臨汾臺大地電場地震過程中的巖石裂隙方位角變化特征

李軍

摘 要：使用SN/WE向大地電場裂隙優勢方位角[α]對發生在臨汾臺100km范圍內ML3.0以上地震進行解析，發現在沒有干擾的情況下每次地震前方位角都會出現突跳變化，突跳一般出現在震前5天左右，震級越大，震方位角突跳出現時間越早。臨汾南部地震方位角突跳形式表現為上升后下降，臨汾北部地震方位角多表現為先下降后上升，分析結果表明，無干擾情況下的方位角突跳變化有可能作為孕震進入短臨階段的前兆信息及識別標志。

關鍵詞：大地電場;裂隙優勢方位角;變化特征;短臨前兆

中圖分類號：P315.72 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）32-0143-04

The?Change?Characteristics?of?Rock?fracture?Azimuth?during?the

Earthquake?of?Linfen?Station?Geoelectric?Field

LI?Jun

（Linfen?Central?Seismostation?of?Shanxi?Earthquake?Bureau，Linfen?Shanxi?041000）

Abstract：?SN/WE?is?used?to?analyze?the?ML3.0?or?higher?earthquakes?occurring?in?the?100km?range?of?Linyi?station?from?the?azimuth?angle?[α]?of?the?ground?electric?field.?It?is?found?that?there?is?a?sudden?change?in?the?azimuth?before?each?earthquake?without?interference.?Generally，?it?occurs?about?5?days?before?the?earthquake.?The?larger?the?magnitude，?the?earlier?the?azimuth?jump?occurs. Seismic?azimuth?jumps?in?the?south?of?Linfen?show?a?rise?and?then?decrease，?and?most?of?the?earthquakes?in?the?north?of?Linfen?show?a?fall?and?then?rise.?The?analysis?results?show?that?the?change?in?azimuth?jump?without?interference?may?be?used?as?the?precursor?information?and?identification?mark?of?the?imminent?imminent?stage?of?pregnancy.

Keywords：?geoelectric?field;dominant?azimuth?angle?of?fissure;change?characteristics;short-term?impending?precursor

按照起源分類，地電場可分為大地電場和自然電場[1]。研究表明，地電場日變化波形屬于大地電場，其起源主要有空間電流系以及日、月潮汐作用[2-4]。地電場是矢量場，大地電場是地電場主要構成之一。國內外已經開展了大地電場用于地震預報的研究，但如何從大地電場觀測資料中提取可靠的地震前兆異常信息，是地震短臨預報的難點之一。以往大地電場的觀測資料處理方法大都采用數據處理的數學方法，常常忽略大地電場觀測手段的內在特性——物理基礎，因此，得到的異常信息往往不具可操作性和重復性。根據需要，地電臺管理中心開發了“地電場波形變化及物理解析方法”軟件，從而建立具有明確物理意義的資料處理方法。本文利用該軟件計算臨汾臺大地電場長極距SN/WE向裂隙優勢方位角[α]，通過震例分析臨汾地震臺周邊100km范圍內ML3.0以上地震，分析孕震過程中方位角[α]的變化情況，發現地震前幾日方位角基本都會出現突跳現象。

1 資料處理與異常提取方法

大地電場[ET]潮汐機理說認為，在固體潮汐作用下，巖石裂隙水以日為周期沿裂隙往返滲流，或在[Sq]電流電磁感應下，裂隙水中電荷以日為周期沿裂隙往返移動[3]。裂隙優勢往返運動的角度就是方位角[α]，其方位角[α]的計算公式是[3]：

（1）

基于巖石物理學原理[5]，巖體內部的裂隙發展過程大致可分成生成、發育、長大和破碎四個階段。在不同階段，裂隙的大小、有序排列程度不同。通常，生成階段的巖石結構較緊密，封閉的裂隙小且無序;發育階段的裂隙變大，排列接近有序，但不同裂隙的方位有明顯差異;長大階段的裂隙大，排列有序;破碎階段的巖石結構松散，裂隙排列無序。地殼中原生巖石形成后就會受到構造應力作用，在應力作用下，巖體裂隙總處于動態過程，裂隙優勢方位角（簡稱方位角）[α]的變化反映了巖體裂隙的變化。

本文利用軟件計算臨汾臺大地電場SN/WE裂隙優勢方位角[α]，經過與原始資料進行對比，從中剔除測區雷電、灌溉等環節因素的干擾和電極不穩定造成的干擾，通過震例分析臨汾臺周邊100km范圍內ML3.0以上地震，分析孕震過程中方位角[α]的變化情況，發現地震前方位角基本都會出現突跳現象。

2 震例異常特征解析

臨汾臺大地電場自正式運行以來，已積累了近12年的觀測資料，其間測區100km范圍內共發生ML3.0以上地震40次，剔除地震時段有環境干擾和電極不穩定干擾地震22次，使用“地電場波形變化及物理解析方法”軟件計算方位角[α]，分析22次ML3.0以上地震過程中方位角[α]的變化情況，從中提取出震前電場觀測的短臨前兆異常信息。由于篇幅關系，本文僅列舉了部分地震方位角變化情況。

