地磁低点位移异常界线交汇现象与地震关系研究

杨兴悦　张飞捷　曾文浩　路晓辰　刘白云

摘要： 利用国家地磁台网中心产出的观测资料，研究中国大陆地区低点位移现象与强震之间的关系，认为地磁低点位移异常与强震之间具有较好的关联性。多次5级以上地震发生前两月内会出现一次或多次低点位移异常，地震往往发生在低点位移异常分界线300 km内。2022年1月8日青海门源6.9级地震、2016年1月21日青海门源6.4级地震和2019年9月16日甘肃肃南5.0级地震前两月内均出现了3次明显的地磁低点位移异常。将多次低点位移异常分界线叠加到同一幅图上，形成了1个或多个交汇区域，发现地震发生在低点位移分界线的交汇区域附近。综合活动构造断裂分布、历史大地震发生情况、中长期预测的强震潜在危险区及年度全国地震危险区进一步判断可能发震的区域，此项研究明显缩小了用地磁低点位移法预测地震发生地点的范围。

关键词： 垂直分量; 低点位移; 低点时间; 异常

中图分类号： P315文献标志码：A 文章编号： 1000－0844（2023）04-0926-07

DOI：10.20000/j.1000－0844.20220211003

Relationship between the boundary intersection of geomagnetic

low－point displacement anomalies and earthquakes

YANG Xingyue ZHANG Feijie2， ZENG Wenhao LU Xiaochen3， LIU Baiyun1，4

Abstract：  The relationship between geomagnetic low－point displacement and strong earthquakes in the Chinese Mainland was studied in this paper based on observation data from the national geomagnetic network center. A good correlation exists between the two aspects. One or more low－point displacement anomalies emerged within two months before numerous M>5 earthquakes， and the earthquakes usually occurred within 300 km of the boundary of low－point displacement anomalies. Four geomagnetic low－point displacement anomalies occurred two months before the Menyuan M6.9 earthquake in Qinghai Province on January 8， 2022. Meanwhile， three geomagnetic low－point displacement anomalies occurred two months before the Menyuan M6.4 earthquake in Qinghai Province on January 21， 2016， and the Ganzhou M5.0 earthquake in Gansu Province on September 16， 2019. One or more intersection regions will be formed when the boundaries of multiple low－point displacement anomalies are superimposed on the same graph. Results showed that the earthquakes occurred near the intersection region of low－point displacement boundaries. Possible earthquake regions can be determined by combining the distribution of active tectonic faults， the occurrence of large earthquakes in history， potential risk areas of strong earthquakes predicted in the medium and long term， and annual risk areas of earthquakes in China. This study markedly narrows down the prediction range of earthquake location with the geomagnetic low－point displacement method.

Keywords： vertical component; low－point displacement; low－point time; anomalies

0 引言

地球磁場是地球外部磁场和内部磁场所叠加形成的磁场，地球外部磁场具有较广的空间分布范围，而地球内部磁场具有区域性和局部性特征［1］。当地球内部或外部环境发生变化时，地磁场也会随之出现异常变化［2］。我国地震电磁观测已有60多年的历史，已被认为是进行地磁短临预测研究的重要手段。大量观测结果表明地震孕育过程与地球内＼，外部环境有着密切的关系［2－7］，因此中强地震发生前会出现一些地震电磁异常现象。但地震孕育过程极其复杂，研究人员对地震电磁异常现象机理进行了定性或定量研究［1－9］，形成了地磁低点位移、加卸载响应比、空间相关法、谐波振幅比等多种地震预报和研究方法［9］。研究者认为地磁低点位移法是地震短临预测的有效方法，并开展了一系列相关研究［2－16］。如陈绍明［2］提出了“日变低点位移法”及地磁“日变反向”的概念，丁鉴海等［4］提出了“低点位移平面图”法及低点时间的“经度效应”，认为震前地磁垂直分量日变化异常主要表现在幅度和相位上。

一些学者利用地磁低点位移法进行中强地震关系研究时提出了低点位移异常预测地震的指标，结果表明低点位移异常现象与强震的发生具有较好的相关性，特别是6级以上强震的效果较好。随着震例的累积以及对地磁低点位移研究的深入，认为低点位移异常出现后的第27天或41天前后4天为发震日期，强震往往发生在低点位移突变分界线附近的地区［3－4］。低点位移异常出现后，在发震时间预测方面，郭增建等［17］提出了以丁鉴海等提出的发震日期为第一方案的主预测方案，以磁暴倍九法为补充的第二预测方案。冯志生等［9］提出了低点位移异常出现后两月内发生强震的概率较大，震中还是在低点位移突变分界线附近的地区，并初步建立了地磁低点位移判定依据和预测指标。贾昕晔等［16］将传统的区域间低点时间差超过两小时的分界线判别标准改为梯度值超过1.0 h/（°），去除经度效应。马亮对地磁低点时间与经度做了相关分析［18］，并通过邻插值法将地磁台站低点时间等值线图转化为二阶等值线图，提取出低点位移突变界线，消除经度效应［19－20］。胡久常等［21］在研究汶川8.0级特大地震前地磁垂直分量低点异常时，发现地震发生在地磁垂直分量日变形态双低点异常台站的交汇区域，这对地震发生地点的预测具有指示意义。

