2015年尼泊爾MW7.8地震前磁擾動(dòng)極化異常特征分析

管貽亮 董曉娜 尹玉振 馮麗麗 殷海濤*

1)山東省地震局， 濟(jì)南 250014 2)青海省地震局， 西寧 810001

0 引言

地震的孕育和發(fā)生往往伴隨著產(chǎn)生電磁輻射， 目前認(rèn)為超低頻(ULF)信號(hào)中可能包含較多的震磁異常信息。國(guó)外學(xué)者在1988年Spitak地震(Molchanovetal.， 1992； Kopytenkoetal.， 1993)、 1989年Loma Prieta地震(Fraser-Smithetal.， 1990)和1993年Guam地震(Hayakawaetal.， 1996)等多個(gè)地震震前發(fā)現(xiàn)了電磁輻射異常。伴隨著孕震過(guò)程， 能量不斷積累， 產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)信號(hào)也不斷增強(qiáng)。但相對(duì)于強(qiáng)大的背景場(chǎng)而言， 變化磁場(chǎng)較為微弱， 且ULF信號(hào)從震源區(qū)到地表不斷衰減， 增加了電磁輻射異常信號(hào)的提取難度。研究發(fā)現(xiàn)， 來(lái)自巖石圈的電磁信號(hào)主要在垂直分量上體現(xiàn)， 而外源場(chǎng)信號(hào)主要體現(xiàn)在水平分量上(Molchanovetal.， 1995a， b)， 極化法利用二者的比值進(jìn)行震磁異常信息的提取。該方法最早由Hayakawa等(1996)提出， 其發(fā)現(xiàn)1993年關(guān)島MS8.0 地震前關(guān)島臺(tái)的數(shù)據(jù)出現(xiàn)了頻帶范圍為0.002～0.005Hz、 幅值約為0.1nT的輻射異常。Hattori等(2002)發(fā)現(xiàn)在2次Kagoshima地震前存在明顯的極化值增高現(xiàn)象； Molchanov等(2003)基于俄羅斯Kamchatka半島建立的綜合觀測(cè)臺(tái)分析了M4～6.2震群前短時(shí)間(2～6d)的極化值波動(dòng)情況， 并認(rèn)為極化值與空間磁場(chǎng)活動(dòng)無(wú)相關(guān)性； Hobara等(2004)對(duì)0.0017～2Hz頻段的極化值進(jìn)行了精細(xì)化分析， 在Izu和Guam 2個(gè)地震震前提取到了0.01～0.022Hz和0.05～0.1Hz超正常值約2倍的極化異常。近年來(lái)， 國(guó)內(nèi)學(xué)者先后對(duì)新疆(馮志生等， 2010； Lietal.， 2011； 張敏等， 2020)、 青海(廖曉峰等， 2019； 李霞等， 2021)和云南(李琪等， 2015； 樊文杰等， 2018)等地區(qū)的資料進(jìn)行了極化分析， 在震例積累方面成果頗豐。

