美国的震磁观测与研究

美国地质调查局(USGS)与各有关大学,在美国西部、特别在圣安德列斯断层及其临近地区布设了包括地磁在内的地球物理观测网,用以监测该地区的地震活动。地磁观测资料的分析结果显示:5.2~7.3级地震,在离震中3~50 km的观测点与台站上,得到地磁总强度的变化异常幅度为0.3~6 nT。震磁研究结果表明:某些地震存在震磁前兆信息,因此震磁效应的观测研究是探索地震预测的一种手段。深入分析了2004年9月28日帕克菲尔德6.0级地震前后7个台站的地磁数据,结果表明:该地震的同震震磁效应为-0.4~0.3 nT,这是由压磁机制引起的;而该地震较长时间的震磁异常为-5.0~1.0 nT,该异常与局部地质构造及其活动、应力变化状况、地下介质的电磁性质等因素有关。     

溧阳震区岩石磁性的温度和应力效应

本文测试了溧阳地震(M_s=6.0,1979.7.9)震中附近钻井中的岩石在不同温度下磁化率和天然剩余磁化强度随应力的变化。结果表明:1.岩样磁化率为(4-30)×4π×10~4,天然剩余磁化强度为(30-3000)mAm~(-1),居里温度均在580℃左右;2.室温下磁化率的应力灵敏度为(0.4-1.1)×10~(-3)(MPa)~(-1),与其他一些地区同类岩石相比偏低;磁化率应力灵敏度随温度增加,到某一峰值后下降,在邻近居里点处趋于零;3.天然剩余磁化强度的应力灵敏度为(0.2-2.3)×10~(-3)(MPa)~(-1)。分析表明,岩石压磁特性与磁性矿物的磁畴状态有关。 根据实验结果估算的由压磁效应引起的震磁异常仅有1nT的量级,由此推测,该地震前,在溧阳地磁台观测到的近10nT的磁异常很可能主要不是由压磁效应引起的。     

探索地震前兆的地磁观测研究

1976年7月28日,河北唐山发生了强烈的唐山地震(M=7.8)。唐山地震前后积累了大量的地磁资料。分析结果表明,唐山地震之前存在地磁场长期、短期与短周期变化的异常。这意味着强烈地震可能伴随相当丰富的震磁信息,地磁方法在中期、短期地震预报中具有良好的应用前景。 为探索震磁前兆,我们做了几个构造磁实验。实验结果显示,地磁变化与密云水库水位变化的关系系数为-(0.28±0.22)nT/m;对于地下核试验,爆炸前后的地磁变化约为1—2nT,在爆炸时刻约为2—3nT。根据实验结果,震磁前兆信息是可以观测到的。 利用我国所观测到的震磁现象资料,综合分析了地磁前兆时间、异常幅度、震中距与地震震级之间的关系。这些关系有助于地磁方法预报地震的研究。     

基于定点形变资料获取断裂浅层倾向和倾角的方法研究—以唐山台为例

本文利用唐山地震台1978—2016年跨断层定点形变资料探究唐山地震台所跨断层的浅层倾向和倾角。首先,对形变资料进行数字滤波处理,消除原始观测数据中的非构造信息;其次,对数据精度进行评价,得出1997—2016年滤波后的形变数据年累计残差普遍较小、精度较高;最后,采用精度较高的形变数据计算SE和NW两倾向不同倾角下基线与水准和的累计残差分布,进而获取断层的浅层倾向和倾角。结果显示,依据跨断层定点形变资料获得唐山地震台所跨断层的浅层倾向为SE,倾角为89°,该结果与前人探槽剖面中断层产状相一致,反映出本文提出的基于长期跨断层定点形变资料通过数字滤波、数据精度评价来获取断裂浅层倾向和倾角的方法具有可行性,但本文所得反演结果与唐山地震台目前采用的断层倾向NW、倾角72°存在一定偏差。      

