高淳台地磁异常与地震关系

夏孝田

(江苏省高淳县地震台,江苏高淳 211300)

高淳台地磁异常与地震关系

夏孝田

(江苏省高淳县地震台,江苏高淳 211300)

应用差分法分析了高淳台、溧阳台、高邮台、连云港台、宿迁台、海安台地磁垂直分量Z的变化,以加卸载响应比方法研究地磁极值的变化,用Z极小值时间进行地磁低点位移分析,对这些台站资料进行相关分析,研究发现中强震前高淳台的地磁场存在明显的异常变化。

地磁异常;地磁场;加卸载响应比;高淳台

0 引言

地球磁场是随时间和空间变化的物理量,太阳活动的影响产生变化磁场。变化磁场主要包含太阳静日变化、磁暴和地磁脉动等。地球磁场按来源划分为外源场和内源场。外源场是来源于外空电流体系产生的地球变化磁场;内源场通常指源于固体地球的磁场,主要部分是源于地球外核的主磁场,还有很小一部分是地壳磁性物质引起的磁场和外源场的感应场。感应场的变化不仅与外源场的强度和分布有关,而且还取决于地球内部电导率的分布。由己知外源场研究内源场与地下电导率分布关系的理论,可找出地球磁场变化与地球内部电导率的关系[1]。地震在发展孕育过程中,在地下应力和空间地磁场的共同作用下,会引起孕震区及其附近地下磁性的改变,出现地磁场突变。加卸载响应比、垂直分量谐波振幅比等都是很好的提取地下介质电导率变化信息的方法[2,5]。

本文相关分析是通过分析地磁场日变化的空间相关性,提取异常信息,用于地震预报。加卸载响应比是通过地磁日变极值的分析,寻找资料的震前异常信息。地磁低点位移主要研究大范围的地磁(垂直分量的日变幅在相位上的变化,垂直分量日变极小值出现时间根据经度的不同而不同,经度每差15°,低点时间(北京时)正好差1h,通过极小值在时间上的异常变化,达到以磁报震的目的。

1 台站概况

高淳地震台建台于1976年,位于江苏省西南部高淳县城东20km,茅山断裂带中南段小游子山脚下,周边为游子山风景区,无大型厂矿企业,无干扰源,地磁观测环境很好。台站距溧阳上沛镇直线距离约20km,是监测溧阳上沛埠老震区的极好位置。高淳地震台地面高程20m,基岩为上白垩统凝灰质砂页岩。在大地构造单元上属于南京凹陷的边缘地带,本区从震旦纪到侏罗纪,一直处于沉降与抬升交替活动中。自燕山运动开始,本区整个古生代和下中生代沉积物全部褶皱抬升,产生了溧高背斜(轴向NESW)。侏罗纪末白晋纪时,燕山运动继续活动,其断裂方向主要有2组,即NE-SW向和SE-NW向。对本区影响最大的是NE-SW向的大断裂,基本上沿溧高背斜的轴部延伸,使溧高背斜的西北翼断裂下沉,并为后期沉积物所掩复,形成了固城湖、石臼湖及西部圩区一片广大凹陷盆地,其盆地东西二侧分别由茅西断裂和六合—江油断裂控制(图1)。按照地质学的观点,在地质构造上处于晚更新世茅山大断裂活动断裂与桠溪港凹陷区交汇部位。

高淳地震台地磁观测始于1980年,至今已连续观测记录了30a,积累了大量的宝贵资料,地磁观测原采用CR2-69型刃口式垂直磁力仪观测Z逐时值、日均值和极值,CZM-2型质子旋进磁力仪人工定点观测每日9时和21时绝对值。2000年10月地磁手段进行了数字化改造,在江苏省地方地磁台

图1 常州地区2次地震震中位置及地质构造图

2 资料的选取与分析

2.1 资料的选取

本文选取2000年1月1日至2004年9月30日高淳台及江苏省部分台站(溧阳台、连云港台、海安台、高邮台、宿迁台)的地磁观测原始资料。

2.2 资料分析

2.2.1 地磁空间相关性分析

根据地球磁场的变化性质,对于相距不远两测点之间,可视其为空间均匀,因此,两测点地磁变化应是同步的,相关系数为1。如果某测点处于磁异常区或受其它干扰影响,则其相关性必然会下降。根据冯志生等[3]结合江苏地区的具体情况提出:连续3日以上相关系数低于0.75视为异常,其后7个月内有发生5级以上地震的可能。

