臨汾臺(tái)大地電場(chǎng)地震過程中的巖石裂隙方位角變化特征

李軍

摘 要：使用SN/WE向大地電場(chǎng)裂隙優(yōu)勢(shì)方位角[α]對(duì)發(fā)生在臨汾臺(tái)100km范圍內(nèi)ML3.0以上地震進(jìn)行解析，發(fā)現(xiàn)在沒有干擾的情況下每次地震前方位角都會(huì)出現(xiàn)突跳變化，突跳一般出現(xiàn)在震前5天左右，震級(jí)越大，震方位角突跳出現(xiàn)時(shí)間越早。臨汾南部地震方位角突跳形式表現(xiàn)為上升后下降，臨汾北部地震方位角多表現(xiàn)為先下降后上升，分析結(jié)果表明，無干擾情況下的方位角突跳變化有可能作為孕震進(jìn)入短臨階段的前兆信息及識(shí)別標(biāo)志。

關(guān)鍵詞：大地電場(chǎng);裂隙優(yōu)勢(shì)方位角;變化特征;短臨前兆

中圖分類號(hào)：P315.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）32-0143-04

The?Change?Characteristics?of?Rock?fracture?Azimuth?during?the

Earthquake?of?Linfen?Station?Geoelectric?Field

LI?Jun

（Linfen?Central?Seismostation?of?Shanxi?Earthquake?Bureau，Linfen?Shanxi?041000）

Abstract：?SN/WE?is?used?to?analyze?the?ML3.0?or?higher?earthquakes?occurring?in?the?100km?range?of?Linyi?station?from?the?azimuth?angle?[α]?of?the?ground?electric?field.?It?is?found?that?there?is?a?sudden?change?in?the?azimuth?before?each?earthquake?without?interference.?Generally，?it?occurs?about?5?days?before?the?earthquake.?The?larger?the?magnitude，?the?earlier?the?azimuth?jump?occurs. Seismic?azimuth?jumps?in?the?south?of?Linfen?show?a?rise?and?then?decrease，?and?most?of?the?earthquakes?in?the?north?of?Linfen?show?a?fall?and?then?rise.?The?analysis?results?show?that?the?change?in?azimuth?jump?without?interference?may?be?used?as?the?precursor?information?and?identification?mark?of?the?imminent?imminent?stage?of?pregnancy.

Keywords：?geoelectric?field;dominant?azimuth?angle?of?fissure;change?characteristics;short-term?impending?precursor

按照起源分類，地電場(chǎng)可分為大地電場(chǎng)和自然電場(chǎng)[1]。研究表明，地電場(chǎng)日變化波形屬于大地電場(chǎng)，其起源主要有空間電流系以及日、月潮汐作用[2-4]。地電場(chǎng)是矢量場(chǎng)，大地電場(chǎng)是地電場(chǎng)主要構(gòu)成之一。國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開展了大地電場(chǎng)用于地震預(yù)報(bào)的研究，但如何從大地電場(chǎng)觀測(cè)資料中提取可靠的地震前兆異常信息，是地震短臨預(yù)報(bào)的難點(diǎn)之一。以往大地電場(chǎng)的觀測(cè)資料處理方法大都采用數(shù)據(jù)處理的數(shù)學(xué)方法，常常忽略大地電場(chǎng)觀測(cè)手段的內(nèi)在特性——物理基礎(chǔ)，因此，得到的異常信息往往不具可操作性和重復(fù)性。根據(jù)需要，地電臺(tái)管理中心開發(fā)了“地電場(chǎng)波形變化及物理解析方法”軟件，從而建立具有明確物理意義的資料處理方法。本文利用該軟件計(jì)算臨汾臺(tái)大地電場(chǎng)長(zhǎng)極距SN/WE向裂隙優(yōu)勢(shì)方位角[α]，通過震例分析臨汾地震臺(tái)周邊100km范圍內(nèi)ML3.0以上地震，分析孕震過程中方位角[α]的變化情況，發(fā)現(xiàn)地震前幾日方位角基本都會(huì)出現(xiàn)突跳現(xiàn)象。

1 資料處理與異常提取方法

大地電場(chǎng)[ET]潮汐機(jī)理說認(rèn)為，在固體潮汐作用下，巖石裂隙水以日為周期沿裂隙往返滲流，或在[Sq]電流電磁感應(yīng)下，裂隙水中電荷以日為周期沿裂隙往返移動(dòng)[3]。裂隙優(yōu)勢(shì)往返運(yùn)動(dòng)的角度就是方位角[α]，其方位角[α]的計(jì)算公式是[3]：

