2020年唐山古冶5.1级地震前后岩石圈磁场异常变化分析

基于唐山及周边地区2019年9月-2021年4月连续4期流动地磁观测资料,获得唐山地区岩石圈磁场异常变化模型,以此分析2020年7月12日唐山古冶5.1级地震前后半年期岩石圈磁场的时空变化特征。结果表明:(1)岩石圈磁场变化的水平矢量在地震前出现明显的方向转向和幅值弱化的现象,地震前后经历了“由震中向周边分散→由周边向震中汇聚发震→方向反转”的时空演化过程;(2)震中附近各测点岩石圈磁场总强度值在地震前后具有规律性时序变化,均呈现“震前缓慢减小→同震时期急剧增大→震后急剧减小”的特征;(3)基于压磁效应和断层亚失稳模型分析,地震前后岩石圈磁场异常的时空变化特征或许是由震中附近主要断裂地应力的积累和释放所致。

基于多期累积岩石圈磁场变化分析唐山M_(S)5.1地震震磁异常

利用2016—2021年河北及周边地区的6期流动地磁矢量观测资料,针对2020年7月12日唐山M_(S)5.1地震,建立了震前1~4年和震后1年的岩石圈磁场变化模型,对比分析了研究区岩石圈磁场的总强度、磁偏角、磁倾角和水平矢量4个要素的时空演化过程。结果表明:①震前累积4年和3年的岩石圈磁场各要素变化中区域整体趋势强,与大地构造有一定的相关性;震前2年和1年的岩石圈磁场变化中,局部特征显著;震前1~4年变化中震中附近总强度、磁偏角、磁倾角变化量值均较小,且多有变化零值线分布,水平矢量呈现出持续的弱变化特征;震后震中附近的磁偏角和变化量值大。②从震前岩石圈磁场变化的时空演化过程,可以看出,越接近发震时间,局部正、负变化空间分布将取代区域的整体趋势。

山东平原M_(S)5.5地震前岩石圈磁场异常变化及发震机理

基于冀鲁交界地区2020~2023年连续4期的流动地磁观测资料,分析区域岩石圈磁场时空变化特征及其与2023-08-06山东平原M_(S)5.5地震的关系,并结合岩石磁学的实验室结果和断层亚失稳理论,探讨平原地震前的亚失稳特征及发震机理。结果表明:1)研究区岩石圈磁场时空变化特征在平原地震前有较为明显的异常反映,2020~2023年震中附近始终存在水平矢量的弱化区,并随着时间推移,出现水平矢量的弱化区逐渐向震中逼近的现象;震中附近始终存在地磁总强度、磁偏角、垂直分量的0值线。2)2020~2021年度震中附近各测点时序变化具有高度的一致性,较好地反映出测点附近断裂的协同化活动状态,或许可以作为识别断层进入亚失稳阶段的特征之一。3)分析应力与磁场强度的关系可知,林南断裂中东段、聊城-兰考断裂东北段地磁场总强度增大,地壳应力应处于释放状态;堂邑断裂、林南断裂西段地磁场总强度减小,地壳应力应处于积累状态。前者应力释放对后者的应力积累有促进作用,可能会导致后者的剪应力瞬时增加并超过其强度发生失稳,从而引发平原地震。

甘肃青海部分地区流动地磁场时空分布特征

2021-05~2022-01青海地区陆续发生玛多M_(S)7.4、德令哈M_(S)5.8和门源M_(S)6.9地震。为深入探究上述地震的震磁关系,利用2019~2021年流动地磁场三分量矢量数据,探讨区域基本磁场与岩石圈磁场的时空分布特征及岩石圈磁场各分量年变与该区域中强地震的关系。研究发现,3期区域基本磁场的时空分布相似。震前最近一期岩石圈磁场资料显示,震中位置H矢量幅值弱变、方向偏转;震中位置与D、I、F、Z分量零值线的距离在200 km以内,玛多M_(S)7.4、门源M_(S)6.9地震震中位置与Z分量零值线的距离仅为5 km、20 km。此外,部分岩石圈磁场分量在2次强震前1 a呈现明显异常。

