馮志生，李鴻宇，張秀霞，梅衛(wèi)萍，葉碧文

(江蘇省地震局，江蘇 南京 210014）

0 引言

地磁諧波振幅比YZHx和YZHy的定義為：

式中的Z(ω)、Hx（ω）、Hy(ω)分別是地磁場(chǎng)的垂直分量、南北向水平分量和東西向水平分量的頻譜，可以利用地磁三分量的分鐘值或秒值采樣數(shù)據(jù)計(jì)算獲得。對(duì)于隨時(shí)間周期變化的不均勻場(chǎng)源，在地球介質(zhì)為均勻各向同性平面導(dǎo)體條件下：

式中μ為磁導(dǎo)率，σ為電導(dǎo)率，ω為圓頻率，λ為變化磁場(chǎng)的波數(shù)[1]。在這種情況下，YZHx（NS）和 YZHy（EW）與地下介質(zhì)的電阻率 ρ呈正比， 即 YZHx（NS）和 YZHy（EW）隨地球介質(zhì)電阻率ρ的上下起伏變化而起伏變化。因此，從理論上講，YZHx（NS）和YZHy（EW）的變化反映了地下深部介質(zhì)電阻率的變化，并且該參量不受地表降雨等氣象和人為環(huán)境因素的影響。

初步研究表明，在5～6級(jí)地震發(fā)生前后,地磁諧波振幅比異常變化特征與 （直流）地電阻率的特征類似[2]，主要表現(xiàn)為下降-轉(zhuǎn)折-恢復(fù)上升的變化過(guò)程，地震基本發(fā)生在趨勢(shì)性下降異常后的轉(zhuǎn)折期、恢復(fù)上升期或恢復(fù)后的初期階段。異常持續(xù)時(shí)間與震級(jí)關(guān)系符合地電阻率的異常持續(xù)時(shí)間與震級(jí)關(guān)系，即時(shí)間越長(zhǎng)，震級(jí)越高。但是，地磁諧波振幅比可提供多個(gè)周期的變化信息，不同周期的信息有助于判定未來(lái)地震震級(jí)和發(fā)震地點(diǎn)，目前主要有如下研究結(jié)果：當(dāng)僅有短周期出現(xiàn)異常時(shí)，異常持續(xù)時(shí)間一般較短，未來(lái)地震震級(jí)較低，一般在5級(jí)左右，且未來(lái)地震發(fā)震地點(diǎn)距臺(tái)站較近，一般在100～300 km范圍內(nèi)；當(dāng)長(zhǎng)短周期都出現(xiàn)異常時(shí)，異常持續(xù)時(shí)間一般也較長(zhǎng)，未來(lái)震級(jí)較高，一般在6級(jí)左右或更高，在此前提下，若南北向與東西向變化同步、長(zhǎng)短周期變化也同步時(shí)，未來(lái)地震距離臺(tái)站較遠(yuǎn)，一般在300～500 km范圍，甚至更遠(yuǎn)；而當(dāng)南北向與東西向變化不同步或長(zhǎng)短周期變化不同步時(shí)，未來(lái)地震距臺(tái)站較近，一般在100～300 km范圍內(nèi)[3、4]，事實(shí)上，以上規(guī)律也基本符合三維電磁感應(yīng)的數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果[5]，即異常體邊界附近YZHx（NS）與YZHy（EW）的變化不同步。

1 7級(jí)以上強(qiáng)震的異常特征

Yanagihara[6]計(jì)算了1900～1970年柿岡臺(tái)（1912年之前在東京臺(tái)觀測(cè)，后因直流輸電干擾搬至柿岡）周期為80 min的地磁垂直分量和南北向水平分量變化幅度比YZHx（NS）（圖1a，是否消除年變不詳），結(jié)果發(fā)現(xiàn)自1900年開(kāi)始YZHx（NS）一直處于下降之中，約在震前的1920年左右開(kāi)始轉(zhuǎn)折恢復(fù)上升，1923年9月1日在距臺(tái)站100 km處發(fā)生關(guān)東7.9級(jí)大地震，地震之后YZHx繼續(xù)恢復(fù)上升并一直持續(xù)到約1940年，地震之前異常趨勢(shì)下降時(shí)間至少23年，異常總持續(xù)時(shí)間約40年，下降幅度估計(jì)0.20(據(jù)圖中曲線大致估算)。

