靳玉貞，林木金，范曉瑜，劉曉萍，何　佳，楊世英，孟彩菊

(1.山西省地震局太原基準(zhǔn)地震臺(tái)，山西　太原　030025；

2.太原大陸裂谷動(dòng)力學(xué)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，山西　太原　030025；

3.福建東山地震臺(tái)，福建　東山　363400；4.山西省祁縣地震局，山西　祁縣　030900)

·觀測(cè)分析·

山西流動(dòng)地磁觀測(cè)異常與中等地震關(guān)系研究

靳玉貞1，2，林木金3，范曉瑜1，2，劉曉萍4，何佳1，2，楊世英1，2，孟彩菊1，2

(1.山西省地震局太原基準(zhǔn)地震臺(tái)，山西太原030025；

2.太原大陸裂谷動(dòng)力學(xué)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，山西太原030025；

3.福建東山地震臺(tái)，福建東山363400；4.山西省祁縣地震局，山西祁縣030900)

摘要：運(yùn)用2007年以來山西流動(dòng)地磁觀測(cè)資料，分析研究2009年以來山西ML≥4.0以上中等地震與流動(dòng)地磁異常變化的關(guān)系。結(jié)果表明，流動(dòng)地磁變化與該區(qū)的地震存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，震前異常持續(xù)時(shí)間最短1個(gè)月，最長(zhǎng)9個(gè)月，且有2個(gè)或2個(gè)以上測(cè)點(diǎn)同時(shí)出現(xiàn)異常，異常特征為下降的負(fù)異常。

關(guān)鍵詞：流動(dòng)地磁；中等地震；異常特征

0引言

流動(dòng)地磁觀測(cè)以“面”為基礎(chǔ)，在監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行高密度布設(shè)，是地磁定點(diǎn)觀測(cè)的有利補(bǔ)充，可以取得整個(gè)面上地磁場(chǎng)的變化特征，對(duì)分析研究監(jiān)測(cè)區(qū)域地磁場(chǎng)的變化有著重要意義。本文運(yùn)用監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)流動(dòng)地磁測(cè)點(diǎn)同一期在時(shí)間上的連續(xù)變化趨勢(shì)性和空間變化顯著性異常的特點(diǎn)，以分布在山西地區(qū)32個(gè)流動(dòng)地磁測(cè)點(diǎn)的差值ΔF為信息源進(jìn)行分析，進(jìn)而探討山西地區(qū)流動(dòng)地磁場(chǎng)變化特征與地震的關(guān)系[1]。

1山西流磁觀測(cè)概況及資料處理

1.1　觀測(cè)概況

山西省流動(dòng)地磁監(jiān)測(cè)始于1976年。流動(dòng)地磁測(cè)點(diǎn)主要分布于省內(nèi)各大盆地及周邊地區(qū)，結(jié)合地質(zhì)構(gòu)造和斷裂情況，以及地磁測(cè)量對(duì)環(huán)境條件的特殊要求和交通便利等因素選建測(cè)點(diǎn)。在選點(diǎn)的同時(shí)進(jìn)行首期觀測(cè)，觀測(cè)儀器為北京地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的CHD-5型和CHD-6型質(zhì)子旋進(jìn)式磁力儀。1982年和1983年，先后從美國(guó)進(jìn)口4臺(tái)G-816型質(zhì)子旋進(jìn)式磁力儀，取代國(guó)產(chǎn)磁力儀。20世紀(jì)90年代中期購(gòu)進(jìn)2臺(tái)G-856型質(zhì)子旋進(jìn)式磁力儀。2006年以來先后購(gòu)進(jìn)3臺(tái)G-856型質(zhì)子旋進(jìn)式磁力儀。山西省流動(dòng)地磁分北、中、南3個(gè)測(cè)量工作區(qū)，共32個(gè)測(cè)點(diǎn)，其中晉北測(cè)區(qū)17個(gè)，通化臺(tái)站為定襄地震臺(tái)；晉中測(cè)區(qū)5個(gè)，通化臺(tái)站為太原基準(zhǔn)地震臺(tái)；晉南測(cè)區(qū)10個(gè)，通化臺(tái)站為臨汾中心地震臺(tái)(見第2頁(yè)圖1)。每季度復(fù)測(cè)1次，復(fù)測(cè)時(shí)間為每季度末，即3、6、9、12月初[2]。

每期野外觀測(cè)攜帶4套G-856質(zhì)子磁力儀，其中1套為通化臺(tái)使用的日變觀測(cè)儀器，2套為觀測(cè)野外測(cè)點(diǎn)使用的主副儀器，1套為備用儀器。按照北部、中部和南部3個(gè)測(cè)區(qū)，取區(qū)內(nèi)各測(cè)點(diǎn)地磁場(chǎng)總強(qiáng)度差值進(jìn)行對(duì)比分析。

