四川地区2019年11月5日地磁加卸载响应比异常分析.pdf
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1、43第 2 期(总第 187 期)2023 年 6月No.2Jun.2023四川地区 2019 年 11 月 5 日地磁加卸载响应比 异常分析廖晓峰,王玮铭,李雪浩(四川省地震局,四川 成都 610041)摘 要:针对 2019 年 11 月 5 日四川地区出现的地磁加卸载响应比异常现象,通过初步异常判断、仪器运行状态检查、观测资料可靠性检查、环境干扰调查、高压直流输电情况调查、磁扰活动影响分析和台站基础数据对比,综合认为该日出现的地磁加卸载响应比的异常受外界干扰可能性很小,该日异常是地震前兆异常的可能性较大;结合地磁加卸载响应比法的震例总结和预测指标,认为此次异常出现后的约 6 个月,阈值线
2、附近区域存在发生MS 5 0中强地震的可能。关键词:四川地区;地震地磁;加卸载响应比异常中图分类号:P315 7 文献标识码:A 文章编号:1001-8115(2023)02-0043-06DOI:10 13716 j cnki 1001-8115 2023 02 008收稿日期:2022-09-23;修回日期:2022-12-29基金项目:中国地震局震情跟踪定向工作任务(2022010413)资助作者简介:廖晓峰(1988-),男,四川成都人,工程师,主要从事电磁分析预报工作 E-mail:lxf19982008 sina com地磁日变化由太阳风在电离层产生的环形变化电流以及该电流在地壳内
3、感应生成的反向环形电流产生,感应电流的分布主要取决于高空电流分布和地壳电性结构分布,并主要反映在地磁日变化的垂直分量形态上,地磁垂直分量日变化的一种典型异常变化是地壳高导带两侧地区有反相位变化,因此会在趋势上出现异常变化,对地磁垂直分量进行相关处理和分析,可能会识别出震磁异常。大量观测数据表明从地震孕育到发生过程中会伴随着地磁场的变化(汤吉等,2008)。目前,对震磁方面的研究主要分为机理解释类和方法分析类。地震地磁场日变化异常研究方法较多,主要包括地磁低点位移法(丁鉴海等,1988)、地磁垂直分量加卸载响应比法(张建国等,2008)、地磁垂直分量日变化幅度逐日比法(冯志生等,2001)、地磁
4、垂直分量日变化空间相关法(冯志生等,1998)和地磁每日一值空间相关法(李鸿宇等,2018;戴勇等,2019)。地磁垂直分量加卸载响应比法主要从尹祥础等(1991)提出的加卸载响应比理论发展而来,宋治平等(1995)将其应用于地震预测中,取得了较好的效果。林云芳等(1996)等利用地磁场垂直分量日变幅度极大值及其后的极小值计算了太阳风对地球磁场的加卸载响应比 P(Z),表明 P(Z)的高值与北京台 550 km 范围内 MS5 57 8地震有较好的对应关系。冯志生等(2000)应用地磁加卸载响应比法研究了江苏地磁台网 19831997 年的加卸载响应比异常及其台网内和网缘附近 MS4 6 以上
5、地震之间的关系,提出了适用于江苏地区地磁分析预报的标志体系,并对其内检预报效能进行了评价。何畅等(2020)基于地磁加卸载响应比法,对四川及邻区20152019 年的数字化地磁垂直分量数据开展了相关震例研究工作,发现在 2017 年九寨沟 MS7 0、2018 年兴文 MS5 7、2019 年墨脱 MS6 3 等西南地区中强地震之前的半年内,四川部分地磁台站加卸载响应比都存在异常现象,且这些地震均发生在异常阈值线附近区域。近几年电磁学科从全国层面进行了加卸载响应比方法的指标建设工作,统一了相关方法的预测指标,产出了丰富的研究内容和成果(王静波等,2018;刘素珍等,2018;艾萨 伊斯马伊力等
6、,2018;刘吉平,2019;冯志生等,2019)。2019 年 11 月 5 日相关人员在处理所属地磁台站数据时,发现四川省内的道孚、成都、崇州和西昌 4 个台站的地磁垂直分量(Z)日变幅加卸载响应比出现同步超阈值现象。随后,通过对全国各地磁台站数据计算,发现重庆市 2 个地磁台站(涪陵江东台、石柱黄水台)也在同一天出现垂直分量(Z)加卸载响应比同步超阈值异常现象。故选取四川省内 4 个出现异常的地磁台站数据,从多个方面进行了较为详细的干扰排除和异常分析作,以期为地磁加卸载响应比的异常核实提供一些思路。442023 年第 2 期四 川 地 震1 方法原理太阳风主要以紫外辐射和粒子流辐射形式影
7、响地球磁场,从而使地磁场出现变化磁场。变化磁场主要有两种:一种是地磁场变化即太阳静日变化(Sq);另一种是磁暴场(D)。其中,磁暴场的构成为:D=Dst+Ds+Dp(B),式中 Dst 为暴时变化,Ds 为暴时扰日变化,Dp(B)为极区亚暴。另外,将磁扰过程作为地球磁场对太阳风加载和卸载响应的过程(丁鉴海等,1994)。由于地磁日变化主要取决于外空电流体系产生的变化磁场(外空变化磁场)和地下介质电导率,其中地壳介质电导率引起的磁场变化在地磁垂直分量中表现最为突出。因此,取太阳风加载与卸载时的地磁垂直分量日变幅之比作为其加卸载响应比值:(1)式中,“+”和“-”分别代表加载和卸载;A为地磁垂直分
