辽宁地区地磁加卸载响应比方法应用研究

张志宏，张 丽，钱 蕊，孔祥瑞

（辽宁省地震局，辽宁 沈阳 110034）



辽宁地区地磁加卸载响应比方法应用研究

张志宏，张 丽，钱 蕊，孔祥瑞

（辽宁省地震局，辽宁 沈阳 110034）

摘要：应用地磁加卸载响应比方法，研究分析了辽宁地区2008—20l5年观测资料的加卸载响应比异常与辽宁地区M 4.0以上地震之间的对应关系，提出适用于辽宁地区地磁异常定量指标的参数。

关键词：加卸载响应比；地磁异常；辽宁地区

0 引言

国内外地震预报实践和震例研究表明，地震的孕育是一个非线性过程，前兆异常与地震存在一定的不确定性，使我们很难对地震做出准确性的预报。而震源区介质的加载响应不同于卸载响应，这种加载响应与卸载响应的差别可以定量地刻画地震的孕育过程［1］。地磁场是地球固有的地球物理场，它能够深刻反应地下物质信息的变化［2］，同时地磁加卸载响应比方法（LURR） 目前在全国地震系统应用已较为广泛，已经成为一种用来进行中短期地震分析预测的地磁手段。

尹祥础等通过引入响应比理论对非线性系统的失稳前兆进行分析，表明该理论有一定的地震预测能力［3］；宋治平等提出了利用加卸载响应比的时空演变来确定地震三要素的方法［4］；1996年曾小苹等利用地磁场垂直分量日变幅极大值和极小值，计算了太阳风对地球磁场的加卸载响应比，表明P（Z）的高值与北京地震台550 km范围内M≥5.5的中强地震有较好的对应［5］；冯志生等应用地磁加卸载响应比法，研究了江苏地磁台网1983—1997年的加卸载响应比异常及其与MS4.6以上地震之间的关系，建立了江苏地区地磁资料分析预报的异常跟踪体系［6］；张建国等应用地磁加卸载响应比方法，研究河北省各地磁台1982—2006年地磁Z分量加卸载响应比的高值异常与河北省及邻近地区MS≥5.0级地震之间的对应关系［7］；余怀忠等使用库伦应力算法，得到美国南加州4次 6.5级以上地震以及2008年中国汶川M8.0地震的加卸载响应比临界区域和时间序列，发现其地震前兆变化明显，对目标地震的位置、震级预测明确［8］。至此，加卸载响应比方法已在全国大部分地区地磁观测数据中得到应用，并取得一定进展［9-10］。

本文通过收集2008—2015年辽宁及邻区的历史M4.0以上地震，应用加卸载响应比方法，基于2008年以来M4.0以上震例对辽宁地区的地磁台站数据进行分析研究，计算并提取出适用于该地区的P（Z）的阈值，为辽宁地区今后的震情跟踪及研判提供依据。

1 原理与计算方法

太阳风主要以两种形式影响地磁场，一方面地球自转使太阳的紫外线辐射对地球磁场每天加载、卸载一次，其地磁效应即是地磁变化中的太阳静日变化；另一方面，平均大约每5～6天地球被强烈的太阳暴风（太阳辐射的速度为800～1000km/s高速等离子体粒子流）产生的地磁效应—全球同时发生的磁暴现象加载、卸载一次［1，11］。其中磁暴场D的构成为：

D=Dst+Ds+Dp （B）

式中Dst为暴时变化，Ds为暴时扰日变化，Dp （B）为极区亚暴。

地球自转使太阳的紫外辐射对地球每天加卸载一次，其地磁效应即是；太阳暴风粒子流辐射的地磁效应就是全球同时发生的磁暴现象，由统计可知，平均大约5～6天地球便会被太阳高速暴风粒子流加卸载一次［4］。另外，考虑到地震是一种非线性失稳现象，在孕震区地下介质系统由稳态变为非稳态的过程中，介质的物理性质，其中包括电导率将会发生相应的反应。因而可以认为，不同的地磁测点，稳定地区和非稳定地区暴时扰日变化不同，同一地磁测点非稳定时期暴时扰日变化与正常时期的变化又不同［12］。因此，可通过计算地磁加卸载响应比P（Z）值来得到其异常信息。

