彭玉柱 張世民 李建章

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中強(qiáng)地震前周至臺(tái)地電阻率的異常變化

彭玉柱 張世民 李建章

（陜西省地震局周至地震臺(tái)，周至 710402）

通過對(duì)三個(gè)震例的分析，筆者得到了周至臺(tái)地電阻率觀測(cè)在地震發(fā)生前出現(xiàn)的一些異常變化。其具體表現(xiàn)為：①在汶川地震發(fā)生前，周至臺(tái)地電阻率觀測(cè)在三個(gè)測(cè)向的日均值都呈緩慢下降，幅度為1.0%—3.9%，從異常變化出現(xiàn)至發(fā)震的時(shí)間間隔為1月左右。②在蘆山地震和岷縣漳縣地震發(fā)生前，從2011年9月開始，周至臺(tái)地電阻率觀測(cè)在三個(gè)測(cè)向的日均值都呈顯著下降且幅度較大。其中，蘆山地震發(fā)生在異常變化恢復(fù)（上升）的過程中，從出現(xiàn)異常到發(fā)震的間隔為16個(gè)月；而岷縣漳縣地震也發(fā)生在異?；謴?fù)（上升）的過程中，但從異常出現(xiàn)到發(fā)震的間隔為19個(gè)月。表明周至臺(tái)地電阻率觀測(cè)能較好地反映出地震的前兆信息，具有一定的映震能力，這對(duì)陜西及相鄰地區(qū)的地震監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)可以起到一定的作用。

地電阻率 異常特征 觀測(cè)條件 地震

引言

利用地電阻率的變化可探測(cè)到地球淺層巖石介質(zhì)的電學(xué)屬性隨時(shí)間的變化，其異常變化可用于地震監(jiān)測(cè)。我國(guó)的地電阻率觀測(cè)與研究工作開始于1966年邢臺(tái)地震之后，至今已積累了大量的大震、強(qiáng)震和中等地震的震例。陜西省周至地電阻率觀測(cè)臺(tái)是“十五”期間建造的，其位于陜西中部的關(guān)中地區(qū)，主要承擔(dān)本地區(qū)的地震監(jiān)測(cè)工作。在臺(tái)站投入運(yùn)行期間，在距臺(tái)站660km范圍內(nèi)發(fā)生了3次地震，分別是2008年汶川8.0級(jí)地震、2013年蘆山7.0級(jí)地震和2013年岷縣漳縣6.6級(jí)地震。本文針對(duì)上述3次地震發(fā)生前，周至臺(tái)地電阻率觀測(cè)出現(xiàn)的日均值曲線異常變化進(jìn)行了分析和總結(jié)，以期為地震活動(dòng)趨勢(shì)判斷提供一定的參考。

1 周至臺(tái)概況

周至地電阻率臺(tái)屬國(guó)家基本地電臺(tái)，其位于陜西省西安市周至縣廣濟(jì)鎮(zhèn)施家庵村與高家莊村之間，地理位置為北緯34°09′，東經(jīng)108°13′，海拔高度約500m。

在地質(zhì)構(gòu)造上，周至臺(tái)地處汾渭斷陷盆地西安-周至凹陷西端，秦嶺北緣大斷裂與岐山-馬召斷裂的交匯地帶。從臺(tái)站向北約20km是渭河斷裂，它是鄂爾多斯塊體南緣的邊界斷裂帶。同時(shí)，周至臺(tái)的測(cè)區(qū)位于隴縣-歧山-馬昭斷裂與周至-余下斷裂的交會(huì)處，距秦嶺北鹿山前斷裂僅4km。由于上述幾條斷裂的構(gòu)造活動(dòng)較活躍，因此在北西向的斷裂帶上曾發(fā)生過多次中小地震，具體如圖1所示。

周至臺(tái)址位于渭河以南的平原地區(qū)，測(cè)區(qū)為基本農(nóng)田，地形平坦開闊，布極區(qū)高差小于2m。測(cè)區(qū)內(nèi)無大型灌溉水井，無水渠和溝壑。測(cè)區(qū)外圍為村莊，地面未鋪設(shè)（或埋地）金屬管道。同時(shí)，發(fā)射塔、鐵路、公路主干線、高壓線路和變電站等主要干擾源距離測(cè)區(qū)相對(duì)較遠(yuǎn)。根據(jù)地質(zhì)成井資料記錄，測(cè)區(qū)覆蓋層為黃土且含有夾砂和礫石等。其中地面以下40m為土層，50—80m為土層夾沙。潛水位為80m，最大凍土深度為1.0m。