根据地面形变的观测研究1966年邢台地震的震源过程

本文以完整的形式给出拉梅常数不相等情形的半无限弹性介质中任意倾角的矩形滑动断层引起的地震位移场解析表示式。以一些数值结果说明介质的泊松比、断层面的倾角、上界和下界对地面的地震位移场的影响。在比较1966年邢台地震的地形变资料和计算得到的各种走向、倾向、倾角、断层面长度、宽度、震源深度和错距的单个的矩形滑动断层引起的地面位移之后指出,简单的滑动断层错动模式不能同时很好地解释观测到的邢台地震的水平和垂直形变。为了解释观测结果,提出了一个复合的断层模式。这个复合断层模式由六个简单的矩形滑动断层构成。运用网格尝试法,得到了基本上符合观测到的水平和垂直位移场的震源参数。     

密云水库的构造磁实验

为探讨水库地区的构造磁效应,在密云水库周围布设了221个测点,测点间距为2——5km,测点离水库堤岸的距离为几十米至15km不等,使用G-816型与G-826型质子旋进磁力仪,在1983——1987年期间,每季度观测一次地磁场总强度.地磁与密云水库蓄水的资料分析得到,地磁变化与水库的水位变化、水容量变化的关系系数分别为-(0.280.22)nT/m与-(0.350.31)10-8nT/m3,表明地磁变化与该水库蓄水变化有着较强的负相关.这种较强的负相关可能是密云水库地区地下较强磁性岩石的压磁效应的反映.由于水库构造磁实验是地震磁现象的较好模拟,因此,根据实验结果可以相信,在地震活动区布设加密的高精度地磁观测,是能够捕捉到震磁前兆信息的.      

关于压磁效应和膨胀磁效应

在简化条件下, 估计了压磁效应的可能量级.由此推知, 在非磁异常区, 地震前后的磁场变化不一定是压磁效应引起的.压磁效应不是震磁关系的唯一机制.按照渗滤电流理论推出的公式表明, 由地下水渗滤作用引起的所谓膨胀磁效应也是很小的.只有渗滤区足够大, 地下水剧烈运动, 才有可能观测到膨胀磁效应.      

震磁效应研究及进展

系统地介绍了目前人们对于压磁效应、感应磁效应、流变磁效应、电动磁效应、热磁效应及岩石破裂过程中的电磁效应机理的认识、研究进展以及利用震磁效应激发的地磁异常从地磁场的长期和短期变化中提取地震前兆的方法。在此基础上,提出了对震磁效应进一步研究的建议,强调应从加强地磁台网观测、改进震磁效应的实验及引入提取震磁异常新的方法3方面加强震磁效应的研究,更好地发挥地磁观测在地震监测预报中的作用。     

地下核爆炸前后的地磁观测及其结果

为研究震磁效应,在我国西部地下核试验现场布设了17个测点,于1983年9-10月间进行了地磁总强度的观测.资料分析结果表明,在离地下核爆炸点3.8——140km 范围内,各测点地磁总强度的差值变化在地下核爆炸前后存在异常,最大异常约为1.9nT;而且该异常与各测点至地下核爆炸点的距离具有一定的关系.在地下核爆炸时刻,存在2-3nT 地磁总强度的异常变化.这一结果对震磁关系与地磁预报地震的探索研究具有一定的参考意义.      

基于国家地震科学数据开展断层面参数研究的初探——以唐山地震为例

随着地震观测台网的加密,中国地震台网统一地震目录越来越完整。本文以地震资料丰富且研究程度较高的唐山地震为例,尝试利用中国地震台网统一地震目录直接确定断层面参数。将小震确定断层面参数的方法应用于唐山地震序列,对其断层面参数进行分段拟合,其中唐山断裂南段走向和倾角分别为213.4°和81.9°,唐山断裂北段走向和倾角分别为231.4°和89.1°,滦县段走向和倾角分别为125.1°和76.2°,卢龙断裂走向和倾角分别为46.1°和89.3°,宁河断裂走向和倾角分别为246.6°和81.8°。将所得结果与前人研究成果以及现今震源机制解参数研究的误差水平进行对比分析,证明了本研究具有较高的可靠性。本文研究结果表明,在地震活跃且地震定位精度较高的地区,中国地震台网统一地震目录可以广泛应用于断层面参数的确定。     

