甘-青地區(qū)地磁垂直分量加卸載響應(yīng)比、逐日比分析

戴勇，高立新，楊彥明，尹戰(zhàn)軍，郝美仙，梁瑩，陸潁哲

（1.內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局，呼和浩特 010010；2.滿洲里地震臺，內(nèi)蒙古 滿洲里 021400）

甘-青地區(qū)地磁垂直分量加卸載響應(yīng)比、逐日比分析

戴勇1，高立新1，楊彥明1，尹戰(zhàn)軍1，郝美仙1，梁瑩1，陸潁哲2

（1.內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局，呼和浩特 010010；2.滿洲里地震臺，內(nèi)蒙古 滿洲里 021400）

以甘肅、青海及周邊地區(qū)（30.5°～41.0°N，94.0°～108.0°E）作為研究區(qū)域，采用地磁垂直分量加卸載響應(yīng)比方法，以及由此演化出的地磁垂直分量逐日比方法，對位于甘-青地區(qū)的都蘭、山丹、古豐、固原和中衛(wèi)五個臺站地磁數(shù)據(jù)進行處理。結(jié)果顯示：①自2008年以來，甘-青地區(qū)累計發(fā)生5次顯著地震，其中4次地震前10個月內(nèi)，出現(xiàn)過加卸載比成組高值異常，3次地震之前10個月內(nèi)出現(xiàn)過逐日比成組高值異常；②甘-青地區(qū)地磁垂直分量加卸載響應(yīng)比、逐日比異常判據(jù)閾值分別為3.0、2.8。

地磁垂直分量；加卸載響應(yīng)比；逐日比；異常

0 引言

尹祥礎(chǔ)提出加卸載響應(yīng)比理論［1］，宋治平將其應(yīng)用于地震預(yù)測中，取得了較好的結(jié)果，該方法在地形變、地下水位、重力等參量方面的應(yīng)用中也取得了較好的內(nèi)驗效果［2-3］。陳學(xué)庭、朱燕、李樹華、馮志生等［4-7］采用加卸載響應(yīng)比方法相繼對華東、新疆、云南和河北等地區(qū)的地磁資料進行處理，并與區(qū)域內(nèi)顯著地震進行對應(yīng)分析，發(fā)現(xiàn)在大部分地震之前加卸載響應(yīng)比都有超限的高值異?，F(xiàn)象存在。馮志生等在加卸載響應(yīng)比方法基礎(chǔ)之上提出了逐日比方法，并將該方法運用于江蘇地磁數(shù)據(jù)處理和異常分析中，取得較好的映震效果［8］。本文將上述兩種方法應(yīng)用于甘肅、青海及周邊地區(qū)（簡稱“甘-青地區(qū)”），取得了較好的效果。

1 方法原理及數(shù)據(jù)處理

1.1 方法原理

取太陽風(fēng)加載時與卸載時的地磁垂直分量日變幅之比值為其加卸載的響應(yīng)比［7］：

式（1）中，A為地磁垂直分量日變幅，“+”表示加載，“-”表示卸載。由于地磁垂直分量日變幅與太陽活動相關(guān)很好，因此在具體計算時選取地磁垂直分量日變幅的極大值為加載響應(yīng)，極小值為卸載響應(yīng)。

曾小平等分析了地磁垂直分量日變幅極大值及其后極小值之比值與地震的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)高比值與臺站周邊地震有良好的對應(yīng)關(guān)系［3］，在應(yīng)用該方法的過程中，馮志生等發(fā)現(xiàn)下面這個簡單比值的高值與其臺站周邊地震也有很好的對應(yīng)效果［8］：

式（2）中，A（t）為地磁垂直分量日變幅，t1為觀測日期，t2=t1+1。Y被命名為地磁垂直分量日變幅逐日比。

1.2 數(shù)據(jù)選取及處理

甘-青地區(qū)主要位于青藏塊體東北部，區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，新構(gòu)造運動強烈，北祁連山地震構(gòu)造帶、南祁連地震構(gòu)造帶、阿爾金地震構(gòu)造帶、東昆侖地震構(gòu)造帶和玉樹地震構(gòu)造帶均位于該區(qū)域［9］，近年來甘-青地區(qū)一直被劃為全國重點危險區(qū)。甘肅、青海、陜西和寧夏經(jīng)過“十五”項目建設(shè)之后地磁臺網(wǎng)分布較為密集、合理，其中甘肅有四個地磁臺站和一個地磁臺陣，青海有八個地磁臺站。

