山西流動地磁觀測異常與中等地震關系研究

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地震臺，山西　太原　030025；

2.太原大陸裂谷動力學國家野外科學觀測研究站，山西　太原　030025；

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

·觀測分析·

山西流動地磁觀測異常與中等地震關系研究

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地震臺，山西太原030025；

2.太原大陸裂谷動力學國家野外科學觀測研究站，山西太原030025；

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

摘要：運用2007年以來山西流動地磁觀測資料，分析研究2009年以來山西ML≥4.0以上中等地震與流動地磁異常變化的關系。結果表明，流動地磁變化與該區(qū)的地震存在一定的對應關系，震前異常持續(xù)時間最短1個月，最長9個月，且有2個或2個以上測點同時出現(xiàn)異常，異常特征為下降的負異常。

關鍵詞：流動地磁；中等地震；異常特征

0引言

流動地磁觀測以“面”為基礎，在監(jiān)測區(qū)域進行高密度布設，是地磁定點觀測的有利補充，可以取得整個面上地磁場的變化特征，對分析研究監(jiān)測區(qū)域地磁場的變化有著重要意義。本文運用監(jiān)測區(qū)域內流動地磁測點同一期在時間上的連續(xù)變化趨勢性和空間變化顯著性異常的特點，以分布在山西地區(qū)32個流動地磁測點的差值ΔF為信息源進行分析，進而探討山西地區(qū)流動地磁場變化特征與地震的關系[1]。

1山西流磁觀測概況及資料處理

1.1　觀測概況

山西省流動地磁監(jiān)測始于1976年。流動地磁測點主要分布于省內各大盆地及周邊地區(qū)，結合地質構造和斷裂情況，以及地磁測量對環(huán)境條件的特殊要求和交通便利等因素選建測點。在選點的同時進行首期觀測，觀測儀器為北京地質儀器廠生產的CHD-5型和CHD-6型質子旋進式磁力儀。1982年和1983年，先后從美國進口4臺G-816型質子旋進式磁力儀，取代國產磁力儀。20世紀90年代中期購進2臺G-856型質子旋進式磁力儀。2006年以來先后購進3臺G-856型質子旋進式磁力儀。山西省流動地磁分北、中、南3個測量工作區(qū)，共32個測點，其中晉北測區(qū)17個，通化臺站為定襄地震臺；晉中測區(qū)5個，通化臺站為太原基準地震臺；晉南測區(qū)10個，通化臺站為臨汾中心地震臺(見第2頁圖1)。每季度復測1次，復測時間為每季度末，即3、6、9、12月初[2]。

每期野外觀測攜帶4套G-856質子磁力儀，其中1套為通化臺使用的日變觀測儀器，2套為觀測野外測點使用的主副儀器，1套為備用儀器。按照北部、中部和南部3個測區(qū)，取區(qū)內各測點地磁場總強度差值進行對比分析。

1.2　資料處理

地磁場在局部區(qū)域(小于200 km)范圍內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時刻通化臺地磁場總強度觀測值；t0表示通化時間；Fit表示第i個測點在t時刻的總強度觀測值，F(xiàn)i0表示該測點在通化時間t0相應的地磁場總強度。由此，推出在局部范圍內，不同測點相鄰兩期的變化(即ΔF的變化)應該一致。

應用常用地磁差值ΔF異常判別指標：(1) 異常測點ΔF≥+2δF或ΔF≤-2δF；(2) 異常區(qū)為3個以上相鄰測點集中于某一空間。 作為異常閥值 ，對2007年至2014年山西流動地磁觀測資料進行分析，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)ML≥4.0以上中等地震發(fā)生前，周邊流動地磁數(shù)據(jù)有一定的異常變化(見第2頁表1)。

2山西流磁異常與地震的關系

2.1　2009年3月28山西原平ML4.5地震

2009年3月流磁觀測的δF均方誤差為(-0.7±0.83) nT，晉北測區(qū)出現(xiàn)4個異常點，分別為西坪2(-1.8 nT)、懷仁(-1.6 nT)、原平(-2.3 nT)、恒山(-2.0 nT)，其余整個晉北區(qū)各測點數(shù)據(jù)變化幅度不大，符號也不一致，空間上未形成連續(xù)的異常區(qū)域。在6月的復測中，晉北區(qū)δF為(-0.9±0.95) nT，超出2倍均方誤差的點有原平(3.1 nT)、定襄(1.1 nT)、陽高(-4.2 nT)。在本期觀測中，測區(qū)環(huán)境未有明顯干擾，樁位差穩(wěn)定。原平、定襄、忻州是北部僅有的3個正變化，在空間上形成一定區(qū)域，符號變化一致，應為3月28日原平ML4.5地震的震后變化。變化特點為：震前原平(-2.3 nT)—震后原平(3.1 nT)、定襄(1.1 nT)(見第3頁圖2)，即測區(qū)震前數(shù)據(jù)負值下降—震后正值上升。

