基于大地電場巖體裂隙水滲流 模型的地震前兆異常特征

張志宏 黃明威 李夢瑩 楊牧萍

（中國沈陽110034 遼寧省地震局）

基于地電場潮汐波建立巖體裂隙水（電荷）滲流（移動）模型，計(jì)算遼寧地區(qū)大地電場優(yōu)勢方位角α，結(jié)合降雨、溫度、磁暴等典型干擾，對α的干擾幅度進(jìn)行對比分析，結(jié)果表明，α抗干擾能力較強(qiáng)。在2013 年1 月23 日燈塔MS5.1 地震前后，α的動態(tài)變化表明，多個同一或相鄰地質(zhì)構(gòu)造地電場臺站，巖體裂隙電荷移動方位長時間的準(zhǔn)同步突變是中強(qiáng)地震的前兆異常特征。

（1）模型計(jì)算。采用ZD9A 系列的分鐘值采樣數(shù)據(jù)，基于地電場由大地電場ET和自然電場ESP構(gòu)成，計(jì)算每日ESP，公式如下

應(yīng)用地電場潮汐波特征、機(jī)理建立的巖體裂隙水（電荷）滲流（移動）模型，可分析ET的變化特征及表征指標(biāo)，并計(jì)算潮汐諧波振幅比，公式如下

式中，Ai為第i階潮汐諧波振幅，Aj為第j階諧波振幅。其中，前10 階Ai之和能反映潮汐波幅度的變化特征。

以NS、NW 方位的大地電場為例，計(jì)算優(yōu)勢方位角α，表達(dá)式如下

（2）2013 年燈塔MS5.1 地震解析。2013 年1 月23 日遼寧省燈塔地區(qū)發(fā)生MS5.1 地震（41.48°N，123.17°E），震源深度約7 km，遼寧大部分地區(qū)震感強(qiáng)烈。此次地震是繼1999年岫巖MS5.4 地震后遼寧地區(qū)發(fā)生的最大地震。燈塔MS5.1 地震發(fā)生在NE 向營口—佟二堡斷裂北段。2013 年燈塔MS5.1 地震發(fā)生前后，遼寧新城子和義縣巖體裂隙優(yōu)勢方位角α出現(xiàn)準(zhǔn)同步明顯異常，其中新城子地震觀測站和義縣觀測站與燈塔MS5.1 地震震中分別距離約67 km 和158 km，觀測站分布見圖1。

圖1 新城子和義縣地震觀測站分布Fig.1 Distribution of Xinchengzi and Yixian seismic stations

圖2 給出2013 年燈塔MS5.1 地震前沈陽新城子大地電場巖體裂隙優(yōu)勢方位角α計(jì)算結(jié)果，2012 年1—12 月新城子巖體裂隙優(yōu)勢方位角α在50°— 70°范圍內(nèi)，2012 年12 月4 日α突變?yōu)?9.54°，持續(xù)10 天的持續(xù)突跳（間或剪裂）、偏轉(zhuǎn)、剪裂，最大突變幅度Δα約為45°。2013 年1 月23 日燈塔MS5.1 地震發(fā)生在異常恢復(fù)階段，震中距約67 km。1 月23 日α為89.37°，震后2 天異?；謴?fù)，不同的是，α相比震前背景值有較大幅度的減小，變化范圍在40°—50°，震后區(qū)域應(yīng)力場調(diào)整使得巖體結(jié)構(gòu)收縮，α的背景值減小。2013 年燈塔MS5.1 地震后新城子巖體裂隙優(yōu)勢方位角α的突變異常不明顯，2013 年11 月17日—24 日出現(xiàn)了一簇突跳異常，異常幅度Δα約為20°，異常期間距臺站295 km 處發(fā)生吉林松原MS5.8 震群。前兆場觀測存在同震響應(yīng)，新的一簇突跳異?？赡苁羌炙稍璏S5.8震群同震響應(yīng)。

圖2 燈塔MS5.1 地震前后新城子地電場巖體裂隙優(yōu)勢方位角α變化曲線（2012 年10 月—2013 年3 月31 日）Fig.2 Variations of dominant azimuth angle αfor Xinchengzi geoelectric field rock fracture before and after the Dengta MS5.1 earthquake (from Oct.2012 to Mar.31,2013)

義縣屬于錦州—阜新斷裂，歷史地震活動水平較低。圖3 給出錦州義縣巖體裂隙方位燈塔MS5.1 地震前后的變化曲線。由圖3 可知，義縣巖體結(jié)構(gòu)發(fā)育不完全，α基本在45°左右。2012 年1 月16 日巖體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)剪裂，方位角α為-10.45°，1 月23 日α變?yōu)?8.36°后恢復(fù)背景水平，突跳異常期間臺站觀測系統(tǒng)正常，臺站所屬區(qū)域或構(gòu)造單元無較大地震發(fā)生。2012 年12 月16 日α再次持續(xù)突跳（間或剪裂）、偏轉(zhuǎn)、剪裂，持續(xù)變化至2013 年3 月9 日，α突變期間距臺站158 km 處發(fā)生2013 年1 月23 日燈塔MS5.1 地震，在發(fā)震前后近3 個月的α突變過程中，最大Δα約為45°。2013 年11 月10 日α由44.38°突變?yōu)?5.4°，12 月2 日恢復(fù)至44.97°，突變Δα約為40°。異常期間觀測系統(tǒng)正常，距臺站420 km 處發(fā)生2013 年11 月22 日松原MS5.8 震群。

圖3 燈塔MS5.1 地震前后義縣地電場巖體裂隙優(yōu)勢方位角α變化曲線（2012 年10 月—2013 年3 月3 日）Fig.3 Variations of dominant azimuth angle αfor Yixian geoelectric field rock fracture before and after the Dengta MS5.1 earthquake (from Oct.2012 to Mar.31,2013)

因此，從新城子和義縣α的背景值、異常時間、對應(yīng)地震可以看出，α的前兆短臨異?；蛲痦憫?yīng)特征顯著。