吉林前郭MS5.8震群前地電異常分析

史紅軍，趙衛(wèi)星，孫旭麗，康建紅，劉立波，李 寧

（1. 榆樹地震臺(tái)，吉林 長(zhǎng)春 130400；2. 吉林省地震局，吉林 長(zhǎng)春 130117；3. 四平地震臺(tái)，吉林 四平 136000）

吉林前郭MS5.8震群前地電異常分析

史紅軍1，趙衛(wèi)星1，孫旭麗2，康建紅2，劉立波3，李 寧1

（1. 榆樹地震臺(tái)，吉林 長(zhǎng)春 130400；2. 吉林省地震局，吉林 長(zhǎng)春 130117；3. 四平地震臺(tái)，吉林 四平 136000）

2013年10—11月，吉林前郭發(fā)生MS5.8震群，距震中200 km的榆樹地震臺(tái)以及距離震中150 km的四平地震臺(tái)記錄到了震前不同程度的地電阻率、地電場(chǎng)異常變化：地電阻率表現(xiàn)為形態(tài)上破年變異常和歸一化變化速率高值異常，異常持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)達(dá)3年之久，最短只有7個(gè)月，屬于中短期異常；地電場(chǎng)原始分鐘值曲線出現(xiàn)趨勢(shì)上升和階變，異常持續(xù)時(shí)間為10天左右，表現(xiàn)為短臨異常。

震群型地震；地電阻率；地電場(chǎng)；中短臨異常

P315.722

A

10.13693/j.cnki.cn21-1573.2017.04.007

1674-8565（2017）04-0039-06

中國(guó)地震局“地震監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)、科研三結(jié)合”課題（140701、150703）；地震行業(yè)科研專項(xiàng)結(jié)余資金使用計(jì)劃項(xiàng)目（2013年吉林前郭5.8級(jí)震群研究）（2060302）共同資助

2017-07-22

2017-09-02

史紅軍（1972-），男，吉林省榆樹市人，高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事地震地電日常監(jiān)測(cè)與分析預(yù)報(bào)研究工作。

E-mail: dzshj@sina.com

0 引言

2013年10—11月，吉林省前郭爾羅斯蒙古族自治縣發(fā)生MS5.8震群[1-2]。MS5.8震群是吉林省有地震記錄以來(lái)唯一的5級(jí)以上震群，在中國(guó)大陸也是比較獨(dú)特和復(fù)雜的。因此，開展此次震群型地震前兆異常分析研究具有積極的現(xiàn)實(shí)意義，本文著重對(duì)地震前地電異常進(jìn)行回溯性分析，以期為震群型地震地電前兆異常判定提供依據(jù)。

1 臺(tái)站概況

經(jīng)分析，前郭MS5.8震群地震前，榆樹臺(tái)和四平臺(tái)的地電阻率數(shù)據(jù)存在明顯的中短期異常，地電場(chǎng)數(shù)據(jù)則存在短臨異常，其中榆樹臺(tái)距離該震中200km，四平臺(tái)距離該震中150km（圖 1）。

圖1 吉林前郭MS 5.8震群震中與地電臺(tái)站分布Fig.1 Distribution of the earth resistivity stations and the epicenters of the earthquakes swarm of Qian’ guo in Jilin Province

1.1 四平臺(tái)概況

在大地構(gòu)造上，四平臺(tái)所處位置為東北斷 塊區(qū)松遼沉降拗陷帶與張廣才嶺—老爺嶺斷塊 隆起帶的交界部位，靠近松遼沉降拗陷帶的東 部斜坡帶的邊緣，附近有NE向伊舒斷裂帶經(jīng)過(guò)[3-4]（圖1）。

四平臺(tái)地電阻率于1977年4月開始觀測(cè)，布設(shè)N40oE 和N50oW 兩個(gè)測(cè)道，供電極距測(cè)量極距地電場(chǎng)于2007年10月正式觀測(cè)，布極方式均采用水平布設(shè)NS向和EW向兩個(gè)正交測(cè)向與一個(gè)斜交測(cè)向，正交長(zhǎng)極距為0.300km，短極距為0.200km，斜交測(cè)向長(zhǎng)極距0.420km，短極距0.280km[6]。