圖1　山西流磁測點分布圖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倍均方誤差的測點，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)的測值超出1倍均方誤差，符號一致，在空間上形成一定區(qū)域，但異常值較小。在2009年9月的復測中，晉南測區(qū)δF均方誤差為(1.1±0.70) nT，出現(xiàn)絳縣(3.4)和聞喜(2.9)兩個異常點，異常范圍縮小但異常值升高。在12月的復測中，晉南測區(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)，異常范圍進一步擴大，呈現(xiàn)整體下降趨勢，于2010年1月24日發(fā)生山西河津ML5.1地震(見第3頁圖3)。期間，測區(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中，晉北測區(qū)δF均方誤差為(-0.6±0.84) nT，超出2倍均方誤差的點有懷仁(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個測點呈現(xiàn)整體下降趨勢。在3月的復測中，晉北測區(qū)的δF均方誤差為(-0.8±0.89) nT，沒有超出2倍均方誤差的測點，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個測點在空間上形成一個異常區(qū)域，4月4日發(fā)生山西大同ML4.9地震。此次異常持續(xù)時間長，異常點也由小到大逐漸擴大。磁測前后進行儀器比測，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，認為可能是儀器原因。此次異常特征為：測區(qū)由負值下降—負值下降增大(見第4頁圖4)。

表1　山西省2007年至2014年ML≥4.0地震與流磁觀測異常變化

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，晉中測區(qū)δF均方誤差為(0.1±0.99) nT，超出2倍均方誤差的測點有介休(-2.9)和文水(2.8)。3月下降，6月晉中測區(qū)表現(xiàn)為上升。測區(qū)環(huán)境未有明顯干擾，樁位差穩(wěn)定。本期復測時，太原市陽曲縣發(fā)生ML4.9地震，所以測點的變化受地震的影響，地震發(fā)生在測區(qū)觀測值由下降轉為上升時，異常特征為：負值下降—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，晉南測區(qū)δF均方誤差為(-1.2±0.76) nT，超出2倍均方誤差的測點有襄汾(-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)測點的符號統(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月復測時，晉南測區(qū)情況相反，變?yōu)檎w上升，變化幅度不大。此次異常特征為：測區(qū)異常負值下降—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倍均方誤差的測點，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個異常測點，其中臨猗、萬榮和夏縣在空間上形成異常區(qū)域，變化符號也一致。2013年3月，晉南測區(qū)復測時δF均方誤差為(2.27±0.74) nT，沒有超出2倍均方誤差的測點，超出1倍的絳縣(3.3)、萬榮(3.2)、夏縣(2.5)3個測點仍保持異常變化，幅度有所上升，在空間上形成一定的異常區(qū)域。從晉南整個復測結果看，都表現(xiàn)為上升，平均變化幅度為2 nT左右。磁測前后進行儀器比測，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)異常點正值逐漸增大(見第6頁圖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應關系；地震前有兩個或多個測點同時出現(xiàn)異常變化，且多為下降負異常，具有磁異常的群體性和同向性；異常幅度一般為3~7 nT；測區(qū)磁異常有突發(fā)性的短期異常，也有較長時間的持續(xù)性異常，異常持續(xù)時間一般在1~9個月，發(fā)震地點一般在異常點200 km范圍內[3]。

地震前存在一定的震磁前兆信息，震級越大，受區(qū)域應力場及構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)測區(qū)域在ML4.5以上地震才有一定的震磁變化信息，復測周期長，缺乏其他前兆儀器數(shù)據(jù)異常的同步相應支持，故要確認震磁異常點還較困難。隨著新的流磁觀測系統(tǒng)和測點的優(yōu)化，流磁觀測精度將會有所提高，為地震預測提供可靠的依據(jù)。

參考文獻：

[1]許儀西，陳新澤，方韋華，等.福建沿海地區(qū)流動地磁測量對大于ML4.0級震的應震能力分析[J].華南地震,2008(4):149-151.

[2]山西省地震局.山西省地震監(jiān)測志[M].北京：地震出版社,2006:521-524.

[3]喬子云，張建國，焦成麗.冀豫環(huán)流動磁測異常與中等地震關系研究[J].地震地磁觀測與研究,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

作者簡介：第一靳玉貞(1971—)，女，山西省代縣人。1992年畢業(yè)于防災技術高等?？茖W校，工程師。

基金項目：山西省地震局科研項目(SBK-1404)。

收稿日期：2015-07-07

中圖分類號：P315.72+1

文獻標志碼：A

文章編號：1000-6265(2015)03-0001-06