地震前近震中區(qū)地電場比值異常研究

田山 張磊

（天津市地震局，天津 300201）

大地電場長短極距比值方法是利用大地電場變化與變化磁場的關(guān)系，遵從介質(zhì)中的麥克斯韋方程，當(dāng)場源足夠遠(yuǎn)時，在各向同性、平勻的連續(xù)介質(zhì)中，同一測向的長、短極距觀測到的地電場值理論上應(yīng)該是一樣的。在長極距AB、短極距A′B′上所觀測到的電場強(qiáng)度分別用EAB和EA′B′表示，則

式中VA，VB，VA′，VB′，分別表示各個測量電極的電平；LAB，LA′B′分別表示長短電極距長度；JAB，JA′B′分別表示長短電極距介質(zhì)的傳導(dǎo)電流密度；σAB，σA′B′分別表示長短電極距地下介質(zhì)的電導(dǎo)率；EAB，EA′B′分別表示長短電極距的電場強(qiáng)度。

當(dāng)觀測區(qū)域地下介質(zhì)各向同性、平勻、連續(xù)且被測場源足夠遠(yuǎn)時，則有

式（3）表明在同一臺站，地電場同測向長、短極距的比值是一個無量綱的常量。在正常情況下，同臺站的同一測向長、短極距測值的比值應(yīng)≈1。研究結(jié)果表明，由于各個地電臺的測量場地條件的差異、電極的極化電平不同等原因，使得這一比值在不同的臺站、不同的測向有所不同。但測量電極的極化電平穩(wěn)定后，其比值應(yīng)在一個固定的數(shù)值上變化。

收集汶川、玉樹地震區(qū)附近的39個地電場觀測臺自投入運(yùn)行以來的觀測資料，利用大地電場長、短極距比值方法分析，研究結(jié)果表明，汶川地震、玉樹地震前地電場觀測異常變化的主要表現(xiàn)為：

（1）多數(shù)臺的比值異常表現(xiàn)為在穩(wěn)定變化的背景下連續(xù)出現(xiàn)正負(fù)向跳點，次數(shù)逐漸增多或密集成叢，出現(xiàn)時時多在地震發(fā)生前的半年左右。例如拉薩臺NS向比值自2007年9月投入觀測以來至2009年9月一直是比較穩(wěn)定的變化，10月之后開始出現(xiàn)跳點增多，逐漸密集成叢，2010年3月中旬恢復(fù)平靜，4月14日即發(fā)生了玉樹7.1級地震；這一變化特征可能是地電場資料中記錄到震區(qū)附近的構(gòu)造在應(yīng)力作用下巖石破裂的過程。或反映了在地震短臨階段，極低頻地電-磁場擾動次數(shù)增多、電-磁脈沖能量增強(qiáng)的現(xiàn)象。

（2）有些臺的比值異常為出現(xiàn)緩慢的趨勢增大（或減小）。例如武威EW向比值自2007年9月以來呈緩慢的增大變化，比值由－6上升到16，2008年3月26日轉(zhuǎn)為下降，4月30日恢復(fù)到正常值，5月12日發(fā)生了汶川8.0級地震。這一現(xiàn)象可能是由于在震前地下介質(zhì)內(nèi)部微裂隙非擬性發(fā)展、定向排列或優(yōu)勢取向的介質(zhì)物理過程中，溝通了水運(yùn)平，引起了自然電場變化。

（3）部分臺的比值異常伴有擾動背景增強(qiáng)的變化。例如嘉峪關(guān)臺EW、NS測向的比值曲擬，自2001年9月以來比值背景變化大多是比較穩(wěn)定的，2006年8月開始比值的擾動背景增強(qiáng)（曲擬變粗），2008年4月底擾動變化消失，5月12日即發(fā)生了汶川8.0級地震。

（4）前兆變化的特征多為異常結(jié)束后發(fā)震。由異常特征統(tǒng)計表明，多數(shù)臺站比值異常結(jié)束后到地震發(fā)生的時時在1個月之內(nèi)，偶有在比值異常恢復(fù)過程中發(fā)震的情況。例如固原臺NS向比值在2009年11月出現(xiàn)了趨勢上升，比值由3上升到12后出現(xiàn)了擾動背景增強(qiáng)的變化，于2010年1月中旬轉(zhuǎn)降，下降到7.1時4月14日發(fā)生了玉樹7.1級地震。

文安地震前的12個臺項比值異常特征也出現(xiàn)了相似的變化，值得一提的是：靜海臺是距震中較近的地電場觀測臺，震后在清理該臺的電磁觀測資料時未見有異常變化，但利用大地電場長、短極距比值方法可以很清晰的識別出震前的短臨異常變化。通過對汶川、玉樹地震區(qū)附近及文安地震區(qū)地電場觀測資料的研究，發(fā)現(xiàn)在地震前多數(shù)臺站的地電場觀測資料存在不同形態(tài)的比值異常變化。