沙木哈爾·葉爾肯， 楊福喜， 馬學(xué)軍, 趙鵬畢

(1. 新疆維吾爾自治區(qū)地震局新源地震監(jiān)測(cè)中心站，新疆 新源 835800；2. 新疆維吾爾自治區(qū)地震局，新疆 烏魯木齊 830011)

地磁低點(diǎn)位移是目前地震短臨預(yù)報(bào)的重要方法之一，強(qiáng)震發(fā)生前地磁低點(diǎn)位移異常有特有的判別指標(biāo)和預(yù)測(cè)指標(biāo)，其突出特點(diǎn)是預(yù)報(bào)發(fā)震時(shí)間較準(zhǔn)。王贊軍、張?zhí)K平、解用明、張?zhí)K平、李繼業(yè)等[1-5]采用地磁低點(diǎn)位移方法相繼對(duì)西北、青海、甘肅、青藏高原、華北、四川、黑龍江等地區(qū)的地磁資料進(jìn)行分析處理，并與區(qū)域內(nèi)顯著地震進(jìn)行對(duì)應(yīng)分析，發(fā)現(xiàn)在大部分地震之前地磁低點(diǎn)位移都有異?，F(xiàn)象存在。但是不同地區(qū)的地磁低點(diǎn)位移特征不同，存在一定的差異。

黃雪香等[6]對(duì)新疆地區(qū)地磁低點(diǎn)位移異常特征與1984～1998年之間的新疆地區(qū)MS≥5.0 地震的關(guān)系進(jìn)行了分析研究。艾薩·伊斯馬伊力等[7-10]也使用低點(diǎn)位移法成功捕捉到該地區(qū)發(fā)生的幾次MS5.0～MS6.0地震前短期地磁異常，這些研究表明，地磁低點(diǎn)位移異常與中強(qiáng)地震對(duì)應(yīng)較好。2008年以來(lái)，新疆地區(qū)天山中段、南天山西段、喀什烏恰交匯區(qū)和新疆東南部與青海西藏交界地區(qū)強(qiáng)震活動(dòng)較為活躍，MS≥6.0地震發(fā)生了11次，其中MS≥7.0地震2次。對(duì)2008年以來(lái)新疆6個(gè)地磁臺(tái)站地磁垂直分量低點(diǎn)位移異常與新疆及周邊區(qū)域MS≥6.0 地震的對(duì)應(yīng)關(guān)系和變化特點(diǎn)分析研究，力求通過(guò)歷史震例總結(jié)獲得新疆及周邊區(qū)域低點(diǎn)位移異常特征，使地磁低點(diǎn)位移異常分析結(jié)果在區(qū)域會(huì)商研判震情確定地點(diǎn)和時(shí)間時(shí)發(fā)揮更大作用。

1 地磁“低點(diǎn)位移”現(xiàn)象及強(qiáng)震預(yù)測(cè)指標(biāo)

地磁分量是表示地球磁場(chǎng)方向和大小的物理量。地表某點(diǎn)的地磁場(chǎng)強(qiáng)度是個(gè)矢量，用T表示。矢量T在坐標(biāo)系的XOY水平面上及沿各坐標(biāo)軸的投影H、X、Y和Z分別稱為水平分量(H分量)，北分量(X分量)、東分量(Y分量)和垂直分量(Z分量)。3個(gè)分量當(dāng)中垂直分量Z受外界影響最小[11-12]，表明變化比較穩(wěn)定,全國(guó)各地磁臺(tái)地磁垂直分量Z日變低點(diǎn)時(shí)間(世界時(shí))隨著各地磁臺(tái)站的經(jīng)度變化而變化，經(jīng)度每變化15°低點(diǎn)時(shí)間變化1 h。各地磁臺(tái)站的低點(diǎn)時(shí)間出現(xiàn)在地方時(shí)中午12時(shí)左右，以喀什地磁臺(tái)2019年1月1日FGM-01儀器記錄數(shù)據(jù)為例(圖1)，一天中最低點(diǎn)時(shí)間出現(xiàn)在世界時(shí)07時(shí)13分，轉(zhuǎn)換成地方時(shí)為12時(shí)16分?！暗忘c(diǎn)位移”是指一個(gè)地區(qū)臺(tái)站的地磁垂直分量日變低點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間和相鄰地區(qū)低點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間存在差異，存在差異的2個(gè)地區(qū)間的分界線兩側(cè)，低點(diǎn)時(shí)間相差2 h以上，這就是地磁“低點(diǎn)位移”異?，F(xiàn)象，低點(diǎn)時(shí)間不在中午地方時(shí)12時(shí)前后，而是發(fā)生明顯的前后偏移，很有可能是因?yàn)榈叵陆橘|(zhì)和地應(yīng)力發(fā)生變化，與地震構(gòu)造帶的活動(dòng)有關(guān)[13]。

