地磁日变与地震活动关系的主成分分析——以日本岩手县北部6.1级地震为例

本文提出了将主成分分析方法和地磁日变分析方法相结合以从较强干扰背景中提取相对较弱地震地磁信息的一种新思路.具体以1998年日本岩手县北部6.1级地震为例,选用三个地磁观测台资料进行研究.利用调和分析方法得到了各台基于多次谐波拟合的地磁日变曲线,在此基础上对各台的地磁日变形态进行了研究,发现距震中最近地磁台的日变形态在地震前大约两周出现了明显的异常,而其他两个距离震中相对较远的观测台日变形态基本正常.最后,将主成分分析方法应用于上述拟合地磁日变结果,得到了各主成分及其所占能量比的时间变化,结果表明在地震前两周左右第二主成分所占能量比显著增加,而且距离震中最近的台站的上述变化明显高于另两个较远的台站.上述结果表明地震前两周左右检测到的地磁日变异常可能与震中附近地下电阻率的变化或孕震过程中产生的电磁信号存在一定关系,相关研究结果有助于加深对地震电磁现象的认识和理解.     

提高地磁观测记录质量的初步设想

一、引言地磁台担负着监视全国地磁场变化,为地磁学、震磁关系和相关学科的研究提供地磁数据,为区域磁测提供通化数据,部分台站参加国际资料交换等任务。我国地磁台的地磁观测系统由绝对观测和相对记录仪器所组成,这是一个相当长时期内的基本状况。地磁台提供长期、连续、可靠的观测数据,主要体现在:①产出连续可靠的地磁信息磁照图。②精确测定地磁场绝对值。③编制地磁观测报告、磁暴报告等供资料交换使用。近年来,由于地震监测、地磁学科研究工作的需要,对地磁观测质量提出了越来越高的要求。     

汶川地震前后地磁Z分量的谱质心变化

提取了汶川地震前后成都台、木里台和西昌台地磁观测的Z分量数据,分3个时段对采样率为每秒一个点的观测数据每小时计算一个最大谱质心、平均谱质心和谱质心标准差。不同台站和不同时段谱质心的结果比较表明,三个参数在汶川地震前这一时段,成都台地磁Z分量显示较大的变化幅度,并存在震前逐渐升高的变化趋势,而其它台站和其它时段没有显示如此明显的特征。对比分析表明,成都台地磁Z分量显示出的谱质心变化是一个与汶川地震有关联的特征信息,且这一特征的出现与台站和震中的距离有关。对这一问题的深入研究,对于研究震磁关系、大地震的孕震机理,大地震的预测及大震发生位置的推测具有积极意义。     

基于平滑伪魏格纳-维勒分布的时频分析方法的震例回溯性研究

以四川及其邻区现有地磁台站数据为研究对象,基于平滑伪魏格纳-维勒分布的时频分析方法(SPWVD),对其进行时频计算,并对康定地震、九寨沟地震附近地磁台站及中强震活跃时段与平静时段的川滇地区部分地磁台站Z分量滤波后周期为4. 4h的振幅变化特征进行回溯性震例分析。研究发现:2014年康定地震之前,震中附近7个地磁台站4. 4h振幅存在同步高值异常现象,其中5个台的幅值为震前所研究时段的最高值;九寨沟地震前,震中附近6个台站存在同步相对高值的异常现象,其中3个台的幅值为震前所研究时段的最高值; 2014年川滇地震活跃时期,该区域地磁台站普遍存在4. 4h振幅同步异常,台站数量多、振幅大,与此时间段内中强地震发生强度呈正相关,在时间上呈现短临特征; 2018年川滇地区中强地震活动平静时期,4. 4h振幅变化较平稳,异常振幅相对较小,而后活跃期间同步异常的最大振幅增大且异常台站数量增加。综上所述,通过SPWVD时频方法对地磁数据进行处理和分析,以此得到的规律和认识,对未来川滇地区中强地震预测和研判区域地震活动性的强弱有积极意义。     

张丝式磁变仪基本性能分析

记录地磁场变化量的磁变仪是我国用于探测震磁信息的主要手段之一。但是,我国地磁台站普遍采用的悬丝式磁变仪在大震中常会受损以至丢失记录,本文所介绍的张丝式磁变仪可以克服上述缺点,文中对这种仪器的基本性能从理论上进行了较为全面的探讨.     

