利用地磁相關系數異常初步判定發震區域

孫旭麗 , 鄒本良 , 劉長生

（1.吉林省地震局，吉林 長春130117；2.合隆地震臺，吉林 長春 130219；3.黑龍江省地震局，黑龍江 哈爾濱 150000）

0 引言

震磁效應早已被地震預報研究人員所關注，如何在地震前撲捉到與地震有關的前兆異常變化，是預報研究人員一直探索和努力的方向。一般而言，地震孕育所伴隨的物理化學過程，有可能通過感應磁效應、動電磁效應、熱磁效應等產生地震地磁前兆異常[1]；目前公認的分析方法是地磁場日變化，是一種短期變化，主要受 l00 km左右高空中的電離層電流體系控制，而這些電流體系又受太陽照射的控制。因此，地磁場日變化是一種依賴于地方時的周期變化。一般說來，位于同一緯度的地磁臺站的地磁日變化幅度是相似的，只是相位存在差別，這種差別是每一經度相差4分鐘，而且在大約400～500 km 范圍內的地磁日變化是基本一致的，它們的整點值有明顯的相關性[2,3]。但這種相關性與兩臺站經緯度有密切關系。本文通過地磁數據空間相關分析方法對異常幅度和持續時間、異常臺站與震中位置、異常幅度與發震強度以及異常時間與未來發震時間的關系等進行分析，從而對發震區域進行初步判斷。

1 資料選取

資料選取自我國“十五” 數字化地磁臺網的觀測數據，主要選取內蒙古滿洲里臺、錫林浩特臺，黑龍江望奎臺、通河臺，吉林三崗臺、通化臺，遼寧鐵嶺臺、朝陽臺、營口臺、大連臺（圖1）等的地磁數據。所選取數據是2013年9月1日至2013年12月31日地磁北京時間21點總場F觀測整點值，數據完整可靠。

盡管吉林省中強地震發生較少，但2013年10月31日發生5.5、5.0級淺源地震，時隔不到一個月，即11月22日發生5.3級，次日連續發生5.8、5.0級地震。自2013年10月31日到2013年12月31日幾乎在同一地點發生0級以上地震651次，5.0～5.9級5次，4.0～4.9級6次，3.0～3.9級 12次，2.0～2.9級 13次，1.0～1.9級72次，0.0～0.9級543次，屬震群型地震。本文針對2013年10月31日震群進行分析研究。臺站及震中分布見（圖1）,31日震群信息（表1）。

表1 吉林前郭5.8級震群≥5.0級地震基本參數

圖1 東北地區地磁臺站與震中分布圖Fig.1 The distribution map of the northeastern area’s geomagnetic observatories and that of the epicenters

2 相關分析方法簡介

由于兩個相距不遠的地磁臺站有共同的外源場。因此，地磁各分量同時刻的值應有很好的相關關系，地震的孕育可能引起局部磁場發生不規則的變化，非線性的變化會降低臺站間磁場的空間相關關系，這樣相關系數就會下降而出現異常。

相關分析是一種處理變量間的數理統計方法，假設A、B兩個地磁臺每日北京時間21點觀測到的地磁總強度F分別記為FA、FB，它們線性關系。

（i=1,2,…,N。N為計算相關系數窗長）

其中

它們的相關系數R和標準偏差δ為:

R 的取值范圍是0≤│R│≤1，│R│越接近0，兩組觀測數據之間的線性相關程度越小，反之，│R│大，越接近 1，表示兩組觀測數據之間的線性相關性就越為密切，線性回歸效果就好。

