地磁谐波振幅比法在地磁台应用的初步研究

地磁谐波振幅比法在地磁台应用的初步研究

0地震数据采集中内源场及地下电导率的分布根据震源，地球磁场可分为外源场和内源场。外源场是来源于外空电流体系产生的地球变化磁场,关于外源场与华北地震的关系已有人进行了研究,内源场主要部分是主磁场,其余部分是外源场的感应场。内源场的变化不仅与外源场的强度和分布有关,而且还取决于地球内部电导率的分布。由已知外源场研究内源场与地下电导率分布关系的理论,可以找出地球磁场变化与地球内部电导率的关系。在地震孕育过程中,孕震区地下介质的物理性质将发生变化,这其中包括了地下介质电导率的变化。转换函数法及相应的帕金森矢量、威斯矢量法都是很好地提取地下介质电导率变化信息的方法,而磁测深以及大地电磁测深法也是提取深部介质电导率的手段之一,同时地磁谐波振幅比法也能反映地下介质电导率变化的信息。本文将地磁谐波振幅比法应用于河北省地磁台网,对省内各地磁台站1982年～2006年(某些台站无资料)的观测资料进行研究,发现地磁Z分量日变幅逐日比的高值异常与河北省及邻区Ms≥5.0地震有较好的对应关系,初步给出了映震指标,并对其内检预报效能进行了评价。1国家类台及省区台目前,河北省境内共有9个地磁Z分量观测台站,其中包括2个国家Ⅱ类台(红山、昌黎)和7个省属区域台站。各台地理位置和Ms≥5.0的地震位置见图1,所选地震的各个参数见表1。2地球磁场的日变化幅度地球变化磁场Z分量日变幅是地球变化磁场的外场及由地球内部电性介质感应生成的变化叠加而成,它的大小不但受外场的控制,同时也受内场的影响。地球内部电性介质的变化必定影响其感应生成的内场,因此,地球磁场垂直分量的日变化幅度可以反映局部地区地球内部介质电性性质的变化。曾小苹等分析了地磁场Z分量日变幅极大值及其后极小值之比值与地震的关系,发现高比值与台站周边地震有良好的对应关系。在应用该法的过程中,我们发现下面这个简单比值的高值与其台站周边地震也有良好的对应效果。Y=A(t1)A(t2)A(t1)A(t2),式中:A(t)为地磁Z分量日变化幅度,t2=t1+1(t1为观测日期),本文将Y取名为地磁Z分量日变化幅度逐日比值。3地震事件的选择和结果分析3.1异常的判别阀值的选取地磁Z分量日变幅逐日比方法是利用能较好反映地下介质导电性质的逐日比Y(Z)作为响应函数,以它在正常情况下的时间变化和空间分布作为背景,研究地震前由于地下电导率变化引起的地磁逐日比异常来预测地震。河北省地磁台网目前有地磁Z分量相对观测台站9个(图1),应用每日Z分量日变幅度值,笔者计算了各台1982年1月1日～2006年12月31日的Y(Z)值,将其变化曲线绘成图2。从地磁Z分量日变幅逐日比变化曲线可知,在异常的判别时,阀值Yo(Z)的选取是关键。对河北省各台站20多年的资料分析来看,Y(Z)值大部分在1.0～2.0之间波动。笔者尝试依次选取不同的阀值进行对比分析,认为选取Yo(Z)=2.8作为异常的判别阀值比较合理,即凡是Yo(Z)≥2.8则视为异常指标,来对应河北省及其邻近地区1年内所发生的Ms≥5.0地震。但是我们发现满足异常判别标准的Y(Z)比较多,而其后1年内无地震发生的也有不少。因此,如果只是简单地将阀值定为Yo(Z)=2.8,势必产生许多虚报和错报,从而失去了地震预报的意义所在,所以我们必须对异常标准做出修正。3.2ms5.0异常的计算及缺失河北省地磁台网地磁Z分量日变幅逐日比异常指标修正如下:(1)Y(Z)的阈值Yo(Z)=2.8(图2中的横实线)。(2)必须至少有2个或2个以上台站同时满足Y(Z)≥Yo(Z)。(3)如果二次异常时间前后相距在4个月以内,则视为一组异常;反之,则为另一组异常。(4)从一组异常内的第一次异常发生日开始计算,在其后的12个月内,在最后一次异常高值点附近半径400km的范围内有发生Ms≥5.0地震的可能性。