1.2　資料處理

地磁場(chǎng)在局部區(qū)域(小于200 km)范圍內(nèi)的變化基本是一致的，因此

Ft-F0=Fit-Fi0，

式中：Ft與F0分別表示在t與t0時(shí)刻通化臺(tái)地磁場(chǎng)總強(qiáng)度觀測(cè)值；t0表示通化時(shí)間；Fit表示第i個(gè)測(cè)點(diǎn)在t時(shí)刻的總強(qiáng)度觀測(cè)值，F(xiàn)i0表示該測(cè)點(diǎn)在通化時(shí)間t0相應(yīng)的地磁場(chǎng)總強(qiáng)度。由此，推出在局部范圍內(nèi)，不同測(cè)點(diǎn)相鄰兩期的變化(即ΔF的變化)應(yīng)該一致。

應(yīng)用常用地磁差值ΔF異常判別指標(biāo)：(1) 異常測(cè)點(diǎn)ΔF≥+2δF或ΔF≤-2δF；(2) 異常區(qū)為3個(gè)以上相鄰測(cè)點(diǎn)集中于某一空間。 作為異常閥值 ，對(duì)2007年至2014年山西流動(dòng)地磁觀測(cè)資料進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)ML≥4.0以上中等地震發(fā)生前，周邊流動(dòng)地磁數(shù)據(jù)有一定的異常變化(見第2頁(yè)表1)。

2山西流磁異常與地震的關(guān)系

2.1　2009年3月28山西原平ML4.5地震

2009年3月流磁觀測(cè)的δF均方誤差為(-0.7±0.83) nT，晉北測(cè)區(qū)出現(xiàn)4個(gè)異常點(diǎn)，分別為西坪2(-1.8 nT)、懷仁(-1.6 nT)、原平(-2.3 nT)、恒山(-2.0 nT)，其余整個(gè)晉北區(qū)各測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)變化幅度不大，符號(hào)也不一致，空間上未形成連續(xù)的異常區(qū)域。在6月的復(fù)測(cè)中，晉北區(qū)δF為(-0.9±0.95) nT，超出2倍均方誤差的點(diǎn)有原平(3.1 nT)、定襄(1.1 nT)、陽高(-4.2 nT)。在本期觀測(cè)中，測(cè)區(qū)環(huán)境未有明顯干擾，樁位差穩(wěn)定。原平、定襄、忻州是北部?jī)H有的3個(gè)正變化，在空間上形成一定區(qū)域，符號(hào)變化一致，應(yīng)為3月28日原平ML4.5地震的震后變化。變化特點(diǎn)為：震前原平(-2.3 nT)—震后原平(3.1 nT)、定襄(1.1 nT)(見第3頁(yè)圖2)，即測(cè)區(qū)震前數(shù)據(jù)負(fù)值下降—震后正值上升。

圖1　山西流磁測(cè)點(diǎn)分布圖Fig.1　Distribution of mobile magnetic observation points in Shanxi

2.2　2010年1月24日山西河津ML5.1地震

2009年6月，晉南測(cè)區(qū)δF均方誤差為(1.0±0.98) nT，未出現(xiàn)超出2倍均方誤差的測(cè)點(diǎn)，襄汾(1.5 nT)，聞喜(1.9 nT)、絳縣(2.0 nT)、稷山(2.1 nT)、萬榮(2.0 nT)的測(cè)值超出1倍均方誤差，符號(hào)一致，在空間上形成一定區(qū)域，但異常值較小。在2009年9月的復(fù)測(cè)中，晉南測(cè)區(qū)δF均方誤差為(1.1±0.70) nT，出現(xiàn)絳縣(3.4)和聞喜(2.9)兩個(gè)異常點(diǎn)，異常范圍縮小但異常值升高。在12月的復(fù)測(cè)中，晉南測(cè)區(qū)δF均方誤差為(-0.2±0.35) nT，超出2倍均方誤差的異常點(diǎn)有襄汾(-0.7)、絳縣(-0.7)、聞喜(-1.1)、夏縣(-0.4)、萬榮(-1.1)、稷山(1.2)和臨猗(-0.7)，異常范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，呈現(xiàn)整體下降趨勢(shì)，于2010年1月24日發(fā)生山西河津ML5.1地震(見第3頁(yè)圖3)。期間，測(cè)區(qū)環(huán)境未有明顯干擾，樁位差穩(wěn)定。

