孫旭麗 , 鄒本良 , 劉長(zhǎng)生

（1.吉林省地震局，吉林 長(zhǎng)春130117；2.合隆地震臺(tái)，吉林 長(zhǎng)春 130219；3.黑龍江省地震局，黑龍江 哈爾濱 150000）

0 引言

震磁效應(yīng)早已被地震預(yù)報(bào)研究人員所關(guān)注，如何在地震前撲捉到與地震有關(guān)的前兆異常變化，是預(yù)報(bào)研究人員一直探索和努力的方向。一般而言，地震孕育所伴隨的物理化學(xué)過(guò)程，有可能通過(guò)感應(yīng)磁效應(yīng)、動(dòng)電磁效應(yīng)、熱磁效應(yīng)等產(chǎn)生地震地磁前兆異常[1]；目前公認(rèn)的分析方法是地磁場(chǎng)日變化，是一種短期變化，主要受 l00 km左右高空中的電離層電流體系控制，而這些電流體系又受太陽(yáng)照射的控制。因此，地磁場(chǎng)日變化是一種依賴于地方時(shí)的周期變化。一般說(shuō)來(lái)，位于同一緯度的地磁臺(tái)站的地磁日變化幅度是相似的，只是相位存在差別，這種差別是每一經(jīng)度相差4分鐘，而且在大約400～500 km 范圍內(nèi)的地磁日變化是基本一致的，它們的整點(diǎn)值有明顯的相關(guān)性[2,3]。但這種相關(guān)性與兩臺(tái)站經(jīng)緯度有密切關(guān)系。本文通過(guò)地磁數(shù)據(jù)空間相關(guān)分析方法對(duì)異常幅度和持續(xù)時(shí)間、異常臺(tái)站與震中位置、異常幅度與發(fā)震強(qiáng)度以及異常時(shí)間與未來(lái)發(fā)震時(shí)間的關(guān)系等進(jìn)行分析，從而對(duì)發(fā)震區(qū)域進(jìn)行初步判斷。

1 資料選取

資料選取自我國(guó)“十五” 數(shù)字化地磁臺(tái)網(wǎng)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，主要選取內(nèi)蒙古滿洲里臺(tái)、錫林浩特臺(tái)，黑龍江望奎臺(tái)、通河臺(tái)，吉林三崗臺(tái)、通化臺(tái)，遼寧鐵嶺臺(tái)、朝陽(yáng)臺(tái)、營(yíng)口臺(tái)、大連臺(tái)（圖1）等的地磁數(shù)據(jù)。所選取數(shù)據(jù)是2013年9月1日至2013年12月31日地磁北京時(shí)間21點(diǎn)總場(chǎng)F觀測(cè)整點(diǎn)值，數(shù)據(jù)完整可靠。

盡管吉林省中強(qiáng)地震發(fā)生較少，但2013年10月31日發(fā)生5.5、5.0級(jí)淺源地震，時(shí)隔不到一個(gè)月，即11月22日發(fā)生5.3級(jí)，次日連續(xù)發(fā)生5.8、5.0級(jí)地震。自2013年10月31日到2013年12月31日幾乎在同一地點(diǎn)發(fā)生0級(jí)以上地震651次，5.0～5.9級(jí)5次，4.0～4.9級(jí)6次，3.0～3.9級(jí) 12次，2.0～2.9級(jí) 13次，1.0～1.9級(jí)72次，0.0～0.9級(jí)543次，屬震群型地震。本文針對(duì)2013年10月31日震群進(jìn)行分析研究。臺(tái)站及震中分布見(jiàn)（圖1）,31日震群信息（表1）。

表1 吉林前郭5.8級(jí)震群≥5.0級(jí)地震基本參數(shù)

圖1 東北地區(qū)地磁臺(tái)站與震中分布圖Fig.1 The distribution map of the northeastern area’s geomagnetic observatories and that of the epicenters

2 相關(guān)分析方法簡(jiǎn)介

由于兩個(gè)相距不遠(yuǎn)的地磁臺(tái)站有共同的外源場(chǎng)。因此，地磁各分量同時(shí)刻的值應(yīng)有很好的相關(guān)關(guān)系，地震的孕育可能引起局部磁場(chǎng)發(fā)生不規(guī)則的變化，非線性的變化會(huì)降低臺(tái)站間磁場(chǎng)的空間相關(guān)關(guān)系，這樣相關(guān)系數(shù)就會(huì)下降而出現(xiàn)異常。