陳紹明[7]計(jì)算了1971～1988年昌黎臺(tái)周期 3～8 min的地磁垂直分量和南北向水平分量譜比YZHx（NS）（圖1b， 是否消除年變不詳）， 發(fā)現(xiàn)自 1972年開(kāi)始 YZHx（NS）開(kāi)始下降， 約在1975～1976年初開(kāi)始轉(zhuǎn)折恢復(fù)上升，1976年7月28日在距臺(tái)站72 km處發(fā)生唐山7.8級(jí)大地震，地震之后YZHx（NS）繼續(xù)恢復(fù)上升并一直持續(xù)到約1981年左右,地震之前異常趨勢(shì)下降時(shí)間至少5年半，異常總持續(xù)時(shí)間約9年,下降幅度估計(jì)0.10以上 (據(jù)圖中曲線大致估算)。這兩個(gè)震例僅給出了YZHx（NS），并且僅有一個(gè)周期，因此不清楚YZHy（EW）的變化過(guò)程，也不清楚其它周期的變化過(guò)程及差異；圖1b中北京臺(tái)距離唐山地震約400 km，未出現(xiàn)類似變化。

圖1 東京臺(tái)、柿崗臺(tái)、昌黎臺(tái)和北京臺(tái)地磁諧波振幅比變化與強(qiáng)地震Fig.1 Strong earthquake and variations of the amplitude ratios of geomagnetic harmonic waves at Tokyo,Kakioka,Changli and Beijing

圖2給出了喀什臺(tái)1984～1999年、采用磁變儀資料計(jì)算所得地磁諧波振幅比YZHx（NS）和YZHy（EW）的逐月變化及臺(tái)站附近700 km內(nèi)7級(jí)以上地震，圖中平滑線為手工描繪，圖中左側(cè)數(shù)值為各曲線的周期，單位：min，震級(jí)之后的數(shù)值為震中距，單位：km，計(jì)算過(guò)程參見(jiàn)有關(guān)文獻(xiàn)[3]。由圖2可見(jiàn)，15年內(nèi)臺(tái)站附近100 km內(nèi)唯一的7級(jí)以上地震是1985年8月23日新疆烏洽7.4級(jí)地震，而另一次顯著地震事件是1996年3月19日距臺(tái)站約90 km的6.9級(jí)地震，其后此地從1997年初開(kāi)始發(fā)生6級(jí)強(qiáng)震群，它們都發(fā)生在YZHx（NS）和YZHy（EW）的轉(zhuǎn)折期或恢復(fù)上升期。另外4次地震距離臺(tái)站較遠(yuǎn)，但其中的3次也都是發(fā)生在YZHx（NS）和YZHy（EW）的轉(zhuǎn)折期、恢復(fù)上升期、或恢復(fù)后的初期階段，分別是1985年7月29日的阿富汗7.0級(jí)地震、1996年11月19日的新疆喀喇昆侖山7.1級(jí)地震和1998年5月30日新疆興都庫(kù)什地區(qū)7.1級(jí)地震；只有1992年8月19日的吉爾吉斯斯坦 7.5級(jí)地震發(fā)生在YZHy（EW）高值期間，但此次地震之前YZHx（NS）一直處于自1984年左右的由低值轉(zhuǎn)折后的恢復(fù)上升階段，而YZHy（EW）在1989年即已恢復(fù)，2個(gè)方向表現(xiàn)出不同步，但該地震距臺(tái)站僅約335 km。

由圖2可見(jiàn)， 1996年3月19日6.9級(jí)地震前，YZHy（EW）異常持續(xù)時(shí)間至少4年，異?？倳r(shí)間約5年，長(zhǎng)周期（40和58 min）的下降幅度在0.10以上，短周期（15、19和40 min）在0.20以上，該異?？赡苓€與1996年11月19日的新疆喀喇昆侖山7.1級(jí)地震和1998年5月30日新疆興都庫(kù)什地區(qū)7.1級(jí)地震有關(guān)。由圖可見(jiàn)，無(wú)法確定1985年8月23日新疆烏洽7.4級(jí)地震和1985年7月29日阿富汗7.0級(jí)地震前的異常持續(xù)時(shí)間，但異常幅度肯定大于1996年3月19日6.9級(jí)地震前幅度。