2.3　2010年4月4日山西大同ML4.9地震

2010年1月底的流磁加密觀測(cè)中，晉北測(cè)區(qū)δF均方誤差為(-0.6±0.84) nT，超出2倍均方誤差的點(diǎn)有懷仁(1.7)、廣靈(-1.7)、渾源(-0.6)、西坪2(-1.6)、西坪3(-1.3)、西坪4(-1.2)、陽高(-1.2)、恒山(-0.5)、朔州(-1.5)、忻州(-0.8)9個(gè)測(cè)點(diǎn)呈現(xiàn)整體下降趨勢(shì)。在3月的復(fù)測(cè)中，晉北測(cè)區(qū)的δF均方誤差為(-0.8±0.89) nT，沒有超出2倍均方誤差的測(cè)點(diǎn)，但西坪2(-2.4)、西坪3(-1.5)、西坪4(-2.1)、渾源(-1.5)、恒山(-1.5)以及陽高(2.4)6個(gè)測(cè)點(diǎn)在空間上形成一個(gè)異常區(qū)域，4月4日發(fā)生山西大同ML4.9地震。此次異常持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，異常點(diǎn)也由小到大逐漸擴(kuò)大。磁測(cè)前后進(jìn)行儀器比測(cè)，主儀器儀器差和樁位差變化比較穩(wěn)定，副儀器儀器差和樁位差變化比較大，認(rèn)為可能是儀器原因。此次異常特征為：測(cè)區(qū)由負(fù)值下降—負(fù)值下降增大(見第4頁(yè)圖4)。

表1　山西省2007年至2014年ML≥4.0地震與流磁觀測(cè)異常變化

圖2　2009年3月28山西原平ML4.5地震流磁空間變化圖Fig.2　Spatial variation of mobile geomagnetism of th ML4.5 earthquake in Yuanping City on 28th Mar., 2009

圖3　2010年1月24日山西河津ML5.1地震流磁空間變化圖Fig.3　Spatial variation of mobile geomagnetism of the ML5.1 earthquake in Hejin City on 24th Jan., 2010

圖4　2010年4月4日山西大同ML4.9地震流磁空間變化圖Fig.4　Spatial variation of mobile geomagnetism of the ML4.9 earthquake in Datong City on 4th Apr., 2010

2.4　2010年6月5日山西陽曲ML4.9地震

2010年2月，晉中測(cè)區(qū)δF均方誤差為(0.1±0.99) nT，超出2倍均方誤差的測(cè)點(diǎn)有介休(-2.9)和文水(2.8)。3月下降，6月晉中測(cè)區(qū)表現(xiàn)為上升。測(cè)區(qū)環(huán)境未有明顯干擾，樁位差穩(wěn)定。本期復(fù)測(cè)時(shí)，太原市陽曲縣發(fā)生ML4.9地震，所以測(cè)點(diǎn)的變化受地震的影響，地震發(fā)生在測(cè)區(qū)觀測(cè)值由下降轉(zhuǎn)為上升時(shí)，異常特征為：負(fù)值下降—正值上升(見圖5)。

圖5　2010年6月5日山西陽曲ML4.9地震流磁空間變化圖Fig.5　Spatial variation of mobile geomagnetism of the ML4.6 earthquake in Yangqu City on 5th June, 2010

2.5　2011年8月2日山西臨汾ML4.2地震

2011年6月，晉南測(cè)區(qū)δF均方誤差為(-1.2±0.76) nT，超出2倍均方誤差的測(cè)點(diǎn)有襄汾(-3.5)、侯馬(3.2)，震源區(qū)附近的洪洞(-1.8)、臨汾(-1.3)、襄汾(-3.5)測(cè)點(diǎn)的符號(hào)統(tǒng)一，表現(xiàn)為整體下降。8月2日發(fā)生山西臨汾ML4.2地震。9月復(fù)測(cè)時(shí)，晉南測(cè)區(qū)情況相反，變?yōu)檎w上升，變化幅度不大。此次異常特征為：測(cè)區(qū)異常負(fù)值下降—正值上升(見圖6)。

圖6　2011年8月2日山西臨汾ML4.2地震流磁空間變化圖Fig.6　Spatial variation of mobile geomagnetism of the ML4.2 earthquake in Linfen City on 2nd Aug., 2011