周至臺(tái)使用的地電阻率觀測(cè)儀器為ZD8BI型數(shù)字地電儀。電極的方向基本上沿著北西向的馬召-岐山斷裂帶的平行、垂直和斜道方向布設(shè)，即NS、NW和N45°E三個(gè)測(cè)向，每個(gè)測(cè)向均采用四極對(duì)稱裝置，M極為三個(gè)測(cè)向共用，如圖2所示。其中，供電極距A1B1、A2B2、A3B3均長(zhǎng)1.2km，測(cè)量極距MN1、MN2、MN3均長(zhǎng)0.4km。電極為鉛板，電極埋深3m，外線路為電纜架空，具體如表1所示（彭玉柱等，2013）。

表1 周至地震臺(tái)地電阻率觀測(cè)布極參數(shù)

周至臺(tái)自2007年5月5日正式投入觀測(cè)以來，測(cè)區(qū)觀測(cè)環(huán)境一直未有明顯變化，觀測(cè)數(shù)據(jù)連續(xù)率為98%，完整率為96%，供電線路漏電系數(shù)符合《地震及前兆數(shù)字觀測(cè)技術(shù)規(guī)范（電場(chǎng)觀測(cè)）》（中國(guó)地震局科技監(jiān)測(cè)司，2001）的要求，觀測(cè)數(shù)據(jù)精度系數(shù)值均在0.99以上，如表2所示。

表2 周至臺(tái)地電阻率漏電系數(shù)及觀測(cè)值精度

從表2可以看出，周至臺(tái)地電阻率觀測(cè)環(huán)境穩(wěn)定，外線路絕緣性較好，觀測(cè)值比較穩(wěn)定。

2 周至臺(tái)地電阻率異常變化分析

在周至臺(tái)投入運(yùn)行期間，在距臺(tái)站660km范圍內(nèi)發(fā)生了3次地震，它們分別是2008年汶川8.0級(jí)地震、2013年蘆山7.0級(jí)地震和2013年岷縣漳縣6.6級(jí)地震。上述3次地震的震中分別距周至臺(tái)572km、660km和380km。其中，汶川地震和蘆山地震發(fā)生在龍門山斷裂帶，岷縣地震發(fā)生在臨潭-宕昌斷裂帶，3次地震都屬于發(fā)生在南北地震帶北段的地震。在這3次地震發(fā)生前，周至臺(tái)地電阻率觀測(cè)都表現(xiàn)出了明顯的異常變化。

在確認(rèn)上述3次地震發(fā)生前周至臺(tái)地電阻率觀測(cè)資料已經(jīng)剔除了各種干擾的情況下，筆者從中篩選出了距臺(tái)站約600km的異常變化資料，對(duì)異常時(shí)間及特征進(jìn)行了如下分析。

2.1 汶川S8.0級(jí)地震異常

2008年5月12日汶川發(fā)生了S8.0級(jí)大震，震中到周至臺(tái)的距離為572km。此次大震發(fā)生后，在沿汶川—陜西寧強(qiáng)的NE向條帶內(nèi)又發(fā)生了數(shù)十次S5.0—6.0級(jí)余震，而周至臺(tái)恰好位于汶川地震序列NE條帶的延伸方向上。雖然主震震中距離周至臺(tái)相對(duì)較遠(yuǎn)，但其后發(fā)生在寧強(qiáng)的S6.4級(jí)強(qiáng)余震，距離周至臺(tái)僅約345km。

