利用地磁相关系数异常初步判定发震区域

孙旭丽 , 邹本良 , 刘长生

（1.吉林省地震局，吉林 长春130117；2.合隆地震台，吉林 长春 130219；3.黑龙江省地震局，黑龙江 哈尔滨 150000）

0 引言

震磁效应早已被地震预报研究人员所关注，如何在地震前扑捉到与地震有关的前兆异常变化，是预报研究人员一直探索和努力的方向。一般而言，地震孕育所伴随的物理化学过程，有可能通过感应磁效应、动电磁效应、热磁效应等产生地震地磁前兆异常[1]；目前公认的分析方法是地磁场日变化，是一种短期变化，主要受 l00 km左右高空中的电离层电流体系控制，而这些电流体系又受太阳照射的控制。因此，地磁场日变化是一种依赖于地方时的周期变化。一般说来，位于同一纬度的地磁台站的地磁日变化幅度是相似的，只是相位存在差别，这种差别是每一经度相差4分钟，而且在大约400～500 km 范围内的地磁日变化是基本一致的，它们的整点值有明显的相关性[2,3]。但这种相关性与两台站经纬度有密切关系。本文通过地磁数据空间相关分析方法对异常幅度和持续时间、异常台站与震中位置、异常幅度与发震强度以及异常时间与未来发震时间的关系等进行分析，从而对发震区域进行初步判断。

1 资料选取

资料选取自我国“十五” 数字化地磁台网的观测数据，主要选取内蒙古满洲里台、锡林浩特台，黑龙江望奎台、通河台，吉林三岗台、通化台，辽宁铁岭台、朝阳台、营口台、大连台（图1）等的地磁数据。所选取数据是2013年9月1日至2013年12月31日地磁北京时间21点总场F观测整点值，数据完整可靠。

尽管吉林省中强地震发生较少，但2013年10月31日发生5.5、5.0级浅源地震，时隔不到一个月，即11月22日发生5.3级，次日连续发生5.8、5.0级地震。自2013年10月31日到2013年12月31日几乎在同一地点发生0级以上地震651次，5.0～5.9级5次，4.0～4.9级6次，3.0～3.9级 12次，2.0～2.9级 13次，1.0～1.9级72次，0.0～0.9级543次，属震群型地震。本文针对2013年10月31日震群进行分析研究。台站及震中分布见（图1）,31日震群信息（表1）。

表1 吉林前郭5.8级震群≥5.0级地震基本参数

图1 东北地区地磁台站与震中分布图Fig.1 The distribution map of the northeastern area’s geomagnetic observatories and that of the epicenters

2 相关分析方法简介

由于两个相距不远的地磁台站有共同的外源场。因此，地磁各分量同时刻的值应有很好的相关关系，地震的孕育可能引起局部磁场发生不规则的变化，非线性的变化会降低台站间磁场的空间相关关系，这样相关系数就会下降而出现异常。

相关分析是一种处理变量间的数理统计方法，假设A、B两个地磁台每日北京时间21点观测到的地磁总强度F分别记为FA、FB，它们线性关系。

（i=1,2,…,N。N为计算相关系数窗长）

其中

它们的相关系数R和标准偏差δ为:

R 的取值范围是0≤│R│≤1，│R│越接近0，两组观测数据之间的线性相关程度越小，反之，│R│大，越接近 1，表示两组观测数据之间的线性相关性就越为密切，线性回归效果就好。

本文利用江苏省地震局冯志生先生编写研制的地磁空间相关分析软件计算和绘图，鉴于研究的地震震级相对较小，将R值异常阀值进行了调整，经过尝试在无地震、无磁扰动、仪器工作正常情况下验证，东北各地磁台相关R值趋近1，经过尝试认为在东北平原地区无地震和磁暴情况下，各台相关性非常好，R值趋近1。因此，参考标准线取 R = 0.95（即为阀值）较为适合[4]。而作为判定异常的标准，需要至少出现两个或两个以上台站同时满足低于标准线，并且至少连续变化 20 天以上的情况[4,5]。本文又对地磁空间相关曲线的异常幅度和持续时间等都进行了量化，对于磁场总强度异常台站与震中位置的关系、异常幅度与强度的关系以及异常时间与未来发震时间的关系等进行了细致的分析。