2.1 2009年4月10日霍州ML3.0地震和18日萬榮ML3.1地震解析

霍州、榮地震過程中方位角[α]變化特征如圖1所示。2009年3月1日至4月7日，霍州地震前方位角往返幅度變化不大，4月8日方位角突跳減小，變化幅度[Δα]約為45°，減小過程中，4月10日霍州發生ML3.0地震。霍州地震后，4月12日方位角持續突跳增大，變化幅度[Δα]約為42°。4月13日，方位角下降減小，在下降過程中，萬榮發生ML3.1地震。這兩次方位角[α]異?，F象表現為先降后升的突跳。

2.2 2012年11月2日浮山ML4.0地震和12日襄汾ML3.1地震解析

浮山、襄汾地震過程中方位角[α]變化特征如圖2所示。2012年10月20日前，浮山方位角往返變化幅度較大，變化幅度基本保持在28°左右，21日至31日，方位角變化幅度較小，約為11°，11月1日突跳上升，上升幅度[Δα]約為36°，2日浮山發生地震。浮山地震后，11月4日方位角突跳上升，5日至9日轉向持續下降，變化幅度[Δα]約為40°，在下降到最低值時，襄汾發生地震。這兩次地震前方位角[α]異?，F象表現為先升后降的突跳變化。

2.3 2013年7月8日洪洞ML3.1地震和20日沁源ML3.3地震解析

洪洞、沁源地震過程中方位角[α]變化特征如圖3所示。2013年6月1日至7月2日，方位角往返變化幅度不大，變化幅度[Δα]約為18°，7月3日突跳上升，7月4日轉向突跳下降，變化幅度[Δα]約為45°，7月5日轉向上升，上升過程中7月8日發生洪洞地震。沁源地震前方位角也是先突跳上升后突跳下降，在下降過程中發生地震，變化幅度[Δα]約為60°。這兩次地震前方位角[α]異?，F象表現為先升后降的突跳變化。

2.4 2014年3月25日洪洞ML3.2地震解析

洪洞地震過程中方位角[α]變化特征如圖4所示。洪洞ML3.2地震發生前正常背景是趨勢性上升往返變化，且變化幅度不大，3月9日突跳下降，3月11日下降到最低值后轉向上升，方位角變化幅度[Δα]約為70°，3月17日又突跳下降后轉向上升，在上升過程中，洪洞發生地震，方位角變化幅度[Δα]約為47°，震后方位角恢復震前背景時變化趨勢和變化幅度。地震前方位角[α]異常有兩次大幅突跳變化，表現為先降后升。

2.5 2016年3月12日至25日運城地震解析

運城地震過程中方位角[α]變化特征如圖5所示。2016年3月12日至25日，運城發生了7次ML3.0以上地震，最大震級是3月12日ML4.8級地震，震前背景方位角往返變化幅度不大，基本為27°～38°，且呈上升趨勢，2月24日突跳上升，2月25日上升到最大值后轉向下降，3月12日到最低值后轉向，方位角變化幅度[Δα]約為31°，3月16日后方位角呈下降趨勢，下降過程中，運城發生5次ML3.0以上地震。這次地震前方位角[α]異常有兩次大幅突跳變化，表現為先升后降，在上升恢復過程中發生地震。

2.6 2018年3月18日霍州ML4.1地震解析

霍州地震過程中方位角[α]變化特征如圖6所示。震前正常背景方位角在29°～55°做往返變化，3月12日方位角突跳下降到最小值后轉向突跳上升，方位角變化幅度[Δα]約為49°，3月14日上升到最大值時又轉向下降，下降過程中發生地震。這次地震方位角大幅突跳變化表現為先降后升，在下降恢復過程中發生地震。

為分析方位角[α]變化是否與地震地理方位相關，把震例中的地震震中在地理位置上相對臨汾地震臺大致分為南北兩個方向，發生在臨汾臺南部的地震有16個，北部的有9個。南部16個地震中，方位角異常變化表現為先升后降的有12個，占南部地震總數的75%，方位角異常變化表現為先降后升的有4個，占南部地震總數的25%;北部9個地震中，先降后升的有5個，占北部地震總數的55.6%，先升后降的有4個，占北部地震總數的44.4%。

3 結論

通過對發生在臨汾臺2008—2018年100km范圍內ML3.0級以上地震解析，筆者得到如下初步結論。地震前方位角均有明顯突跳變化，能反映巖體裂隙結構變化，使用方位角變化做短臨預報分析使處理后的數據比較簡潔，使得識別地電場干擾信息和震前地電場資料中的異常前兆信息較為容易，由此可建立較為有效的地電場觀測的地震前兆短臨異常的識別與提取技術。臨汾臺100km范圍內ML3.0以上地震前方位角均有明顯的突跳變化，且發生在山西南部的地震方位角以先升后降突跳變化為主，發生在山西北部的地震方位角以先降后升為主。臨汾臺大地電場方位角震前異常突跳一般出現在震前5d左右，震級越大，震方位角突跳出現時間越早。對于以上基于裂隙優勢方位角[α]變化與地震對應關系的認識，由于目前大地電場觀測資料積累的時間不長，觀測數據易受灌溉、電極自身不穩定等因素干擾，因此本文提出的方位角變化與地震對應關系有待更深入的研究和更多地震事件的檢驗。

參考文獻：

[1]孫正江，王華俊.地電概論[M].北京：地震出版社，1984.

[2]黃清華，劉濤.新島臺地電場的潮汐響應與地震[J].地球物理學報，2006（6）：177-186.

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[5]陳颙，黃庭芳，劉恩儒.巖石物理學[M].合肥：中國科學技術大學出版社，2009.