雖然國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)極化特征及其映震效果展開(kāi)了一系列探索并取得了不錯(cuò)的效果， 但目前對(duì)該方法依舊存在一定的質(zhì)疑。爭(zhēng)議之一集中于極化異常與空間磁場(chǎng)變化存在一定的關(guān)系， 而與地震活動(dòng)關(guān)聯(lián)不大。Thomas等(2009)和Masci(2011)對(duì)地磁水平和垂直分量與地磁K指數(shù)(以0～9表征所在區(qū)域的地磁場(chǎng)擾動(dòng)程度，K值越大表明磁場(chǎng)空間活動(dòng)越強(qiáng))的相關(guān)性進(jìn)行了研究， 認(rèn)為極化值增高與外部空間磁場(chǎng)活動(dòng)有關(guān)， 而與地震活動(dòng)無(wú)關(guān)。爭(zhēng)議之二是受限于數(shù)據(jù)采樣率、 臺(tái)站數(shù)量等， 相關(guān)研究多是基于單一臺(tái)站的時(shí)序分析， 由于計(jì)算參數(shù)不統(tǒng)一、 異常提取標(biāo)準(zhǔn)不一致和分析數(shù)據(jù)時(shí)間短等， 導(dǎo)致異常信度較低。一系列的爭(zhēng)議也限制了該算法的應(yīng)用和發(fā)展， 而從能量積累、 信號(hào)衰減、 空間干擾等角度分析， 小地震引起的電磁輻射異?？杀挥^測(cè)到或提取出的可能性較小， 因此對(duì)大地震前的極化異常分析更有可信度。本研究在盡可能保證數(shù)據(jù)信度(相同儀器型號(hào)、 統(tǒng)一計(jì)算參數(shù)、 多臺(tái)站、 長(zhǎng)時(shí)間尺度等)的前提下， 試圖從時(shí)間和空間2個(gè)維度對(duì)極化異常特征進(jìn)行研究， 采取定量的方法深度分析極化異常與地磁活動(dòng)、 地震活動(dòng)的關(guān)系。

2015年4月25日14時(shí)11分在尼泊爾(28.15°N， 84.71°E)發(fā)生MW7.8地震， 震源深度8.2km(USGS)， 震源機(jī)制結(jié)果顯示該地震為低角度逆沖型地震。該地震的震中位于喜馬拉雅造山帶， 這一地帶長(zhǎng)約2500km， 呈EW向展布， 是印度板塊和歐亞板塊碰撞和擠壓的產(chǎn)物， 長(zhǎng)期處于構(gòu)造強(qiáng)烈活動(dòng)的狀態(tài)， 也是目前陸內(nèi)地震多發(fā)區(qū)。本次地震引發(fā)了多次中強(qiáng)度余震， 且均為淺源地震， 對(duì)尼泊爾地區(qū)、 中國(guó)西藏地區(qū)以及周邊國(guó)家造成了重大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。然而研究表明， 該地震所釋放的能量遠(yuǎn)低于空區(qū)理論預(yù)測(cè)的釋放能量(劉靜等， 2015)， 說(shuō)明該地區(qū)的地震危險(xiǎn)性依舊很高， 需要利用多種手段和方法對(duì)該地區(qū)開(kāi)展地震活動(dòng)性研究。諸多學(xué)者從構(gòu)造活動(dòng)(楊曉平等， 2016)、 發(fā)震背景(鄧起東等， 2014； 滕吉文等， 2017)以及應(yīng)力變化(占偉等， 2015； 萬(wàn)永革等， 2017； 王東振等， 2017； 張迎峰等， 2017)等方面對(duì)該地震進(jìn)行了分析， 但對(duì)于地震前后的空間磁場(chǎng)變化情況研究較少， 尤其是缺乏深層次的特征分析。本文以震中附近臺(tái)站的極化異常特征和同步性轉(zhuǎn)折為切入點(diǎn)， 對(duì)地震孕育發(fā)生過(guò)程中的震磁關(guān)系進(jìn)行研究， 基于中國(guó)地磁臺(tái)站的極化數(shù)據(jù)對(duì)ULF信號(hào)的異常輻射范圍進(jìn)行空間特征分析， 從地質(zhì)構(gòu)造和動(dòng)力學(xué)演化方向?qū)φ鸫艠O化異常演化過(guò)程進(jìn)行了探索性研究。

