玉樹Ms7.1地震前地電場異常變化特征分析*

張小濤 陳化然 馬新欣 劉曉燦 姚 麗 袁亞紅

(1)河北省地震局邯鄲中心臺，邯鄲 056001 2)中國地震局地球物理研究所，北京100086)

玉樹Ms7.1地震前地電場異常變化特征分析*

張小濤1)陳化然2)馬新欣2)劉曉燦2)姚 麗2)袁亞紅2)

(1)河北省地震局邯鄲中心臺，邯鄲 056001 2)中國地震局地球物理研究所，北京100086)

對玉樹地震周圍臺站電場資料，在消除來自空間的各種輻射和各種高頻突變干擾后，利用電場矢量方位角和振幅的時間序列與空間動態演化特征，討論了玉樹地震前電場異常變化特征，研究結果表明：玉樹地震前4～35天成都、天水、拉薩、漢王、都蘭、甘孜6個臺站都出現了異常，而且異常出現的時間同步性較好，震前的7±3天之內有5個臺站同步出現突變異常，異常幅度范圍在15～400 mV/km。時間和空間特征異常在震前已出現，反映了異常來自震源區。

地電場;玉樹7.1級地震;斷裂帶;動態演化;機理

1 引言

青海省玉樹M7.1強震給國家和人民的生命財產造成了巨大損失，研究玉樹地震的孕震機制和前兆成因等各項工作從很多方面展開，地震的電磁效應作為一項重要內容也開展了相關工作。

一般認為在地震震源區應力集中過程中，巖石受壓產生張裂、錯位及斷裂等，導致大量微破裂的形成，從而引起各種各樣的物理和化學現象，其中電磁輻射就是一種常見的物理現象。地電場受控于地球外部各種電流體系和地球內部的介質電性性質，蘊涵了豐富的電性結構及電流源信息［1-4］。青藏高原臺站稀疏，監測能力相對較弱。鑒此，本文選用離玉樹地震最近的8個地電臺站的觀測資料，對玉樹地震前電場變化特征進行了研究。

8個臺站分布在青海、云南、四川、甘肅、西藏5個省，所使用的臺站儀器均為ZD9A型電場儀器，儀器都是在十五期間架設的，自2007年架設以來記錄到了完整連續的電場資料。

2 構造背景和資料情況

玉樹地震發生在青藏高原巴顏喀拉塊體的中南部。近期，塊體的西部附近發生過1996年喀喇昆侖7.1、1997年瑪尼7.9級地震和2008年于田7.3級地震、中西部發生過2001年昆侖山口西8.1級地震;塊體的東緣發生過2008年汶川8.0級地震。這些表明近20年來該塊體的活動非常強烈。從斷裂帶來說，玉樹地震發生在巴顏喀拉塊體南部的金沙江-鮮水河斷裂帶，在甘孜-玉樹段走向N70°W。巴顏喀拉塊體北部的喀喇昆侖-嘉黎斷裂帶，平均水平滑動速率達10～11 mm/a。

3 分析方法

3.1 玉樹地震前后電場矢量方位角的時間序列變化特征

圖1是研究區8個臺站2010年1月1日到5月14日電場矢量方位角θ的時間序列圖，從圖中可以看出各個臺站的變化情況如下：

圖1 玉樹地震前后地電場矢量E的方位角θ的時間序列Fig.1 Time series of the azimuth θ of the E vector of telluric electric field before and after Yushu earthquake

1)成都臺的電場矢量方位角從1月1日的102.2°快速上升到2月3日的154.8°，之后緩慢地上升到2月27日160.2°，然后開始迅速下降(3月6日88.4°)，經過一個持續的平穩狀態，到玉樹地震當天又有一個小的突變，地震后又開始處于下降過程，整個過程經歷了上升-平穩-下降-平穩-突跳-發震的過程。

2)天水臺的電場矢量方位角變化不是很明顯，但是從3月2日的154.5°開始慢速上升，4月14日上升到179.4°，4月15日向下大幅突跳，然后又回到平穩狀態，為平穩-上升-突跳-發震的過程。

3)拉薩臺電場矢量方位角從1月1日—3月23日波動式上升，從60°左右上升到100°，然后平穩，4月11日、12日兩天出現小幅的突跳，地震后(4月18日開始)出現明顯的不穩定跳動，一直持續到5月13日，表現為上升-平穩-突跳-發震的過程。

4)漢王臺的電場矢量方位角從2月13日開始上升到3月18日處于上升的階段，3月19日、4月7日兩次出現突跳，4月13日又開始上升，然后發震，震后方位角也還是上升，4月14日到20日從17°上升到25°，之后回落然后穩定在20°左右，但是變化不明顯，經歷了平穩-上升-突跳-發震的過程。