2022年青海门源6.9级地震前岩石圈磁场异常变化分析

基于青海及甘肃部分地区2020—2021年2期流动地磁测点的观测资料,获得该地区的岩石圈磁场异常变化,通过研究岩石圈磁场各个分量的变化特征,系统分析2022年1月8日青海门源6.9级地震前岩石圈磁场的异常变化特征。结果表明：(1)门源地震前,震中区域岩石圈磁场各个分量具有较为明显的异常显示。具体表现为：震中区域附近岩石圈磁场变化的水平矢量具有方向转向及幅值弱化的异常变化现象;垂直矢量方向出现明显的南向、北向对冲的异常现象;磁偏角在震中附近具有“0”变线和高梯级带分布;总强度和垂直分量在震中附近具有“0”变线分布,并发生弯曲。(2)依据压磁效应分析,冷龙岭断裂北部岩石圈磁场增大,应力变化主要以释放为主,应力变化应处于较低水平;冷龙岭断裂南部岩石圈磁场强度减小,应力变化主要以积累为主,应力变化应处于较高水平。门源地震前,冷龙岭断裂构造应力调整引起的压磁效应可能是造成震中区域岩石圈磁场异常变化的主要原因。     

Theory of the seismomagnetic effect: a reassessment

Transient magnetic anomalies accompanying seismic stresses are more elusive than had been anticipated. We have, therefore, undertaken a more rigorous calculation than hitherto of the piezomagnetic effect accompanying representative seismic strain fields. We present a numerical method of treating faults of arbitrary area and orientation with fault displacement graded to zero at the fault boundaries to avoid stress discontinuities. The effect of grading the displacement in a realistic way is to give a more restricted and generally smaller piezomagnetic anomaly field than is indicated by simpler models. Seismomagnetism remains important in the search for earthquake prediction methods, but is more difficult to observe than had been hoped.     

基于离散余弦变换的磁位谱分析及磁异常导数计算方法

针对提高磁异常导数的计算精度，提出磁位离散余弦变换谱的分析方法. 根据重磁位场的泊松公式，利用余弦变换给出磁位与磁场分量间的余弦变换谱关系，推导出磁异常n阶导数的余弦变换谱公式. 利用余弦变换法计算的无限长水平圆柱体磁异常水平和垂向一阶导数的最大误差分别为-028 nT/m、047 nT/m；水平一阶导数的误差一般在-357%～327%之间，垂向一阶导数的误差一般在-194%～188%之间；计算的磁异常一阶导数值与理论值大致重合，而且不受有效磁化倾角的影响. 而Fourier变换法计算的水平和垂向一阶导数最大误差分别为-1062 nT/m、1442 nT/m，计算曲线与理论曲线偏离大，受磁化倾角的影响也较大. 这说明与Fourier变换法相比，余弦变换法计算的异常导数精度高，而且具有良好的稳定性.     

首都圈地磁差值年变率δF异常与地震预测研究

通过对１９８８￣１９９６年首都圈４０个测点的地磁差值年变率δＦ变化的全面分析研究,获得了近期两次唐山震区中强地震的地磁差值年变率δＦ异常,是以磁报震探索和震磁关系研究较好的近场前兆震例。地磁差值年变率δＦ方法４年来已用于首都圈１年尺度地震趋势判断。     

由震源机制解推断唐山地震序列发震断层的分段特征

使用唐山地区2002年1月—2015年11月M_L≥2.5地震的255个震源机制解, 采用构造应力场均匀性的分段方法对唐山地震序列的发震断层进行分段． 在已有唐山地区震源机制解分区特征的基础上, 给出了5个参考应力张量, 并通过差异显著性的z值检验计算将唐山地震序列的发震断层分为宁河、 唐山、 滦县和卢龙等4个子段, 进而分别对4个子段的应力场进行反演． 结果显示: 4个子段的最大主压应力方向均呈近EW向, 且唐山、 宁河和卢龙子段的应力场均表现出较大的拉张分量; 唐山、 宁河子段的最佳应力张量与唐山主震对唐山断裂带两端点所产生的引张应力场的作用方式一致． 此外, 唐山子段的应力场符合基于接收函数给出的上地幔物质隆升模型, 滦县子段走滑型的应力状态反映了该区的共轭构造运动, 卢龙子段的最佳应力张量为正断兼右旋走滑． 从当前唐山地震序列发震断层分段的应力场特征可以推断, 现今唐山地区的地震活动具有继承性, 主要受区域构造应力场和该区深、 浅共存的断裂构造体系控制．      