1 資料選取與計(jì)算

1.1 資料選取

近年來(lái)， 隨著地磁臺(tái)網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大， 地震監(jiān)測(cè)能力得到有效提升的同時(shí)也產(chǎn)出了大量的秒值數(shù)據(jù)， 為提取ULF信息提供了很好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。為了研究尼泊爾地震前構(gòu)造活動(dòng)可能引起的區(qū)域磁場(chǎng)波動(dòng)， 本文對(duì)中國(guó)部分地磁臺(tái)站數(shù)據(jù)進(jìn)行了極化計(jì)算分析。其中， 震中距拉薩地磁臺(tái)628km， 距獅泉河臺(tái)652km， 且2個(gè)臺(tái)站均有GM4和M15 2種型號(hào)的儀器， 數(shù)據(jù)質(zhì)量較好， 故重點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行了時(shí)序異常特征的提取分析。在對(duì)中國(guó)地磁臺(tái)站數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算時(shí)， 為了減少單一臺(tái)站數(shù)據(jù)畸變對(duì)空間結(jié)果的影響， 基于數(shù)據(jù)有效性進(jìn)行了數(shù)據(jù)篩選和質(zhì)量提升。臺(tái)站數(shù)據(jù)連續(xù)率 <20% 的資料不參與計(jì)算， 對(duì)突跳數(shù)據(jù)(>5倍均方差)進(jìn)行插值處理。經(jīng)分析， 2014—2015年中國(guó)大陸地區(qū)地磁臺(tái)站的數(shù)據(jù)中符合計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的臺(tái)站共有48個(gè)， 分布如圖 1 所示。從圖中可以看出， 中西部臺(tái)站相對(duì)較多， 尤其是川滇地區(qū)較為密集， 東北和東南地區(qū)地磁臺(tái)站相對(duì)較少。

圖 1 參與計(jì)算的地磁觀測(cè)臺(tái)站空間分布Fig. 1 The spatial distribution of geomagnetic observation stations used in the calculation.

1.2 數(shù)據(jù)計(jì)算

極化法是在譜分析的基礎(chǔ)上， 將磁場(chǎng)垂直分量和水平分量的頻譜振幅相比(Hayakawaetal.， 1996)， 具體定義為

(1)

其中，Yzh為極化值，Z(ω)為地磁垂直分量的譜，H(ω)為地磁水平分量的譜， 由NS向和EW向的譜值計(jì)算得出。

圖 2 拉薩臺(tái)2015—2017年極化各階段的計(jì)算結(jié)果Fig. 2 The polarization calculation results of each stage of Lasa station from 2015 to 2017.a 地磁K指數(shù)日值曲線； b 垂直分量頻譜曲線； c水平分量頻譜曲線； d 極化值日值曲線與富氏擬合曲線； e 5日滑動(dòng)極化值與5日滑動(dòng)K指數(shù)對(duì)比曲線

計(jì)算得到的極化日值與K指數(shù)的相關(guān)系數(shù)為-0.38， 呈較明顯的負(fù)相關(guān)， 說(shuō)明極化高值并不是由空間磁場(chǎng)活動(dòng)所引起的。為便于提取高值異常， 以富氏擬合值+2倍均方差為閾值對(duì)低比值進(jìn)行剔除， 然后再次計(jì)算極化日均值。從長(zhǎng)時(shí)間尺度來(lái)看， 極化日均值存在明顯的年變特征， 當(dāng)數(shù)據(jù)時(shí)間較短時(shí)這種年變趨勢(shì)會(huì)影響對(duì)異常的判斷甚至產(chǎn)生假異常， 結(jié)果如圖2d所示。作者認(rèn)為這也可能是Hayakawa等(1996)在得出 “震前極化值趨勢(shì)性增大”結(jié)論時(shí)受到爭(zhēng)議的原因之一， 遂對(duì)其做富氏擬合去除年變， 去除年變后計(jì)算5日滑動(dòng)平均值以濾除短期噪聲。5日滑動(dòng)極化值與5日滑動(dòng)K指數(shù)的相關(guān)系數(shù)為-0.46， 呈比較明顯的負(fù)相關(guān)， 如圖2e所示?；趯?duì)以上計(jì)算過(guò)程的認(rèn)知和計(jì)算結(jié)果的逐步分析， 認(rèn)為極化法能夠抑制外源場(chǎng)信號(hào)， 突出與震源有關(guān)的局部磁異常信息， 可進(jìn)行震磁異常信息提取， 詳細(xì)計(jì)算流程如圖 3 所示。

圖 3 極化值計(jì)算流程Fig. 3 The flow chart of polarization calculation.