地磁垂直分量Z与地下介质及其变化较其它地磁分量的关系更密切，因此可以取Z分量作为计算Ds（Z）的加卸载响应参量：

式中，Ds（Z）为Z分量地磁扰动场的日变幅；标志“+”表示加载；标志“-”表示卸载。

在实际运用中可将地磁场垂直分量日变幅ΔZ+和ΔZ-看作是太阳风对地磁场的加载和卸载，此时计算公式可简化为：

2 辽宁地区的应用

辽宁及邻区地磁台网目前有Z分量相对观测台4个，分别为大连地磁台、营口地磁台、铁岭地测台以及朝阳地磁台；基于中国地震信息网地震目录，收集到2008年1月1日至2015年12月31日辽宁及周边地区共发生M4.0以上地震10个（表1）。

表1　辽宁及邻区2008年01月01日—2015年12月31日M≥4.0地震信息表

应用每日Z分量日变幅度值，计算了4个台2008年1月1日至2015年12月31日的P （Z）值，异常计算过程中，若同一台站二次异常时间前后相距不超过3个月，则视为一组异常，其具体变化曲线见图1。根据P（Z）分量的变化曲线并结合2008年以来辽宁及周边M≥ 4.0历史震例，经过多次震例检验计算并结合前人对辽宁地区地磁加卸载响应比的研究［13］，本文将地磁加卸载响应比的阈值P（Z）定为2.8。在此基础上分别统计了2008年以来P （Z）≥2.8的异常变化情况，得出大连地震台出现异常14组，异常出现后3个月内对应地震7次，漏报2次，虚报5次，报准率为50%，漏报率为14%，虚报率为36%；营口台出现异常9组，异常出现后3个月内对应4次地震，漏报3次地震，虚报2次地震，报准率为44.44%，漏报率为33.33%，虚报率为22.22%；朝阳台出现异常15组，异常出现后3个月内对应7次地震，漏报0次，虚报8次，报准率为46.7%，漏报率为0%，虚报率为53.3%；铁岭地震台出现异常13组，异常出现后3个月内对应地震8次，漏报0次，虚报5次，报准率为61.5%，漏报率为0%，虚报率为38.5%。综合以上分析可以看出，当P（Z）≥2.9时，辽宁地区4个地震地磁台站地震报准率除朝阳台以外均为最高，为地震预报分析提供了依据。

图1　辽宁地区地磁z分量响应比变化曲线Fig.1 Load-unloading response ratio variation curve within

3 结果分析

通过以上分析，总结出辽宁及邻区加卸载响应比异常与地震的对应情况具有以下四个特点：（1）一组异常内如果出现3次高值，则之后可能对应震群活动（图1），如营口及朝阳台2008年出现的P（Z）异常，异常持续过程中连续出现多次高值，异常结束后发生海城震群；（2）若单台出现异常，则对应地震震中与异常台站距离一般在150 km范围内；如果有2个或2个以上地磁台站同时出现响应比异常，则对应地震的震中与其中一个异常台的距离较近，主要集中在100 km 范围内，而与另一个台的距离则相对较远（一般在300 km以内）；（3）若单台出现异常，则异常持续时间一般相对较短，大约持续4个月左右；如果是2个以上台站同时出现响应比异常，则异常持续时间通常相对较长，大约持续10个月左右；（4）震级与异常的幅度没有明显的依赖关系（表2）。

综合以上分析，总结出辽宁及邻区地磁加卸载响应比预报指标。具体如下：（1）将辽宁地区地磁加卸载响应比P（Z）的阈值为2.8时，M≥4.0地震对应率较高；（2）若单台出现异常，从一组异常内的第一次异常发生日开始计算，在其后的4个月内，距离台站150 km范围内有发生M≥4.0地震的可能性；（3）如果2个地震台站出现异常，10个月内，距离其中一个台站100 km范围以内，有发生M≥4.0地震的可能性。