3 前郭5.8级震群前地磁空间相关异常分析

2013年10月31日14时05分吉林省前郭县发生5.8级震群 ( 以下简称前郭震群)，历史上1119年2月在吉林省前郭县卡拉木地区发生6 ¾级地震，2006年3月31日前郭—乾安交界处发生5.0级地震，因此该区域一直作为吉林省的地震重点监视区域，而该区域以西地区地震台站极少，要捕捉地震前兆异常信息存在较大困难。本文利用较远和较近的地磁基准台和地磁基本台的地磁资料，对地磁北京时间21点总强度F整点值空间进行相关分析（图2）。

图2 参考台与各台磁场总强度相关曲线图Fig.2 The correlation curve diagram between the reference observatories and their total intensities of the geomagnetic field

图2给出了 2013 年 9 月 1日至2013年12月31日以朝阳、大连、满洲里、三岗、铁岭、通化、锡林浩特、营口台为参考台计算得到的各台磁场总强度相关性在地震前后的变化曲线图。

由图2（a）可见，以朝阳台为参考台，在前郭震群前，有满洲里和望奎两个台站的R 值出现了 20 天以上低于阀值异常。从空间上来看，两个台站相关性曲线同时在10月8日出现下降异常，望奎台刚刚小于阀值，持续了23天，下降幅度最大为满洲里台，异常持续了23天，异常结束时发震。

由图2（b）可见，以大连台为参考台，在前郭震群前，有满洲里和望奎两个台站的R 值出现了 20 天以上低于阀值异常。从空间上来看，两个台站相关性曲线同时在10月8日出现下降异常，望奎台刚刚小于阀值，持续 了23天，下降幅度最大为满洲里台，异常持续了 23天，异常结束时发震。

由图2（c）可见，以满洲里台为参考台，在前郭震群前，所有台站的R 值出现了 20 天以上低于阀值异常。从空间上来看，所有台站相关性曲线同时在10月8日出现下降异常，下降幅度最大为大连、营口台，其次为朝阳、铁岭、通化台，再其次为三岗台，异常持续了 23天，所有台站结束异常时发震。

由图2（d）可见，以三岗台为参考台，在前郭震群前，只有满洲里台站的R 值出现了 20天以上低于阀值异常。从空间上来看，满洲里台站相关性曲线在10月8日出现下降异常，在台站结束异常时发震。

由图2（e）可见，以铁岭台为参考台，在前郭震群前，有满洲里和望奎台站的R 值出现了 20 天以上低于阀值异常。从空间上来看，两个台站相关性曲线同时在10月8日出现下降异常，望奎台刚刚小于阀值，持续 了 23 天，下降幅度最大为满洲里台，异常持续了23 天，异常结束时发震。

由图2（f）可见，以通化台为参考台，在前郭震群前，有满洲里和望奎台站的R 值出现了 20 天以上低于阀值异常。从空间上来看，两个台站相关性曲线同时在10月8日出现下降异常，望奎台刚刚小于阀值，持续 了 23 天，下降幅度最大为满洲里台，异常持续了23 天，异常结束时发震。12月1日通化台仪器故障，12月23日恢复。

由图2（g）可见，以锡林浩特台为参考台，在前郭震群前，有满洲里和望奎台站的R 值出现了 20 天以上低于阀值异常。从空间上来看，两个台站相关性曲线同时在10月8日出现下降异常，望奎台刚刚小于阀值，持续 了 23 天，下降幅度最大为满洲里台，下降幅度并不大，参考台和异常出现台站远离震中，异常持续 了23 天，异常结束时发震。