2019—2021年门源MS6.9地震岩石圈磁场异常回溯分析

分析了2019—2021年门源MS6.9地震周边岩石圈磁场部分要素的时空演化特征,结果表明:岩石圈磁场要素异常在震前1~2年比较明显,其中震中均位于磁偏角D模量、总强度F模量、垂直分量Z模量的正负交界地带,距离“0”值线10~50 km,震中位于水平分量模量的高梯度带,水平矢量方向和幅值在震中东南100 km范围内转向、回旋和减小,垂直矢量的方向和幅值在震中及东南100 km范围内出现对冲、发散和减小;震前1~2年水平矢量幅值、垂直矢量幅值在发震断层冷龙岭断裂带东段南北两侧呈现出北高南低的态势,依据压磁效应分析可知,冷龙岭断裂带东段北侧岩石圈磁场较大,应力变化主要以释放为主,南侧岩石圈磁场较小,应力变化主要以加载为主,反之该区域应力场的变化导致了岩石圈磁场的异常变化。

2018~2022年甘东南地区岩石圈磁场时空变化特征

利用2018~2022年流动地磁场三分量矢量数据,结合甘东南地区活动构造的特征分析了四期岩石圈磁场的年变化特征。研究结果显示:2018~2021年岩石圈磁场水平矢量在华南块体与巴颜喀拉块体和柴达木块体交汇区域以及柴达木块体内部的东昆仑断裂带东段北东向区域有转向、对冲及幅值减小的异常变化,岩石圈磁场磁偏角、总强度、垂直强度也有高梯度带或者明显的正负分区现象;2021~2022年岩石圈磁场模量整体减小,依据磁场与应力的关系可以推断2021~2022年甘东南地区应力处于加载状态,岩石圈磁异常区域迁移至西秦岭北缘断裂带西段至东昆仑断裂带东段之间,该地区地震危险性增强,应重点关注。

佘山地震监测中心站地磁观测百余年资料的跟踪分析

选用佘山地震监测中心站1874-2005年地磁七要素D、H、Z、X、Y、F、I年均值数据,利用一阶差分方法,计算各地磁要素差分值ΔD、ΔH、ΔZ、ΔX、ΔY、ΔF、ΔI,并绘制差分值趋势变化图,统计地磁七要素年均值数据在百余年观测历程中异常台阶出现的年份、变化方向及幅值大小;同时,利用地磁环境变化定量模型,计算地磁异常场模量ΔT,统计分析佘山台百余年来地磁观测的场地环境指标。研究得出以下结论:①磁偏角D在长趋势变化中出现2次较为明显的台阶下降变化,其中1908-1910年变化-42.47′,1965年变化-41.76′,其他时段变化较平稳。②磁倾角I在1893-1895年呈向下变化,变化量-45.62′,其在1991年呈反向向上变化,变化量44.61′。③佘山地区磁场总强度F、水平强度H、垂直强度Z具有明显的周期性变化特征,应与太阳活动周期效应有关。F、H、Z的长期变化趋势较为相同,在1884—1887年均存在一个大幅度台阶,变化幅度均在600 nT以上。④在地磁环境变化定量计算与分析中,发现1908年、1933年ΔT>100 nT,显示明显受到观测环境的较大影响。查找史料发现,应为1908年上海徐家汇有轨电车建设运营和1933年沪宁铁路建设台站迁移至佘山,观测环境不稳定所致。

2010—2016年南北地震带岩石圈磁场变化分析

利用小波分解对2010—2016年南北地震带(21°N—37°N,97°E—109°E)区域6期岩石圈磁场年变化数据进行处理,并对2011年6月以来该区域发生的M_S≥5.0强震震中区的岩石圈磁场变化空间分布及时间演化特征进行了系统分析。结果显示:震级与岩石圈磁场ΔX,ΔY,ΔZ分量变化的相关系数分别为0.26,-0.26,0.15,即二者无显著相关性;震中处岩石圈磁场分量变化的最大幅值分别为18.46,14.98,-15.54 nT。对岩石圈磁场变化进行小波分解的结果表明:MS7.0地震前两年出现显著基底异常,其尺度可能达到上千千米;M_S6.0地震前一年也出现显著基底异常,但异常尺度较小;M_S5.0地震前尚未观测到明确的基底或中层异常。