自2008年以來，甘肅、青海、陜西和寧夏已經(jīng)累積了較為豐富的地磁數(shù)字化觀測數(shù)據(jù)。本文以甘-青地區(qū)（30.5°～41.0°N，94.0°～108.0°E）作為研究區(qū)域（圖1），選取研究區(qū)內(nèi)資料連續(xù)且質(zhì)量較好的都蘭、山丹、古豐、固原和中衛(wèi)五個臺站地磁垂直分量分鐘值數(shù)據(jù)作為分析對象，首先計算出五個臺站2008年1月1日至2014年8月31日地磁垂直分量日變化幅度，在此基礎(chǔ)之上，采用地磁加卸載響應(yīng)比和逐日比方法計算獲得甘-青地區(qū)數(shù)字化地磁垂直分量加卸載響應(yīng)比和逐日比結(jié)果。

自2008年以來，甘-青地區(qū)相繼發(fā)生了2008年5月12日汶川8.0級地震、2008年11月10日海西6.3級地震、2009年8月28日海西6.6級地震、2010年4月14日玉樹7.3級地震和2013年7月22日岷縣漳縣6.6級地震等主震，以及一系列余震。

本文主要選取上述5次主震，對甘-青地區(qū)都蘭等臺站地磁加卸載響應(yīng)比和逐日比結(jié)果進行映震分析。加卸載響應(yīng)比和逐日比異常分析和判定前，閾值的選取是關(guān)鍵，研究發(fā)現(xiàn)不同地區(qū)的閾值并不完全一樣［4-8］，閾值設(shè)定不合理可導(dǎo)致虛報或者漏報，本文在確定甘-青地區(qū)地磁垂直分量加卸載響應(yīng)比、逐日比異常閾值時主要是結(jié)合該地區(qū)震例進行的。

圖1 參與計算甘-青地區(qū)地磁垂直分量加卸載響應(yīng)比、逐日比的臺站分布及主要地震分布Fig.1 Distribution of stations participated in calculation of load-unloading response ratio and ratio of daily variation amplitude of geomagnetic vertical component，and the main earthquakes in Gansu and Qinghai region

2 計算結(jié)果及分析

2.1 甘-青地區(qū)地磁垂直分量加卸載響應(yīng)比分析

都蘭、山丹、古豐、固原和中衛(wèi)地磁垂直分量加卸載響應(yīng)比結(jié)果如圖2所示。

甘-青地區(qū)加卸載響應(yīng)比P（Z）值大部分在1.0～2.0之間波動。在加卸載方法中，主要通過設(shè)置閾值來判定是否出現(xiàn)超限，在此基礎(chǔ)之上，若三個或者三個以上臺站在14 d之內(nèi)出現(xiàn)了超限高值，可將上述變化視為準同步異常變化，列為一組異常。為辨別多臺出現(xiàn)的加卸載響應(yīng)比和逐日比高值異常是由孕震區(qū)地下電導(dǎo)率增加或者改變引起的，還是由磁暴等引起的［10-13］，研究人員從中國國家地磁臺網(wǎng)中心網(wǎng)站和國際公布地磁指數(shù)網(wǎng)站上查詢了2008年1月1日至2014年08月31日K、Kp和Dst等地磁指數(shù)，對于存在磁暴等強磁擾現(xiàn)象的時段內(nèi)出現(xiàn)的加卸載響應(yīng)比和逐日比高值異常，異常信度將降低。

圖2 甘-青地區(qū)地磁垂直分量加卸載相應(yīng)比曲線Fig.2 Curves of geomagnetic load-unloading response ratio in Gansu and Qinghai region

結(jié)合典型震例，并經(jīng)過反復(fù)調(diào)試與對比，最后選取3.0作為甘-青地區(qū)地磁垂直分量加卸載響應(yīng)比異常判定閾值（表1）。

（1）2008年2月5日古豐、固原和中衛(wèi)三個臺站P（Z）值分別為3.76、3.47、3.73，均超限；2008年2月12日都蘭、山丹、古豐、固原和中衛(wèi)P（Z）值分別為2.94、3.14、2.94、3.30、3.48，均為高值，其中山丹、固原和中衛(wèi)P（Z）值超限。2008年2月5日不存在強磁擾現(xiàn)象，但2月12日存在強磁擾現(xiàn)象，這一天大范圍加些載響應(yīng)比高值異常信度較低，在震例分析時可不予考慮。在2008年2月5日加卸載響應(yīng)比高值異常出現(xiàn)3個月之后發(fā)生汶川8.0級地震。

（2）2008年11月10日海西6.3級地震前，古豐、中衛(wèi)兩個臺站在不同時間出現(xiàn)超限異常，但其他臺站未出現(xiàn)，信度很低，故不予考慮，該地震屬于漏報。