相關(guān)分析是一種處理變量間的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，假設(shè)A、B兩個(gè)地磁臺(tái)每日北京時(shí)間21點(diǎn)觀測(cè)到的地磁總強(qiáng)度F分別記為FA、FB，它們線性關(guān)系。

（i=1,2,…,N。N為計(jì)算相關(guān)系數(shù)窗長(zhǎng)）

其中

它們的相關(guān)系數(shù)R和標(biāo)準(zhǔn)偏差δ為:

R 的取值范圍是0≤│R│≤1，│R│越接近0，兩組觀測(cè)數(shù)據(jù)之間的線性相關(guān)程度越小，反之，│R│大，越接近 1，表示兩組觀測(cè)數(shù)據(jù)之間的線性相關(guān)性就越為密切，線性回歸效果就好。

本文利用江蘇省地震局馮志生先生編寫(xiě)研制的地磁空間相關(guān)分析軟件計(jì)算和繪圖，鑒于研究的地震震級(jí)相對(duì)較小，將R值異常閥值進(jìn)行了調(diào)整，經(jīng)過(guò)嘗試在無(wú)地震、無(wú)磁擾動(dòng)、儀器工作正常情況下驗(yàn)證，東北各地磁臺(tái)相關(guān)R值趨近1，經(jīng)過(guò)嘗試認(rèn)為在東北平原地區(qū)無(wú)地震和磁暴情況下，各臺(tái)相關(guān)性非常好，R值趨近1。因此，參考標(biāo)準(zhǔn)線取 R = 0.95（即為閥值）較為適合[4]。而作為判定異常的標(biāo)準(zhǔn)，需要至少出現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上臺(tái)站同時(shí)滿足低于標(biāo)準(zhǔn)線，并且至少連續(xù)變化 20 天以上的情況[4,5]。本文又對(duì)地磁空間相關(guān)曲線的異常幅度和持續(xù)時(shí)間等都進(jìn)行了量化，對(duì)于磁場(chǎng)總強(qiáng)度異常臺(tái)站與震中位置的關(guān)系、異常幅度與強(qiáng)度的關(guān)系以及異常時(shí)間與未來(lái)發(fā)震時(shí)間的關(guān)系等進(jìn)行了細(xì)致的分析。

3 前郭5.8級(jí)震群前地磁空間相關(guān)異常分析

2013年10月31日14時(shí)05分吉林省前郭縣發(fā)生5.8級(jí)震群 ( 以下簡(jiǎn)稱前郭震群)，歷史上1119年2月在吉林省前郭縣卡拉木地區(qū)發(fā)生6 ?級(jí)地震，2006年3月31日前郭—乾安交界處發(fā)生5.0級(jí)地震，因此該區(qū)域一直作為吉林省的地震重點(diǎn)監(jiān)視區(qū)域，而該區(qū)域以西地區(qū)地震臺(tái)站極少，要捕捉地震前兆異常信息存在較大困難。本文利用較遠(yuǎn)和較近的地磁基準(zhǔn)臺(tái)和地磁基本臺(tái)的地磁資料，對(duì)地磁北京時(shí)間21點(diǎn)總強(qiáng)度F整點(diǎn)值空間進(jìn)行相關(guān)分析（圖2）。

圖2 參考臺(tái)與各臺(tái)磁場(chǎng)總強(qiáng)度相關(guān)曲線圖Fig.2 The correlation curve diagram between the reference observatories and their total intensities of the geomagnetic field

圖2給出了 2013 年 9 月 1日至2013年12月31日以朝陽(yáng)、大連、滿洲里、三崗、鐵嶺、通化、錫林浩特、營(yíng)口臺(tái)為參考臺(tái)計(jì)算得到的各臺(tái)磁場(chǎng)總強(qiáng)度相關(guān)性在地震前后的變化曲線圖。

由圖2（a）可見(jiàn)，以朝陽(yáng)臺(tái)為參考臺(tái)，在前郭震群前，有滿洲里和望奎兩個(gè)臺(tái)站的R 值出現(xiàn)了 20 天以上低于閥值異常。從空間上來(lái)看，兩個(gè)臺(tái)站相關(guān)性曲線同時(shí)在10月8日出現(xiàn)下降異常，望奎臺(tái)剛剛小于閥值，持續(xù)了23天，下降幅度最大為滿洲里臺(tái)，異常持續(xù)了23天，異常結(jié)束時(shí)發(fā)震。