本文利用江蘇省地震局馮志生先生編寫研制的地磁空間相關分析軟件計算和繪圖，鑒于研究的地震震級相對較小，將R值異常閥值進行了調整，經過嘗試在無地震、無磁擾動、儀器工作正常情況下驗證，東北各地磁臺相關R值趨近1，經過嘗試認為在東北平原地區無地震和磁暴情況下，各臺相關性非常好，R值趨近1。因此，參考標準線取 R = 0.95（即為閥值）較為適合[4]。而作為判定異常的標準，需要至少出現兩個或兩個以上臺站同時滿足低于標準線，并且至少連續變化 20 天以上的情況[4,5]。本文又對地磁空間相關曲線的異常幅度和持續時間等都進行了量化，對于磁場總強度異常臺站與震中位置的關系、異常幅度與強度的關系以及異常時間與未來發震時間的關系等進行了細致的分析。

3 前郭5.8級震群前地磁空間相關異常分析

2013年10月31日14時05分吉林省前郭縣發生5.8級震群 ( 以下簡稱前郭震群)，歷史上1119年2月在吉林省前郭縣卡拉木地區發生6 ?級地震，2006年3月31日前郭—乾安交界處發生5.0級地震，因此該區域一直作為吉林省的地震重點監視區域，而該區域以西地區地震臺站極少，要捕捉地震前兆異常信息存在較大困難。本文利用較遠和較近的地磁基準臺和地磁基本臺的地磁資料，對地磁北京時間21點總強度F整點值空間進行相關分析（圖2）。

圖2 參考臺與各臺磁場總強度相關曲線圖Fig.2 The correlation curve diagram between the reference observatories and their total intensities of the geomagnetic field

圖2給出了 2013 年 9 月 1日至2013年12月31日以朝陽、大連、滿洲里、三崗、鐵嶺、通化、錫林浩特、營口臺為參考臺計算得到的各臺磁場總強度相關性在地震前后的變化曲線圖。

由圖2（a）可見，以朝陽臺為參考臺，在前郭震群前，有滿洲里和望奎兩個臺站的R 值出現了 20 天以上低于閥值異常。從空間上來看，兩個臺站相關性曲線同時在10月8日出現下降異常，望奎臺剛剛小于閥值，持續了23天，下降幅度最大為滿洲里臺，異常持續了23天，異常結束時發震。

由圖2（b）可見，以大連臺為參考臺，在前郭震群前，有滿洲里和望奎兩個臺站的R 值出現了 20 天以上低于閥值異常。從空間上來看，兩個臺站相關性曲線同時在10月8日出現下降異常，望奎臺剛剛小于閥值，持續 了23天，下降幅度最大為滿洲里臺，異常持續了 23天，異常結束時發震。

由圖2（c）可見，以滿洲里臺為參考臺，在前郭震群前，所有臺站的R 值出現了 20 天以上低于閥值異常。從空間上來看，所有臺站相關性曲線同時在10月8日出現下降異常，下降幅度最大為大連、營口臺，其次為朝陽、鐵嶺、通化臺，再其次為三崗臺，異常持續了 23天，所有臺站結束異常時發震。

由圖2（d）可見，以三崗臺為參考臺，在前郭震群前，只有滿洲里臺站的R 值出現了 20天以上低于閥值異常。從空間上來看，滿洲里臺站相關性曲線在10月8日出現下降異常，在臺站結束異常時發震。

由圖2（e）可見，以鐵嶺臺為參考臺，在前郭震群前，有滿洲里和望奎臺站的R 值出現了 20 天以上低于閥值異常。從空間上來看，兩個臺站相關性曲線同時在10月8日出現下降異常，望奎臺剛剛小于閥值，持續 了 23 天，下降幅度最大為滿洲里臺，異常持續了23 天，異常結束時發震。

由圖2（f）可見，以通化臺為參考臺，在前郭震群前，有滿洲里和望奎臺站的R 值出現了 20 天以上低于閥值異常。從空間上來看，兩個臺站相關性曲線同時在10月8日出現下降異常，望奎臺剛剛小于閥值，持續 了 23 天，下降幅度最大為滿洲里臺，異常持續了23 天，異常結束時發震。12月1日通化臺儀器故障，12月23日恢復。