2.6　2013年4月4日山西垣曲ML4.0地震

2012年12月，晉南測(cè)區(qū)δF均方誤差為(0.70±0.88) nT，沒有超出2倍均方誤差的測(cè)點(diǎn)，超出1倍的有臨猗(1.8)、萬榮(1.8)、夏縣(1.9)、聞喜(-0.2)、襄汾(-0.6)5個(gè)異常測(cè)點(diǎn)，其中臨猗、萬榮和夏縣在空間上形成異常區(qū)域，變化符號(hào)也一致。2013年3月，晉南測(cè)區(qū)復(fù)測(cè)時(shí)δF均方誤差為(2.27±0.74) nT，沒有超出2倍均方誤差的測(cè)點(diǎn)，超出1倍的絳縣(3.3)、萬榮(3.2)、夏縣(2.5)3個(gè)測(cè)點(diǎn)仍保持異常變化，幅度有所上升，在空間上形成一定的異常區(qū)域。從晉南整個(gè)復(fù)測(cè)結(jié)果看，都表現(xiàn)為上升，平均變化幅度為2 nT左右。磁測(cè)前后進(jìn)行儀器比測(cè)，主副儀器的儀器差和樁位差變化較穩(wěn)定。此次異常特征為：震區(qū)異常點(diǎn)正值逐漸增大(見第6頁(yè)圖7)。

圖7　2013年4月4日山西垣曲ML4.0地震流磁空間變化圖Fig.7　Spatial variation of mobile geomagnetism of the ML4.0 earthquake in Yuanqu City on 4th Apr., 2013

3結(jié)論與討論

2007年至2014年，山西地區(qū)未發(fā)生M5以上地震，只發(fā)生過10次ML4.0以上的中等地震。通過上述分析，得出異常隨時(shí)間和空間發(fā)展出現(xiàn)的變化特征為：山西流磁異常與所在區(qū)域的中等地震有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系；地震前有兩個(gè)或多個(gè)測(cè)點(diǎn)同時(shí)出現(xiàn)異常變化，且多為下降負(fù)異常，具有磁異常的群體性和同向性；異常幅度一般為3~7 nT；測(cè)區(qū)磁異常有突發(fā)性的短期異常，也有較長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)性異常，異常持續(xù)時(shí)間一般在1~9個(gè)月，發(fā)震地點(diǎn)一般在異常點(diǎn)200 km范圍內(nèi)[3]。

地震前存在一定的震磁前兆信息，震級(jí)越大，受區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)及構(gòu)造展布控制的地磁異常展布范圍越大，磁異常信息越顯著。在此次研究中，監(jiān)測(cè)區(qū)域在ML4.5以上地震才有一定的震磁變化信息，復(fù)測(cè)周期長(zhǎng)，缺乏其他前兆儀器數(shù)據(jù)異常的同步相應(yīng)支持，故要確認(rèn)震磁異常點(diǎn)還較困難。隨著新的流磁觀測(cè)系統(tǒng)和測(cè)點(diǎn)的優(yōu)化，流磁觀測(cè)精度將會(huì)有所提高，為地震預(yù)測(cè)提供可靠的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]許儀西，陳新澤，方韋華，等.福建沿海地區(qū)流動(dòng)地磁測(cè)量對(duì)大于ML4.0級(jí)震的應(yīng)震能力分析[J].華南地震,2008(4):149-151.

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[3]喬子云，張建國(guó)，焦成麗.冀豫環(huán)流動(dòng)磁測(cè)異常與中等地震關(guān)系研究[J].地震地磁觀測(cè)與研究,2009(4):308-313.

Relationship between Anomalies of Mobile Geomagnetic Observation and Moderately Strong Earthquakes in Shanxi

JIN Yu-zhen1,2, LIN Mu-jin3, FAN Xiao-yu1,2, LIU Xiao-ping4, HE Jia1,2, YANG Shi-ying1,2, MENG Cai-ju1,2

(1.Taiyuan Referential Seismological Station of Earthquake Administration of Shanxi Province, Taiyuan, Shanxi 030025, China;2.State Key Observatory of Shanxi Rift System, Taiyuan, Shanxi 030025, China;3.Dongshan Seismological Station of Fujian, Dongshan, Fujian 363400, China;4.Earthquake Administration of Qixian City, Qixian, Shanxi 030900, China)

Abstract:Mobile geomagnetic observation data of Shanxi since 2007 is used to study the relationship between ML≥4.0 moderately strong earthquakes since 2009 and anomalies of mobile geomagnetism in Shanxi. The results show there is a certain correlations between the mobile geomagnetic variation and the earthquakes in this area. Before the earthquake, the shortest anomaly duration was 1 month and the longest, 9 months. Also, 2 or more than 2 points appeared descending negative anomalies at the same time.

Key words:Mobile geomagnetism; Moderate strong earthquake; Anomaly characteristics

作者簡(jiǎn)介：第一靳玉貞(1971—)，女，山西省代縣人。1992年畢業(yè)于防災(zāi)技術(shù)高等專科學(xué)校，工程師。

基金項(xiàng)目：山西省地震局科研項(xiàng)目(SBK-1404)。

收稿日期：2015-07-07

中圖分類號(hào)：P315.72+1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1000-6265(2015)03-0001-06