基于大地电场岩体裂隙水渗流 模型的地震前兆异常特征

张志宏 黄明威 李梦莹 杨牧萍

（中国沈阳110034 辽宁省地震局）

基于地电场潮汐波建立岩体裂隙水（电荷）渗流（移动）模型，计算辽宁地区大地电场优势方位角α，结合降雨、温度、磁暴等典型干扰，对α的干扰幅度进行对比分析，结果表明，α抗干扰能力较强。在2013 年1 月23 日灯塔MS5.1 地震前后，α的动态变化表明，多个同一或相邻地质构造地电场台站，岩体裂隙电荷移动方位长时间的准同步突变是中强地震的前兆异常特征。

（1）模型计算。采用ZD9A 系列的分钟值采样数据，基于地电场由大地电场ET和自然电场ESP构成，计算每日ESP，公式如下

应用地电场潮汐波特征、机理建立的岩体裂隙水（电荷）渗流（移动）模型，可分析ET的变化特征及表征指标，并计算潮汐谐波振幅比，公式如下

式中，Ai为第i阶潮汐谐波振幅，Aj为第j阶谐波振幅。其中，前10 阶Ai之和能反映潮汐波幅度的变化特征。

以NS、NW 方位的大地电场为例，计算优势方位角α，表达式如下

（2）2013 年灯塔MS5.1 地震解析。2013 年1 月23 日辽宁省灯塔地区发生MS5.1 地震（41.48°N，123.17°E），震源深度约7 km，辽宁大部分地区震感强烈。此次地震是继1999年岫岩MS5.4 地震后辽宁地区发生的最大地震。灯塔MS5.1 地震发生在NE 向营口—佟二堡断裂北段。2013 年灯塔MS5.1 地震发生前后，辽宁新城子和义县岩体裂隙优势方位角α出现准同步明显异常，其中新城子地震观测站和义县观测站与灯塔MS5.1 地震震中分别距离约67 km 和158 km，观测站分布见图1。

图1 新城子和义县地震观测站分布Fig.1 Distribution of Xinchengzi and Yixian seismic stations

图2 给出2013 年灯塔MS5.1 地震前沈阳新城子大地电场岩体裂隙优势方位角α计算结果，2012 年1—12 月新城子岩体裂隙优势方位角α在50°— 70°范围内，2012 年12 月4 日α突变为89.54°，持续10 天的持续突跳（间或剪裂）、偏转、剪裂，最大突变幅度Δα约为45°。2013 年1 月23 日灯塔MS5.1 地震发生在异常恢复阶段，震中距约67 km。1 月23 日α为89.37°，震后2 天异常恢复，不同的是，α相比震前背景值有较大幅度的减小，变化范围在40°—50°，震后区域应力场调整使得岩体结构收缩，α的背景值减小。2013 年灯塔MS5.1 地震后新城子岩体裂隙优势方位角α的突变异常不明显，2013 年11 月17日—24 日出现了一簇突跳异常，异常幅度Δα约为20°，异常期间距台站295 km 处发生吉林松原MS5.8 震群。前兆场观测存在同震响应，新的一簇突跳异常可能是吉林松原MS5.8震群同震响应。

图2 灯塔MS5.1 地震前后新城子地电场岩体裂隙优势方位角α变化曲线（2012 年10 月—2013 年3 月31 日）Fig.2 Variations of dominant azimuth angle αfor Xinchengzi geoelectric field rock fracture before and after the Dengta MS5.1 earthquake (from Oct.2012 to Mar.31,2013)

义县属于锦州—阜新断裂，历史地震活动水平较低。图3 给出锦州义县岩体裂隙方位灯塔MS5.1 地震前后的变化曲线。由图3 可知，义县岩体结构发育不完全，α基本在45°左右。2012 年1 月16 日岩体结构出现剪裂，方位角α为-10.45°，1 月23 日α变为88.36°后恢复背景水平，突跳异常期间台站观测系统正常，台站所属区域或构造单元无较大地震发生。2012 年12 月16 日α再次持续突跳（间或剪裂）、偏转、剪裂，持续变化至2013 年3 月9 日，α突变期间距台站158 km 处发生2013 年1 月23 日灯塔MS5.1 地震，在发震前后近3 个月的α突变过程中，最大Δα约为45°。2013 年11 月10 日α由44.38°突变为85.4°，12 月2 日恢复至44.97°，突变Δα约为40°。异常期间观测系统正常，距台站420 km 处发生2013 年11 月22 日松原MS5.8 震群。

图3 灯塔MS5.1 地震前后义县地电场岩体裂隙优势方位角α变化曲线（2012 年10 月—2013 年3 月3 日）Fig.3 Variations of dominant azimuth angle αfor Yixian geoelectric field rock fracture before and after the Dengta MS5.1 earthquake (from Oct.2012 to Mar.31,2013)

因此，从新城子和义县α的背景值、异常时间、对应地震可以看出，α的前兆短临异常或同震响应特征显著。