2 計(jì)算結(jié)果與極化特征分析

2.1 時(shí)序特征分析

分別計(jì)算了距離震中最近的拉薩和獅泉河2個(gè)臺(tái)站GM4和M15儀器的極化值， 如圖 4 和圖 5 所示。從極化時(shí)間序列中可以看出： 距離震中最近的拉薩臺(tái)在2015年1月17日(震前98d)出現(xiàn)超閾值(2倍均方差， 下同)異常， 異常持續(xù)3d； 獅泉河臺(tái)在1月18日出現(xiàn)超閾值現(xiàn)象。查看2個(gè)臺(tái)站極化異常時(shí)段的原始數(shù)據(jù)和觀測(cè)日志發(fā)現(xiàn)， 數(shù)據(jù)沒(méi)有受到明顯的外部干擾。極化異常期間2個(gè)臺(tái)站的K指數(shù)處于明顯的低值區(qū)， 說(shuō)明該時(shí)段外空磁場(chǎng)變化比較平靜， 可排除外部干擾和空間磁場(chǎng)活動(dòng)的影響， 此次同步性異?？赡苁悄岵礌栒鹎皡^(qū)域磁場(chǎng)活動(dòng)的真實(shí)反映。

圖 4 拉薩臺(tái)的極化結(jié)果與地磁K指數(shù)曲線對(duì)比圖Fig. 4 The comparison chart of polarization results and K index of Lhasa station.a GM4儀器計(jì)算的極化值； b M15儀器計(jì)算的極化值； c 拉薩臺(tái)的地磁K指數(shù)

圖 5 獅泉河臺(tái)的極化結(jié)果與地磁K指數(shù)曲線對(duì)比圖Fig. 5 The comparison chart of polarization results and K index of Shiquanhe station.a GM4儀器計(jì)算的極化值； b M15儀器計(jì)算的極化值； c 獅泉河臺(tái)的地磁K指數(shù)

根據(jù)滑動(dòng)平均結(jié)果能更加清晰地對(duì)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)進(jìn)行分析， 如圖 6 所示。2個(gè)臺(tái)站的極化值在2015年1月18日均出現(xiàn)極化超閾值現(xiàn)象， 其中拉薩臺(tái)的異常幅度和異常持續(xù)時(shí)間均大于獅泉河臺(tái)。2個(gè)臺(tái)站的極化值在2015年2月13日前后也出現(xiàn)了極化值增大的現(xiàn)象， 部分儀器的極化值超過(guò)了閾值， 但整體幅度明顯低于18日。分析認(rèn)為， 此次上升可能是18日磁場(chǎng)變化的延續(xù)， 極化異常是成組出現(xiàn)的， 反映了震前磁場(chǎng)一段時(shí)間內(nèi)的變化。對(duì)比相同臺(tái)站不同儀器的極化結(jié)果發(fā)現(xiàn)， M15儀器的極化背景值和異常幅度均高于GM4儀器， 其異常靈敏度更優(yōu)。因此在進(jìn)行多臺(tái)分析， 尤其是定量分析時(shí)， 使用同型號(hào)儀器的數(shù)據(jù)更有說(shuō)服力。

圖 6 5日滑動(dòng)平均極化結(jié)果Fig. 6 The polarization results of 5-day moving average.a 拉薩臺(tái)GM4儀器； b 拉薩臺(tái)M15儀器； c 獅泉河臺(tái)GM4儀器； d 獅泉河臺(tái)M15儀器

