吉林前郭MS5.8震群前地电异常分析

史红军，赵卫星，孙旭丽，康建红，刘立波，李 宁

（1. 榆树地震台，吉林 长春 130400；2. 吉林省地震局，吉林 长春 130117；3. 四平地震台，吉林 四平 136000）

吉林前郭MS5.8震群前地电异常分析

史红军1，赵卫星1，孙旭丽2，康建红2，刘立波3，李 宁1

（1. 榆树地震台，吉林 长春 130400；2. 吉林省地震局，吉林 长春 130117；3. 四平地震台，吉林 四平 136000）

2013年10—11月，吉林前郭发生MS5.8震群，距震中200 km的榆树地震台以及距离震中150 km的四平地震台记录到了震前不同程度的地电阻率、地电场异常变化：地电阻率表现为形态上破年变异常和归一化变化速率高值异常，异常持续时间最长达3年之久，最短只有7个月，属于中短期异常；地电场原始分钟值曲线出现趋势上升和阶变，异常持续时间为10天左右，表现为短临异常。

震群型地震；地电阻率；地电场；中短临异常

P315.722

A

10.13693/j.cnki.cn21-1573.2017.04.007

1674-8565（2017）04-0039-06

中国地震局“地震监测、预测、科研三结合”课题（140701、150703）；地震行业科研专项结余资金使用计划项目（2013年吉林前郭5.8级震群研究）（2060302）共同资助

2017-07-22

2017-09-02

史红军（1972-），男，吉林省榆树市人，高级工程师，现主要从事地震地电日常监测与分析预报研究工作。

E-mail: dzshj@sina.com

0 引言

2013年10—11月，吉林省前郭尔罗斯蒙古族自治县发生MS5.8震群[1-2]。MS5.8震群是吉林省有地震记录以来唯一的5级以上震群，在中国大陆也是比较独特和复杂的。因此，开展此次震群型地震前兆异常分析研究具有积极的现实意义，本文着重对地震前地电异常进行回溯性分析，以期为震群型地震地电前兆异常判定提供依据。

1 台站概况

经分析，前郭MS5.8震群地震前，榆树台和四平台的地电阻率数据存在明显的中短期异常，地电场数据则存在短临异常，其中榆树台距离该震中200km，四平台距离该震中150km（图 1）。

图1 吉林前郭MS 5.8震群震中与地电台站分布Fig.1 Distribution of the earth resistivity stations and the epicenters of the earthquakes swarm of Qian’ guo in Jilin Province

1.1 四平台概况

在大地构造上，四平台所处位置为东北断 块区松辽沉降拗陷带与张广才岭—老爷岭断块 隆起带的交界部位，靠近松辽沉降拗陷带的东 部斜坡带的边缘，附近有NE向伊舒断裂带经过[3-4]（图1）。

四平台地电阻率于1977年4月开始观测，布设N40oE 和N50oW 两个测道，供电极距测量极距地电场于2007年10月正式观测，布极方式均采用水平布设NS向和EW向两个正交测向与一个斜交测向，正交长极距为0.300km，短极距为0.200km，斜交测向长极距0.420km，短极距0.280km[6]。

1.2 榆树台概况

在大地构造上，榆树台所处位置为东北断块区松辽断陷沉降带的东部隆起区，位于NE向伊通—舒兰、四平—长春两个深大断裂带北延部分的中间地带，NNW向卡岔河断裂西侧2.5km的平原地区；台址基底第四系盖层较厚，90m以上岩性为白垩系砂岩、粉砂岩及泥岩，呈非均匀分布[3,7]。

榆树台地电阻率于1993年1月正式观测，在用仪器为ZD8BI，布设N45oE 和N45oW两个测道，供电极距测量极距地电场于2000年1月正式观测，布极方式均采用水平布设NS向和EW向两个正交测向与一个斜交测向，正交长极距为0.200km，短极距为0.100km，斜交测向长极距0.280km，短极距0.140km[6]。

榆树台、四平台地电阻率、地电场装置系统符合DB/T 18.1-2006关于台站建设的技术要求[8]；史红军等研究表明，上述两台地电场静日变化形态呈现典型的“双峰单谷”，正常日变化峰—峰幅度为几mV/km[6]。