表2　辽宁及邻区地磁Z分量响应比异常与M≥4.0以上地震的对应

注：① 异常持续时间即从第1次异常出现至地震发生；②同一时间发震的表示为一组异常，如果两次异常时问前后相距不超过3个月，则视为一组异常

4 结论

（1）将辽宁地区地磁加卸载响应比异常阈值P（Z）定为2.8时，异常与辽宁地区M≥4.0地震具有较好的对应关系。

（2）若一组异常内如果出现3次以上高值，则之后可能对应震群活动。

（3）若单台出现异常，从一组异常内的第一次异常发生日开始计算，在其后的4个月内，距离台站150 km范围内有发生M≥4.0地震的可能性。

（4）若2个地震台站出现异常，10个月内，距离其中一个台站100 km范围以内，有发生M≥4.0地震的可能性。

由于震例少，资料的研究时间尺度有限，所以此方法在判定地震强度上尚无明显标识，且在判定地震方向上需与其他台站或手段协同解决。辽宁及邻区地磁加卸载响应比的预报指标也还不是很完善，有待进一步探讨和研究。

参考文献：

［1］尹祥础，等.加卸载响应比20年及其展望［J］.国际地震动态，2008，352（4）：1-17.

［2］徐文耀.地球电磁现象物理学［M］.北京：中国科学技术大学出版社.

［3］尹祥础，等.非线形系统的失稳前兆与地震预测［J］.中国科学（B辑）1991，5（5）：512-518.

［4］宋治平，等.加卸载响应比的时空演变特征及其对地震三要素的预测意义［J］.地震学报，1996，18 （2）： 179-186.

［5］曾小苹，续春荣，赵明，等.地球磁场对太阳风的加载响应与地震［J］.地震地磁观测与研究，1996.17（1）：49-53.

［6］冯志生，林芸芳，王建宇，等.江苏地磁加卸载响应比的异常标志体系［J］.地震2000，20（2）：61-68.

［7］张建国，等.地磁加卸载响应比方法在地震预报中的应用［J］.大地测量与地球动力学，2008，28（2）：45-50.

［8］余怀忠，等.利用损伤力学模型研究地震前兆现象［J］.地球物理学进展，2004，19（2）：400-413.

［9］赵卫红，赵永红，等.高邮地磁台加卸载响应比与江苏及邻近地区的地震预测［J］.地震学刊，2002，22 （4）：54-57.

［10］朱燕，史勇军，巴克，等.新疆地区地磁加卸载响应比方法应用研究EJ1［J］.中国地震，2002，18（4）：409-416.

［11］张颖，查楠，侯万凯. 数字化地磁加卸载响应比异常特征与地震关系的研究［J］. 防灾减灾学报，2010，04：1-5.

［12］贾立峰，乔子云，张国苓，等.地磁加卸载响应比方法最佳阈值研究［J］. 震灾防御技术，2015，02：472-478.

［13］郭晓燕，贾丽华，贾晓东，等.辽宁地区地磁加卸载响应比方法应用研究［J］.地震地磁观测与研究，2010，06：28-31.

THE APPLICATION FOR THE GEOM AGNETIC LOADING AND UNLOADING RESPONSE RATIO METHOD IN THE LIAONING REGION

ZHANG Zhi-hong，ZHANG Li，QIAN Rui， KONG Xiang-rui
（Earthquake Administration of Liaoning Province，Shenyang 110034，China）

Abstract：In this paper，the relation between load—unloading response ratio anom aly and the earthquakes with M≥ 4.0 within and around network of Liaoning geomagnetic stations from2008-2010 is studied with the method of load—unloading response ratio. The index systemfitting to Liaoning geomagnetic network analytic prediction is presented.

Key words：ratio of load unload response； geom agnetic anomaly； Liaoning region

中图分类号：P315

文献标志码：A

DOI:10.13693/j.cnki.cn21-1573.2016.02.004

文章编号：1674-8565（2016）02-0022-06

收稿日期：2016-01-21

修订日期：2016-04-26

作者简介：张志宏（1986-），男，甘肃省会宁县人，2011年毕业于防灾科技学院，本科，助理工程师，现主要从事电磁分析与研究工作。