2.2 逐日相關(guān)分析

對(duì)尼泊爾地震震中距≤1500km地磁臺(tái)站的極化值進(jìn)行了計(jì)算分析， 如圖 7 所示。由于多數(shù)臺(tái)站從2015年開(kāi)始觀測(cè)， 故統(tǒng)一從2015年1月開(kāi)始分析， 全部使用GM4儀器數(shù)據(jù)的計(jì)算結(jié)果。從各臺(tái)極化曲線中可以看出， 在尼泊爾地震前98d開(kāi)始出現(xiàn)極化值超閾值的變化， 多數(shù)臺(tái)站異常持續(xù)約2d， 且部分臺(tái)站在2月13日也出現(xiàn)了1次同步性的高值異常， 異常幅度略低于18日， 與拉薩臺(tái)和獅泉河臺(tái)的變化基本一致。

圖 7 尼泊爾MW7.8地震前震中附近臺(tái)站的極化異常時(shí)序圖Fig. 7 The timing chart of polarization abnormality of nearby stations before the Nepal MW7.8 earthquake.道孚臺(tái)(a)、 肅北臺(tái)(b)、 格爾木臺(tái)(c)、 都蘭臺(tái)(d)、 喀什臺(tái)(e)和且末臺(tái)(f)2015年的滑動(dòng)平均極化結(jié)果

多臺(tái)極化值曲線具有同步性變化， 反映了磁場(chǎng)變化的空間輻射性。這種時(shí)間尺度上的一致性是空間磁場(chǎng)變化的正常體現(xiàn)， 而在幅度上的差異性可能隱藏了一定的異常信息。以拉薩臺(tái)和獅泉河臺(tái)為例， 分別計(jì)算了震前和震后98d(異常距離發(fā)震時(shí)間)時(shí)間序列的相關(guān)系數(shù)， 震前數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)是0.88， 震后為0.72， 可以看出2個(gè)臺(tái)站震后數(shù)據(jù)變化的同步性明顯低于震前數(shù)據(jù)的同步性。以此為出發(fā)點(diǎn)， 為了更加直觀地顯示極化值相關(guān)性隨時(shí)間的變化關(guān)系， 計(jì)算了上述兩兩臺(tái)站間的逐日滑動(dòng)相關(guān)系數(shù)。具體計(jì)算過(guò)程為： 以一定時(shí)間長(zhǎng)度作為窗長(zhǎng)(N)計(jì)算得到第1天的相關(guān)系數(shù)， 窗長(zhǎng)不變向后逐日滑動(dòng)計(jì)算每天的系數(shù)， 即用第M-N到M天的數(shù)據(jù)計(jì)算第M天的相關(guān)系數(shù)。本研究中選取N=60為基準(zhǔn)時(shí)間， 盡可能在保證總體數(shù)據(jù)穩(wěn)定性的同時(shí)突出樣本的差異性。為了保證異常期間的數(shù)據(jù)穩(wěn)定， 從2014年10月開(kāi)始計(jì)算， 相關(guān)系數(shù)的起始時(shí)間為2015年12月1日。由于道孚臺(tái)和都蘭臺(tái)自2015年開(kāi)始觀測(cè)， 極化異常期間無(wú)法計(jì)算相關(guān)系數(shù)， 故不作分析。對(duì)拉薩臺(tái)、 獅泉河臺(tái)、 肅北臺(tái)、 格爾木臺(tái)、 喀什臺(tái)和且末臺(tái)6個(gè)臺(tái)站的結(jié)果進(jìn)行分析， 如圖 8 所示， 每個(gè)子圖分別為該臺(tái)站與其余5個(gè)臺(tái)站的逐日滑動(dòng)相關(guān)系數(shù)曲線。 為了便于分析， 對(duì)每個(gè)子圖中的5條曲線取均值形成1條曲線， 如圖 9 所示。

圖 8 臺(tái)站間逐日滑動(dòng)相關(guān)曲線Fig. 8 The daily correlation curve between the individual stations.拉薩臺(tái)(a)、 獅泉河臺(tái)(b)、 肅北臺(tái)(c)、 格爾木臺(tái)(d)、 喀什臺(tái)(e)和且末臺(tái)(f)分別與其余5個(gè)臺(tái)站的逐日滑動(dòng)相關(guān)曲線