笔者采用江苏省地震局冯志生研究员研制的磁电会商软件对高淳台和相关台站资料进行分析,在相距不远的两个台站(200km左右),在同一时间段内,可认为两台站处于均匀磁场空间,在正常情况两台站的21点值空间相关系数大于0.90,表明两台站测值线性关系密切,资料可靠、无异常。为了消除偶然误差和高频波动,对各个地磁台的21点垂直分量日观测序列取3个月的滑动窗长,1个月的滑动步长进行滤波,计算每两组观测序列的月相关系数,该软件以相关系数0.75为依据,当相关系数低于0.75时,认为两台观测值不相关,剔除外部干扰影响后,则可认为某测点处于磁异常区,可能是中强震前的地磁前兆异常。

图2为2000年1月1日—2004年9月30日高淳台与江苏各台站地磁Z21点测值空间相关逐日变化曲线图,可以看出,在2002年6月8日—12日有1组异常,最低相关系数在高淳台为0.52,异常结束41天后的7月23日发生南黄海 ML5.1级地震(35.2°N,122.1°E,震中距 580km);在 2003年 1月18日—26日有1组异常,最低相关系数在高淳台为0.54,异常结束56天后的3月23日发生南黄海ML5.1级地震 (34.3°N,124.1°E,震中距640km);在2003年12月28日—2004年1月9日有1组异常,最低相关系数在高淳台为0.58,异常结束4个月后5月27日发生南黄海 ML4.2级地震(37.1°N,112.1°E,震中距 450km),高淳、溧阳、连云港、海安、宿迁台Z分量21点测值空间相关逐日变化曲线不同程度出现小于0.75的同步低值异常,尤其以高淳台表现最显著。说明高淳台地磁应对黄海地震有较大敏感性,同时也表明,在低值同步异常结束后20～150天发生 M4.5级以上地震可能性较大。

2.2.2 地磁加卸载响应比分析

太阳风以紫外线辐射和粒子流辐射方式影响地球磁场,形成地磁场的磁暴、磁扰、磁静日等变化,这些变化可以通过日常观测获得。其理论是:太阳风对地球平均5～6天有1次较强冲击——暴风,并使地球产生强烈扰动——磁暴。外空场的变化直接影响到地磁场的日变化形态,构成对地磁场的一个加卸载过程。以太阳日照为加载,无日照为卸载。由于Z分量较其它地磁分量与地下介质关系更密切,因此,研究过程中以Z分量为主。在正常情况下,加载与卸载之比P(z)接近一个正常数,如地磁场本身有一异常夹在其中,很可能使P(z)值超出正常值变化范围,引起异常变化。因此,以区域地球磁场的暴时变化Dst为太阳风对地球加卸载响应,从而计算加卸载响应比P(z)。在实际操作中取Dst每日Z分量的日变幅度:P(z)=Dst(z)+/Dst(z)-其中+为加载,-为卸载。

图3为高淳台与相关台站的地磁Z分量加卸载响应比曲线:根据江苏地区的具体情况提出的异常判据,P(z)大于3.2视为异常,连续出现异常10个月内有发生5级以上地震的可能,且震中区可能靠近异常高值区[4-5]。

图2 高淳台与江苏各台站地磁Z21点测值空间相关逐日变化曲线图

从图3中可以看出,在2002年7月23日南黄海 ML5.1级、2003年3月23南黄海 ML5.1级及2004年5月27日南黄海 ML4.2级地震前,高淳、溧阳、高邮、连云港、海安、宿迁台的 P(z)出现不同程度的同步异常。同时,在研究中发现高淳台资料除了对应黄海地震比较可靠吻合外,对于2004年6月24日发生在距离台站仅58km的安徽当涂 ML3.5级地震也有较明显的短临异常,也验证了震中区可能靠近异常高值区这一判断。

图3 高淳台与江苏各台站的地磁Z分量加卸载响应比曲线图(横实线为判据,P(z)=3.2)

