地磁低點位移異常與地震預測

楊興悅 王 燕 王偉全 道 偉 馬 婧

1 蘭州地球物理國家野外科學觀測研究站,蘭州市劉家坪1號,730046 2 甘肅省地震局,蘭州市東崗西路450號,730000

地震的孕育過程極其復雜。學者們在一些中強地震前觀測到地震地磁異?，F(xiàn)象,并對異常機理進行了定性或定量研究[1-4],形成地磁低點位移、加卸載響應比、空間相關法、諧波振幅比等多種地震地磁異常預報方法[4],其中地磁低點位移是地震短臨預測的有效方法之一[2-8]。

基于目前對地磁低點位移異常與地震關系的研究認為,強震發(fā)生在地磁低點位移異常分界線附近,但就中國大陸而言,低點位移異常分界線長度可達幾千km,地震預測預報的發(fā)震地點范圍較大,對于強震發(fā)生地點的判斷仍存在困難。本文將強震前可能出現(xiàn)的多次低點位移異常分界線進行疊加,以縮小發(fā)震地點的預測范圍。

1 地磁低點位移異常定義與預測規(guī)則

地磁垂直分量(Z分量)日變化信息常用地磁臺站記錄的日變化極大值、極小值及其出現(xiàn)時間和幅度大小來表示,以極大值和極小值、極大值時間和極小值時間及其差來描述Z分量的變化情況,其中極小值時間稱為地磁低點時間。我國處于中低緯度地區(qū),在地磁靜日地磁Z分量的日變化形態(tài)呈類似V字形,日變化極小值時間隨經(jīng)度變化,不隨緯度變化,一般情況下出現(xiàn)在當?shù)貢r間12時左右,并且隨經(jīng)度由東向西延遲4 min/°,因此地磁低點時間在空間上總體呈緩變趨勢[3]。地磁低點位移是指在一個區(qū)域記錄的低點時間與另一區(qū)域的低點時間有明顯差別,且2個區(qū)域之間的低點時間在不考慮經(jīng)度效應的情況下相差2 h以上,每個區(qū)域的低點時間差別不明顯,呈緩慢變化,該異?，F(xiàn)象稱為地磁低點位移異常。將正常低點臺站與突變低點臺站中點的連線進行平滑,得到異常分界線,即2個區(qū)域之間低點位移突變分界線,稱為低點位移異常分界線[9]。

在上述規(guī)則基礎上,研究中國大陸地區(qū)地磁低點位移異常與5級以上地震的關系,并在發(fā)震時間、發(fā)震地點和地震強度等方面對低點位移異常與地震關系的對應規(guī)則進行進一步細化。時間上,低點位移異常出現(xiàn)后2個月內發(fā)生的地震視為對應,超出2個月則視為不對應;地點上,6級以下強震震中距低點位移異常分界線300 km以內視為對應,6級以上強震震中距低點位移異常分界線不超過350 km視為對應,否則視為不對應。

2 地磁低點位移異常與地震關系

選取2013～2022年中國大陸地區(qū)5級以上地震作為研究對象,地震發(fā)生后2個月內的5級以上余震不作統(tǒng)計,雙震按1次地震事件統(tǒng)計,共得到MS≥5.0地震160次。2013～2022年共出現(xiàn)低點位移異常408次(去除中國大陸境外5級以上地震對應異常),對應地震(出現(xiàn)異常并發(fā)生地震)共132次,異常對應率(有震異常次數(shù)/總異常次數(shù))為32.4%;虛報地震(出現(xiàn)異常而未發(fā)生地震)共276次,異常虛報率(虛報次數(shù)/總異常次數(shù))為67.6%;漏報地震(發(fā)生地震而未出現(xiàn)異常)共72次,地震漏報率(漏報次數(shù)/總地震次數(shù))為45.0%;報對地震(地震前至少出現(xiàn)1次異常)共88次,地震預測率(報對地震次數(shù)/總地震次數(shù))為55.0%。

在異常對應較好的88次地震中,46次地震前出現(xiàn)了1次低點位移異常,42次地震前出現(xiàn)2次或多次低點位移異常。同時,1次低點位移異常出現(xiàn)后發(fā)生2次地震的情況出現(xiàn)29次,發(fā)生3次地震的情況7次,發(fā)生4次地震的情況1次。研究還發(fā)現(xiàn),將地震前出現(xiàn)的多條異常分界線疊加到同一幅底圖上,多條異常分界線會形成1個或多個交匯點,地震往往發(fā)生在低點位移分界線的交匯點附近。因此,低點位移分界線交匯點附近區(qū)域是地震短臨預報的重點區(qū)域,可綜合活動構造斷裂分布、歷史大地震情況、中長期預測強震潛在危險區(qū)及年度全國地震危險區(qū),分析研判未來可能發(fā)震的區(qū)域,大幅縮小地磁低點位移方法預測地震震中的范圍。

3 地磁低點位移異常典型震例

選擇2020-07-23西藏尼瑪6.6級、2021-03-19西藏比如6.1級、2022-01-08青海門源6.9級3次近年震級較大的地震進行研究。

3.1 2020-07-23西藏尼瑪6.6級地震

對2020-05～07全國地磁Z分量觀測資料進行分析,認為2020-07-23西藏尼瑪6.6級地震前2個月內出現(xiàn)2次明顯的地磁低點位移異常,分別為2020-06-28和2020-06-30,其中第1次異常出現(xiàn)時間距離發(fā)震25 d,第2次距離發(fā)震23 d,西藏尼瑪6.6級地震震中距離2條異常分界線的垂直距離分別為25 km和175 km。地磁低點位移異常分界線疊加結果如圖1所示,2條異常分界線疊加到同一底圖上形成2個交匯區(qū),區(qū)域①位于青藏高原羌塘地塊的依布茶卡-日干配錯斷裂附近,地質構造復雜,歷史上強震頻發(fā);區(qū)域②位于花海-金塔盆地西南緣,該盆地較為穩(wěn)定,1933～1952年發(fā)生過3次5.25級地震。