2 地电阻率异常分析

2.1 地电阻率形态异常分析

形态分析是根据原始资料的变化形态进行分析的一种常用方法。形态法由于没有做任何数据处理，能较好的反映震前各个时段地电阻率的原始形态，直观、简单，物理意义明确[5,9]。

我国的一些学者对中国大陆地电台站观测中地电阻率年变形态归结为“正常年变”、“反向年变”和“相反年变”3种变化形态[10-14]。由于地下介质的非均匀分布，使得榆树台地电阻率呈现出相反年变。

图2为榆树台地电阻率月均值曲线。由图2可见，2006年乾安—前郭MS5.0地震前和2013年前郭MS5.8震群型地震前，榆树台地电阻率曲线变化形态均存在破年变异常。2004年7月—2005年6月，N45oE向、N45oW向地电阻率曲线形态呈现相反变化，即N45oE向地电阻率高值变化时，N45oW向地电阻率低值变化，反之亦然。而2005年7月，N45oE向、N45oW向地电阻率曲线开始出现准同步上升、下降变化，也即正相关变化[2]，9个月后，于2006年3月31日发生乾安—前郭MS5.0地震。MS5.0地震后，正相关变化又持续了4个月，从2006年8月开始变为负相关变化，并一直持续到2010年3月。但是，从2010年9月开始，N45oE向、N45oW向地电阻率数据再次呈现正相关变化，从正相关变化开始出现，到2013年前郭MS5.8震群首次MS5.5地震发生，异常持续时间达到3年之久，属于中期异常[2]。无论是2006年乾安—前郭MS5.0地震，还是2013年前郭MS5.8震群型地震，榆树台地电阻率月均值曲线变化形态都出现了破年变异常，并且2013年前郭MS5.8震群型地震前异常持续时间长于2006年乾安—前郭MS5.0地震前异常持续时间。

图2 榆树台地电阻率月均值曲线（2004.01—2013.12）Fig.2 The curves of monthly mean values of earth resistivity of Yushu Seismic Station （2004.01—2013.12）

2.2 地电阻率归一化变化速率异常分析

归一化变化速率法为杜学彬提出的提取地电阻率中短期至短期短临异常的一种方法[15-16]，其数学定义为：

式中，ρ˙si为某一时刻的地电阻率归一化变化速率值，Ki为月均值对时间轴的斜率，Ri为地电阻率自相关系数，（ε是一个给定的正数小量）为之积的时间序列的均方差。

由于进行归一化处理，其速率值无量纲。速率法避免了人为判定正常基值、追踪异常形态和幅度、时间的不确定性和随意性。通过196次MS3.2～7.9地震（94%以上为MS≥4.0地震）统计和置信度分析得到:异常限差（即阀值）确定为±2.4，即时判定为异常[15]。

图3、图4分别为榆树台、四平台地电阻率归一化变化速率曲线（滑动步长为7）。由图3可见，榆树台N45oE向地电阻率归一化变化速率曲线在2013年3—4月份出现高值变化，最大值为3.50，至地震发生的时间为7个月，显现出短期异常[2]。

图3 榆树台地电阻率归一化变化速率曲线（2010.01—2013.12）Fig.3 The curves of normalized variation rate of earth resistivity at Yushu Seismic Station（2010.01-2013.12）

由图4可见，四平台N40oE向地电阻率归一化变化速率曲线在2010年9—11月份出现高值变化，最大值为3.77，至地震发生的时间为3年，属于中期异常。

图4 四平台地电阻率归一化变化速率曲线（2009—2013）Fig.4 The curves of normalized variation rate of earth resistivity at Siping Seismic Station （2009-2013）

2006年乾安—前郭MS5.0级地震前，榆树台、四平台地电阻率归一化变化速率曲线曾出现过不同程度的异常变化[5，17]，2013年前郭MS5.8震群型地震前，榆树台、四平台地电阻率归一化变化速率曲线再次出现异常变化，进一步增加了该异常的可信度。