上述学者对地磁低点位移异常与地震的关系进行了广泛的研究，认为强震发生在地磁低点位移异常分界线附近，表明地磁低点位移异常与强震之间具有较好的关联性。上述研究仅对震前某一次异常进行了研究，对于中国大陆而言，一条地磁低点位移异常分界线长度可达几千km，对于地震预测预报而言，发震地点范围较大，判断强震发生的地点存在困难。本文研究发现，一次强震前可能会出现一次以上地磁低点位移异常，将多次低点位移异常分界线叠加在同一图上会出现一个或多个异常线交汇点。本文重点研究以交汇点为中心一定范围区域内地磁低点位移异常界线交汇现象与地震的关系，进一步探讨地磁低点位移异常分界线交汇区域对发震地点的指示意义。

1 地磁低点位移异常定义与预测规则

地磁垂直分量（Z分量）日变化信息常用地磁台站记录的日变化极大值、极小值及其出现的时间和幅度大小来表达，即常用极大值和极小值＼，极大值时间和极小值时间以及其差来描述Z分量的变化情况。其中极小值时间称为地磁低点时间。我国处于中低纬度地区，在地磁静日地磁Z分量日化形态类似“Ｖ”字形，其日变化极小值时间随经度变化，但不随纬度变化。一般情况下出现在地方时间12 h左右，并且随经度由东向西延迟15 °/h，即随经度由东向西延迟4 min/（°）。低点时间受经度效应的影响，地磁台站记录的低点时间从整体上来看在空间上呈现为缓变过程［8］。地磁低点位移是指在一个大区域内台站记录的低点时间与另一个大区域内的低点位移时间有明显差别，且两个大区域之间的低点时间消除经度效应后相差2 h以上，而每个大区域内的低点时间差别不明显，呈缓慢变化。上述描述的异常现象称为地磁低点位移异常，两个大区域之间低点位移突变分界线称为低点位移异常分界线，正常低点台站与突变低点台站的中点之间的连线并进行平滑得出异常分界线。

在上述规则的基础上，我们研究了中国大陸地区地磁低点位移异常与强震的关系，且在发震时间、地点和强度方面进一步细化了低点位移异常与强震关系的对应规则。在时间上，低点位移异常出现后两月内发生的强震视为对应地震，超出两个月视为不对应。在地点上，6级以下强震震中距低点位移异常分界线300 km视为对应地震，6级以上强震震中距低点位移异常分界线不超过350 km视为对应地震，否则视为不对应，在强度上选择中国大陆发生的5级以上强震作为研究对象。

2 3次地震前地磁低点位移异常

2.1 2022年1月8日青海门源6.9级地震

本文对2022年1月8日青海门源6.9级地震前两个月内的地磁垂直分量观测资料进行了分析，认为在此次地震前出现了3次明显的地磁低点位移异常，出现时间分别为2021年11月29日、2021年12月28日及2021年12月30日（图1）。最早出现异常时间距发震时间为40 d，最晚出现异常时间距发震时间为9 d。青海门源6.9级地震发生在低点位移异常分界线附近，此次地震距3次异常分界线的震中距分别为64 km、300 km及66 km。将这3次异常分界线叠加到同一幅图上，青海门源6.9级地震震中落在异常分界线的交汇区域附近（图1）。

图1中3次地磁低点位移异常分界线叠加到同一幅图上形成了3个交汇区域，区域①位于冷龙岭断裂、武威—天祝断裂附近;区域②位于雅布赖断裂附近，该断裂为不活动断裂，历史上未发生过5级以上地震;区域③位于鄂尔多斯块体内，该块体内历史上未发生过5级以上地震。综上所述，区域①所在区域位于青藏高原北缘，地质构造复杂，历史上强震频发［22］，地磁异常出现后应重点关注该区域。

2.2 2016年1月21日青海门源6.4级地震

2016年1月21日在青海门源发生了MS6.4地震，此次地震前出现了3次明显的地磁低点位移异常，分别是2015年12月19日、2015年12月23日及2016年1月1日（图2）。最早出现异常时间距发震时间是33 d，最晚出现异常时间距发震时间是20 d。青海门源6.4级地震发生在低点位移异常分界线附近，此次地震距3次异常分界线的震中距分别为154 km、264 km及240 km。将这3次异常分界线叠加到同一幅图上，青海门源6.4级地震震中落在异常分界线的交汇区域附近（图2）。