如果某一天(或幾天)低點(diǎn)時(shí)間的空間分布規(guī)律被破壞，全國(guó)地磁臺(tái)低點(diǎn)時(shí)間分為兩大區(qū)域，在兩大區(qū)域之間有一條明確的突變分界線，低點(diǎn)時(shí)間相差2 h以上，就把這一天出現(xiàn)的“低點(diǎn)位移”作為MS≥6.0地震的異?，F(xiàn)象，若相鄰2次異常出現(xiàn)時(shí)間間隔不超過(guò)1個(gè)月，則劃為同一組異常，地震發(fā)生時(shí)間大致在第一次異常出現(xiàn)后(27±4) d或(41±4) d內(nèi)，地震發(fā)生在分界線附近[14]。

2 資料的選取

主要選取新疆地區(qū)6個(gè)地磁臺(tái)站[15]的垂直分量(Z分量)觀測(cè)數(shù)據(jù)，其中且末地磁臺(tái)2013年開始正式觀測(cè)，由于新疆地區(qū)面積大，6個(gè)地磁臺(tái)相對(duì)較少，密度不夠，確定地震發(fā)生地點(diǎn)有一定的困難，所以還選取了全國(guó)觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量良好的50多個(gè)地磁臺(tái)站。包括鄰近省份的甘肅省嘉峪關(guān)臺(tái)、西藏自治區(qū)獅泉河臺(tái)、拉薩臺(tái)和青海省格爾木地磁臺(tái)等。中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心數(shù)據(jù)顯示，2008年1月1日至2018年12月31日新疆境內(nèi)及周邊發(fā)生MS≥6.0地震13次(包含烏恰震群3次MS≥6.0地震)，地磁臺(tái)站和震中分布情況如圖2所示。

圖2 全國(guó)主要地磁臺(tái)站和新疆境內(nèi)地震震中分布圖Fig.2 Major geomagnetic stations and earthquake distribution in Xinjiang region

選取國(guó)家地磁臺(tái)網(wǎng)中心2008年1月1日～2018年12月31日新疆地區(qū)的6個(gè)地磁臺(tái)站Z分量的低點(diǎn)時(shí)間為基本資料，全國(guó)50多個(gè)地磁臺(tái)站Z分量的低點(diǎn)時(shí)間為輔助資料，各臺(tái)低點(diǎn)時(shí)間(世界時(shí))分布隨經(jīng)度變化，經(jīng)度相差15°，低點(diǎn)時(shí)間正好差1 h[14]，首先要把各臺(tái)地磁垂直分量低點(diǎn)時(shí)間換算成地方時(shí)，經(jīng)度影響低點(diǎn)時(shí)間因素去掉，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)下確定低點(diǎn)位移異常，利用公式，

(1)

式(1)中Z1為地磁垂直分量地方時(shí)低點(diǎn)時(shí)間，單位為h；Z2為地磁垂直分量世界時(shí)低點(diǎn)時(shí)間，單位h；E為地磁臺(tái)站經(jīng)度，單位為°。

按照地方時(shí)統(tǒng)計(jì)，各臺(tái)低點(diǎn)時(shí)間均出現(xiàn)在中午12時(shí)前后，我們逐日對(duì)新疆所有地磁臺(tái)的地磁Z分量日變極小值出現(xiàn)的時(shí)間進(jìn)行分析，找出存在地磁低點(diǎn)位移現(xiàn)象的時(shí)間，借助全國(guó)其他臺(tái)的地磁數(shù)據(jù)，按地磁低點(diǎn)位移異常的判別指標(biāo)識(shí)別異常，并畫出地磁低點(diǎn)位移分界線，與中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心提供的新疆地區(qū)MS≥6.0地震對(duì)應(yīng)情況做分析。