1.2 榆樹臺(tái)概況

在大地構(gòu)造上，榆樹臺(tái)所處位置為東北斷塊區(qū)松遼斷陷沉降帶的東部隆起區(qū)，位于NE向伊通—舒蘭、四平—長(zhǎng)春兩個(gè)深大斷裂帶北延部分的中間地帶，NNW向卡岔河斷裂西側(cè)2.5km的平原地區(qū)；臺(tái)址基底第四系蓋層較厚，90m以上巖性為白堊系砂巖、粉砂巖及泥巖，呈非均勻分布[3,7]。

榆樹臺(tái)地電阻率于1993年1月正式觀測(cè)，在用儀器為ZD8BI，布設(shè)N45oE 和N45oW兩個(gè)測(cè)道，供電極距測(cè)量極距地電場(chǎng)于2000年1月正式觀測(cè)，布極方式均采用水平布設(shè)NS向和EW向兩個(gè)正交測(cè)向與一個(gè)斜交測(cè)向，正交長(zhǎng)極距為0.200km，短極距為0.100km，斜交測(cè)向長(zhǎng)極距0.280km，短極距0.140km[6]。

榆樹臺(tái)、四平臺(tái)地電阻率、地電場(chǎng)裝置系統(tǒng)符合DB/T 18.1-2006關(guān)于臺(tái)站建設(shè)的技術(shù)要求[8]；史紅軍等研究表明，上述兩臺(tái)地電場(chǎng)靜日變化形態(tài)呈現(xiàn)典型的“雙峰單谷”，正常日變化峰—峰幅度為幾mV/km[6]。

2 地電阻率異常分析

2.1 地電阻率形態(tài)異常分析

形態(tài)分析是根據(jù)原始資料的變化形態(tài)進(jìn)行分析的一種常用方法。形態(tài)法由于沒(méi)有做任何數(shù)據(jù)處理，能較好的反映震前各個(gè)時(shí)段地電阻率的原始形態(tài)，直觀、簡(jiǎn)單，物理意義明確[5,9]。

我國(guó)的一些學(xué)者對(duì)中國(guó)大陸地電臺(tái)站觀測(cè)中地電阻率年變形態(tài)歸結(jié)為“正常年變”、“反向年變”和“相反年變”3種變化形態(tài)[10-14]。由于地下介質(zhì)的非均勻分布，使得榆樹臺(tái)地電阻率呈現(xiàn)出相反年變。

圖2為榆樹臺(tái)地電阻率月均值曲線。由圖2可見，2006年乾安—前郭MS5.0地震前和2013年前郭MS5.8震群型地震前，榆樹臺(tái)地電阻率曲線變化形態(tài)均存在破年變異常。2004年7月—2005年6月，N45oE向、N45oW向地電阻率曲線形態(tài)呈現(xiàn)相反變化，即N45oE向地電阻率高值變化時(shí)，N45oW向地電阻率低值變化，反之亦然。而2005年7月，N45oE向、N45oW向地電阻率曲線開始出現(xiàn)準(zhǔn)同步上升、下降變化，也即正相關(guān)變化[2]，9個(gè)月后，于2006年3月31日發(fā)生乾安—前郭MS5.0地震。MS5.0地震后，正相關(guān)變化又持續(xù)了4個(gè)月，從2006年8月開始變?yōu)樨?fù)相關(guān)變化，并一直持續(xù)到2010年3月。但是，從2010年9月開始，N45oE向、N45oW向地電阻率數(shù)據(jù)再次呈現(xiàn)正相關(guān)變化，從正相關(guān)變化開始出現(xiàn)，到2013年前郭MS5.8震群首次MS5.5地震發(fā)生，異常持續(xù)時(shí)間達(dá)到3年之久，屬于中期異常[2]。無(wú)論是2006年乾安—前郭MS5.0地震，還是2013年前郭MS5.8震群型地震，榆樹臺(tái)地電阻率月均值曲線變化形態(tài)都出現(xiàn)了破年變異常，并且2013年前郭MS5.8震群型地震前異常持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)于2006年乾安—前郭MS5.0地震前異常持續(xù)時(shí)間。

圖2 榆樹臺(tái)地電阻率月均值曲線（2004.01—2013.12）Fig.2 The curves of monthly mean values of earth resistivity of Yushu Seismic Station （2004.01—2013.12）