圖 9 臺(tái)站間逐日滑動(dòng)相關(guān)均值曲線Fig. 9 The daily mean correlation curve between the individual stations.拉薩臺(tái)(a)、 獅泉河臺(tái)(b)、 肅北臺(tái)(c)、 格爾木臺(tái)(d)、 喀什臺(tái)(e)和且末臺(tái)(f)分別與其余5個(gè)臺(tái)站的逐日滑動(dòng)相關(guān)均值曲線

從相關(guān)曲線中可以看出， 多數(shù)臺(tái)站在極化異常后出現(xiàn)逐日相關(guān)增強(qiáng)的現(xiàn)象， 其中拉薩臺(tái)、 喀什臺(tái)、 格爾木臺(tái)和且末臺(tái)4個(gè)臺(tái)站變化明顯。這種發(fā)生在地震孕育過(guò)程中的多臺(tái)間相關(guān)性增強(qiáng)的現(xiàn)象， 可能與地震能量積累過(guò)程中所引起的空間磁場(chǎng)增強(qiáng)有關(guān)。其后在尼泊爾地震發(fā)生前幾天， 相關(guān)性出現(xiàn)了急劇的下降—上升轉(zhuǎn)折， 拉薩臺(tái)、 喀什臺(tái)和且末臺(tái)的變化尤為明顯， 從曲線上看地震發(fā)生在轉(zhuǎn)折上升期間， 這種高度的一致性轉(zhuǎn)折可能代表了地震應(yīng)力釋放過(guò)程中的磁場(chǎng)變化。

分析各臺(tái)站的地磁K指數(shù)和原始數(shù)據(jù)， 在極化異常到地震發(fā)生這段時(shí)間磁場(chǎng)活動(dòng)均比較平靜， 只有2015年3月17日最大K指數(shù)為7， 各臺(tái)原始數(shù)據(jù)均呈平穩(wěn)變化， 故相關(guān)性出現(xiàn)轉(zhuǎn)折的原因可排除磁場(chǎng)波動(dòng)和數(shù)據(jù)畸變的影響。分析認(rèn)為震前可能存在外場(chǎng)磁信號(hào)對(duì)區(qū)域磁場(chǎng)觀測(cè)產(chǎn)生了影響， 該信號(hào)強(qiáng)度較大， 影響了區(qū)域內(nèi)正常的磁場(chǎng)變化， 使不同臺(tái)站出現(xiàn)了較強(qiáng)的同步性變化， 即震前的高同步性可能是與震源相關(guān)的外場(chǎng)信號(hào)施加造成的， 是地震孕震過(guò)程中磁場(chǎng)變化的真實(shí)反映。鑒于逐日相關(guān)計(jì)算是一個(gè)逐日累積計(jì)算的過(guò)程， 每天的數(shù)據(jù)都影響整體的結(jié)果， 將其用作異常判據(jù)需要滿足一定的條件， 即數(shù)據(jù)不可存在大范圍缺數(shù)， 此外需要排除高壓直流、 磁暴等確定的外部干擾。