圖2 喀什臺(tái)地磁諧波振幅比變化與強(qiáng)地震Fig.2 Variations of the amplitude ratios of geomagnetic harmonic waves at kashi and strong earthquake

圖3給出了云南地區(qū)4個(gè)臺(tái)站1990～1999年、采用磁變儀資料、周期為50 min的地磁諧波振幅比YZHx（NS）和YZHy（EW）的逐月變化及其間各臺(tái)站周圍500 km以內(nèi)地震，圖中震級(jí)之后的數(shù)值為震中距，單位km，計(jì)算過(guò)程參見(jiàn)有關(guān)文獻(xiàn)[3]；由于其間7級(jí)以上地震較少，我們給出了6.5級(jí)以上地震。由圖可見(jiàn)，除1992年2個(gè)地震發(fā)生時(shí)，騰沖臺(tái)的YZHx（NS）和YZHy（EW）及永勝臺(tái)的YZHx（NS）處于下降過(guò)程外，其它的地震與異常的關(guān)系都符合地震發(fā)生在YZHx（NS）和YZHy（EW）趨勢(shì)性下降之后的轉(zhuǎn)折期、或恢復(fù)上升期、或恢復(fù)后的初期階段。

由圖3可見(jiàn)，云南地區(qū)4個(gè)臺(tái)站的地磁諧波振幅比從1991年左右開(kāi)始趨勢(shì)下降，并在1995～1996年分別開(kāi)始轉(zhuǎn)折，其間發(fā)生1995年7月12日孟連7.3級(jí)地震、1996年2月3日麗江7.0級(jí)地震和1995年10月24日武定6.5級(jí)地震，震前異常持續(xù)時(shí)間在4年左右，幅度在0.10以上。

圖3 云南地區(qū)地磁諧波振幅比變化與6.5級(jí)以上地震 （周期=50 min）Fig.3 Variations of the amplitude ratios of geomagnetic harmonic waves in yunnan area and earthquakes（M≥6.5）(T=50 min)

根據(jù)以上分析可以初步發(fā)現(xiàn)，7級(jí)以上地震與地磁諧波振幅比趨勢(shì)性異常的關(guān)系與5～6級(jí)地震的關(guān)系基本一樣，即地震基本上都是發(fā)生在地磁諧波振幅比趨勢(shì)性下降之后的轉(zhuǎn)折期、恢復(fù)上升期、或恢復(fù)后的初期階段，震前異常持續(xù)一般都在4年以上，異常幅度較大， 一般都在0.10～0.20以上。

2 汶川8級(jí)地震前跟蹤分析反思

從2008年4月開(kāi)始，我們開(kāi)始嘗試采用全國(guó)“九五”期間建成并正常運(yùn)行的FHD質(zhì)子磁力儀和磁通門(mén)磁力儀的三分量分鐘值采樣資料，計(jì)算地磁諧波振幅比，進(jìn)行地震異常跟蹤分析。在2008年5月12日四川汶川8級(jí)地震前，我們發(fā)現(xiàn)四川成都臺(tái)的地磁諧波振幅比有異常跡象，在4月份的分析中我們給出了如下分析預(yù)測(cè)意見(jiàn)：從2006年下半年開(kāi)始，該臺(tái)的變化都處于下降之中，部分短周期在2007年上半年開(kāi)始轉(zhuǎn)折恢復(fù)上升，目前長(zhǎng)周期部分的下降也可能已達(dá)底部，有轉(zhuǎn)折上升的可能；另外，該臺(tái)自2006年下半年以來(lái)，其短周期部分的變化的同步性較差，表明未來(lái)一段時(shí)間臺(tái)站附近地震活動(dòng)增強(qiáng)的可能。但總體上，由于長(zhǎng)周期部分的下降有可能達(dá)到底部，未來(lái)一段時(shí)間該臺(tái)附近500 km以內(nèi)有發(fā)生5級(jí)以上地震的可能。