图2中3次地磁低点位移异常分界线叠加到同一幅图上形成了2个交汇区域，区域①位于哈拉湖南山断裂、哈拉湖盆地北缘断裂、木里—江仓断裂附近，距门源地震震中约320 km，该区域位于青藏高原北缘，地质构造复杂，历史上强震频发;区域②位于鄂尔多斯块体东侧＼，太谷断裂附近，1900年以来该区域100 km范围内发生了5次5级以上地震。因此，地磁异常出现后应重点关注区域①。

2.3 2019年9月16日甘肃肃南5.0级地震

2019年9月16日在甘肃肃南发生了MS5.0地震，此次地震前出现了3次明显的地磁低点位移异常，分别是2019年7月25日、2019年8月18日及2019年8月21日，如图3所示。最早出现异常时间距发震时间为55 d，最晚出现异常时间距发震时间为26 d。甘肃肃南5.0级地震发生在低点位移异常分界线附近，此次地震距3次异常分界线的震中距分别为155 km、192 km及97 km。将这3次异常分界线叠加到同一幅图上，甘肃肃南5.0级地震震中落在异常分界线的交汇区域附近（图3）。

图3中3次地磁低点位移异常分界线叠加到同一幅图上主要形成了2个交汇区域，区域①位于托莱山断裂、冷龙岭断裂及达坂山断裂附近，距肃南地震震中约190 km，该区域位于青藏高原北缘，地质构造复杂，历史上强震频发;区域②位于明化镇断裂、新河断裂一带，1900年以来在明化镇断裂发生过1次5级以上地震，在新河断裂上发生了多次5级以上地震，而其附近断裂无强震发生。

另外，笔者研究了2013—2021年地磁低点位移异常与近160次5级以上地震的关系，初步研究结果认为地磁低点位移异常与5级以上地震对应率约为32%，漏报率约为48%，虚报率约为67%。由于新疆、西藏、内蒙和东北地区地磁台站稀疏，导致地震对应率偏低、虚报率偏高。上述研究仅为初步结果，还需要进一步分析核实。在低点位移异常出现后的两月内发生强震在时间上无特殊规律，强震发生前出现2次及以上低点位移异常占比接48%，强震均发生在低点位移异常分界线的交汇区域及附近。

3 结论与讨论

（1） 本文利用国家地磁台网中心产出的观测资料，研究了2022年1月8日青海门源MS6.9、2016年1月21日青海门源MS6.4和2019年9月16日甘肃肃南MS5.0地震与地磁低点位移异常的关系，认为3次地震前两个月内均出现了3次明显的地磁低点位移异常，3次异常线距震中均在300 km内，将多次低点位移异常分界线叠加投影到同一底图上，发现地震发生在低点位移分界线的交汇区域附近，说明此方法具有可信性，利用地磁低点位移异常分界线交汇现象可大幅缩小地震预测地点范围，对于地震预测预报有实际应用意义。

（2） 通过本文研究，认为强震一般发生在多条低点位移异常分界线叠加的交汇区域附近。一次强震发生前如果出现多次低点位移异常，不可避免地可能会出现2个及以上的异常分界线叠加的交汇区域，这对强震地点预测增加了难度。强震往往发生在活动断裂上或及其附近，如果出现2个以上的低点位移异常分界线叠加的交汇区域，可综合活动断裂分布、历史大地震发生情况、中长期预测的强震潜在危险区及年度全国地震危险区进一步排除及优化异常分界线叠加的交汇区域发生强震的可能性。由于地磁低点位移异常预测地震发震时间为2月内，因此还可以参考其他地震监测手段出现的异常进一步优化缩小预测地震发生地点范围。

（3） 在研究地磁低点位移异常时未充分考虑天气对其影响。但是我们仔细分析了本文中3次地震前出现的地磁低点分界线异常与全国降水量预报图之间的关联性，认为二者关联性差，说明降水量对地磁低点位移异常影响不明显。在后续研究中我们会充分考虑降雨、降雪等天气原因对地磁低点位移异常的影响。

致谢：文中使用的地磁数据来自于中国地震局地球物理研究所国家地磁台网中心;两位审稿人为本文提出了宝贵意见，尤其是建议考虑降雨对地磁低点位移异常的影响，为作者后续研究开拓了思路，在此一并表示感谢！

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（本文编辑：张向红）

收稿日期：2022-02-11

基金项目：甘肃省地震局地震科技发展基金（2018Y01）;甘肃省敦煌文物保护研究中心开放基金（GDW2021YB13）

第一作者简介：杨兴悦，男，高级工程师，主要从事地震监测工作。E－mail：yxy_wy@163.com。

通信作者：曾文浩，男，高级工程师，主要从事地震监测、观测数据应用、设备运维等工作。E－mail：zengwh@gsdzj.com.gov.cn。