地磁低点位移异常与地震预测

杨兴悦 王 燕 王伟全 道 伟 马 婧

1 兰州地球物理国家野外科学观测研究站,兰州市刘家坪1号,730046 2 甘肃省地震局,兰州市东岗西路450号,730000

地震的孕育过程极其复杂。学者们在一些中强地震前观测到地震地磁异常现象,并对异常机理进行了定性或定量研究[1-4],形成地磁低点位移、加卸载响应比、空间相关法、谐波振幅比等多种地震地磁异常预报方法[4],其中地磁低点位移是地震短临预测的有效方法之一[2-8]。

基于目前对地磁低点位移异常与地震关系的研究认为,强震发生在地磁低点位移异常分界线附近,但就中国大陆而言,低点位移异常分界线长度可达几千km,地震预测预报的发震地点范围较大,对于强震发生地点的判断仍存在困难。本文将强震前可能出现的多次低点位移异常分界线进行叠加,以缩小发震地点的预测范围。

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、极小值及其出现时间和幅度大小来表示,以极大值和极小值、极大值时间和极小值时间及其差来描述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分量的日变化形态呈类似V字形,日变化极小值时间随经度变化,不随纬度变化,一般情况下出现在当地时间12时左右,并且随经度由东向西延迟4 min/°,因此地磁低点时间在空间上总体呈缓变趋势[3]。地磁低点位移是指在一个区域记录的低点时间与另一区域的低点时间有明显差别,且2个区域之间的低点时间在不考虑经度效应的情况下相差2 h以上,每个区域的低点时间差别不明显,呈缓慢变化,该异常现象称为地磁低点位移异常。将正常低点台站与突变低点台站中点的连线进行平滑,得到异常分界线,即2个区域之间低点位移突变分界线,称为低点位移异常分界线[9]。

在上述规则基础上,研究中国大陆地区地磁低点位移异常与5级以上地震的关系,并在发震时间、发震地点和地震强度等方面对低点位移异常与地震关系的对应规则进行进一步细化。时间上,低点位移异常出现后2个月内发生的地震视为对应,超出2个月则视为不对应;地点上,6级以下强震震中距低点位移异常分界线300 km以内视为对应,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,否则视为不对应。

2 地磁低点位移异常与地震关系

选取2013～2022年中国大陆地区5级以上地震作为研究对象,地震发生后2个月内的5级以上余震不作统计,双震按1次地震事件统计,共得到MS≥5.0地震160次。2013～2022年共出现低点位移异常408次(去除中国大陆境外5级以上地震对应异常),对应地震(出现异常并发生地震)共132次,异常对应率(有震异常次数/总异常次数)为32.4%;虚报地震(出现异常而未发生地震)共276次,异常虚报率(虚报次数/总异常次数)为67.6%;漏报地震(发生地震而未出现异常)共72次,地震漏报率(漏报次数/总地震次数)为45.0%;报对地震(地震前至少出现1次异常)共88次,地震预测率(报对地震次数/总地震次数)为55.0%。

在异常对应较好的88次地震中,46次地震前出现了1次低点位移异常,42次地震前出现2次或多次低点位移异常。同时,1次低点位移异常出现后发生2次地震的情况出现29次,发生3次地震的情况7次,发生4次地震的情况1次。研究还发现,将地震前出现的多条异常分界线叠加到同一幅底图上,多条异常分界线会形成1个或多个交汇点,地震往往发生在低点位移分界线的交汇点附近。因此,低点位移分界线交汇点附近区域是地震短临预报的重点区域,可综合活动构造断裂分布、历史大地震情况、中长期预测强震潜在危险区及年度全国地震危险区,分析研判未来可能发震的区域,大幅缩小地磁低点位移方法预测地震震中的范围。

3 地磁低点位移异常典型震例

选择2020-07-23西藏尼玛6.6级、2021-03-19西藏比如6.1级、2022-01-08青海门源6.9级3次近年震级较大的地震进行研究。

3.1 2020-07-23西藏尼玛6.6级地震

对2020-05～07全国地磁Z分量观测资料进行分析,认为2020-07-23西藏尼玛6.6级地震前2个月内出现2次明显的地磁低点位移异常,分别为2020-06-28和2020-06-30,其中第1次异常出现时间距离发震25 d,第2次距离发震23 d,西藏尼玛6.6级地震震中距离2条异常分界线的垂直距离分别为25 km和175 km。地磁低点位移异常分界线叠加结果如图1所示,2条异常分界线叠加到同一底图上形成2个交汇区,区域①位于青藏高原羌塘地块的依布茶卡-日干配错断裂附近,地质构造复杂,历史上强震频发;区域②位于花海-金塔盆地西南缘,该盆地较为稳定,1933～1952年发生过3次5.25级地震。