2.2.3 地磁低点位移分析

地磁低点位移主要研究大范围的地磁垂直分量的日变幅在相位上的变化。地磁“低点位移”现象判别标准:在省内某个区域内,低点时间可划分为2个域,每个区域内的低点时间基本相同或在2h以内,2个区域之间低点时间相差2h以上,中间有1条明显的突变分界线[6]。垂直分量日变极小值出现时间根据经度的不同而不同,经度每差15°,低点时间(北京时)正好差1h,同时还受到季节、静日扰日影响,但对各单台而言,低点时间集中在固定时间段且符合正态分布,江苏地区的Z日变极值时间一般为12时左右。根据这个原理分析了高淳台地磁观测近年来的垂直分量日变极小值出现时间的变化情况,在研究中发现2002年2月22日出现1次较明显的低点位移异常,各台观测低点位移时间都较之正常值迟后了4h左右,表1为2002年2月22日相关台站的垂直分量低点时间:

台站 高淳 溧阳 连云港 海安北京时 16:00 16:00 16:14 16:30

由低点位移指标,在异常以后第27天或41天(误差范围正负4d)在突变分界线或闭合圈外圈将可能发生6级以上地震[1]。结果于2002年3月31日异常出现38天后发生了台湾7.5级强震,尽管对地磁地点位移分析的机制仍在探讨中,但说明它与中强地震的发生确有一定的相关性。

3 认识和探讨

(1)从分析资料看,高淳台的地磁观测环境十分理想,对于600km左右的中强地震前地磁场可能会出现异常波动,地磁异常对应中强震的时间一般为6个月内,尤其在南黄海震前地磁观测会出现显著异常;从采用的几种现有地磁分析方法得出的结果看,空间相关分析法利用了省内其他台站资料,避免了单台资料因可能受干扰发生的误判误报,在以磁报震方法中较其他单台资料分析方法可信度更高;同时结合江苏地区实际,如以后再发生全省及邻区地磁台站低点大范围同步位移,应高度重视和关注在突变分界线或闭合圈外圈可能发生的中强震。

(2)高淳台位于茅山断裂带上,处于构造敏感地区,据地震史料和现代测震仪器记录分析,在扬州、镇江、溧阳、溧水等沿断裂带曾多次发生破坏性地震,微震亦明显地呈带状分布。地震监测位置十分宝贵,在以后的工作中要加强研究,争取捕捉到更多的地震前兆信息。

[1] 国家地震局科技监测司.地震地磁观测技术[M].北京:地震出版社,1995.

[2] 林云芳,曾小苹.地磁短周期变化预报方法的研究[C]//国家地震局科技监测司.中国地震预报方法研究.北京:地震出版社,1991:311-320.

[3] 冯志生,王建宇,蒋延林,等.地磁Z分量整点值空间相关法在江苏地震预报中的初步应用[J].地震学刊,1998,18(3):1-5.

[4] 冯志生,王建宇,蒋延林,等.地磁Z分量幅相法临震标志体系[J].地震,1998,18(2):204-211.

[5] 蒋延林,赵卫红,赵永红,等.高邮地震台地磁异常与江苏及邻区地震地震关系的研究[J].华北地震科学,2005,23(1):33-35.

[6] 吴小平,辛华,张永久,等.地磁“低点位移”与“磁暴”相结合预测发震时间[J].四川地震,2004,111(2):21-24.

Analysis on Geomagnetic Precursor to Earthquake at G aochun Seismic Station

XIA Xiao-tian
(Gaochun Seismic Station of Jiangsu Province,Gaochun 211300)

The geomagnetic Z-component observation data from the Gaochun,Liyang,Gaoyou,Lianyungang,Suqian and Haian seismic station are analyzed using finite difference method.Then,the extremal value of the observation data is studied using the method of loading-unloading response ratio.The geomagnetic low-point displacement is also analyzed using minimum value time of the geomagnetic Z-component.The result shows that geomagnetic filed at Gaochun seismic station changes obviously before moderate-strong earthquake.

geomagnetic anomaly;geomagnetic field;loading-unloading response ratio;GaoChun seismic station

P318.5

A

1003-1375(2011)02-0049-04

2010-09-25

夏孝田(1971-),男(汉族),江苏高淳人,工程师,主要从事地震地磁形变日常监测工作.E-mail:gcxxt@163.com网中率先使用了中国地震局“九五”期间最新研制的FHD-1型质子磁力仪。