由圖2（b）可見(jiàn)，以大連臺(tái)為參考臺(tái)，在前郭震群前，有滿洲里和望奎兩個(gè)臺(tái)站的R 值出現(xiàn)了 20 天以上低于閥值異常。從空間上來(lái)看，兩個(gè)臺(tái)站相關(guān)性曲線同時(shí)在10月8日出現(xiàn)下降異常，望奎臺(tái)剛剛小于閥值，持續(xù) 了23天，下降幅度最大為滿洲里臺(tái)，異常持續(xù)了 23天，異常結(jié)束時(shí)發(fā)震。

由圖2（c）可見(jiàn)，以滿洲里臺(tái)為參考臺(tái)，在前郭震群前，所有臺(tái)站的R 值出現(xiàn)了 20 天以上低于閥值異常。從空間上來(lái)看，所有臺(tái)站相關(guān)性曲線同時(shí)在10月8日出現(xiàn)下降異常，下降幅度最大為大連、營(yíng)口臺(tái)，其次為朝陽(yáng)、鐵嶺、通化臺(tái)，再其次為三崗臺(tái)，異常持續(xù)了 23天，所有臺(tái)站結(jié)束異常時(shí)發(fā)震。

由圖2（d）可見(jiàn)，以三崗臺(tái)為參考臺(tái)，在前郭震群前，只有滿洲里臺(tái)站的R 值出現(xiàn)了 20天以上低于閥值異常。從空間上來(lái)看，滿洲里臺(tái)站相關(guān)性曲線在10月8日出現(xiàn)下降異常，在臺(tái)站結(jié)束異常時(shí)發(fā)震。

由圖2（e）可見(jiàn)，以鐵嶺臺(tái)為參考臺(tái)，在前郭震群前，有滿洲里和望奎臺(tái)站的R 值出現(xiàn)了 20 天以上低于閥值異常。從空間上來(lái)看，兩個(gè)臺(tái)站相關(guān)性曲線同時(shí)在10月8日出現(xiàn)下降異常，望奎臺(tái)剛剛小于閥值，持續(xù) 了 23 天，下降幅度最大為滿洲里臺(tái)，異常持續(xù)了23 天，異常結(jié)束時(shí)發(fā)震。

由圖2（f）可見(jiàn)，以通化臺(tái)為參考臺(tái)，在前郭震群前，有滿洲里和望奎臺(tái)站的R 值出現(xiàn)了 20 天以上低于閥值異常。從空間上來(lái)看，兩個(gè)臺(tái)站相關(guān)性曲線同時(shí)在10月8日出現(xiàn)下降異常，望奎臺(tái)剛剛小于閥值，持續(xù) 了 23 天，下降幅度最大為滿洲里臺(tái)，異常持續(xù)了23 天，異常結(jié)束時(shí)發(fā)震。12月1日通化臺(tái)儀器故障，12月23日恢復(fù)。

由圖2（g）可見(jiàn)，以錫林浩特臺(tái)為參考臺(tái)，在前郭震群前，有滿洲里和望奎臺(tái)站的R 值出現(xiàn)了 20 天以上低于閥值異常。從空間上來(lái)看，兩個(gè)臺(tái)站相關(guān)性曲線同時(shí)在10月8日出現(xiàn)下降異常，望奎臺(tái)剛剛小于閥值，持續(xù) 了 23 天，下降幅度最大為滿洲里臺(tái)，下降幅度并不大，參考臺(tái)和異常出現(xiàn)臺(tái)站遠(yuǎn)離震中，異常持續(xù) 了23 天，異常結(jié)束時(shí)發(fā)震。

由圖2（h）可見(jiàn)，以營(yíng)口臺(tái)為參考臺(tái)，在前郭震群前，有滿洲里和望奎臺(tái)站的R 值出現(xiàn)了 20 天以上低于閥值異常。從空間上來(lái)看，兩個(gè)臺(tái)站相關(guān)性曲線同時(shí)在10月8日出現(xiàn)下降異常，望奎臺(tái)剛剛小于閥值，持續(xù) 了 23 天，下降幅度最大為滿洲里臺(tái)，異常持續(xù)了23 天，異常結(jié)束時(shí)發(fā)震。