5)都蘭臺的電場矢量方位角在1月1—17日、2月3—11日、3月15—19日3個階段出現上下20°左右的擾動，從3月26日到發震前一直下降，下降10°左右，震后繼續大幅下降，到5月3日基本平穩，經歷了平穩-突跳(擾動)-下降-發震的過程。

6)甘孜臺的電場矢量方位角從2月11日開始從190°下降到4月10日的120°，4月11日快速上升，然后發震。經歷了平穩-下降-發震的過程。

7)小廟臺的記錄數據從3月2日開始有陸續缺記的情況，但是總體還能看出平穩-下降-發震的過程。大武臺數據缺記較多，地震前3月24日開始缺記，曲線的變化形態不明顯。

總結以上的變化特征可知：玉樹地震前電場矢量方位角總體表現出平穩-上升(下降)-突跳-發震的模式，一般上升(或者下降)出現在地震前的4～45天，其中成都、甘孜、天水都在3月1日前后2天同步出現大幅度異常變化。

3.2 玉樹地震前后電場矢量方位角的空間動態演化特征

圖2為玉樹地震前后電場矢量方位角θ的動態演化圖，其中圖2(a)為玉樹地震周圍的斷裂帶分布情況，玉樹地震用震源機制西瓜皮形式給出［5］(另一次地震是2010年4月17日8點58分發生在古拉山北緣斷裂帶上5.2級地震)。由于篇幅限制，本文挑選了前期時間間隔為1個月，臨震前間隔5天的動態演化結果，作為示意圖展示電場矢量的空間動態演化特征。圖中箭頭方向表示計算出的電場矢量方向，三角形表示臺站的位置，可以看出臺站基本分布在地震的周圍，箭頭指向表示電場矢量方向。

成都臺在3月31日之前電場的方向基本上指向東南方向，即基本跟龍門山斷裂帶垂直的方向，到4月14日震前方向指向正東，轉動了大約45°，且震后電場矢量方向繼續逆時針轉向，到5月13日指向了東北，地震前后電場的方位角轉動了近90°。

拉薩臺相對與玉樹地震有660 km，但是拉薩臺的電場矢量方向變化也非常明顯，由1月的東北方向到4月14日順時針轉到東偏南方向，地震后又迅速地指向正南。

天水和漢王兩臺的電場雖然都有變化，變化幅度較小，但從空間的動態變化圖還是能看出天水臺的電場矢量方位角是用東南方向逐漸的指向正南，漢王臺震前的變化不明顯，震后矢量方位角變大。

都蘭臺震前在震前方位角有3次突跳外，震前的趨勢變化也能看出來，震前方位角開始逆時針變小，即方向有東偏南轉向北偏東，震后更是大幅的逆時針向北偏轉，震前震后偏轉了大約45°。

甘孜臺是距離玉樹地震最近的臺站，臺站正好位于發震的甘孜-玉樹斷裂帶上。甘孜臺的電場方位角在2月1日之前約為190°，之后方位角逐漸開始逆時針變化，4月9日指向135°，4月14日順時針轉到了170°，震后指又逆時針基本穩定在135°，地震前后旋轉了約55°。小廟臺的電場方位角4月9日之前基本比較穩定(約135°)，之后方位角開始逆時針旋轉，4月14日轉到80°，之后繼續逆時針旋轉到0°，震前變化了約55°。震后變化了80°。

大武臺由于數據缺失較多，矢量方向的變化不再討論。

一般認為，地震前除了電場的矢量方向θ發生變化外，電場的矢量振幅也同樣發生變化，本文在計算電場的矢量振幅時為了消除突跳造成的干擾，使用中值法提取數據。圖3給出了玉樹地震前后研究區內8個臺站大地電場矢量振幅|E|的時間序列變化(時間是2010年1月1日—5月14日)。圖3表明，玉樹地震前8個臺站除小廟和大武由于數據缺失不能完全顯示變化特征外，其他6個臺站在玉樹地震前都發生了明顯的變化，成都臺在震前35天和15天兩次出現突變，變化幅度達到15 mV/km;天水在震前4天也突然下降，下降幅度達到60 mV/km，恢復中發震;拉薩臺在3月20開始突然上升，而且在震前9天連續2天出現突跳，突跳幅度達到200 mV/km，漢王臺也在地震前30天出現2天出現突跳，幅度為100 mV/km;都蘭臺的變化更加明顯，從方位角的變化來看都蘭的不明顯，但是從矢量的振幅來看卻非常明顯，地震前15天出現臺階性突變，變化的幅度高達400 mV/km;甘孜臺處于發震斷裂帶上，隨著斷層作用力的積累，電場矢量的振幅逐漸的升高，再4月1日也出現了小幅突變，到4月6日達到最高點，整個上升幅度為150 mV/km，然后開始下降，下降到第8天發震。

