临汾台大地电场地震过程中的岩石裂隙方位角变化特征

李军

摘 要：使用SN/WE向大地电场裂隙优势方位角[α]对发生在临汾台100km范围内ML3.0以上地震进行解析，发现在没有干扰的情况下每次地震前方位角都会出现突跳变化，突跳一般出现在震前5天左右，震级越大，震方位角突跳出现时间越早。临汾南部地震方位角突跳形式表现为上升后下降，临汾北部地震方位角多表现为先下降后上升，分析结果表明，无干扰情况下的方位角突跳变化有可能作为孕震进入短临阶段的前兆信息及识别标志。

关键词：大地电场;裂隙优势方位角;变化特征;短临前兆

中图分类号：P315.72 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）32-0143-04

The Change Characteristics of Rock fracture Azimuth during the

Earthquake of Linfen Station Geoelectric Field

LI Jun

（Linfen Central Seismostation of Shanxi Earthquake Bureau，Linfen Shanxi 041000）

Abstract： SN/WE is used to analyze the ML3.0 or higher earthquakes occurring in the 100km range of Linyi station from the azimuth angle [α] of the ground electric field. It is found that there is a sudden change in the azimuth before each earthquake without interference. Generally， it occurs about 5 days before the earthquake. The larger the magnitude， the earlier the azimuth jump occurs. Seismic azimuth jumps in the south of Linfen show a rise and then decrease， and most of the earthquakes in the north of Linfen show a fall and then rise. The analysis results show that the change in azimuth jump without interference may be used as the precursor information and identification mark of the imminent imminent stage of pregnancy.

Keywords： geoelectric field;dominant azimuth angle of fissure;change characteristics;short-term impending precursor

按照起源分類，地电场可分为大地电场和自然电场[1]。研究表明，地电场日变化波形属于大地电场，其起源主要有空间电流系以及日、月潮汐作用[2-4]。地电场是矢量场，大地电场是地电场主要构成之一。国内外已经开展了大地电场用于地震预报的研究，但如何从大地电场观测资料中提取可靠的地震前兆异常信息，是地震短临预报的难点之一。以往大地电场的观测资料处理方法大都采用数据处理的数学方法，常常忽略大地电场观测手段的内在特性——物理基础，因此，得到的异常信息往往不具可操作性和重复性。根据需要，地电台管理中心开发了“地电场波形变化及物理解析方法”软件，从而建立具有明确物理意义的资料处理方法。本文利用该软件计算临汾台大地电场长极距SN/WE向裂隙优势方位角[α]，通过震例分析临汾地震台周边100km范围内ML3.0以上地震，分析孕震过程中方位角[α]的变化情况，发现地震前几日方位角基本都会出现突跳现象。

1 资料处理与异常提取方法

大地电场[ET]潮汐机理说认为，在固体潮汐作用下，岩石裂隙水以日为周期沿裂隙往返渗流，或在[Sq]电流电磁感应下，裂隙水中电荷以日为周期沿裂隙往返移动[3]。裂隙优势往返运动的角度就是方位角[α]，其方位角[α]的计算公式是[3]：

（1）

基于岩石物理学原理[5]，岩体内部的裂隙发展过程大致可分成生成、发育、长大和破碎四个阶段。在不同阶段，裂隙的大小、有序排列程度不同。通常，生成阶段的岩石结构较紧密，封闭的裂隙小且无序;发育阶段的裂隙变大，排列接近有序，但不同裂隙的方位有明显差异;长大阶段的裂隙大，排列有序;破碎阶段的岩石结构松散，裂隙排列无序。地壳中原生岩石形成后就会受到构造应力作用，在应力作用下，岩体裂隙总处于动态过程，裂隙优势方位角（简称方位角）[α]的变化反映了岩体裂隙的变化。

本文利用软件计算临汾台大地电场SN/WE裂隙优势方位角[α]，经过与原始资料进行对比，从中剔除测区雷电、灌溉等环节因素的干扰和电极不稳定造成的干扰，通过震例分析临汾台周边100km范围内ML3.0以上地震，分析孕震过程中方位角[α]的变化情况，发现地震前方位角基本都会出现突跳现象。

2 震例异常特征解析

临汾台大地电场自正式运行以来，已积累了近12年的观测资料，其间测区100km范围内共发生ML3.0以上地震40次，剔除地震时段有环境干扰和电极不稳定干扰地震22次，使用“地电场波形变化及物理解析方法”软件计算方位角[α]，分析22次ML3.0以上地震过程中方位角[α]的变化情况，从中提取出震前电场观测的短临前兆异常信息。由于篇幅关系，本文仅列举了部分地震方位角变化情况。

2.1 2009年4月10日霍州ML3.0地震和18日万荣ML3.1地震解析

霍州、荣地震过程中方位角[α]变化特征如图1所示。2009年3月1日至4月7日，霍州地震前方位角往返幅度变化不大，4月8日方位角突跳减小，变化幅度[Δα]约为45°，减小过程中，4月10日霍州发生ML3.0地震。霍州地震后，4月12日方位角持续突跳增大，变化幅度[Δα]约为42°。4月13日，方位角下降减小，在下降过程中，万荣发生ML3.1地震。这两次方位角[α]异常现象表现为先降后升的突跳。