3 異常特征及其與地震對(duì)應(yīng)關(guān)系的分析

2008年1月1日～2018年12月31日，新疆地區(qū)達(dá)到異常判據(jù)的低點(diǎn)位移異常19次(組)。對(duì)比該地區(qū)發(fā)生的MS≥6.0地震，發(fā)現(xiàn)他們之間有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系(表1)。從表1可知，11次(組)異常后2個(gè)月內(nèi)對(duì)應(yīng)MS≥6.0地震(2008年10月5～6日烏恰震群3次MS≥6.0 地震，算一次MS6.0地震)，其中MS≥7.0地震2個(gè)，震前存在異常次數(shù)8次，漏報(bào)3次，虛報(bào)12次。

表1 2008-01-01～2018-12-31地磁低點(diǎn)位移異常與新疆地區(qū)MS≥6.0地震對(duì)應(yīng)情況

低點(diǎn)位移異常對(duì)該地區(qū)MS≥6.0地震眏震效能如下，

R值評(píng)分方法是由許紹燮提出,該方法被廣泛應(yīng)用于地震預(yù)報(bào)效能檢驗(yàn)[16]。R值越大,預(yù)測(cè)效能越好。

. (2)

利用式(2)進(jìn)行預(yù)測(cè)效能檢驗(yàn),2008年1月1日～2018年12月31日應(yīng)預(yù)報(bào)震數(shù)11個(gè)，有震報(bào)準(zhǔn)數(shù)8個(gè)，出現(xiàn)異常19次，地震發(fā)生在異常出現(xiàn)后2個(gè)月內(nèi)，得出R值0.415,R0值0.338,R>R0，通過(guò)檢驗(yàn)。

2008年2月16日烏魯木齊地磁臺(tái)、格爾木、西寧、嘉峪關(guān)、蘭州、烏加河、錫林浩特、滿洲里等臺(tái)站低點(diǎn)時(shí)間出現(xiàn)位移現(xiàn)象，低點(diǎn)時(shí)間出現(xiàn)在15時(shí)(地方時(shí)，以下均為地方時(shí))左右，而其余臺(tái)站低點(diǎn)時(shí)間出現(xiàn)在11時(shí)左右，中國(guó)大陸地區(qū)地磁垂直分量日變低點(diǎn)時(shí)間分為兩大區(qū)域，兩大區(qū)域之間有一條明顯的突變分界線，異常后33 d，在分界線附近發(fā)生新疆于田MS7.3地震(圖3a)；2011年10月25日新疆地區(qū)5個(gè)地磁臺(tái)站低點(diǎn)時(shí)間出現(xiàn)位移現(xiàn)象，低點(diǎn)時(shí)間出現(xiàn)在6時(shí)左右，而其余臺(tái)站低點(diǎn)時(shí)間出現(xiàn)在12時(shí)左右，中國(guó)大陸地區(qū)地磁垂直分量日變低點(diǎn)時(shí)間分為兩大區(qū)域，兩大區(qū)域之間有1條明顯的突變分界線(以下簡(jiǎn)稱分界線)，異常后7 d，在分界線附近發(fā)生新疆尼勒克—鞏留MS6.0地震(圖3b)；2012年1月20日喀什、烏什、格爾木3個(gè)地磁臺(tái)站低點(diǎn)時(shí)間出現(xiàn)位移現(xiàn)象，低點(diǎn)時(shí)間出現(xiàn)在6時(shí)左右，而其余臺(tái)站低點(diǎn)時(shí)間出現(xiàn)在12時(shí)左右，異常后49 d，在分界線附近發(fā)生新疆洛浦縣MS6.1地震(圖3c)；2014年1月10日新疆地區(qū)除且末臺(tái)以外5個(gè)地磁臺(tái)站低點(diǎn)時(shí)間出現(xiàn)位移現(xiàn)象，低點(diǎn)時(shí)間出現(xiàn)在05時(shí)左右，而其余臺(tái)站低點(diǎn)時(shí)間出現(xiàn)在12時(shí)左右，異常后33天，在分界線附近發(fā)生新疆于田縣MS7.2地震(圖3d)；2015年6月20日烏魯木齊、溫泉、克拉瑪依、且末地磁臺(tái)站低點(diǎn)時(shí)間出現(xiàn)位移現(xiàn)象，低點(diǎn)時(shí)間出現(xiàn)在01時(shí)左右，而其余臺(tái)站低點(diǎn)時(shí)間出現(xiàn)在12時(shí)左右，異常后13 d，在分界線附近發(fā)生新疆皮山MS6.5地震(圖3e); 2016年10月29日烏魯木齊、溫泉、克拉瑪依、喀什、獅泉河地磁臺(tái)站低點(diǎn)時(shí)間出現(xiàn)位移現(xiàn)象，低點(diǎn)時(shí)間出現(xiàn)在6時(shí)左右，而其余臺(tái)站低點(diǎn)時(shí)間出現(xiàn)在12時(shí)左右，異常后28 d和33 d，在分界線附近分別發(fā)生新疆阿克陶MS6.7地震和呼圖壁MS6.2地震(圖3f); 2017年7月5日烏魯木齊、溫泉、克拉瑪依、烏什地磁臺(tái)站低點(diǎn)時(shí)間出現(xiàn)位移現(xiàn)象，低點(diǎn)時(shí)間出現(xiàn)在7時(shí)左右，而其余臺(tái)站低點(diǎn)時(shí)間出現(xiàn)在12時(shí)左右，異常后44 d，在分界線附近發(fā)生新疆精河MS6.6地震(圖3g)。

