洛陽地區地磁垂直量的地震預測方法

地震預報技術通過“讀圖”到科學概念的研究，中國的地震預報工作取得了多次成功的做法。然而，全球預測的成功概率僅為34%，尤其是短期地震報告中的位置和地震水平，因此很難正確預測地震。成功進行中強地震的短臨預報,必須解決地震前兆臺站稀少、資料匱乏、儀器的穩定可靠性及更新換代等問題。建立長期跟蹤機制,不斷總結地震前兆異常特征,探索各類前兆預報地震的物理基礎是經驗性預報的主要基礎和科學依據(丁鑒海等,2003;張國民,2002)。1地震中地磁異常變化的機制地磁學科是建立在精密觀測基礎上的科學。變化磁場主要包括太陽靜日變化、磁暴和基本磁場等。基本磁場起源于地球深部的電流體系,而異常磁場則起源于地球表面的磁性巖石。震磁效應與地質構造、巖石性質、震源機制、孕育物理過程等多種復雜因素有關。壓磁效應是與構造活動相關的地磁異常變化和科學基礎。在地震孕育過程中,地磁前兆效應與地應力增長一致增加,產生地磁異常變化;地下巖石在應力作用下會發生微破裂,使體積膨脹,如果巖石中有流體存在的話,這種膨脹會導致流體(例如:水)的擴散,由于電化學效應,流體的擴散將引起電荷移動,產生流體電場,此電場產生的磁場,造成地表所觀測到的地磁場的異常變化。在地震發生前,地下電導率產生變化,根據電磁感應原理,將引起地磁感應場的變化,即地磁場的異常變化(詹志佳等,1988)。盡管地磁信息比較弱,異常區域、出現的時間、地質構造條件不同等都影響震磁效應,按照壓磁效應,應力變化也將引起地下巖石磁性的改變,從而導致震源區地磁場產生異常變化。2地磁日變化的特征識別地磁異常的前提是掌握地磁場的正常變化背景規律。在地震孕育過程中,震源附近及較大范圍的區域可能出現地下電導率的某些變化,從而使變化磁場的感應場產生一定的異常而反映到地磁日變化上來,統計發現,H和D的日變形態受太陽的影響較大,這種異常日變化在地磁垂直分量Z上反映最為明顯(王文,2003)。所以,我們選取地磁Z日變形態,研究地磁場變化與地震短臨預報的關系。我們使用中國地震局地球物理研究所的《中國地震臺站觀測報告》和河南省地震局數據庫中的地震目錄,選取1991～2003年洛陽及鄰區ML≥4.0的22個地震,針對洛陽地震臺、盧氏地震臺每個地震前45天的地磁資料,加以分析研究。2.1z點對點時間位移在地球北半球,地磁Z分量的日變化正常形態是:中午出現極小值,上午、下午各出現一個極大值,總體上呈現周期性變化。低點時間位移是指打破正常日變化規律,出現極小值時間向前、向后移動兩小時以上。22個地震前,洛陽地震臺共出現Z低點時間位移17次,占總異常次數的11.6%;其中,18個地震前,盧氏地震臺Z低點時間位移25次,占總異常次數的22.7%(表1)。研究表明,異常出現在磁擾日的次數要多于磁靜日的次數,但與磁靜日和磁擾日的自然概率相符,一般認為,異常與磁靜日和磁擾日無明顯依賴關系(解用明等,2000)。2.2w型雙值現象正常情況下,地磁Z分量在中午只出現一個極小值,但有時,地磁Z曲線在中午會出現兩個極小值,二者相隔幾十分鐘至兩個多小時,改變了正常形態,被稱為W型雙值現象,也叫“波谷分裂”。22個地震前,洛陽地震臺共出現W型雙值現象47次,占總異常次數的32.0%;其中,18個地震前,盧氏地震臺W型雙值現象29次,占總異常次數的26.4%(表1)。與磁暴形態不同。2.3洛陽地震臺地磁曲線低值區異常次數統計分析有時,地磁Z曲線在中午會出現持續3小時以上的低值區,破壞了正常變化規律。22個地震前,洛陽地震臺地磁曲線低值區共出現44次,占總異常次數的29.9%;其中,18個地震前,盧氏地震臺地磁曲線出現低值區25次,占總異常次數的22.7%(表1)。2.4洛陽地震臺地磁異常一般情況下,地磁Z曲線低值明顯,上下幅差較大,中強地震前,上下幅差顯著減小,曲線平緩,甚至中午呈現微突起,發生異常變化。22個地震前,洛陽地震臺共出現曲線平緩48次,占總異常次數的32.6%;其中,18個地震前,盧氏地震臺曲線平緩31次,占總異常次數的28.2%(表1)。以1998年12月26日濮陽ML4.0地震和2002年11月07日鄭州ML4.0地震為例,使用“95”攻關成果MAPSIS繪圖軟件繪制圖件,異常形態見圖1(整點值曲線圖與磁照圖有誤差,圖1中部分曲線的異常不夠明顯)。根據分析,把每個中強地震前的洛陽地震臺、盧氏地震臺地磁Z曲線不同異常變化出現的天數、當日的曲線形態統計列表,見表1。對于洛陽地震臺和盧氏地震臺震前45天內的地磁曲線,出現的4種異常形態,逐一綜合分析,按照出現2種以上異常和3次形態異常進行概率統計(表2)。3同經度、同自由度對地震出現現場的影響(1)在地震孕育過程中,地磁場由于感應磁效應、膨脹磁效應與電動磁效應等,地下巖石中應力發生變化,從而引起一定區域內地磁場產生不同于正常日變規律的異常變化。異常形態主要有:磁低點位移(前移或后移)兩小時以上、出現W型雙值現象、中午前后出現低值持續3小時以上的低值區、曲線平緩或略突起。出現2種以上(包括2種)異常和出現3次以上異常的地震預報準確概率均為0.73,漏報地震的概率均為0.27。所以,如果同經度、同緯度的多個地磁臺都出現兩種異常和出現3次以上異常,可以認為本地區未來45天內會發生ML≥4.0的中強地震,最長為3個月。(2)震磁效應與地質構造、巖石性質、震源機制、孕育物理過程等多種復雜因素有關。地震前,地磁日變形態的畸變受地球外磁場和內磁場的共同影響,特別是磁暴,會引起地磁日變形態的大幅變化,但磁暴一般有“初相—主相—恢復相”的周期變化,而上文中分析的4種異常變化與磁暴特征有明顯不同,較易分辨。(3)從表1中地震發生日的異常形態來看,洛陽地震臺出現異常的概率為0.27,盧氏地震臺出現異常的概率為0.33。所以,用這種方法很難準確預報地震的具體發生日期。(4)由于地震會引起地磁場各個指標或大或小的變化,并且會在較大范圍內產生不同程度的異常,所以,一方面要選用地磁多種分析方法綜合研究,另一方面,要