2.2 2012年11月2日浮山ML4.0地震和12日襄汾ML3.1地震解析

浮山、襄汾地震过程中方位角[α]变化特征如图2所示。2012年10月20日前，浮山方位角往返变化幅度较大，变化幅度基本保持在28°左右，21日至31日，方位角变化幅度较小，约为11°，11月1日突跳上升，上升幅度[Δα]约为36°，2日浮山发生地震。浮山地震后，11月4日方位角突跳上升，5日至9日转向持续下降，变化幅度[Δα]约为40°，在下降到最低值时，襄汾发生地震。这两次地震前方位角[α]异常现象表现为先升后降的突跳变化。

2.3 2013年7月8日洪洞ML3.1地震和20日沁源ML3.3地震解析

洪洞、沁源地震过程中方位角[α]变化特征如图3所示。2013年6月1日至7月2日，方位角往返变化幅度不大，变化幅度[Δα]约为18°，7月3日突跳上升，7月4日转向突跳下降，变化幅度[Δα]约为45°，7月5日转向上升，上升过程中7月8日发生洪洞地震。沁源地震前方位角也是先突跳上升后突跳下降，在下降过程中发生地震，变化幅度[Δα]约为60°。这两次地震前方位角[α]异常现象表现为先升后降的突跳变化。

2.4 2014年3月25日洪洞ML3.2地震解析

洪洞地震过程中方位角[α]变化特征如图4所示。洪洞ML3.2地震发生前正常背景是趋势性上升往返变化，且变化幅度不大，3月9日突跳下降，3月11日下降到最低值后转向上升，方位角變化幅度[Δα]约为70°，3月17日又突跳下降后转向上升，在上升过程中，洪洞发生地震，方位角变化幅度[Δα]约为47°，震后方位角恢复震前背景时变化趋势和变化幅度。地震前方位角[α]异常有两次大幅突跳变化，表现为先降后升。

2.5 2016年3月12日至25日运城地震解析

运城地震过程中方位角[α]变化特征如图5所示。2016年3月12日至25日，运城发生了7次ML3.0以上地震，最大震级是3月12日ML4.8级地震，震前背景方位角往返变化幅度不大，基本为27°～38°，且呈上升趋势，2月24日突跳上升，2月25日上升到最大值后转向下降，3月12日到最低值后转向，方位角变化幅度[Δα]约为31°，3月16日后方位角呈下降趋势，下降过程中，运城发生5次ML3.0以上地震。这次地震前方位角[α]异常有两次大幅突跳变化，表现为先升后降，在上升恢复过程中发生地震。

2.6 2018年3月18日霍州ML4.1地震解析

霍州地震过程中方位角[α]变化特征如图6所示。震前正常背景方位角在29°～55°做往返变化，3月12日方位角突跳下降到最小值后转向突跳上升，方位角变化幅度[Δα]约为49°，3月14日上升到最大值时又转向下降，下降过程中发生地震。这次地震方位角大幅突跳变化表现为先降后升，在下降恢复过程中发生地震。

为分析方位角[α]变化是否与地震地理方位相关，把震例中的地震震中在地理位置上相对临汾地震台大致分为南北两个方向，发生在临汾台南部的地震有16个，北部的有9个。南部16个地震中，方位角异常变化表现为先升后降的有12个，占南部地震总数的75%，方位角异常变化表现为先降后升的有4个，占南部地震总数的25%;北部9个地震中，先降后升的有5个，占北部地震总数的55.6%，先升后降的有4个，占北部地震总数的44.4%。

3 结论

通过对发生在临汾台2008—2018年100km范围内ML3.0级以上地震解析，笔者得到如下初步结论。地震前方位角均有明显突跳变化，能反映岩体裂隙结构变化，使用方位角变化做短临预报分析使处理后的数据比较简洁，使得识别地电场干扰信息和震前地电场资料中的异常前兆信息较为容易，由此可建立较为有效的地电场观测的地震前兆短临异常的识别与提取技术。临汾台100km范围内ML3.0以上地震前方位角均有明显的突跳变化，且发生在山西南部的地震方位角以先升后降突跳变化为主，发生在山西北部的地震方位角以先降后升为主。临汾台大地电场方位角震前异常突跳一般出现在震前5d左右，震级越大，震方位角突跳出现时间越早。对于以上基于裂隙优势方位角[α]变化与地震对应关系的认识，由于目前大地电场观测资料积累的时间不长，观测数据易受灌溉、电极自身不稳定等因素干扰，因此本文提出的方位角变化与地震对应关系有待更深入的研究和更多地震事件的检验。

参考文献：

[1]孙正江，王华俊.地电概论[M].北京：地震出版社，1984.

[2]黄清华，刘涛.新岛台地电场的潮汐响应与地震[J].地球物理学报，2006（6）：177-186.

[3]谭大诚，赵家骝，席继楼，等.潮汐地电场特征及机理研究[J].地球物理学报，2010（3）：544-555.

[4]谭大诚，王兰炜，赵家骝，等.潮汐地电场谐波和各向波形的影响要素[J].地球物理学报，2011（7）：1842-1853.

[5]陈颙，黄庭芳，刘恩儒.岩石物理学[M].合肥：中国科学技术大学出版社，2009.