（1）

基于巖石物理學(xué)原理[5]，巖體內(nèi)部的裂隙發(fā)展過程大致可分成生成、發(fā)育、長(zhǎng)大和破碎四個(gè)階段。在不同階段，裂隙的大小、有序排列程度不同。通常，生成階段的巖石結(jié)構(gòu)較緊密，封閉的裂隙小且無序;發(fā)育階段的裂隙變大，排列接近有序，但不同裂隙的方位有明顯差異;長(zhǎng)大階段的裂隙大，排列有序;破碎階段的巖石結(jié)構(gòu)松散，裂隙排列無序。地殼中原生巖石形成后就會(huì)受到構(gòu)造應(yīng)力作用，在應(yīng)力作用下，巖體裂隙總處于動(dòng)態(tài)過程，裂隙優(yōu)勢(shì)方位角（簡(jiǎn)稱方位角）[α]的變化反映了巖體裂隙的變化。

本文利用軟件計(jì)算臨汾臺(tái)大地電場(chǎng)SN/WE裂隙優(yōu)勢(shì)方位角[α]，經(jīng)過與原始資料進(jìn)行對(duì)比，從中剔除測(cè)區(qū)雷電、灌溉等環(huán)節(jié)因素的干擾和電極不穩(wěn)定造成的干擾，通過震例分析臨汾臺(tái)周邊100km范圍內(nèi)ML3.0以上地震，分析孕震過程中方位角[α]的變化情況，發(fā)現(xiàn)地震前方位角基本都會(huì)出現(xiàn)突跳現(xiàn)象。

2 震例異常特征解析

臨汾臺(tái)大地電場(chǎng)自正式運(yùn)行以來，已積累了近12年的觀測(cè)資料，其間測(cè)區(qū)100km范圍內(nèi)共發(fā)生ML3.0以上地震40次，剔除地震時(shí)段有環(huán)境干擾和電極不穩(wěn)定干擾地震22次，使用“地電場(chǎng)波形變化及物理解析方法”軟件計(jì)算方位角[α]，分析22次ML3.0以上地震過程中方位角[α]的變化情況，從中提取出震前電場(chǎng)觀測(cè)的短臨前兆異常信息。由于篇幅關(guān)系，本文僅列舉了部分地震方位角變化情況。

2.1 2009年4月10日霍州ML3.0地震和18日萬榮ML3.1地震解析

霍州、榮地震過程中方位角[α]變化特征如圖1所示。2009年3月1日至4月7日，霍州地震前方位角往返幅度變化不大，4月8日方位角突跳減小，變化幅度[Δα]約為45°，減小過程中，4月10日霍州發(fā)生ML3.0地震?；糁莸卣鸷螅?月12日方位角持續(xù)突跳增大，變化幅度[Δα]約為42°。4月13日，方位角下降減小，在下降過程中，萬榮發(fā)生ML3.1地震。這兩次方位角[α]異?，F(xiàn)象表現(xiàn)為先降后升的突跳。

2.2 2012年11月2日浮山ML4.0地震和12日襄汾ML3.1地震解析

浮山、襄汾地震過程中方位角[α]變化特征如圖2所示。2012年10月20日前，浮山方位角往返變化幅度較大，變化幅度基本保持在28°左右，21日至31日，方位角變化幅度較小，約為11°，11月1日突跳上升，上升幅度[Δα]約為36°，2日浮山發(fā)生地震。浮山地震后，11月4日方位角突跳上升，5日至9日轉(zhuǎn)向持續(xù)下降，變化幅度[Δα]約為40°，在下降到最低值時(shí)，襄汾發(fā)生地震。這兩次地震前方位角[α]異?，F(xiàn)象表現(xiàn)為先升后降的突跳變化。

2.3 2013年7月8日洪洞ML3.1地震和20日沁源ML3.3地震解析

洪洞、沁源地震過程中方位角[α]變化特征如圖3所示。2013年6月1日至7月2日，方位角往返變化幅度不大，變化幅度[Δα]約為18°，7月3日突跳上升，7月4日轉(zhuǎn)向突跳下降，變化幅度[Δα]約為45°，7月5日轉(zhuǎn)向上升，上升過程中7月8日發(fā)生洪洞地震。沁源地震前方位角也是先突跳上升后突跳下降，在下降過程中發(fā)生地震，變化幅度[Δα]約為60°。這兩次地震前方位角[α]異?，F(xiàn)象表現(xiàn)為先升后降的突跳變化。

2.4 2014年3月25日洪洞ML3.2地震解析

洪洞地震過程中方位角[α]變化特征如圖4所示。洪洞ML3.2地震發(fā)生前正常背景是趨勢(shì)性上升往返變化，且變化幅度不大，3月9日突跳下降，3月11日下降到最低值后轉(zhuǎn)向上升，方位角變化幅度[Δα]約為70°，3月17日又突跳下降后轉(zhuǎn)向上升，在上升過程中，洪洞發(fā)生地震，方位角變化幅度[Δα]約為47°，震后方位角恢復(fù)震前背景時(shí)變化趨勢(shì)和變化幅度。地震前方位角[α]異常有兩次大幅突跳變化，表現(xiàn)為先降后升。