從電場矢量振幅變化分析可知，成都、天水、拉薩、漢王、都蘭、甘孜6個臺站都在玉樹地震前4～35天內出現異常，而且出現時間同步性較好，震前的7±3天之內有5個臺站同步出現突變異常，異常幅度范圍在15～400 mV/km。從方位角變化和振幅變化的突變來分析，方位角的突變要比振幅的異常突變提前幾天，這說明方位角對地震的孕震過程更加靈敏。

圖2 玉樹地震前后地電場矢量E的方位角θ空間動態演化Fig.2 Spatial dynamic evolution of the azimuth θ of the E vector of telluric electric field before and after Yushu earthquake

圖3 玉樹地震前后地電場矢量E的振幅E的時間序列變化特征Fig.3 Time series variation of the amplitudeE of the E vector of telluric electric field before and after Yushu earthquake

4 初步認識

1)玉樹地震前電場矢量方向的時間序列表現出平穩-上升(下降)-突跳-發震的模式，一般上升(或者下降)出現在地震前的4～45天。

2)從電場矢量振幅變化特征可知，在玉樹地震前4～35天成都、天水、拉薩、漢王、都蘭、甘孜6個臺站都出現異常，而且出現的時間同步性較好，震前的7±3天之內有5個臺站同步出現突變異常，異常幅度范圍在15～400 mV/km。時間和空間特征異常在震前4～35天形成，且方位角的異常出現要比振幅異常出現的時間提前，提前的時間跟臺站有關，提前時間一般不到10天，反映異常來自震源區，而不是臺站附近構造或干擾因素作用的結果。

4)震前電場矢量方位角和幅度異常變化跟震中距有關，震中距越近方位角變化的幅度越大;同時跟臺站的位置有關，離斷裂帶越近變化的幅度越大，異常變化出現的時間越早。

1 關華平，劉桂萍.震前電磁輻射異常與地震關系研究［J］.地震學報，1995，17(2)：237-246.

2 毛桐恩，等.地震過程中的大地電場變化特征［J］.地球物理學報，1999，42(4)：519-528.

3 Varotsos P and Lazaridou M.Latest aspects of earthquake prediction in Greece based on seismic electric signals［J］.Toctonophysics，1991，188：321-347.

4 趙玉林，等.電測量在中國地震預報中的應用［J］.地震地質，200l，23(2)：277-285.

5 http：//www.csi.ac.cn/manage/html/4028861611c5c2ba 0111c5c558b00001/_content/10_04/15/.html.

PRELIMINARY ANALYSIS OF CHARACTERISTICS OF ANOMALOUS VARIATION OF GEOELECTRIC FIELD BEFORE YUSHU Ms7.1 EARTHQUAKE

Zhang Xiaotao1)，Chen Huaran2)，Ma Xinxin2)，Liu Xiaocan2)，Yao Li2)and Yuan Yahong2)

(1)Central Seismostation of Handan，Handan 056001 2)Institute of Geophysics，China Earthquake Administration，Beijing 100081)

Through analysis and research on the telluric electric field data around the Yushu earthquake，the anomalous characteristics of the telluric electric field vector are extracted by the use of time series and spatial dynamic evolution of the telluric electric field vector azimuth and amplitude，in which some variation caused by the solar activity，such as radiation，particle wind and so on and the high-frequency abrupt disturbances are eliminated.We preliminarily studied the characteristics of the anomalous variation of telluric electric field prior to this quake and obtained folowing knowledges：the anomalous vector amplitude appeared 4-35 days before Yushu earthquake in Chengdu，Tianshui，Lhasa，Hanwang，Dulan，Ganzi seismic stations，and their occurrence time as well synchronistical.The abrupt anomaly synchronously occurred at five seismic stations 7±3 days before the earthquake，the amplitude range is 15-400 mv/km.The temporal and spatial anomaly appeared before the earthquake，and show that the anomalies come from the hypocenter.

telluric electric field;YushuMs7.1 earthquake;fault zone;dynamic evolution;mechanism

1671-5942(2011)Supp.-0038-05

2011-02-03

中央級公益性科研院所基本科研業務專項：華北地區電磁場動態演化特征研究

張小濤，男，山東博興人，1978年生，碩士，主要從事地震監測和電磁學研究.E-mail：zxt.12@163.com

P315.72+8

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