由图2（h）可见，以营口台为参考台，在前郭震群前，有满洲里和望奎台站的R 值出现了 20 天以上低于阀值异常。从空间上来看，两个台站相关性曲线同时在10月8日出现下降异常，望奎台刚刚小于阀值，持续 了 23 天，下降幅度最大为满洲里台，异常持续了23 天，异常结束时发震。

由图2（d）可见，在前郭震群前，只有满洲里台站的R 值出现了 20 天以上低于标准线0.95 的情况。丁鉴海等[6]认为，除了异常主要集中分布在震中区外，震中区外围还有部分异常点，远场地区的异常台站与非异常台站的比例远小于异常集中区。根据朝阳为参考台（图2（a））出现异常台站的方向，分析判定的异常区域见图3（b）。

前郭震群的震中位于为松辽盆地内部，地貌上为广阔的平原区，在构造位置上则位于北东向松原－肇东断裂和北西向查干泡—道字井断裂的交汇部位。从空间上来看，三岗台是距震中最近的台站，距震中88km（图4），但与较远的大连、锡林浩特、朝阳、营口、铁岭、通化、通河、望奎台站相关性非常好，R值趋近1。地震电磁辐射异常的特点受震级大小、震中距、观测环境、台站下方地壳介质及构造、观测仪器、观测频段以及地震类型等因素的影响[7]。

图3 以参考台判定异常区示意图Fig.3 The schematic diagram of the abnormal areas judged by the reference observatories

4 初步判定发震区域

通过进行地磁北京时间21点总强度F观测整点值空间相关分析（图2）。找出相互之间相关性非常好的台站，从图2中可见大连、营口、通化、铁岭台相互之间相关性非常好（R值趋近1），选定其中为参考台与出现两个下降

图4 震中、断裂及台站分布图Fig.4 The Distribution maps of the epiceneters fractures and the observatories

5 讨论

通过对前郭5.8级震群发生前地磁空间相关异常分析，本文提出的地磁北京时间21点总强度F观测整点值空间相关分析判定异常区方法与实际发震区域一致，但由于东北地区地磁台站相对较少，吉林省1个，辽宁省3个，黑龙江省4个，而且东北西部地区更是缺少地磁台站，在空间分布上呈现不均匀特征，从而通过地磁学科进行地震预测存在一定局限，并且有效的分析预测方法也不多。本文通过地磁空间相关法对发震区域进行初步判定，为地震预报提供一种思路，但由于研究的震例较少，虽然只是一种尝试，结果也只是初步的，但如果把所得到的认识与前郭震群前其它前兆学科的异常特征进行对比分析，不断深入分析，也可为地震预测工作提供一种新的思路，使地磁空间相关分析在地震短临预报上发挥一定作用。异常的台站连线，形成三角形，三角形内切圆，圆的区域为判定的异常区（图3）。四个参考台异常区域圆相交区域，同时参考以三岗台为参考台的相关曲线见图2（d），只有满洲里台出现下降异常，说明三岗台与满洲里台方向为异常区，三岗台与满洲里台连线，四圆一线交汇区域选定异常区（图5）。

图5 综合判定异常区示意图Fig.5 Schematic map of the abnormal area by comprehensive judgment

[1]丁鉴海，申旭辉，潘威炎，等.地震电磁前兆研究进展[J].电波科学学报，2006，21（5）：791-801.

[2]中国科学院地球物理研究所第十研究室一组.地磁场的空间相关性及其在地震预报中的应用[J].地球物理学报，1997，20(3)：169-184.

[3]林美,沈斌.地磁场垂直分量相关分析与地震的对应关系[J].地震研究，1997，5(2)：212～219.

[4]冯志生,王建宇,梅卫萍，等.江苏地区地磁 Z21测值空间相关异常及其标志体系[J].地震地磁观测与研究，2000，21（1）：34-49.

[5]冯志生,蒋延林,李杏元,等.苍山 5.2级地震的磁异常特征[J].华南地震,1997,17(1)：46-49.

[6]丁鉴海，黄雪香，卢振业.地震电磁学[M].北京：地震出版社，1994.

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