九寨沟MS7.0地震前地磁异常

分析距离九寨沟M_S7.0地震震中分别为65 km、254 km和238 km的松潘地磁台、成都地磁台和天水地磁台2017年连续观测结果,发现九寨沟地震前,松潘地磁台出现异常变化,主要表现为2017年5月开始,松潘地磁台长时间垂直分量累积变化量达40 nT。短时间内也存在地磁场突变,最高可达10 nT,而成都地磁台和天水地磁台地磁场无明显异常。通过对观测数据的详细检查发现松潘地磁台很多观测日的最后一个观测值与后一观测日的第一个观测值相差超过1 nT,因此认为九寨沟地震前观测数据的异常是由观测系统异常导致。对三个台站地磁场垂直分量日变化的统计分析发现垂直分量在不同时段相关性保持一致,说明地震前短时间内不存在地磁垂直分量的明显异常变化,三个台站地磁场日变化的差异是由地下介质性质不同导致。岩石圈磁场在震中西侧区域出现正负异常交替现象,这可能与九寨沟地震的孕育有关。     

非洲磁异常对地磁场结构及其长期变化的控制作用

地球非偶极磁场在主磁场结构及其长期变化中起着重要作用.非偶极磁场主要表现为行星尺度磁异常,它们是南大西洋磁异常、非洲磁异常、欧亚大陆磁异常、澳洲磁异常和北美磁异常.在这5块磁异常中,非洲磁异常对磁赤道的形状和位置以及全球长期变化特征有极大的影响.非洲磁异常的重要性主要表现在3方面：第一,由于异常区位于赤道这一特殊的地理位置,所以它极大地影响磁赤道的形状和位置.相对于偶极场的地磁赤道而言,异常区所在的中北非洲和中大西洋地区的磁赤道向北移动,最大移动量可达约15°.第二,非洲磁异常的快速西漂对全球长期变化的分布起着决定性作用,它在该异常区西边的中美洲形成了全球最主要的长期变化区,在1900~2005年期间,最大年变率Z_max超过200 nT/a.第三,非洲负磁异常区与其南面的南大西洋正磁异常区相结合,〖HJ〗它们的变化使西半球地磁场强度大大减弱,也使全球磁场发生显著畸变.这两块磁异常与深部的反极性斑区有着成因联系.     

用形变资料反演1976年唐山地震序列的破裂分布

1976年唐山发生了7.8级地震,相继又发生了两次大余震——滦县7.1级地震和宁河6.9级地震.地震发生在观测条件比较好的地区,水准测量和三角测量测得了地震的同震位移场.本研究采用原始水准测量数据,而不是采用根据水准数据处理的地面沉降图像,和三角测量数据反演了该地震序列的破裂分布.模型构建中考虑了滦县地震和宁河地震的断层形态和大小.结果表明,唐山地震主震断层有明显的右旋走滑性质,最大走向滑动错距>6 m,位于断层南段,北段的走滑分量明显小于南段.主震总地震矩达2.58×10²⁰N·m,与地震波反演得到的地震矩的量级相当;滦县地震断层总体表现为左旋正断层,释放地震矩达4.95×10¹⁹N·m;宁河地震断层总体表现为右旋正断层,释放地震矩达3.94×10¹⁹N·m,比地震波反演的地震矩大一个量级.据此可以推测唐山地震的无震滑移主要发生在宁河地震断层的西部上,滑动性质以正断层为主.该结果对于唐山地震序列后的动力学演变过程及余震发生机理有一定参考.