2.2 地電阻率歸一化變化速率異常分析

歸一化變化速率法為杜學(xué)彬提出的提取地電阻率中短期至短期短臨異常的一種方法[15-16]，其數(shù)學(xué)定義為：

式中，ρ˙si為某一時(shí)刻的地電阻率歸一化變化速率值，Ki為月均值對(duì)時(shí)間軸的斜率，Ri為地電阻率自相關(guān)系數(shù)，（ε是一個(gè)給定的正數(shù)小量）為之積的時(shí)間序列的均方差。

由于進(jìn)行歸一化處理，其速率值無(wú)量綱。速率法避免了人為判定正常基值、追蹤異常形態(tài)和幅度、時(shí)間的不確定性和隨意性。通過(guò)196次MS3.2～7.9地震（94%以上為MS≥4.0地震）統(tǒng)計(jì)和置信度分析得到:異常限差（即閥值）確定為±2.4，即時(shí)判定為異常[15]。

圖3、圖4分別為榆樹臺(tái)、四平臺(tái)地電阻率歸一化變化速率曲線（滑動(dòng)步長(zhǎng)為7）。由圖3可見，榆樹臺(tái)N45oE向地電阻率歸一化變化速率曲線在2013年3—4月份出現(xiàn)高值變化，最大值為3.50，至地震發(fā)生的時(shí)間為7個(gè)月，顯現(xiàn)出短期異常[2]。

圖3 榆樹臺(tái)地電阻率歸一化變化速率曲線（2010.01—2013.12）Fig.3 The curves of normalized variation rate of earth resistivity at Yushu Seismic Station（2010.01-2013.12）

由圖4可見，四平臺(tái)N40oE向地電阻率歸一化變化速率曲線在2010年9—11月份出現(xiàn)高值變化，最大值為3.77，至地震發(fā)生的時(shí)間為3年，屬于中期異常。

圖4 四平臺(tái)地電阻率歸一化變化速率曲線（2009—2013）Fig.4 The curves of normalized variation rate of earth resistivity at Siping Seismic Station （2009-2013）

2006年乾安—前郭MS5.0級(jí)地震前，榆樹臺(tái)、四平臺(tái)地電阻率歸一化變化速率曲線曾出現(xiàn)過(guò)不同程度的異常變化[5，17]，2013年前郭MS5.8震群型地震前，榆樹臺(tái)、四平臺(tái)地電阻率歸一化變化速率曲線再次出現(xiàn)異常變化，進(jìn)一步增加了該異常的可信度。

3 地電場(chǎng)異常分析

地電場(chǎng)是重要的地球物理場(chǎng)之一，對(duì)于地震前地電場(chǎng)異常情況，我國(guó)的相關(guān)文獻(xiàn)多有記載，如1998年張北6.2級(jí)地震前地電場(chǎng)異常[18]，2006年文安5.1級(jí)地震前寶坻臺(tái)、昌黎臺(tái)地電場(chǎng)各測(cè)向同步連續(xù)成叢的脈沖異常[19]，2008年當(dāng)雄MS6.6地震前拉薩地磁臺(tái)地電場(chǎng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大幅度的階躍型變化[20]。上述研究表明，地震前地電場(chǎng)存在著異常前兆變化信息，這為地震地電場(chǎng)資料的分析與預(yù)報(bào)提供了理論依據(jù)和方法指南，對(duì)地震預(yù)測(cè)，特別是短臨地震預(yù)測(cè)具有重要的意義[1]。

3.1 四平臺(tái)地電場(chǎng)異常分析

2013年9月初，四平臺(tái)地電場(chǎng)南北長(zhǎng)道、南北短道分鐘值數(shù)據(jù)開始出現(xiàn)趨勢(shì)上升（圖5），持續(xù)時(shí)間在10天以上，最大變化幅度達(dá)到50mV/km以上，從分鐘值數(shù)據(jù)出現(xiàn)趨勢(shì)上升變化開始，至10月31日首次MS5.5地震發(fā)生，時(shí)間接近2個(gè)月，屬于短期異常；而且，這兩個(gè)測(cè)道的分鐘值數(shù)據(jù)在MS5.5地震前4～15天出現(xiàn)階變，持續(xù)時(shí)間為10天，最大變化幅度達(dá)到30mV/km；在MS5.8地震前，上述兩測(cè)道分鐘值數(shù)據(jù)表現(xiàn)出平靜—階變—平靜變化，在震前10～15天出現(xiàn)階變，最大變化幅度達(dá)到25mV/km，遠(yuǎn)大于其正常日變峰-峰幅度，地震發(fā)生在后一個(gè)平靜階段。

