月東北地區(qū)12 個地磁（FHD/M15）加卸載響應(yīng)比，克里金插值（彌補臺站稀疏的缺點）繪制加卸載響應(yīng)比和地震空間分布圖，提取異常當(dāng)天研究區(qū)域內(nèi)所有臺站的加卸載響應(yīng)比，繪制加卸載響應(yīng)比和地震的空間分布圖（圖1）。

圖1 東北加卸載響應(yīng)比等值線分布圖Fig.1 Isoline distribution map of load-unload response ratio in Northeast China

1.2 地磁低點位移異常提取

地磁低點位移異常反應(yīng)的是地磁垂直分量日變化畸變的相位變化信息，地磁日變化在相位上的特點常用極大值和極小值出現(xiàn)時間來表達(dá)，即極大值時間和極小值時間，地磁低點位移法采用的是地磁垂直分量日變化極小值時間，簡稱低點時間。低點時間跟著太陽走出現(xiàn)在地方時12 時左右，由東向西延遲4 分鐘/經(jīng)度，與緯度無關(guān)。地磁低點位移異常是指，一個大區(qū)域的低點時間明顯地與另一個大區(qū)域的低點時間不同，而每個大區(qū)域內(nèi)部低點時間又基本一致,兩個區(qū)域之間有明顯的突變分界線，兩個區(qū)域之間的低點時間相差一般要求在兩小時以上[3]。低點位移法自1966 年邢臺地震試驗場初步創(chuàng)立以來，該方法已得到長足的研究，對異常的形成及預(yù)報地震的機理也有了初步認(rèn)識。

2 異常分析

2.1 地磁加卸載響應(yīng)比異常分析

加卸載響應(yīng)比值的大小主要受到磁暴及場地觀測環(huán)境的影響。其中地磁暴是高速等離子體云到達(dá)地球空間后，引發(fā)的最具代表性的全球空間環(huán)境擾動事件，地磁暴的強度等級一般用Kp 指數(shù)。從震前6 個月內(nèi)加卸載響應(yīng)比值計算結(jié)果（表2）可以看出，震前有7 次超閾值的異常比值，其中4 次異常日Kp 指數(shù)小于2、3 次異常日Kp 指數(shù)小于5。場地觀測環(huán)境主要是高壓直流輸電干擾，高壓直流供電正常工作時電流基本上是從兩條架空的線路經(jīng)過，電流方向相反，大小基本相等。只有很少一部分不平衡電流入地（小于30A）。但一旦出現(xiàn)故障，就會出現(xiàn)很大的不平衡電流，對線路兩側(cè)臺站的地磁觀測和電場觀測造成干擾。從震前6 個月內(nèi)高壓直流干擾調(diào)查可以看出01 月05日三崗受到的高壓直流干擾，其余6 次超閾值異常無干擾。計算2008 年以來東北地區(qū)12 個地磁臺觀測數(shù)據(jù)（分鐘值采樣率）地磁加卸載響應(yīng)比均值及均方差（表1），去除磁暴干擾數(shù)據(jù)后計算結(jié)果東北地區(qū)極值比均值區(qū)間為［1.53，1.75］，2 倍均值＞3，經(jīng)驗閾值取3.0 提取異常。

表1 東北地區(qū)地磁臺站加卸載響應(yīng)比背景值

表2 震前6 個月內(nèi)研究區(qū)加卸載超閾值異常統(tǒng)計表

2.2 地磁低點位移異常分析

丁鑒海等[3]研究了1966—2008 年逾40 年間低點位移異常和地震相關(guān)性發(fā)現(xiàn)，低點位移法預(yù)報強震，特別是6 級以上地震效果較好。地震一般發(fā)生在異常線附近，在分析的54 次5.8級以上地震中，90%的震中位于異常線兩側(cè)一倍臺間距內(nèi)。167 例震例中，至少有66%的地震發(fā)生在異常出現(xiàn)后27 和41 天前后4 天的時間段內(nèi)。丁鑒海等[3]的功率譜分析結(jié)果表明，與低點位移異常有關(guān)的主要為1～3h 磁擾周期成分，其探測深度為地殼至上地幔。馮志生等[2]研究發(fā)現(xiàn)，引起低點位移異常的是低點位移線兩側(cè)臺站出現(xiàn)的反相位變化，推測外空變化磁場感應(yīng)電流因某種原因聚集在低點位移線下方，進而產(chǎn)生反相位畸變變化。2018 年2 月21 日我國北部存在地磁低點位移異常，東北地區(qū)以三崗以北為異常區(qū)，異常臺站為通河、德都、望奎、滿洲里。

3 結(jié)論與討論

松原2018 年5 月28 日5.7 級地震前6 個月內(nèi)地震地點位移只有1 次，加卸載響應(yīng)比高于研究區(qū)2 倍平均值的異常有6 次，其中單臺異常次數(shù)4 次，2 個臺站異常次數(shù)1 次，3 個臺異常次數(shù)1 次。 既有地磁低點位移異常又有加卸載響應(yīng)比異常的異常1 次，為2 月21 日異常。加卸載異常中單臺異常只有1 月5 日三崗臺屬于此次地震震中地質(zhì)構(gòu)造單元臺站。 2 月14 日加卸載朝陽、大連異常，異常臺站不屬于此次地震震中地質(zhì)構(gòu)造單元臺站。2 月21 日加卸載大連、營口、鐵嶺異常，異常臺站雖然不屬于扶余—肇東斷裂，但是異常臺站成線性分布，延長線經(jīng)過了震中位置。地磁場是地球內(nèi)部磁性巖石及分布在地球內(nèi)部和外部電流體系產(chǎn)生的各種磁場成分的疊加。由于磁場起源的不同，各種磁場成分的空間分布和時間變化規(guī)律也大不相同，按照場源的劃分，此次地震場源為外源磁場。外源場起源于地表以上的空間電流系，這些電流體系隨著時間變化較快，變化磁場的畸變具有短時性。此次地震地磁異常屬于區(qū)域磁異常，其特點是與構(gòu)造單元有關(guān)，面積為幾十至幾百平方公里。