圖1 西藏尼瑪6.6級地震前地磁低點位移異常分界線疊加

3.2 2021-03-19西藏比如6.1級地震

對2021-01～03全國地磁Z分量觀測資料進行分析,認為2021-03-19西藏比如6.1級地震前2個月內出現(xiàn)3次地磁低點位移異常,分別為2021-01-19、2021-01-30、2021-02-07,異常出現(xiàn)時間分別距離發(fā)震59 d、48 d、40 d,西藏比如6.1級地震震中距離3條異常分界線的垂直距離分別為190 km、190 km、317 km。地磁低點位移異常分界線疊加結果如圖2所示,3條異常分界線疊加到同一底圖上形成1個交匯區(qū),該區(qū)域位于青藏高原羌塘地塊內的安多南斷裂附近,地質構造復雜,歷史上發(fā)生多次強震。

圖2 西藏比如6.1級地震前地磁低點位移異常分界線疊加

3.3 2022-01-08青海門源6.9級地震

對2021-12～2022-01全國地磁Z分量觀測資料進行分析,認為2022-01-08青海門源6.9級地震前2個月出現(xiàn)3次明顯的地磁低點位移異常,分別為2021-11-29、2021-12-28、2021-12-30,異常出現(xiàn)時間分別距離發(fā)震40 d、11 d、9 d,青海門源6.9級地震震中距離3條異常分界線的垂直距離分別為64 km、300 km、66 km。地磁低點位移異常分界線疊加結果如圖3所示,3條異常分界線疊加到同一底圖上形成3個交匯區(qū),區(qū)域①位于青藏高原北緣的冷龍嶺斷裂及武威-天祝斷裂附近,地質構造復雜,歷史上強震頻發(fā);區(qū)域②位于雅布賴斷裂附近,該斷裂為不活動斷裂,歷史上未發(fā)生5級以上地震;區(qū)域③位于鄂爾多斯塊體內,歷史上未發(fā)生5級以上地震。

圖3 青海門源6.9級地震前地磁低點位移異常分界線疊加

4 討 論

據(jù)統(tǒng)計,2013～2022年共132次地磁低點位移異常較好地對應了88次5級以上地震,其中1次異常出現(xiàn)后發(fā)生2次地震的情況共29次,發(fā)生3次地震的情況共7次,發(fā)生4次地震的情況1次。因此,即使地磁低點位移異常出現(xiàn)后發(fā)生了1次對應地震,異常線附近還有發(fā)生地震的可能。另外,本文地磁低點位移對應率低,虛報及漏報率較高,主要原因是新疆、西藏、內蒙古及東北地區(qū)地磁臺站稀疏,且新疆及東北地區(qū)冬季極寒天氣引起的地磁低點位移異常次數(shù)較多。2017-07-05新疆地區(qū)地磁低點位移出現(xiàn)了明顯異常,如果將異常臺站的連線作為低點位移分界線,則該異?？蓪?017-08-09新疆精河6.6級地震(圖4)。但按照本文地磁低點位移異常的定義與預測規(guī)則,該異常算作虛報地震,精河地震也算作漏報地震。因此,地磁低點位移異常線的定義規(guī)則尤其重要。

圖4 新疆精河6.6級地震前地磁低點位移異常

5 結 語

1)利用國家地磁臺網(wǎng)中心產出的地磁觀測資料,研究2013～2022年中國大陸地區(qū)160次5級以上地震,統(tǒng)計了408次地磁低點位移異常發(fā)現(xiàn),132次異常后發(fā)生了地震,異常對應率為32.4%;虛報地震276次,異常虛報率為67.5%;漏報地震72次,地震漏報率為48.1%;報對地震88次,地震預測率為55.0%。其中,46次地震前出現(xiàn)了1次低點位移異常,42次地震前出現(xiàn)2次或多次低點位移異常。2013～2022年共出現(xiàn)41次磁暴現(xiàn)象,其中3次磁暴當天地磁低點位移異常發(fā)生對應地震,但震級無規(guī)律;2次磁暴當天地磁低點位移異常未發(fā)生對應地震。經(jīng)統(tǒng)計,地磁低點位移異常主要出現(xiàn)在磁靜日。

2)利用地磁低點位移方法將地震前出現(xiàn)的多條異常分界線疊加到同一底圖上,會形成1個或多個交匯區(qū),可綜合活動構造斷裂分布、歷史大地震情況、中長期預測強震潛在危險區(qū)及年度全國地震危險區(qū),分析研判未來發(fā)震區(qū)域。本文通過研究2020-07-23西藏尼瑪6.6級、2021-03-19西藏比如6.1級、2022-01-08青海門源6.9級3次6級以上強震發(fā)現(xiàn),3次地震前2個月均出現(xiàn)2次或2次以上地磁低點位移異常,地震發(fā)生在其中一個異常分界線交匯區(qū)附近。本文研究結果縮小了地磁低點位移異常對發(fā)震地點的預測范圍,具有實際意義。

致謝：本文數(shù)據(jù)來源于中國地震局地球物理研究所國家地磁臺網(wǎng)中心,在此表示感謝!