（3）2009年1月24日都蘭、山丹、古豐、固原和中衛(wèi)P（Z）值分別為2.51、4.11、4.60、3.16、3.57，都為高值，其中山丹、古豐、固原和中衛(wèi)P（Z）超限。2009年2月2日固原、中衛(wèi)P（Z）值分別為3.00、3.34，2009年2月6日都蘭P（Z）值為3.06，超限。將2009年1月24日、2月2日及2月6日出現(xiàn)的高值異常列為一組異常，異常期間未出現(xiàn)強磁擾現(xiàn)象，該組異常出現(xiàn)7個月之后發(fā)生海西6.6級地震。

表1 甘-青地區(qū)加卸載相應(yīng)比異常結(jié)果一覽表Table 1 Abnormal results list of geomagnetic load-unloading response ratio in Gansu and Qinghai region

（4）2009年9月23日都蘭、山丹、固原和中衛(wèi)P（Z）值分別為3.19、2.86、2.55、4.40，都為高值，其中都蘭、中衛(wèi)P（Z）值超限，異常期間未出現(xiàn)強磁擾現(xiàn)象。該異常出現(xiàn)7個月之后發(fā)生玉樹7.3級地震。

（5）2011年5月27日，固原和中衛(wèi)P（Z）值分別為3.06、2.44，都為高值。2011年5月31日山丹、古豐、固原和中衛(wèi)P（Z）值分別為3.09、2.96、2.48、3.12，都為高值，其中山丹和中衛(wèi)P（Z）值超限，異常期間未出現(xiàn)強磁擾現(xiàn)象。該組異常出現(xiàn)之后，10個月內(nèi)甘-青地區(qū)未發(fā)生地震。

（6）2012年1月9日，山丹、古豐、固原和中衛(wèi)P（Z）值分別為3.01、3.52、2.81、3.45，都為高值，其中山丹、古豐和中衛(wèi)P（Z）值超限，異常期間未出現(xiàn)強磁擾現(xiàn)象。該異常出現(xiàn)之后，10個月內(nèi)甘-青地區(qū)未發(fā)生地震。

（7）2012年9月25日，古豐臺P（Z）值為3.26，超限；10月1日都蘭和固原兩個臺站P（Z）值分別為3.42、3.31，超限；10月11日山丹、古豐、固原和中衛(wèi)四個臺站P（Z）值分別為2.85、2.97、2.51、2.77，雖未超限，但都屬于高值。將這一期間高值異常作為一組異常，由于10月1日存在強磁擾現(xiàn)象，該組異常信度有所降低。異常出現(xiàn)9個月之后甘-青地區(qū)發(fā)生岷縣漳縣6.6級地震。

2.2 甘-青地區(qū)地磁垂直分量逐日比分析

都蘭、山丹、古豐、固原和中衛(wèi)地磁垂直分量逐日比結(jié)果如圖3所示。在逐日比方法中，主要通過設(shè)置閾值來判定是否出現(xiàn)超限，在此基礎(chǔ)之上，若三個或者三個以上臺站在14 d之內(nèi)出現(xiàn)了超限高值，可將上述變化視準同步異常變化，列為一組異常。甘-青地區(qū)逐日比Y值大部分在0.0～2.0之間波動，本文結(jié)合典型震例，并嘗試選取不同的閾值進行計算分析，最后選取2.8作為甘-青地區(qū)地磁垂直分量逐日比異常判定閾值（表2）。

（1）2008年2月5日古豐、固原和中衛(wèi)Y值分別為3.76、3.47和3.73，均超限；2008年2月12日都蘭、山丹、古豐、固原和中衛(wèi)Y值分別為2.94、2.80、2.94、2.70和0.62，5個臺中有三個臺Y值出現(xiàn)超限異常，在此說明的是，固原Y值雖未出現(xiàn)超限異常，但也屬于高值，中衛(wèi)在2月11日出現(xiàn)Y值為2.81的超限異常。2008年2月5日不存在強磁擾現(xiàn)象，但2月11日、12日存在強磁擾現(xiàn)象，這兩天存在的大范圍逐日比高值異常信度較低，在震例分析時可不予考慮。2月5日地磁逐日比高值異常出現(xiàn)3個月之后發(fā)生汶川8.0級地震。

（2）2008年11月10日海西6.3級地震前，古豐、中衛(wèi)兩個臺站在不同時間出現(xiàn)Y值超限異常，但其他臺站Y值未出現(xiàn)，信度很低，故不予考慮，該地震屬于漏報。