圖3是周至臺(tái)2008年地電阻率觀測(cè)三個(gè)測(cè)向的5日均值曲線。從圖中可以看出，NS測(cè)向從3月初出現(xiàn)緩慢上升，4月9日開始轉(zhuǎn)為緩慢下降，至4月15日降至最低值后又略有上升，并在低谷波動(dòng)，至5月9日到達(dá)最低值，總體下降幅度約1.0%。自5月9日之后，NS向測(cè)值又開始急劇上升，并在上升期間發(fā)生了汶川S8.0級(jí)地震，異常特征表現(xiàn)為上升型。從時(shí)間上看，從異常出現(xiàn)至地震發(fā)生，時(shí)間間隔約為30天左右（燕明芝等，2002）。同時(shí)，N45°E測(cè)向從4月4日也出現(xiàn)緩慢下降，其下降幅度為1.9%，4月14日在低谷波動(dòng)，5月9日之后又開始呈緩慢上升，之后就發(fā)生了地震，異常特征表現(xiàn)為上升型，從異常出現(xiàn)至發(fā)震的間隔為35天。另外，NW測(cè)向從4月10日也出現(xiàn)緩慢下降，其下降幅度最大為3.9%，4月19日在低谷波動(dòng)，至5月4日之后又開始急劇上升，之后就發(fā)生了地震，異常特征表現(xiàn)為上升型，從異常出現(xiàn)至發(fā)震的間隔為26天。

三個(gè)測(cè)向的測(cè)值在震后幾天繼續(xù)出現(xiàn)持續(xù)上升，5月中旬至6月初開始回落或趨于平穩(wěn)，但從6月開始又持續(xù)快速上升，至7月達(dá)到高值，之后長(zhǎng)時(shí)間維持在高值狀態(tài)。經(jīng)檢查，在出現(xiàn)異常變化的期間，周至臺(tái)觀測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行基本正常，觀測(cè)環(huán)境無干擾。

圖4是周至臺(tái)地電阻率觀測(cè)NS和N45°W測(cè)向2007年6月15日—2008年7月31日的日均值相對(duì)均方差曲線。從圖中可以看出，在汶川地震發(fā)生前的4月，日均值相對(duì)均方差顯著增大，從5月初開始又迅速下降，之后就發(fā)生了地震，這是典型的地震短臨異常。

圖5是周至臺(tái)地電阻率觀測(cè)三個(gè)測(cè)向2008年1月1日—7月31日的日均值一階差分值能量圖（杜學(xué)彬等，1999）。從圖中可以看出，在汶川地震發(fā)生前周至臺(tái)的地電阻率分別在三個(gè)測(cè)向上出現(xiàn)了較為明顯的短臨異常。

2.2 蘆山S7.0級(jí)地震和岷縣漳縣S6.6級(jí)地震異常

圖6是周至臺(tái)地電阻率觀測(cè)多年的日均值曲線。從圖中可以看出，2008—2010年的日均值具有明顯、清晰、規(guī)整的年變規(guī)律，其中NS和N45°E測(cè)向具有同步變化的趨勢(shì)，具體表現(xiàn)為在年底和年初處于低值階段，到了每年的6—9月處于高值階段；而NW測(cè)向的年變形態(tài)正好與NS和N45°E測(cè)向相反，具體表現(xiàn)為在年底和年初處于高值階段，到了每年的4—7月處于低值階段。

同時(shí)，對(duì)比2011年的異常變化趨勢(shì)可發(fā)現(xiàn)，從2011年9月開始NS、N45°E、NW三個(gè)測(cè)向的地電阻率均出現(xiàn)了不同幅度的下降。其中，NS測(cè)向的下降幅度最大為2.4%，NE測(cè)向的下降幅度為1.7%，NW測(cè)向的下降幅度為1.6%。

圖7是周至臺(tái)地電阻率觀測(cè)2013年的日均值曲線。從圖中可以看出，在蘆山7.0級(jí)地震發(fā)生前，周至臺(tái)地電阻率觀測(cè)在三個(gè)測(cè)向的日均值曲線都經(jīng)歷了一個(gè)長(zhǎng)期上升的過程，并在此上升過程中就發(fā)生了地震；而震后的日均值曲線繼續(xù)呈上升趨勢(shì)，異常變化特征表現(xiàn)為上升型，從異常出現(xiàn)至發(fā)震的間隔為16個(gè)月。

同樣，在岷縣漳縣6.6級(jí)地震發(fā)生前，周至臺(tái)地電阻率觀測(cè)在三個(gè)測(cè)向的日均值曲線都從5月下旬開始呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)，至7月初升至高值，并在高值段波動(dòng)，之后就發(fā)生了地震；而震后日均值曲線開始緩慢下降，異常變化特征表現(xiàn)為上升型，從異常出現(xiàn)至發(fā)震的間隔約為19個(gè)月（杜學(xué)彬等，2000）。