圖5 四平臺(tái)地電場(chǎng)分鐘值曲線圖（2013.09.01—11.30）Fig.5 The curves of minute value of geoelectric field of Siping Seismic Station （2013.09.01-11.30）

3.2 榆樹臺(tái)地電場(chǎng)異常分析

榆樹臺(tái)地電場(chǎng)南北長(zhǎng)道、東西長(zhǎng)道分鐘值數(shù)據(jù)在MS5.5地震前10天內(nèi)出現(xiàn)階變，持續(xù)時(shí)間10天左右，最大變化幅度達(dá)到10mV/km以上，大于正常日變峰—峰幅度2倍；10月31日MS5.0地震后，上述兩測(cè)道分鐘值數(shù)據(jù)經(jīng)歷短暫平靜后，出現(xiàn)階變—平靜—階變—平靜，在后一個(gè)階變結(jié)束，即進(jìn)入最后平靜期7天后，發(fā)生MS5.8地震，表現(xiàn)出明顯的臨震異常[1]。

圖6 榆樹臺(tái)地電場(chǎng)分鐘值曲線圖（2013.09.01—11.30）Fig.6 The curves of minute value of geoelectric field of Yushu Seismic Station （2013.09.01-11.30）

經(jīng)臺(tái)站觀測(cè)人員證實(shí)，前郭MS5.8震群型地震前，地電場(chǎng)測(cè)區(qū)環(huán)境無(wú)明顯干擾，測(cè)量?jī)x器工作正常，電極穩(wěn)定，這表明異常是可靠的。2013年前郭MS5.8震群型地震前榆樹臺(tái)、四平臺(tái)地電場(chǎng)出現(xiàn)的階躍變化，與2008年當(dāng)雄MS6.6地震前拉薩地磁臺(tái)地電場(chǎng)數(shù)據(jù)變化特征相似。

4 結(jié)論與討論

前郭MS5.8級(jí)震群發(fā)生前，距離震中200km以內(nèi)的榆樹臺(tái)、四平臺(tái)記錄到地電阻率、地電場(chǎng)異常，分析可能是這兩個(gè)臺(tái)站處于斷裂帶交會(huì)部位或附近，有利于記錄到震兆異常信息；地震前，地電阻率數(shù)據(jù)出現(xiàn)3年尺度的中期異常和半年尺度的短期異常，而地電場(chǎng)數(shù)據(jù)則表現(xiàn)短期至臨震異常，表明震群型地震前兆的復(fù)雜性。

前郭MS5.8震群前地電異常回溯性分析，對(duì)中強(qiáng)震群型地震前兆異常判斷具有一定的現(xiàn)實(shí)意義，有關(guān)此次震群型地震前地電異常機(jī)理還有待于從地質(zhì)構(gòu)造方面做進(jìn)一步深入研究。

致謝：感謝中國(guó)地震局蘭州地震研究所杜學(xué)彬研究員、譚大誠(chéng)研究員的指導(dǎo)與幫助。

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Anomalies of Geo-electrical Resistivity and Self-potential before the MS5.8 Earthquakes Swarm in Jilin Province

SHI Hong-jun1，ZHAO Wei-xing1，SUN Xu-li2，KANG Jian-hong2，LIU Li-bo3，LI Ning1

（1.Yushu Seismic Station，Jilin Changchun 130400，China；2. Earthquake Administration of Jilin Province，Jilin Changchun 130117，China；3. Siping Seismic Station，Jilin Siping 136000，China）

The MS5.8 earthquake swarm occurs in Qian’guo County of Jilin Province from October to November 2013，and different degree abnormal changes of earth resistivity and geoelectric field of Yushu and Siping Seismic Station which distance 200km and 150km from the epicenter are recorded before the earthquake swarm. The ground resistivity shows abnormal in form and annual variation，and normalized change rate is high value anomaly，the longest duration of the anomaly is 3 years，the shortest is only 7 months，belongs to middle and short term anomaly; the curves of original minute value of geoelectric field appears trend of rising and step changes，the abnormal duration is 10 days or so，which showes a short impending anomaly.

earthquake swarm；earth resistivity；geoelectric field；middle and short impending anomaly