圖4給出了當(dāng)時(shí)成都臺(tái)地磁諧波振幅比逐月變化，采用資料為成都臺(tái)FHD質(zhì)子磁力儀每天的分鐘值資料，采用富氏譜，其它計(jì)算過(guò)程參見(jiàn)有關(guān)文獻(xiàn)[3]。

圖4 成都臺(tái)地磁諧波振幅比變化與地震Fig.4 Variations of the amplitude ratios of geomagnetic harmonic waves at Chengdu and earthquakes

我們作出以上分析預(yù)測(cè)意見(jiàn)的主要依據(jù)是：從2006年下半年開(kāi)始，其短周期部分的變化有異常，與長(zhǎng)周期的同步性較差，按以往震例，這種變化對(duì)應(yīng)臺(tái)站附近100～200 km以內(nèi)5級(jí)左右地震，我們查閱了歷史地震，發(fā)現(xiàn)該臺(tái)附近地震很少，因此僅作出了“未來(lái)一段時(shí)間臺(tái)站附近地震活動(dòng)增強(qiáng)的可能”這樣的結(jié)論。

在4月份的分析中，我們注意到該臺(tái)南北向和東西向在2002年底至2003年初轉(zhuǎn)折之后有一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的恢復(fù)性趨勢(shì)上升過(guò)程，并具有長(zhǎng)短周期變化同步、南北向與東西向變化也同步的現(xiàn)象，按以往震例，這種異常變化形態(tài)表明未來(lái)地震距離該臺(tái)站的應(yīng)較遠(yuǎn)，一般在300～500 km范圍內(nèi)，按異常持續(xù)時(shí)間，震級(jí)應(yīng)在6～7級(jí)，圖中2004年5.6級(jí)地震可能是其中之一，但震級(jí)偏低。我們未依據(jù)該異常給出成都臺(tái)附近有更大地震的預(yù)報(bào)意見(jiàn)，主要是出于以下二點(diǎn)考慮：

（1）從2003年初開(kāi)始的恢復(fù)性長(zhǎng)時(shí)間趨勢(shì)性上升異常在2006年初可能已基本結(jié)束，因此已過(guò)預(yù)報(bào)期。

（2）參加分析的全國(guó)約二十幾個(gè)臺(tái)中，2003～2006年的變化形態(tài)大部分與成都臺(tái)類似，但并未發(fā)生大的地震。因此，一方面覺(jué)得此方法效果可能不佳，加之初次在全國(guó)面上開(kāi)展此項(xiàng)工作，對(duì)該方法總體上缺乏信心；另一方面，分析認(rèn)為這種面上的同步變化可能還與變化磁場(chǎng)的場(chǎng)源尺度系數(shù)的長(zhǎng)期變有關(guān)。

綜上所述，可能應(yīng)該將2003～2006年初的長(zhǎng)時(shí)間趨勢(shì)性恢復(fù)上升變化與2006年初開(kāi)始出現(xiàn)的YZHy（EW）短周期趨勢(shì)下降變化一并考慮，但這還需要更多的資料積累及理論研究。

3 結(jié)束語(yǔ)

從以上初步分析可以發(fā)現(xiàn)，7級(jí)以上地震的地磁諧波振幅比趨勢(shì)性異常特征與5～6級(jí)地震的特征基本一樣，即地震基本上都是發(fā)生在地磁諧波振幅比趨勢(shì)性下降之后的轉(zhuǎn)折期、恢復(fù)上升期及恢復(fù)后的初期階段，異常幅度較大，一般在0.10～0.20以上。

7級(jí)及以上地震的（直流）地電阻率異常震前持續(xù)時(shí)間一般為1～2年[2]，但此處給出的幾個(gè)7級(jí)以上地震的地磁諧波振幅比異常震前持續(xù)時(shí)間都在4年以上，其中1976年7月28日唐山7.8級(jí)大地震約5.5年，2008年5月12日四川汶川8級(jí)地震可能約6.5年，而1923年9月1日關(guān)東7.9級(jí)大地震的異常震前持續(xù)時(shí)間達(dá)23年。究其原因，可能是目前的（直流）地電阻率異常是地表地電阻率異常，而地磁諧波振幅比異常是深部地電阻率異常，他更有可能是反映的震源區(qū)異常，因?yàn)檎鹪磪^(qū)異常出現(xiàn)的更早。

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