3 結(jié)論與討論

通過以上震例分析，筆者得到了周至臺(tái)地電阻率觀測(cè)在地震發(fā)生前出現(xiàn)的一些異常變化。

（1）在汶川地震發(fā)生前，周至臺(tái)地電阻率觀測(cè)在三個(gè)測(cè)向的日均值都呈現(xiàn)出緩慢下降，下降幅度為1.0%—3.9%，從異常出現(xiàn)至發(fā)震的間隔為1月左右。

（2）在蘆山地震和岷縣漳縣地震發(fā)生前，從2011年9月開始，周至臺(tái)地電阻率觀測(cè)在三個(gè)測(cè)向的日均值都呈顯著下降且下降幅度較大。其中，NS測(cè)向下降2.4%，NE測(cè)向下降1.7%，NW測(cè)向下降1.6%。蘆山地震發(fā)生在異常變化恢復(fù)（上升）的過程中，從異常出現(xiàn)到發(fā)震的間隔為16個(gè)月；而岷縣漳縣地震也發(fā)生在異?；謴?fù)（上升）的過程中，但從異常出現(xiàn)到發(fā)震的間隔為19個(gè)月。

（3）周至臺(tái)地電阻率觀測(cè)能較好地反映出地震的前兆信息，具有一定的映震能力，這對(duì)陜西及相鄰地區(qū)的地震監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)可以起到一定的作用。

同時(shí)，筆者在三個(gè)震例的分析中發(fā)現(xiàn)，周至臺(tái)地電阻率觀測(cè)日均值有時(shí)會(huì)出現(xiàn)上升異常，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)反復(fù)升降的異常，這表明視電阻率在震前出現(xiàn)的異常能夠較好地反映出地震的前兆異常信息。根據(jù)地球物理學(xué)的相關(guān)理論（高振強(qiáng)等，2008），震前地電阻率的變化主要與地下探測(cè)體內(nèi)巖層的受力狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)巖層被壓縮時(shí)地電阻率應(yīng)該下降，而當(dāng)巖層膨脹時(shí)地電阻率應(yīng)該上升。這種異常變化在各個(gè)時(shí)段可表現(xiàn)為不同的特征，這是因?yàn)閹r層受力不均勻所致。此外，這種反復(fù)升降的異常變化也可能與地殼活動(dòng)有關(guān)，在不同的臺(tái)站由于所處的地質(zhì)構(gòu)造位置不同，所以記錄到的地電阻率異常變化也可能是不同的。而地震發(fā)生之后，伴隨著能量的釋放和應(yīng)力的調(diào)整，這種異常變化也逐漸恢復(fù)正常，但恢復(fù)的時(shí)間長(zhǎng)短不一，這也是地震發(fā)生后存在的共同特征（燕明芝等，2002）。而在筆者分析的3次地震發(fā)生前，周至臺(tái)地電阻率都呈明顯的長(zhǎng)趨勢(shì)變化和短臨異常變化，但異常的形態(tài)和幅度卻不同，這還有待進(jìn)一步研究。

致謝：非常感謝趙家騮研究員對(duì)本文給予的大力指導(dǎo)和幫助，在此表示衷心感謝。

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Precursory Anomalies of Geo-Resistance before Moderate-Strong Earthquake Based on Observed Data at Zhouzhi Seismic Station

Peng Yuzhu, Zhang Shimin and Li Jianzhang

(Zhouzhi Seismic Station, Earthquake Administration of Shaanxi Province, Zhouzhi 710402, China)

Observed geo-resistance data at Zhouzhi seismic station were processed. We analyzed the data related to three strong earthquakes including WenchuanS8.0 earthquake and summarized the character of precursory anomalies before moderate-strong earthquake. The results show it will appear precursory anomalies before moderate-strong earthquake in adjacent area, and the outcome will provide important basis for earthquake research and prediction, and provide preference for forecasting earthquake activity around Zhouzhi station.

Geo-resistance; Anomaly character; Observed condition; Earthquake

2015-04-09

彭玉柱，男，生于1957年。工程師。主要從事臺(tái)站管理與監(jiān)測(cè)工作。E-mail：630402943@qq.com