图1 西藏尼玛6.6级地震前地磁低点位移异常分界线叠加

3.2 2021-03-19西藏比如6.1级地震

对2021-01～03全国地磁Z分量观测资料进行分析,认为2021-03-19西藏比如6.1级地震前2个月内出现3次地磁低点位移异常,分别为2021-01-19、2021-01-30、2021-02-07,异常出现时间分别距离发震59 d、48 d、40 d,西藏比如6.1级地震震中距离3条异常分界线的垂直距离分别为190 km、190 km、317 km。地磁低点位移异常分界线叠加结果如图2所示,3条异常分界线叠加到同一底图上形成1个交汇区,该区域位于青藏高原羌塘地块内的安多南断裂附近,地质构造复杂,历史上发生多次强震。

图2 西藏比如6.1级地震前地磁低点位移异常分界线叠加

3.3 2022-01-08青海门源6.9级地震

对2021-12～2022-01全国地磁Z分量观测资料进行分析,认为2022-01-08青海门源6.9级地震前2个月出现3次明显的地磁低点位移异常,分别为2021-11-29、2021-12-28、2021-12-30,异常出现时间分别距离发震40 d、11 d、9 d,青海门源6.9级地震震中距离3条异常分界线的垂直距离分别为64 km、300 km、66 km。地磁低点位移异常分界线叠加结果如图3所示,3条异常分界线叠加到同一底图上形成3个交汇区,区域①位于青藏高原北缘的冷龙岭断裂及武威-天祝断裂附近,地质构造复杂,历史上强震频发;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5级以上地震;区域③位于鄂尔多斯块体内,历史上未发生5级以上地震。

图3 青海门源6.9级地震前地磁低点位移异常分界线叠加

4 讨 论

据统计,2013～2022年共132次地磁低点位移异常较好地对应了88次5级以上地震,其中1次异常出现后发生2次地震的情况共29次,发生3次地震的情况共7次,发生4次地震的情况1次。因此,即使地磁低点位移异常出现后发生了1次对应地震,异常线附近还有发生地震的可能。另外,本文地磁低点位移对应率低,虚报及漏报率较高,主要原因是新疆、西藏、内蒙古及东北地区地磁台站稀疏,且新疆及东北地区冬季极寒天气引起的地磁低点位移异常次数较多。2017-07-05新疆地区地磁低点位移出现了明显异常,如果将异常台站的连线作为低点位移分界线,则该异常可对应2017-08-09新疆精河6.6级地震(图4)。但按照本文地磁低点位移异常的定义与预测规则,该异常算作虚报地震,精河地震也算作漏报地震。因此,地磁低点位移异常线的定义规则尤其重要。

图4 新疆精河6.6级地震前地磁低点位移异常

5 结 语

1)利用国家地磁台网中心产出的地磁观测资料,研究2013～2022年中国大陆地区160次5级以上地震,统计了408次地磁低点位移异常发现,132次异常后发生了地震,异常对应率为32.4%;虚报地震276次,异常虚报率为67.5%;漏报地震72次,地震漏报率为48.1%;报对地震88次,地震预测率为55.0%。其中,46次地震前出现了1次低点位移异常,42次地震前出现2次或多次低点位移异常。2013～2022年共出现41次磁暴现象,其中3次磁暴当天地磁低点位移异常发生对应地震,但震级无规律;2次磁暴当天地磁低点位移异常未发生对应地震。经统计,地磁低点位移异常主要出现在磁静日。

2)利用地磁低点位移方法将地震前出现的多条异常分界线叠加到同一底图上,会形成1个或多个交汇区,可综合活动构造断裂分布、历史大地震情况、中长期预测强震潜在危险区及年度全国地震危险区,分析研判未来发震区域。本文通过研究2020-07-23西藏尼玛6.6级、2021-03-19西藏比如6.1级、2022-01-08青海门源6.9级3次6级以上强震发现,3次地震前2个月均出现2次或2次以上地磁低点位移异常,地震发生在其中一个异常分界线交汇区附近。本文研究结果缩小了地磁低点位移异常对发震地点的预测范围,具有实际意义。

致谢：本文数据来源于中国地震局地球物理研究所国家地磁台网中心,在此表示感谢!