圖3 低點(diǎn)位移異常與新疆地區(qū)MS≥6.0地震對(duì)應(yīng)圖(a) 于田MS7.3地震 (b) 尼勒克—鞏留MS6.0地震 (c) 洛浦MS6.1地震 (d) 于田MS7.3地震(e) 皮山MS6.5地震 (f) 阿克陶MS6.7、呼圖壁MS6.2地震 (g) 精河MS6.6地震Fig.3 Corresponding graph of geomagnetic low-value displacement anomaly and MS≥6.0 earthquakes

3.1 地磁低點(diǎn)位移異常的時(shí)間特征

地震一般發(fā)生在地磁低點(diǎn)位移異常后的30～45 d，更為確切的發(fā)震預(yù)報(bào)時(shí)間是異常后(27±4) d或異常后(41±4) d[17],目標(biāo)地區(qū)內(nèi)的2次MS≥6.0地震是在地磁低點(diǎn)位移異常出現(xiàn)后的(27±4) d發(fā)生，1次是在(41±4) d發(fā)生，2次超過(guò)預(yù)報(bào)指標(biāo)2 d，1次超過(guò)4 d，1次超過(guò)10 d，1次超過(guò)16 d，預(yù)報(bào)指標(biāo)內(nèi)的占37.5%，超出預(yù)報(bào)指標(biāo)4 d以內(nèi)的占75%，超出預(yù)報(bào)指標(biāo)4 d以上的占25%，表明絕大部分情況符合我們的預(yù)報(bào)指標(biāo)，其突出的特點(diǎn)是預(yù)報(bào)發(fā)震時(shí)間較準(zhǔn)。