3 地电场异常分析

地电场是重要的地球物理场之一，对于地震前地电场异常情况，我国的相关文献多有记载，如1998年张北6.2级地震前地电场异常[18]，2006年文安5.1级地震前宝坻台、昌黎台地电场各测向同步连续成丛的脉冲异常[19]，2008年当雄MS6.6地震前拉萨地磁台地电场数据出现较大幅度的阶跃型变化[20]。上述研究表明，地震前地电场存在着异常前兆变化信息，这为地震地电场资料的分析与预报提供了理论依据和方法指南，对地震预测，特别是短临地震预测具有重要的意义[1]。

3.1 四平台地电场异常分析

2013年9月初，四平台地电场南北长道、南北短道分钟值数据开始出现趋势上升（图5），持续时间在10天以上，最大变化幅度达到50mV/km以上，从分钟值数据出现趋势上升变化开始，至10月31日首次MS5.5地震发生，时间接近2个月，属于短期异常；而且，这两个测道的分钟值数据在MS5.5地震前4～15天出现阶变，持续时间为10天，最大变化幅度达到30mV/km；在MS5.8地震前，上述两测道分钟值数据表现出平静—阶变—平静变化，在震前10～15天出现阶变，最大变化幅度达到25mV/km，远大于其正常日变峰-峰幅度，地震发生在后一个平静阶段。

图5 四平台地电场分钟值曲线图（2013.09.01—11.30）Fig.5 The curves of minute value of geoelectric field of Siping Seismic Station （2013.09.01-11.30）

3.2 榆树台地电场异常分析

榆树台地电场南北长道、东西长道分钟值数据在MS5.5地震前10天内出现阶变，持续时间10天左右，最大变化幅度达到10mV/km以上，大于正常日变峰—峰幅度2倍；10月31日MS5.0地震后，上述两测道分钟值数据经历短暂平静后，出现阶变—平静—阶变—平静，在后一个阶变结束，即进入最后平静期7天后，发生MS5.8地震，表现出明显的临震异常[1]。

图6 榆树台地电场分钟值曲线图（2013.09.01—11.30）Fig.6 The curves of minute value of geoelectric field of Yushu Seismic Station （2013.09.01-11.30）

经台站观测人员证实，前郭MS5.8震群型地震前，地电场测区环境无明显干扰，测量仪器工作正常，电极稳定，这表明异常是可靠的。2013年前郭MS5.8震群型地震前榆树台、四平台地电场出现的阶跃变化，与2008年当雄MS6.6地震前拉萨地磁台地电场数据变化特征相似。

4 结论与讨论

前郭MS5.8级震群发生前，距离震中200km以内的榆树台、四平台记录到地电阻率、地电场异常，分析可能是这两个台站处于断裂带交会部位或附近，有利于记录到震兆异常信息；地震前，地电阻率数据出现3年尺度的中期异常和半年尺度的短期异常，而地电场数据则表现短期至临震异常，表明震群型地震前兆的复杂性。

前郭MS5.8震群前地电异常回溯性分析，对中强震群型地震前兆异常判断具有一定的现实意义，有关此次震群型地震前地电异常机理还有待于从地质构造方面做进一步深入研究。

致谢：感谢中国地震局兰州地震研究所杜学彬研究员、谭大诚研究员的指导与帮助。

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Anomalies of Geo-electrical Resistivity and Self-potential before the MS5.8 Earthquakes Swarm in Jilin Province

SHI Hong-jun1，ZHAO Wei-xing1，SUN Xu-li2，KANG Jian-hong2，LIU Li-bo3，LI Ning1

（1.Yushu Seismic Station，Jilin Changchun 130400，China；2. Earthquake Administration of Jilin Province，Jilin Changchun 130117，China；3. Siping Seismic Station，Jilin Siping 136000，China）

The MS5.8 earthquake swarm occurs in Qian’guo County of Jilin Province from October to November 2013，and different degree abnormal changes of earth resistivity and geoelectric field of Yushu and Siping Seismic Station which distance 200km and 150km from the epicenter are recorded before the earthquake swarm. The ground resistivity shows abnormal in form and annual variation，and normalized change rate is high value anomaly，the longest duration of the anomaly is 3 years，the shortest is only 7 months，belongs to middle and short term anomaly; the curves of original minute value of geoelectric field appears trend of rising and step changes，the abnormal duration is 10 days or so，which showes a short impending anomaly.

earthquake swarm；earth resistivity；geoelectric field；middle and short impending anomaly