表2列出了1982年1月1日～2006年12月31日满足上述要求的异常及所对应的地震,图2标出了这些异常。按照以上异常判定指标,共出现了19组异常,对应地震12次,虚报3次,漏报3次,这说明地磁Z分量日变幅逐日比异常信度是较高的。3.3异常成果的选取丁鉴海等指出,除在震中区出现集中异常分布外,同时还存在部分远场异常点,但在远场地区的异常台站与正常台站的比例远小于异常集中区。图3给出了表2中对应地震的异常值空间等值线分布及与地震震中位置关系(有多次异常的,选取最后一组)。由表2和图3可以看出,大部分地震震中集中在异常的高值区,但期间也有高值区远离震中的现象,这些可能是远场异常点。3.4磁暴期间y值的增从地磁磁照图记录曲线上可以看出,磁暴对Z分量曲线的影响过程一般是先突然上升及其后迅速下降,然后再缓慢上升而恢复正常形态(整个过程大概持续3～4天),算法Y=A(t1)A(t2)Y=A(t1)A(t2)及t2=t1+1保证了磁暴期间不会突然增大。因为若A(t2)为磁暴日的Z分量的日变幅度,其值将较大,A(t1)/A(t2)的值将减小,依次类推,可以确信在磁暴期间Y值是不会突然增大的。对此,冯志生等已进行了详细的论述。为了更确凿地说明问题,笔者详细分析了中国地震局地球物理所磁暴基础数据库的磁暴报告(参考北京地磁台的磁暴报告),从1982～2004年的23年间(2005、2006年数据库中无磁暴报告)共发生各种类型的磁暴422个,表2中15组(1982～2004年)异常高值点发生在磁暴日的仅为2组,其它13组均发生在磁静日,由此可知Y(Z)的异常高值受磁暴影响是较小的。4网z分量日变幅麻黄地区，预报能力分析从1982年1月1日～2006年12月31日共有19组异常,其中对应地震12次,漏报3次,期间应报15个,虚报3次(见表2)。按照上面的分析,河北省地磁台网Z分量日变幅逐日比法的内检地震预报能力可以粗略地概括如下:R=报对地震次数应报地震总次数−预报占用时段预报研究总时段R=报对地震次数应报地震总次数-预报占用时段预报研究总时段,其中,报对地震的预报时间即为提前时间,虚报的预报时间为12个月,预报占用的时段为149个月,预报研究的总时段为300个月。所以计算求得R值为0.31,通过查“具有97.5%置信水平的R值表”,R0值为0.258,显然R值大于R0值,通过检验。而R值较低的原因可能与3个漏报的地震有关。5以地磁z分量日变幅用代数,一般在现有地震资料监测和预报的同时,对今后地震预报具有一定的作用(1)河北省地处燕山褶断带、太行山山前断裂带和华北平原沉积带,是构造部位敏感地区。由表2可以看出,大部分震前台站地磁场有异常波动,可能反映孕震过程中地球介质深部电阻率下降或台站及周围地区的外空磁场发生了变化。对应地震的时间一般是震前12月内。(2)初步提出至少有两个或两个以上台站的Y(Z)≥Y0(Z)=2.8才能被认定为地震异常标准的判定条件是可行的。一方面说明只有当大面积的Y(Z)异常才能引发Ms≥5.0地震,同时也可以避免因个别观测台站数据受干扰引起Y(Z)变化而被视为地震异常,从而提高了异常的可信度。这为今后用地磁Z分量日变幅逐日比异常预报地震提供了依据。(3)由图3可见,大多数地震之前的异常极大值的空间分布都相对集中于震中区附近,这对未来震中区域的判定有一定的参考价值。(4)1982年1月1日～2006年12月31日的25年中,总共发生Ms≥5.0的地震15个,按照以上异常判别标准满足异常指标的为19次,一般在震前12个月内。其中对应地震12次,漏报3次,虚报3次,对应率为63%,对应率是较高的。其内检预报效能R为0.31,通过查表R0值为0.258,R值大于R0值,通过检验。该方法最突出的优点是受磁暴影响较小。(5)对于1991年1月29日沂州Ms5.2、1991年3月26日大同Ms5.8、1991年5月30日唐山Ms5.23次地震漏报的原因可能的解释为河北省内一些台站距离震中