地磁1年周期变化的响应函数

用通日月均值减去夜均值计算的月均值资料和Ｓｏｍｐｉ谱分析法分析了１４个台站的北向分量１年周期变化的振幅与相位，时段为１９８４－１９８８年。台站的经度分布范围为东经１００°－１８０°，北半球的１２个台站中中国的台站有１１个。分析结果显示用Ｐ（ｎ＝１，…，６）复合模式估算的Ｃ值较合理。各台的Ｃ使比较一致。

2021年5月22日玛多M;7.4地震震前岩石圈磁场变化特征分析

本文利用2019年和2020年两期的全国流动地磁矢量数据,针对玛多M_(S)7.4地震震中附近的岩石圈磁场空间分布,分析研究了岩石圈磁场各个分量的震前变化特征。结果表明,玛多M_(S)7.4地震发生前,震中附近的岩石圈磁场分量均发生了不同程度的变化:震中位于各分量的弱变化区域和零变线附近;震中位于各分量的高梯度带和低梯度带之间。本文证实了地震发生前会引起岩石圈磁场变化这一现象,并总结了震前地磁分量的变化特征,为今后强地震(尤其是M≥7.0地震)的震磁关系研究提供了一个震例参考。

中国大陆岩石圈震磁异常年变统计分析

根据2010—2020年中国大陆岩石圈磁场年变数据与M_(S)≥6.0地震事件,按照0.5°×0.5°网格筛选出震前1年震中所处的网格中心点所对应的地磁要素进行对比分析。结果表明:(1)2011—2012年M_(S)≥6.0地震往往发生在磁偏角D、总强度F、垂直分量Z的零变线附近,但其梯度等值线图特征不显著。(2)2010—2020年M_(S)≥6.0地震共15次,D值在±0.5’之间的震例占比40%,F值在±4 nT之间的震例占比53.33%,Z值在±6 n T之间的震例占比53.33%;66.67%的震例分布在磁偏角梯度值为0.5~1’/°的地区,仅13.33%的震例分布在总强度梯度值为8~10 nT/°的地区,6.67%的震例分布在垂直分量梯度值为8~10 n T/°的地区。(3)水平矢量模|P_(f)|分布在10~12 n T、梯度在8~10 n T/°的震例占比分别为:20.00%、26.67%;矢量模|P_(f)|分布在12~14 nT、梯度在8~12 n T/°的震例占比分别为26.67%、20.00%。

2018年永清M_(W)4.3地震前后岩石圈磁场变化特征

选取华北部分地区2016—2019年流动地磁矢量资料,分析2018年2月12日永清MW 4.3地震前后岩石圈磁场变化特征。结果表明,地震前岩石圈磁场变化异常特征显著,震后异常消失。在震前岩石圈磁场变化中,磁场的D、I、F、H、Z分量出现不同程度的异常特征,这些震前异常呈现出相同的、相似的变化趋势。在震前随着时间的不断累积,岩石圈磁场变化异常愈加显著,其中震前1.5年期各分量震磁异常显著。与震前相比,震后岩石圈磁场变化特征及趋势发生了较大改变。

华北中部岩石圈磁场变化与岩石圈结构间的关系

对2016—2019年华北中部地区(34.7°—41.1°N,110.3°—119.7°E)流动地磁矢量观测数据进行处理,得到连续3期岩石圈磁场年变化数据,并对岩石圈磁场空间分布形态进行分析。研究发现,磁异常分布与岩石圈结构之间有一定相关性,在太行山隆起以西、临清坳陷、鲁西断隆和鲁西断隆以东等主要结构单元表现出不同程度的差异性,但在各自单元内却呈现出较好的整体性,岩石圈磁场水平矢量H和东向分量ΔY要素分区特征较明显。从H矢量空间分布形态可以看出,高能量区多分布在太行山隆起以西和鲁西断隆周边。文水—日照ΔY要素剖面幅值变化形态与结构分区间对应较好,对主要结构单元ΔX、ΔY、ΔZ要素异常幅度均值和极值进行统计,结果表明,太行山隆起以西近期岩石圈磁场变化幅度最大,异常能量最强,其次为鲁西断隆及以东地区,而临清坳陷周边磁场变化相对较平稳。