2.5 2016年3月12日至25日運(yùn)城地震解析

運(yùn)城地震過程中方位角[α]變化特征如圖5所示。2016年3月12日至25日，運(yùn)城發(fā)生了7次ML3.0以上地震，最大震級(jí)是3月12日ML4.8級(jí)地震，震前背景方位角往返變化幅度不大，基本為27°～38°，且呈上升趨勢(shì)，2月24日突跳上升，2月25日上升到最大值后轉(zhuǎn)向下降，3月12日到最低值后轉(zhuǎn)向，方位角變化幅度[Δα]約為31°，3月16日后方位角呈下降趨勢(shì)，下降過程中，運(yùn)城發(fā)生5次ML3.0以上地震。這次地震前方位角[α]異常有兩次大幅突跳變化，表現(xiàn)為先升后降，在上升恢復(fù)過程中發(fā)生地震。

2.6 2018年3月18日霍州ML4.1地震解析

霍州地震過程中方位角[α]變化特征如圖6所示。震前正常背景方位角在29°～55°做往返變化，3月12日方位角突跳下降到最小值后轉(zhuǎn)向突跳上升，方位角變化幅度[Δα]約為49°，3月14日上升到最大值時(shí)又轉(zhuǎn)向下降，下降過程中發(fā)生地震。這次地震方位角大幅突跳變化表現(xiàn)為先降后升，在下降恢復(fù)過程中發(fā)生地震。

為分析方位角[α]變化是否與地震地理方位相關(guān)，把震例中的地震震中在地理位置上相對(duì)臨汾地震臺(tái)大致分為南北兩個(gè)方向，發(fā)生在臨汾臺(tái)南部的地震有16個(gè)，北部的有9個(gè)。南部16個(gè)地震中，方位角異常變化表現(xiàn)為先升后降的有12個(gè)，占南部地震總數(shù)的75%，方位角異常變化表現(xiàn)為先降后升的有4個(gè)，占南部地震總數(shù)的25%;北部9個(gè)地震中，先降后升的有5個(gè)，占北部地震總數(shù)的55.6%，先升后降的有4個(gè)，占北部地震總數(shù)的44.4%。

3 結(jié)論

通過對(duì)發(fā)生在臨汾臺(tái)2008—2018年100km范圍內(nèi)ML3.0級(jí)以上地震解析，筆者得到如下初步結(jié)論。地震前方位角均有明顯突跳變化，能反映巖體裂隙結(jié)構(gòu)變化，使用方位角變化做短臨預(yù)報(bào)分析使處理后的數(shù)據(jù)比較簡(jiǎn)潔，使得識(shí)別地電場(chǎng)干擾信息和震前地電場(chǎng)資料中的異常前兆信息較為容易，由此可建立較為有效的地電場(chǎng)觀測(cè)的地震前兆短臨異常的識(shí)別與提取技術(shù)。臨汾臺(tái)100km范圍內(nèi)ML3.0以上地震前方位角均有明顯的突跳變化，且發(fā)生在山西南部的地震方位角以先升后降突跳變化為主，發(fā)生在山西北部的地震方位角以先降后升為主。臨汾臺(tái)大地電場(chǎng)方位角震前異常突跳一般出現(xiàn)在震前5d左右，震級(jí)越大，震方位角突跳出現(xiàn)時(shí)間越早。對(duì)于以上基于裂隙優(yōu)勢(shì)方位角[α]變化與地震對(duì)應(yīng)關(guān)系的認(rèn)識(shí)，由于目前大地電場(chǎng)觀測(cè)資料積累的時(shí)間不長(zhǎng)，觀測(cè)數(shù)據(jù)易受灌溉、電極自身不穩(wěn)定等因素干擾，因此本文提出的方位角變化與地震對(duì)應(yīng)關(guān)系有待更深入的研究和更多地震事件的檢驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫正江，王華俊.地電概論[M].北京：地震出版社，1984.

[2]黃清華，劉濤.新島臺(tái)地電場(chǎng)的潮汐響應(yīng)與地震[J].地球物理學(xué)報(bào)，2006（6）：177-186.

[3]譚大誠，趙家騮，席繼樓，等.潮汐地電場(chǎng)特征及機(jī)理研究[J].地球物理學(xué)報(bào)，2010（3）：544-555.

[4]譚大誠，王蘭煒，趙家騮，等.潮汐地電場(chǎng)諧波和各向波形的影響要素[J].地球物理學(xué)報(bào)，2011（7）：1842-1853.

[5]陳颙，黃庭芳，劉恩儒.巖石物理學(xué)[M].合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2009.