2.3 空間特征及動(dòng)力演化分析

本文計(jì)算了中國(guó)范圍內(nèi)符合要求的48個(gè)地磁臺(tái)站的極化值相對(duì)變化量， 選取震中附近25個(gè)臺(tái)站的數(shù)據(jù)進(jìn)行空間特征分析。對(duì)2015年1月18日的異常進(jìn)行了時(shí)間和尺度上的分析， 發(fā)現(xiàn)該組異常主要從17日開(kāi)始在部分臺(tái)站出現(xiàn)， 持續(xù)至19日， 具體如圖 10 所示， 其中紅色的零值線為空間異常閾值線。17日有10個(gè)臺(tái)站(40%)的極化值超過(guò)閾值， 伴隨著地震的孕育、 震磁信號(hào)的傳播， 異常區(qū)域隨著時(shí)間的推移不斷擴(kuò)大， 18日異?？臻g范圍和異常幅度均增大， 18個(gè)臺(tái)站(72%)超過(guò)閾值。到19日異常幅度逐漸降低， 空間范圍有所縮小， 15個(gè)臺(tái)站(60%)超閾值， 20日異常基本消失。異常變化過(guò)程中空間范圍和異常幅度均呈現(xiàn)增長(zhǎng)—減少的變化趨勢(shì)， 但整個(gè)異常空間分布始終圍繞震中。該異常變化在時(shí)間上的推移和空間上的一致性是區(qū)域磁場(chǎng)變化的真實(shí)反映， 存在比較明顯的外部作用。而引起該變化的外部場(chǎng)具有很強(qiáng)的動(dòng)力學(xué)特征， 可能與構(gòu)造活動(dòng)和地殼應(yīng)力變化有關(guān)。大范圍的異常與尼泊爾地震的強(qiáng)度也是適應(yīng)的， 下文將嘗試從區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)和地震的孕育過(guò)程角度對(duì)極化異常的時(shí)空演化特征進(jìn)行分析。

圖 10 極化逐日空間異常分布圖Fig. 10 The spatial distribution map of polarization abnormality.a 2015年1月17日極化異常空間分布圖； b 2015年1月18日極化異常空間分布圖； c 2015年1月19日極化異常空間分布圖

從異?？臻g分布圖中可以看出， 空間異常主要呈SE-NW向展布， 異常分布區(qū)域與喜馬拉雅構(gòu)造帶主峰北側(cè)青藏高原構(gòu)造分布基本一致， 如圖 1 所示。震前磁場(chǎng)異?？赡芊从沉藚^(qū)域構(gòu)造的動(dòng)力學(xué)演化過(guò)程。對(duì)地震孕育過(guò)程所引起的電磁信號(hào)而言， 無(wú)論用何種震磁效應(yīng)解釋， 磁場(chǎng)信號(hào)的產(chǎn)生和傳播必然與地質(zhì)結(jié)構(gòu)及構(gòu)造活動(dòng)有著密不可分的關(guān)系。尼泊爾地震發(fā)生前后， 多位學(xué)者對(duì)這一區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)背景(楊曉平等， 2016)、 動(dòng)力演化特征(鄧起東等， 2014； 滕吉文等， 2017)等進(jìn)行了研究， 通過(guò)重力、 GPS等手段對(duì)應(yīng)力場(chǎng)變化進(jìn)行了分析(占偉等， 2015； 王東振等， 2017)， 證實(shí)了震前印度板塊與歐亞板塊之間存在持續(xù)擠壓變形， 這次大地震是活動(dòng)帶上長(zhǎng)期以來(lái)深部物質(zhì)與能量強(qiáng)烈交換、 運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致應(yīng)力積累和釋放的產(chǎn)物。大地電磁測(cè)深結(jié)果也揭示青藏高原中下地殼普遍具有高導(dǎo)特征， 研究認(rèn)為可能是地殼中巖石部分熔融和含鹽流體共同作用的結(jié)果(金勝等， 2010)。綜合前人在該區(qū)域的研究成果， 結(jié)合前面對(duì)震前極化增強(qiáng)的認(rèn)識(shí)， 分析認(rèn)為本次極化的空間異常與尼泊爾地震前的構(gòu)造活動(dòng)有關(guān)。板塊運(yùn)動(dòng)引起地殼應(yīng)力變化從而激發(fā)區(qū)域磁場(chǎng)變化， 而該地區(qū)存在大量的熔融物質(zhì)等流體為磁場(chǎng)的孕育和傳播提供了基礎(chǔ)和通道。反之， 大范圍的磁擾動(dòng)極化異常也揭示了該地區(qū)震前的構(gòu)造動(dòng)力學(xué)演化過(guò)程， 為研究震前構(gòu)造活動(dòng)提供了一種地球物理方案。不可否認(rèn)的是， 臺(tái)站的分布密度、 臺(tái)基巖性等客觀因素會(huì)影響極化異常的空間分布， 尤其是對(duì)定量分析造成了一定的限制。雖然能夠在震后對(duì)異常演化過(guò)程進(jìn)行推演， 但基于極化空間異常的地震預(yù)測(cè)依舊存在諸多困難， 如本研究中并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)震中距與極化異常幅度間的量化關(guān)系， 后續(xù)需要加大對(duì)異常信息的再挖掘力度。