8、量日变幅度。如果某台站处于孕震区,由于地下物质运动或改变,导致地下电导率出现变化,进而导致计算的加卸载响应比值P(Z)出现增大现象。2 异常调查分析电磁学科在日常分析过程中采用地磁加卸载响应比等数值分析方法对四川省内各地磁台站垂直分量(Z)分钟值的日变幅数据进行计算和分析。地磁加卸载响应比方法异常判据阈值为 P(Z)=3 0(全国统一阈值为 3 0),以相邻多个台站同步出现或超过阈值 3 0 为异常成立。历史震例显示后续地震常发生在阈值线附近,震级为 MS5 0 以上(何畅等,2020);如果两次异常时间前后相距不超过 2 个月,且阈值线空间上有交集则视为一组异常,其后依次类推。地震通常发生在
9、异常出现后半年以内,且大部分发生在 4 个月内,因此地磁加卸载响应比方法提取的异常具有短期性质。2019 年 11 月 5 日四川省内 4 个和重庆市 2 个地磁台站同步出现了地磁加卸载响应比异常,其中四川省内 4 个地磁异常台站的加卸载响应比计算结果如图 1 所示,各站异常数值分别为 3 94、3 60、3 59 和 3 56。6 个地磁异常台站位置与后续实际发生地震震中分布如图2所示,由该图可以看出,异常出现后的44 d(即2019年12月18日)、91 d(即2020年2月3日)和195 d(即2020 年 5 月 18 日)分别在在四川资中、四川青白江和云南巧家发生了 MS5 2、MS
10、5 1 和 MS5 0 地震,三次地震震中位均于位于异常区边界线附近。另外,何畅等(2020)已对图 1 中 2019 年 2 月 7 日及 12 日的地磁加卸载响应比异常进行过详细分析,故本文仅对 2019 年 11 月 5 日的异常进行分析。图 1 四川省内 4 个地磁异常台站的加卸载响应比计算结果(2018 年 1 月 1 日2019 年 12 月 1 日)21 初步判断2019 年 11 月 5 日四川道孚台、成都台、崇州台、西昌台地磁加卸载响应比同步超阈值异常属于地磁日变化类异常,反映的是地磁垂直变化分量(Z)日变化畸变异常。由地磁加卸载响应比的定义,P(Z)为加载452023 年
11、6 月廖晓峰,等:四川地区2019年11月5日地磁加卸载响应比异常分析图 2 6 个地磁异常台站位置与后续地震震中分布日日变化幅度与卸载日日变化幅度的比值,此次异常出现后,立刻查看了计算结果,发现此次异常的加载日日期为 11 月 1 日,卸载日日期为 11 月 5 日。因此,首先查看了 4 个台站和省内其他地磁台站的垂直分量(Z)秒值原始数据,发现除西昌台数据有突跳、成都台地磁整点时刻受地电阻率观测影响造成数据高频突跳外,其他时段内 4 个台站的地磁数据日变形态清晰,一致性较好,数据无干扰(图 3)。从计算所使用的地磁台站分钟值预处理数据看,预处理未对日变形态及幅度造成影响,4 个台站曲线形态
12、类似,可以正常使用和计算。另外,为了排查地磁数据是否受到外空场(磁扰和磁暴)的影响,查询 11 月 16 日的 Dst 指数(判断有无磁扰和磁暴的指标)发现,Dst 指数绝对值最大为 22,没有达到磁扰水平。综上所述,经过对 Dst 指数查询、数据质量检查等分析,基本排除以上几种潜在的干扰因素。基于省内 4 个地磁台站和重庆 2 个台站同步出现超阈值异常现象,初步分析认为 11 月 5 日四川道孚、成都、崇州及西昌台垂直分量(Z)日变幅加卸载响应比为异常的可能性较大。另外,除了初步对异常台站数据进行外空场干扰因素分析之外,还对其他可能造成地磁数据干扰的方面进行排查,证明此次异常的信度和研判后续
13、预测意义。22 仪器运行状态检查由中国地震前兆台网数据管理系统网站内查询到的四川省各异常台站相关日志可知,11 月 15 日仪器工作、环境等并无异常显示。通过与台站人员沟通,确认出现异常的时间段内,各地磁台站地磁仪器工作状态、周围环境等方面亦正常,无明显干扰。23 观测资料可靠性分析通过国家地磁台网中心数据库查询可知,四川省内 4 个台站(成都、西昌、道孚和崇州台)在异常时段内的资料处理质量均为预处理数据合格。故说明本次计算使用的垂直分量(Z)预处理分钟值数据合格,基于预处理数据得出的结果是真实、可靠的,能够反映台站周围磁场的变化。24 环境干扰情况调查发现异常后,通过电话与各台站观测人员进行
14、了沟通和交流,经台站人员确认,此次 4 个地磁台站测区环境均正常,无明显新增干扰现象。观测墩无塌倾、破裂或腐蚀现象,观测仪器无异动现象。地磁房内外无磁性物体移动,磁房外环境无变化,磁房未发生破坏或被盗现象。台站附近无新修建的大型机械工厂、铁塔、民用和工业用电设施、电气化铁路、大型建筑施工等影响因素,因此分析认为此次同步异常受外界环境干扰462023 年第 2 期四 川 地 震的可能性很小。25 高压直流输电影响通过对各台站原始秒值数据、分钟值预处理数据的质量检查以及日志查询等工作,分析认为 11 月 1 日和 5 日当天并无高压直流输电干扰,因此可以确认四川省 4 个地磁台垂直分量(Z)加卸载
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