地磁数据处理与地震关系之探

研究了上海崇明、佘山和杭州这3个地磁台的观测资料在2004年4月21日南黄海ML4．0级、5月26日浙江省舟山群岛ML4．3级和11月15日南黄海％4．6级地震前的异常变化特征,结果表明：杭州台和崇明台数字化地磁观测资料分钟值空间差值于4月14日～17日、4月30日、5月8日出现的异常信息很可能是震磁异常信息;杭州台和余山台数字化地磁观测资料分钟值、模拟观测21时值Z分量地磁场相关系数R值分别在震前2天、24天和震前5天、15天出现了超出2σ值的震磁异常变化：崇明和余山地磁台数字化地磁Z分量分钟值的空间差值异常信息在4月21日南黄海尬4．0级地震前后有所显示。但在5月26日舟山群岛ML4．3级地震前不太明显,可能与谈两个地磁台站相距较近日震中距较近有美．     

广东及其邻区总磁场日变化特征探讨

研究变化磁场的基本特征,对于鉴别震磁效应、确定震磁异常都是十分必要的。变化 磁场主要有长期变与日变化两种。消除长期变的 影响,通常是将每个测点的观测值与标准地磁台 的观测值比较,并利用等磁变图作出校正。对地 磁日变化,目前都采用磁测点和标准台的同时观     

汶川8.0级特大地震前的地磁垂直分量日变"双低点"异常

2008年5月9日,我国有13个地磁台(纳入国家地磁台网中心的台站)地磁垂直分量日变形态出现"双低点"异常.这些台站在空间上大致呈交汇的3个条带分布,其交汇处位于四川两部.异常出现3天后的5月12日,正好在四川西部的汶川发生了8.0级特大地震.地磁垂直分量日变"双低点"是客观存在的一种区域地磁异常现象.其成因可能是产生地磁静日变化Sq的外空涡旋电流体系发生变化,或可能是产生地磁静日变化的内源感应涡旋电流体系与外源涡旋电流体系产生数小时的滞后所引起.地磁垂直分量日变"双低点"异常与地震的关系,可能是前者反映了地球深部地震孕育状态的加速变化.     

唐山M 4.8地震地磁谐波振幅比变化

针对2012年5月28日河北唐山M 4.8地震,采用地磁谐波振幅比方法,分析昌黎、静海、红山及承德地磁台2007年1月至2015年12月地磁观测数据,结果显示：各台站10 min周期的计算结果波动性明显,其他周期形态较为一致;距震中最近的昌黎地磁台Y_ZHx（NS）测向的10-40 min周期地磁谐波在下降至极低值后,开始转折时发生地震,而Y_ZHy（EW）测向未出现明显转折现象;位于河北平原地震带中部的静海地磁台对此次地震反应显著,2个测向在震前均出现下降-转折-上升的变化特征。通过对比位于不同地区的4个地磁台站地磁谐波振幅比变化,发现受大范围整体构造应力场作用的影响,计算结果具有相似的趋势性变化特征,具体到局部地区或断裂带内部,各台站之间显示出一定差异。     

我国部分台站的高K指数检验

为考察我国地磁台站高K指数纬度分布的同一性,选择北京台,佘山台和广州台磁暴时H分量上最大地磁活动8小时K_(max)≥5时段作样本,按其磁纬分别与国外相应的地磁台站结成对比组。对比发现,我国3个台站K≥6的指数存在不同程度的系统偏高趋势,进一步与K_P指数对比确认,反映我国3个台站上的K≥6高K指数及其相应磁场变幅的系统偏高是一种表观现象,原因是这3个台站的H磁变仪都存在着定向差和其它磁变仪的磁系附加磁场影响的缘故。     

1997—2016年中国大陆地区地磁台站观测环境变化定量分析

本文利用CHAOS-6地磁场模型计算1997—2016年中国大陆地区34个地磁台站模型值,分析比较模型计算值与台站实测值之间的差异,利用国际参考场模型IGRF12计算结果进行佐证。结果表明:地磁异常场模量△T作为地磁台站观测环境的一种标志,年变化显示:①中国大陆地区34个地磁基准台绝大部分位于地磁正常区或弱磁异常区,只有少数几个地磁台位于强磁异常区;②判断1个地磁台的地磁场环境,只测量总强度（F）是不够的,必须进行三分量绝对观测,利用地磁异常场模量△T评价地磁台的地磁场环境更全面、更科学合理。     

格尔木地磁Z分量静日变化特征与前兆异常分析

研究了格尔木地震台1996-2006年地磁模拟资料和2008-2011年的数字化资料,通过对台站磁静日低点时间、日变幅度、日变形态的分析,确认地磁z分量磁静日低点时间在地方时12时左右;日变幅月均值呈现明显的波浪式起伏变化,其年均值与太阳黑子数保持一致;地磁日变形态较为规则,有1个低点和2个高点;在前兆异常分析中,认为低点时间异常和日变形态双低点异常与周边强震具有一定的对应关系。     

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。     

汶川8.0级特大地震前的地磁垂直分量日变ldquo;双低点rdquo;异常l

2008年5月9日,我国有13个地磁台（纳入国家地磁台网中心的台站）地磁垂直分量日变形态出现ldquo;双低点rdquo;异常．这些台站在空间上大致呈交汇的3个条带分布,其交汇处位于四川西部．异常出现3天后的5月12日,正好在四川西部的汶川发生了8.0级特大地震．地磁垂直分量日变ldquo;双低点rdquo;是客观存在的一种区域地磁异常现象．其成因可能是产生地磁静日变化Sq的外空涡旋电流体系发生变化,或可能是产生地磁静日变化的内源感应涡旋电流体系与外源涡旋电流体系产生数小时的滞后所引．地磁垂直分量日变ldquo;双低点rdquo;异常与地震的关系,可能是前者反映了地球深部地震孕育状态的加速变化.      