由圖2（d）可見(jiàn)，在前郭震群前，只有滿洲里臺(tái)站的R 值出現(xiàn)了 20 天以上低于標(biāo)準(zhǔn)線0.95 的情況。丁鑒海等[6]認(rèn)為，除了異常主要集中分布在震中區(qū)外，震中區(qū)外圍還有部分異常點(diǎn)，遠(yuǎn)場(chǎng)地區(qū)的異常臺(tái)站與非異常臺(tái)站的比例遠(yuǎn)小于異常集中區(qū)。根據(jù)朝陽(yáng)為參考臺(tái)（圖2（a））出現(xiàn)異常臺(tái)站的方向，分析判定的異常區(qū)域見(jiàn)圖3（b）。

前郭震群的震中位于為松遼盆地內(nèi)部，地貌上為廣闊的平原區(qū)，在構(gòu)造位置上則位于北東向松原－肇東斷裂和北西向查干泡—道字井?dāng)嗔训慕粎R部位。從空間上來(lái)看，三崗臺(tái)是距震中最近的臺(tái)站，距震中88km（圖4），但與較遠(yuǎn)的大連、錫林浩特、朝陽(yáng)、營(yíng)口、鐵嶺、通化、通河、望奎臺(tái)站相關(guān)性非常好，R值趨近1。地震電磁輻射異常的特點(diǎn)受震級(jí)大小、震中距、觀測(cè)環(huán)境、臺(tái)站下方地殼介質(zhì)及構(gòu)造、觀測(cè)儀器、觀測(cè)頻段以及地震類型等因素的影響[7]。

圖3 以參考臺(tái)判定異常區(qū)示意圖Fig.3 The schematic diagram of the abnormal areas judged by the reference observatories

4 初步判定發(fā)震區(qū)域

通過(guò)進(jìn)行地磁北京時(shí)間21點(diǎn)總強(qiáng)度F觀測(cè)整點(diǎn)值空間相關(guān)分析（圖2）。找出相互之間相關(guān)性非常好的臺(tái)站，從圖2中可見(jiàn)大連、營(yíng)口、通化、鐵嶺臺(tái)相互之間相關(guān)性非常好（R值趨近1），選定其中為參考臺(tái)與出現(xiàn)兩個(gè)下降

圖4 震中、斷裂及臺(tái)站分布圖Fig.4 The Distribution maps of the epiceneters fractures and the observatories

5 討論

通過(guò)對(duì)前郭5.8級(jí)震群發(fā)生前地磁空間相關(guān)異常分析，本文提出的地磁北京時(shí)間21點(diǎn)總強(qiáng)度F觀測(cè)整點(diǎn)值空間相關(guān)分析判定異常區(qū)方法與實(shí)際發(fā)震區(qū)域一致，但由于東北地區(qū)地磁臺(tái)站相對(duì)較少，吉林省1個(gè)，遼寧省3個(gè)，黑龍江省4個(gè)，而且東北西部地區(qū)更是缺少地磁臺(tái)站，在空間分布上呈現(xiàn)不均勻特征，從而通過(guò)地磁學(xué)科進(jìn)行地震預(yù)測(cè)存在一定局限，并且有效的分析預(yù)測(cè)方法也不多。本文通過(guò)地磁空間相關(guān)法對(duì)發(fā)震區(qū)域進(jìn)行初步判定，為地震預(yù)報(bào)提供一種思路，但由于研究的震例較少，雖然只是一種嘗試，結(jié)果也只是初步的，但如果把所得到的認(rèn)識(shí)與前郭震群前其它前兆學(xué)科的異常特征進(jìn)行對(duì)比分析，不斷深入分析，也可為地震預(yù)測(cè)工作提供一種新的思路，使地磁空間相關(guān)分析在地震短臨預(yù)報(bào)上發(fā)揮一定作用。異常的臺(tái)站連線，形成三角形，三角形內(nèi)切圓，圓的區(qū)域?yàn)榕卸ǖ漠惓^(qū)（圖3）。四個(gè)參考臺(tái)異常區(qū)域圓相交區(qū)域，同時(shí)參考以三崗臺(tái)為參考臺(tái)的相關(guān)曲線見(jiàn)圖2（d），只有滿洲里臺(tái)出現(xiàn)下降異常，說(shuō)明三崗臺(tái)與滿洲里臺(tái)方向?yàn)楫惓^(qū)，三崗臺(tái)與滿洲里臺(tái)連線，四圓一線交匯區(qū)域選定異常區(qū)（圖5）。

圖5 綜合判定異常區(qū)示意圖Fig.5 Schematic map of the abnormal area by comprehensive judgment

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