3 結(jié)論與討論

(1)通過(guò)對(duì)極化算法的研究可以確認(rèn)， 該方法能夠抑制外源場(chǎng)信號(hào)， 突出與震源有關(guān)的局部磁異常信息。本文的研究工作驗(yàn)證了磁暴等外空磁場(chǎng)變化不會(huì)引起極化值的高值異常， 可用于提取震磁異常信息。但所需數(shù)據(jù)的時(shí)長(zhǎng)至少應(yīng)在1a以上， 以保證結(jié)果的可靠性。

(2)對(duì)尼泊爾MW7.8地震震中1500km范圍內(nèi)的臺(tái)站極化值進(jìn)行計(jì)算分析， 發(fā)現(xiàn)震前98d出現(xiàn)了同步性高值異常， 鑒于這種區(qū)域同步性變化提出了極化逐日相關(guān)分析。臺(tái)站間逐日滑動(dòng)相關(guān)分析結(jié)果顯示， 尼泊爾地震前存在明顯的極化相關(guān)增強(qiáng)現(xiàn)象， 而地震發(fā)生在同步性轉(zhuǎn)折階段， 分析認(rèn)為該同步性變化可能是區(qū)域磁場(chǎng)在震源場(chǎng)外加作用下引起的。

(3)基于極化值相對(duì)變化量進(jìn)行的空間異常分析顯示， 尼泊爾地震前中國(guó)有超過(guò)20%的臺(tái)站出現(xiàn)持續(xù)3d以上的異常， 且異常空間分布具有明顯的區(qū)域性， 可為后續(xù)震前磁擾動(dòng)異常的判別提供一些啟示。

(4)研究認(rèn)為極化異常的產(chǎn)生和分布與地質(zhì)構(gòu)造的動(dòng)力學(xué)演化密切相關(guān)， 地質(zhì)活動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力積累是引起磁場(chǎng)變化的主要原因， 而區(qū)域構(gòu)造結(jié)構(gòu)則為磁場(chǎng)的發(fā)展和傳播提供了通道。因此， 將地球物理場(chǎng)變化與地質(zhì)特征相結(jié)合進(jìn)行異常分析， 可更加清晰地解釋地震的孕育和發(fā)展過(guò)程， 提高極化異常的可信度。

(5)震磁機(jī)理研究和震前異常信息的提取依舊是震磁研究的難點(diǎn)。本研究中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)震中距與極化異常幅度間的量化關(guān)系， 分析認(rèn)為與站點(diǎn)構(gòu)造環(huán)境、 孕震背景、 空間磁場(chǎng)變化復(fù)雜性和震例較少等多方面因素有關(guān)。極化方法的應(yīng)用還需要更多的震例積累和理論分析， 以獲取更多的證據(jù)， 提高可靠性。

致謝馮志生研究員、 朱培育、 李霞、 賀曼秋、 廖曉峰、 何暢、 梵文杰、 艾薩·伊斯馬伊力、 袁文秀等在方法研究和數(shù)據(jù)計(jì)算方面提供了幫助和指導(dǎo)； 審稿專家為本文提出了寶貴的修改意見(jiàn)。在此一并表示感謝!