由圖2（g）可見，以錫林浩特臺為參考臺，在前郭震群前，有滿洲里和望奎臺站的R 值出現了 20 天以上低于閥值異常。從空間上來看，兩個臺站相關性曲線同時在10月8日出現下降異常，望奎臺剛剛小于閥值，持續 了 23 天，下降幅度最大為滿洲里臺，下降幅度并不大，參考臺和異常出現臺站遠離震中，異常持續 了23 天，異常結束時發震。

由圖2（h）可見，以營口臺為參考臺，在前郭震群前，有滿洲里和望奎臺站的R 值出現了 20 天以上低于閥值異常。從空間上來看，兩個臺站相關性曲線同時在10月8日出現下降異常，望奎臺剛剛小于閥值，持續 了 23 天，下降幅度最大為滿洲里臺，異常持續了23 天，異常結束時發震。

由圖2（d）可見，在前郭震群前，只有滿洲里臺站的R 值出現了 20 天以上低于標準線0.95 的情況。丁鑒海等[6]認為，除了異常主要集中分布在震中區外，震中區外圍還有部分異常點，遠場地區的異常臺站與非異常臺站的比例遠小于異常集中區。根據朝陽為參考臺（圖2（a））出現異常臺站的方向，分析判定的異常區域見圖3（b）。

前郭震群的震中位于為松遼盆地內部，地貌上為廣闊的平原區，在構造位置上則位于北東向松原－肇東斷裂和北西向查干泡—道字井斷裂的交匯部位。從空間上來看，三崗臺是距震中最近的臺站，距震中88km（圖4），但與較遠的大連、錫林浩特、朝陽、營口、鐵嶺、通化、通河、望奎臺站相關性非常好，R值趨近1。地震電磁輻射異常的特點受震級大小、震中距、觀測環境、臺站下方地殼介質及構造、觀測儀器、觀測頻段以及地震類型等因素的影響[7]。

圖3 以參考臺判定異常區示意圖Fig.3 The schematic diagram of the abnormal areas judged by the reference observatories

4 初步判定發震區域

通過進行地磁北京時間21點總強度F觀測整點值空間相關分析（圖2）。找出相互之間相關性非常好的臺站，從圖2中可見大連、營口、通化、鐵嶺臺相互之間相關性非常好（R值趨近1），選定其中為參考臺與出現兩個下降

圖4 震中、斷裂及臺站分布圖Fig.4 The Distribution maps of the epiceneters fractures and the observatories

5 討論

通過對前郭5.8級震群發生前地磁空間相關異常分析，本文提出的地磁北京時間21點總強度F觀測整點值空間相關分析判定異常區方法與實際發震區域一致，但由于東北地區地磁臺站相對較少，吉林省1個，遼寧省3個，黑龍江省4個，而且東北西部地區更是缺少地磁臺站，在空間分布上呈現不均勻特征，從而通過地磁學科進行地震預測存在一定局限，并且有效的分析預測方法也不多。本文通過地磁空間相關法對發震區域進行初步判定，為地震預報提供一種思路，但由于研究的震例較少，雖然只是一種嘗試，結果也只是初步的，但如果把所得到的認識與前郭震群前其它前兆學科的異常特征進行對比分析，不斷深入分析，也可為地震預測工作提供一種新的思路，使地磁空間相關分析在地震短臨預報上發揮一定作用。異常的臺站連線，形成三角形，三角形內切圓，圓的區域為判定的異常區（圖3）。四個參考臺異常區域圓相交區域，同時參考以三崗臺為參考臺的相關曲線見圖2（d），只有滿洲里臺出現下降異常，說明三崗臺與滿洲里臺方向為異常區，三崗臺與滿洲里臺連線，四圓一線交匯區域選定異常區（圖5）。

圖5 綜合判定異常區示意圖Fig.5 Schematic map of the abnormal area by comprehensive judgment

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