小江断裂带及邻区岩石圈磁场变化特征分析

利用小江断裂及其邻区2015年和2016年共4期地磁总强度观测资料,获得了相邻期岩石圈磁场的深部、浅表和居里面变化,分析其变化特征。结果表明:(1)2015年8月—2016年3月该区域岩石圈磁场总体表现为磁场能量从南段、中段到北段逐渐增强;(2)在个旧附近,岩石圈磁场变化特征明显,在时间域上,磁场变化表现出增强、减弱、再增强的特征;(3)2015年8月—2016年3月,在岩石圈磁场的深部、浅表变化中,个旧附近都出现了磁场增强和减弱的明显边界。在岩石圈磁场的居里面变化中,个旧附近也出现了居里面起伏变化的明显边界。

华北中部主要活动断裂对岩石圈磁异常分布的影响

对2016~2019年华北中部地区118个流动地磁矢量测点的数据进行处理,得到连续3期岩石圈磁场各要素年变化数据。对得到的ΔY要素各期年变化数据进行网格化处理,利用节点值进行计算,对ΔY梯度空间赋值。分析梯度空间形态发现,高值区和活动断裂分布有较好的对应关系,高值区多沿一个或多个活动断裂延伸,或环活动断裂分布。利用多项式回归法对ΔY进行成分分解,提取区域背景性异常和局部性异常,同样发现局部性异常分布和活动断裂相关性较好。各期梯度高值区和局部异常形态差异性较大,但也有部分高值区或异常显著区延续性存在,尤其在断裂附近,延续性存在的可能和构造应力关系更密切。

2018年冀南地区岩石圈磁场变化分析

对冀南地区2018年春、秋两期的流动地磁矢量资料进行了处理,结合河北隆尧3.0级与临漳3.6级地震,对该区的岩石圈磁场变化特征进行了分析。结果表明2018年4~9月冀南地区的岩石圈磁场变化中各要素总体变化相对较小,呈现不同的变化趋势。同时发现隆尧3.0级与临漳3.6级地震震前均呈现出不同程度的震磁异常,其中磁偏角D、磁倾角I、水平矢量H与垂直矢量Z异常较为明显,但两个震例的异常特征有所差异。

2020—2021年南北地震带北段岩石圈磁场异常变化在地震预测预报中的应用

岩石圈局部的剧烈变化如火山爆发、地震等会引起区域岩石圈磁场的快速变化,地磁学者一般通过监测区域磁场的变化并选用合理的模型来研究震磁关系.本文基于2020—2021年南北地震带北段流动地磁观测资料,通过日变通化改正、长期变化改正以及剥离岩石圈磁场等步骤来分析研究区域岩石圈磁场时空分布特征及7次中强地震发震位置各地磁要素的异常变化,结果发现:研究区域岩石圈磁场水平矢量形成数个弱变化区域,本文讨论的7次中强震均发生在岩石圈磁场水平矢量弱变化区内部或边缘地带,在发震位置处水平矢量出现了转向、发散、对冲或量级突变的趋势;岩石圈磁场各要素年变化等值线与发震位置也有相关性,具体表现为ΔD、ΔY、ΔZ、ΔF、ΔI、ΔX等值线的“0”值线与中强地震表现出较明确的位置特征,即发震位置靠近“0”值线,单从发震位置与“0”值线的距离看,ΔD、ΔY、ΔZ要优于ΔF、ΔI、ΔX三个要素,这种明显的震磁特征变化对中强震发震地点预测有较强的指向性;另外除茫崖5.5级地震外,其余地震距离依据岩石圈磁场要素异常划定的异常区均较近,其中门源6.9级地震、马尔康5.8/6.0级地震、杂多5.9级地震发震位置与最近的岩石圈磁场异常变化区距离在30 km之内,映震效果良好.