（3）2009年1月24日都蘭、山丹、古豐、固原和中衛(wèi)Y值分別為2.51、4.11、4.60、3.16、3.57，上述臺站Y值都屬于高值，且山丹等4個臺站Y值出現(xiàn)超限異常，異常期間未出現(xiàn)強磁擾現(xiàn)象。該組異常出現(xiàn)7個月之后發(fā)生海西6.6級地震。

（4）在玉樹7.3級地震之前，都蘭、山丹、古豐和中衛(wèi)Y值都出現(xiàn)過高值，但三個或者三個以上臺站Y值在10 d之內(nèi)未出現(xiàn)準同步的異?，F(xiàn)象，因此玉樹7.3級地震屬于漏報。

（5）2010年7月12日，都蘭、山丹、古豐、固原和中衛(wèi)Y值分別為2.86、3.12、3.10、1.93、2.33，其中，都蘭、山丹、古豐Y值出現(xiàn)超限異常，異常期間未出現(xiàn)強磁擾現(xiàn)象。該組異常出現(xiàn)之后，10個月內(nèi)甘-青地區(qū)未發(fā)生地震。

（6）2012年12月11日，都蘭、山丹、古豐、固原和中衛(wèi)Y值分別為3.31、1.86、2.26、3.08、2.67，其中，都蘭、固原Y值出現(xiàn)超限異常；2012年12月18日，中衛(wèi)Y值為2.84，超限異常，將這兩天異常列為一組異常，異常期間未出現(xiàn)強磁擾現(xiàn)象。在該異常出現(xiàn)7個月之后甘-青地區(qū)發(fā)生岷縣漳縣6.6級地震。

圖3 甘-青地區(qū)地磁垂直分量逐日比曲線Fig.3 Curves of ratio of daily variation amplitude of geomagnetic vertical component in Gansu and Qinghai region

3 結(jié)語

（1）對于甘-青地區(qū)來說，若三個或三個以上地磁臺站垂直分量加卸載響應(yīng)比。在幾天之內(nèi)出現(xiàn)高值異常，則這一異常信度較高，因此可將在14 d之內(nèi)出現(xiàn)的異常作為一組異常。甘-青地區(qū)地磁垂直分量逐日比同樣遵循這一規(guī)律。自2008年以來，甘-青地區(qū)地磁垂直分量加卸載響應(yīng)比出現(xiàn)過6組高值異常，其中有4組異常出現(xiàn)之后10個月內(nèi)發(fā)生過顯著地震，甘-青地區(qū)地磁垂直分量逐日比出現(xiàn)過4組高值異常，其中3組高值異常出現(xiàn)之后10個月內(nèi)發(fā)生過顯著地震。

表2 甘-青地區(qū)地磁垂直分量逐日比異常結(jié)果列表Table 2 Abnormal results list of ratio of daily variation amplitude of geomagnetic vertical component in Gansu and Qinghai region

（2）對于甘-青地區(qū)來說，采用地磁垂直分量加卸載響應(yīng)比、逐日比結(jié)果進行異常分析和震情跟蹤，閾值的選取是格外重要的，本文結(jié)合震例分析，將甘-青地區(qū)地磁垂直分量加卸載響應(yīng)比、逐日比閾值確定為3.0、2.8。

（3）在2008年汶川8.0、2009年海西6.6和2013年岷縣漳縣6.6級地震前，甘-青地區(qū)地磁垂直分量加卸載響應(yīng)比和逐日比均存在成組高值異?，F(xiàn)象；在2008年海西6.3級地震前，甘-青地區(qū)地磁垂直分量加卸載響應(yīng)比和逐日比均沒有出現(xiàn)成組高值異常；在2010年玉樹7.3級地震之前，僅甘-青地區(qū)地磁垂直分量加卸載響應(yīng)比存在成組高值異常，這是值得我們思考的。

（4）地磁垂直分量加卸載響應(yīng)比和逐日比兩種方法雖有異曲同工之妙，但對于甘-青地區(qū)來說，加卸載響應(yīng)比結(jié)果比逐日比結(jié)果虛報率高，但逐日比結(jié)果比加卸載響應(yīng)比結(jié)果漏報率高，由此可見兩種方法各有千秋。

致謝：馮志生研究員為本研究提供了計算程序，并在研究過程中，馮志生研究員、李鴻宇助理研究員給予了寶貴指導(dǎo)，在此一并表示感謝！

［1］尹祥礎(chǔ)，尹燦.非線形系統(tǒng)的失穩(wěn)前兆與地震預(yù)測［J］.中國科學(xué)（B輯），1991（5）：512-518.