3.2 地磁低點(diǎn)位移異常的空間特征

通過(guò)分析總結(jié)震例發(fā)現(xiàn)，地震和地震前的地磁低點(diǎn)位移異常都有區(qū)域特征，這些特征跟新疆地區(qū)的地理環(huán)境、地震地質(zhì)構(gòu)造有緊密的聯(lián)系。MS≥6.0地震大部分發(fā)生在南北天山地震帶、昆侖山地震帶和阿爾金地震帶，該地區(qū)為印度板塊和歐亞兩大板塊相互碰撞，帕米爾高原向天山擠壓作用的地方。這種大范圍的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)孕育出的強(qiáng)大擠壓力不僅對(duì)新疆地區(qū)，而且對(duì)整個(gè)中國(guó)西部乃至大陸板塊都有作用，這種強(qiáng)大的作用往往是孕震的動(dòng)力之一，在孕震區(qū)所處區(qū)域構(gòu)造板塊邊緣及其他特殊構(gòu)造部位也會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力和電磁性質(zhì)的明顯變化，這種變化同樣也會(huì)引起地磁異常[18]，地磁低點(diǎn)位移異常與大地構(gòu)造有一定聯(lián)系，大部分分界線走向與新疆地區(qū)的阿爾金斷裂帶、西昆侖地震帶、南北天山地震帶走向一致(圖4)，所以在應(yīng)用地磁低點(diǎn)位移分析方法時(shí)，除了考慮方法的異常判別指標(biāo)和地震3要素指標(biāo)外，還應(yīng)考慮構(gòu)造環(huán)境，地震活動(dòng)帶的影響，減少盲目性。

圖4 新疆地區(qū)及周邊地震斷裂帶、部分低點(diǎn)位移分界線和MS≥6.0地震分布圖Fig.4 Seismic fault zone, partial low point displacement boundary and MS≥6 earthquake distribution in Xinjiang region

新疆地區(qū)MS≥6.0地震震前的地磁低點(diǎn)位移異?？煞譃槿珖?guó)范圍位移和區(qū)域性位移兩大類，全國(guó)范圍的地磁低點(diǎn)位移異常是指地磁低點(diǎn)位移異常分界線把全國(guó)分成兩大區(qū)域的異常，這種異常反映我國(guó)大的地震活動(dòng)帶的活動(dòng)信息，如2008年3月21日于田MS7.3地震前出現(xiàn)的異常，分界線西起新疆西部，向中國(guó)東北地區(qū)延伸；區(qū)域性地磁低點(diǎn)位移異常其異常線分布范圍則小得多，新疆發(fā)生的MS≥6.0地震震前地磁低點(diǎn)位移異常主要以此類異常為主，大部分分界線走向與新疆地區(qū)的阿爾金斷裂帶、昆侖地震帶、南北天山地震帶走向大致一致，反映斷裂帶活動(dòng)引起這一地區(qū)區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的變化，從而有可能產(chǎn)生地磁場(chǎng)的異常變化。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析新疆地區(qū)2008～2018年地磁“低點(diǎn)位移”異常的空間和時(shí)間特征與MS≥6.0地震的對(duì)應(yīng)情況，得到以下結(jié)論：

(1) 地磁低點(diǎn)位移現(xiàn)象的客觀變化規(guī)律與新疆地區(qū)MS≥6.0地震對(duì)應(yīng)關(guān)系較好，報(bào)準(zhǔn)率為42%，虛報(bào)率58%，漏報(bào)率27%。預(yù)報(bào)效能檢驗(yàn)結(jié)果顯示,R值0.415,R0值0.338，R>R0，通過(guò)檢驗(yàn)。雖然漏報(bào)率低，但是虛報(bào)率較高，目前利用地磁低點(diǎn)位移現(xiàn)象還只能做中強(qiáng)地震的概率預(yù)測(cè)。為了減少不確切的判斷，實(shí)際預(yù)報(bào)中，應(yīng)當(dāng)結(jié)合異常所在區(qū)域的地震帶的地震活動(dòng)特點(diǎn)、活動(dòng)強(qiáng)度、頻度等綜合分析來(lái)確定異常分界線，提高預(yù)報(bào)效能。

(2) 新疆地區(qū)的地磁低點(diǎn)位移異常在空間上區(qū)域性異常為主，大部分分界線走向與新疆地區(qū)的阿爾金斷裂帶、西昆侖地震帶、南北天山地震帶走向一致，反映斷裂帶活動(dòng)引起這一地區(qū)區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的變化，從而有可能產(chǎn)生地磁場(chǎng)的異常變化；時(shí)間特征上絕大部分異常與預(yù)報(bào)指標(biāo)相符，其突出的特點(diǎn)是預(yù)報(bào)發(fā)震時(shí)間較準(zhǔn)。