兰州地磁垂直分量绝对值与相对量的分析

我国自一九六六年邢台地震后,在全国很多地区开展了地磁预报地震的研究工作,创造和积累了不少经验。与此同时,地磁台站得到相应发展,在这些台站中,有相当一部分是相对量记录,无绝对观测仪。因此,在震磁关系研究分析中,普遍采用的是北京时整点值相对量资料。震磁关系的研究,观测技术是基础,而前兆现象的研究是地震预报的核心。现已提出的     

地磁变化的不规律性对震磁效应的干扰

地磁变化的空间的不规律性,不能用两台观测值相减的办法完全消除,从而对震磁效应产生干扰。本文以垂直分量为例,分析了日变、日变幅、0点值、12点值和月均值的不规律性,给出两台差值的标准偏差和变化幅度与距离的关系。例如,两台相距600公里时,日变差值的标准偏差为4γ,日变差值一天内的变化幅度10γ以上,这可能给流动磁测造成假的震磁异常。0点值差值的标准偏差和变化幅度稍小,日变幅、12点值和月均值的这些参数较大,它们都可能形成假的震磁异常。本文最后以76年唐山大震为例,分析了地磁变化不规律性的干扰,认为在昌黎台的Z资料上,不能肯定震前两个月和一年多时间里有中、长期震磁异常。     

基于虚拟日变台进行地磁矢量数据日变通化方法

流动地震地磁矢量观测是一种获取地震前兆异常的方法,试验研究和观测实例表明,地震孕育引起的地磁场异常变化量级较小,因此在观测、数据处理过程中都要尽可能消除误差提高精度.本文主要从地磁矢量数据日变通化精度方面开展讨论,首先使用反距离加权插值法由泰安、武汉、崇明、杭州4个地磁台观测资料计算出蒙城地磁台相应的虚拟地磁数据,其磁偏角、水平分量、垂直分量三个要素与真实观测值的相关系数分别高达0.9987、0.9946和0.9806,验证了反距离加权插值方法对地磁观测数据空间插值的有效性.其次,选择东部和西部测区分别使用反距离加权插值方法建立各地磁矢量测点位置的虚拟日变台并用其进行通化,实例计算结果表明,该方法可有效提高日变通化精度,对于地磁台站稀疏地区更具实际应用价值.     

2018年精河5.4级地震前地磁日变化畸变异常分析

2018年10月16日新疆精河5.4级地震发生时,震中附近的台站不同程度上记录了地磁日变化畸变异常,如地磁总强度F02时每日一值空间相关异常、地磁垂直分量加卸载响应比异常、地磁低点位移以及地磁日变化空间相关异常等。统计震前观测到的所有地磁异常,并分析研究了其震前异常变化特征。得到如下结论:(1)从全国每日一值相关分析结果看,震前114天出现每日一值空间相关异常,异常高值台为乌鲁木齐和克拉玛依;(2)震前59天沿北天山断裂带分布的地磁台站加卸载响应比均成组出现超限的高值,且异常高值的空间分布跟震中位置有一定关联;(3)中国大陆地磁台站震前37天出现低点位移突变分界线,且异常集中于震中附近;(4)震前出现地磁垂直分量日变化空间相关异常,异常台站空间上也主要集中于北天山地区。因此地磁垂直分量日变形态及有关的计算方法短期内具有一定的预报效能,可为今后利用地磁方法预测地震积累经验和震例。     

拉萨地磁台地磁观测效能和数据校正

基于2017～2019年地磁观测数据,利用多台对比的方法,分析了拉萨地磁台的地磁观测资料。结果显示：拉萨地磁台各分量绝对子夜均值年变化趋势与狮泉河地磁台、乾陵地磁台基本一致;拉萨地磁台日变化曲线存在干扰较多,通过与临近地磁台站对比,可以清晰地识别干扰变化,进而准确地对干扰数据进行校正。     

九寨沟7.0级地震前四川地区地磁异常分析

利用地磁垂直分量日变幅逐日比方法分析了2017年8月8日九寨沟7.0级地震前的地磁异常时空变化特征,结果表明:震前6个月成都、松潘、江油和崇州4个台站出现了同步的逐日比超阈值异常,异常台站集中于四川北部地区,震中位于异常阈值线上。外空场活动调查排除了空间环境对计算结果的影响,显示此次多台同步逐日比异常很可能是浅层地下介质电性结构改变的一种表现。