［2］宋治平，尹祥礎(chǔ)，陳學(xué)中.加卸載響應(yīng)比的時空演變特征及其對地震三要素的預(yù)測意義［J］.地震學(xué)報，1996，18（2）：179-186.

［3］曾小蘋，續(xù)春榮，趙明，等.地球磁場對太陽風(fēng)的加卸載響應(yīng)與地震［J］.地震地磁觀測與研究，1996，17（1）：49-53.

［4］陳學(xué)庭，楊鋼宇，陳修民，等.地磁加卸載響應(yīng)比與地震對應(yīng)關(guān)系研究［J］.地震，2000，20（2）：53-60.

［5］朱燕，史勇軍，巴克，等.新疆地區(qū)地磁加卸載響應(yīng)比方法應(yīng)用研究［J］.中國地震，2002，18（4）：409-416.

［6］李樹華，陳燕.云南地區(qū)地磁加卸載響應(yīng)比短臨異常特征［J］.地震研究，2003，26（增刊）：133-139.

［7］馮志生，林云芳，王建宇，等.江蘇地磁加卸載響應(yīng)比的異常標志體系［J］.地震，2000，20（2）：61-68.

［8］馮志生，王建宇，蔣延林，等.地磁垂直分量日變幅逐日比及其與地震關(guān)系的探討［J］.華南地震，2001，21（2）：20-27.

［9］M7專項工作組.中國大陸地震中-長期危險性研究［M］.北京：地震出版社，2012.

［10］丁鑒海，盧振業(yè)，黃雪香，等.地震地磁學(xué)［M］.北京：地震出版社，1994

［11］中國地震局監(jiān)測預(yù)報司.地震電磁學(xué)理論基礎(chǔ)與觀測技術(shù)（試用本）［M］.北京：地震出版社，2010.

［12］李偉，龔耀.上海地磁加卸載響應(yīng)比資料分析與地震研究［J］.華南地震，2013，33（4）：31-38

［13］張清秀，倪小寅，袁麗文，等.臺灣地區(qū)強震前加卸載響應(yīng)比特征［J］.華南地震，2014，34（3）：18-23.

Analysis on Load-unloading Response Ratio and Ratio of Daily Variation Amplitude of Geomagnetic Vertical Component in Gansu and Qinghai Region

DAI Yong1，GAO Lixin1，YANG Yanming1，YIN Zhanjun1，HAO Meixian1LIANG Ying1，LU Yingzhe2

（1.Earthquake Administration of Inner Mongolia Autonomous Region，Hohhot 010010，China；
2.Manchuria seismic station，Manchuria 021400，China）

In this paper，Gansu，Qinghai and the surrounding areas（30.5°～41.0°N，94.0°～108.0°E）was identified as the study area.The paper processes the geomagnetic vertical component data of Dulan，Shandan，Gufeng，Guyuan and Zhongwei stations located in the study area by using the load-unloading response ratio method and ratio of daily variation amplitude method.The results show that five significant earthquakes have occurred in the Gansu-Qinghai region since 2008，of which，there existed high value anomaly of load-unloading response ratio in 10 months before the 4 earthquakes occurred，and there existed high value anomaly of ratio of daily variation amplitude in 10 months before the 3 earthquakes occurred；anomaly threshold of loadunloading response ratio and ratio of daily variation amplitude of geomagnetic vertical component in Gansu and Qinghai region are 3.0 and 2.8 respectively.

Geomagnetic vertical component；Load-unloading response ratio；Ratio of daily variation amplitude；Abnomaly

P315.7

A

1001-8662（2015）03-0001-06

10.13512/j.hndz.2015.03.001

2014-11-10

2014年度震情跟蹤青年課題（2014020401）、中國地震局地震監(jiān)測、預(yù)測、科研三結(jié)合課題（150501）、測震臺網(wǎng)青年骨干培養(yǎng)專項（20150405）聯(lián)合資助.

戴勇（1981-），男，工程師，碩士，主要從事地震預(yù)測研究工作。

E-mail：daiyong06@mails.ucas.ac.cn.

戴勇，高立新，楊彥明，等.甘-青地區(qū)地磁垂直分量加卸載響應(yīng)比、逐日比分析［J］.華南地震，2015，35（3）：1-6.［DAI Yong，GAO Lixin，YANG Yanming，et al.Analysis on Load-unloading Response Ratio and Ratio of Daily Variation Amplitude of Geomagnetic Vertical Component in Gansu and Qinghai Region［J］.South china journal of seismology，2015，35（3）：1-6.］