2016~2017年新疆区域震磁异常信息提取
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文章编号:1001 ̄8956(2018)03 ̄0206 ̄07中图分类号:P315.7㊀㊀文献标识码:A㊀㊀
2016~2017年新疆区域震磁异常信息提取
①
张敏ꎬ赵石柱ꎬ贾路
(新疆维吾尔自治区地震局ꎬ新疆乌鲁木齐830011)
摘要:利用极化方法ꎬ提取和分析2016年1月1日~2017年10月的垂直分量极化值ꎬ分析极化值异常与地震的关系ꎮ分析期间发生的5次急始磁暴时的极化值ꎬ发现磁场扰动时极化值会出现低值ꎮ统计的9次地震ꎬ在传播范围内的台站除了温泉台在呼图壁地震之前漏报ꎬ其余均出现极化值高值异常ꎮ分析结果表明ꎬ异常幅度最大的为呼图壁MS6.2地震震中距最小(75km)的乌鲁木齐台ꎬ呼图壁地震震级小于精河地震ꎬ但是呼图壁地震震中距乌鲁木齐较近ꎬ所以就异常幅度而言ꎬ呼图壁地震前乌鲁木齐极化值异常大于精河地震前乌鲁木齐台极化值ꎮ异常幅度最小的为且末MS
5.8地震且末台的极化值ꎬ可以看到新疆区域的4个台站ꎬ且末台的极化值较小ꎬ这可能与且末台仪器噪声和背景噪声为全疆最好有关ꎮ
关键词:极化法ꎻ地磁秒数据ꎻ短临异常doi:10.16256/j.issn.1001 ̄8956.2018.03.003
㊀㊀利用新疆区域的乌鲁木齐㊁喀什㊁温泉㊁且末这4个台站的预处理秒数据ꎬ采用每个台站背景噪声较小的那套相对观测仪秒采样数据ꎬ利用极化方法ꎬ提取和分析2016年1月1日~
2017年10月31日的垂直分量极化值ꎬ分析地震前的极化值短临异常ꎮ新疆区域各个地磁台站自建造以来仪器运行稳定ꎬ背景噪声较小ꎬ连续多年获得国家局地磁资料评比多项前三名的好成绩ꎬ观测环境无明显干扰ꎮ
1㊀数据选取
本研究采用预处理秒数据ꎬ采样率为1Hzꎬ地磁秒数据采用的是FHDZ ̄M15或FGM ̄01磁通门磁力仪记录到的地磁秒数据ꎬ由于地磁原始秒数据或多或少会受到人为活动的干扰ꎬ所以对原始数据经过去尖峰㊁台阶等干扰噪声的影响后得到预处理秒数据ꎬ数据由中国地震局地球物理研究所收集㊁审核和入库ꎮ
选择的台站为新疆区域内的乌鲁木齐㊁喀什㊁且末㊁温泉台ꎬ拥有秒记录的台站ꎬ因为大部分异常现象出现在地震前2~3个月ꎬ故在此选取的是此地震前6个月的地磁秒数据进行分析[1 ̄3]ꎮ乌鲁木齐㊁喀什㊁且末台拥有2套以上相对观测仪ꎬ在此选择的是背景噪声较小的那套仪器ꎬ乌鲁木齐和喀什选择的是FHDZ ̄M15产出的秒数据ꎬ温泉㊁且末台选择的是GM4产出的
第32卷㊀第3期
2018年㊀㊀9月
㊀
㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀
内陆地震
INLAND㊀EARTHQUAKE
㊀
㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀
Vol.32㊀No.3Sep.㊀2018
①
收稿日期:2017 ̄08 ̄30ꎻ修回日期:2018 ̄01 ̄03.课题项目:新疆地震科学基金(201610㊁201813).
作者简介:张敏(1986~)ꎬ女ꎬ工程师ꎬ硕士ꎬ2012年毕业于中国地震局地球物理研究所ꎬ主要从事前兆数据处理分析工
作.E ̄mail:273893289@qq.com
秒数据ꎮ
2㊀计算方法和原理
采用极化方法利用地磁场D㊁H㊁Z三分量的秒采样数据ꎬ首先进行傅里叶变化得到虚实傅氏谱ꎬ然后再计算极化值ꎬ本文选择的是垂直分量极化ꎬ即地磁垂直分量和水平分量全矢量谱比值ꎬ其定义为:
YZH=
Z(ω)/H(ω)㊀㊀㊀㊀.
(1)
式中ꎬZ(ω)为地磁垂直分量的谱值ꎬH(ω)为地磁水平分量的谱值ꎮ
观测和分析表明ꎬ来自高空电离层和磁层的ULF磁场极化值YZH一般都<1ꎬ而来自震前
震源区磁场的YZHʈ1或YZH>1ꎬ因此认为YZH是区分磁场信息来自高空还是震源区地下的关键ꎬ它可能是提取与地震破裂有关的电磁辐射信息的重要参数ꎮ许多学者分析了YZH在地震前后的变化ꎬ发现震前YZH增高的现象很普遍[4 ̄8]ꎮ
3㊀研究步骤
为了避开日间的人为和工业干扰ꎬ选取当地时间的子夜0~2点(也就是世界时的17:00:00~18:59:59)的预处理秒数据进行计算ꎮ具体的计算流程为:(1)以15minꎬ也就是900s为分段长度ꎬ对各个测点垂直分量Z㊁水平分量H预处理秒数据进行分段ꎬ这样每天的数据就包括8个15min数据段ꎮ
(2)计算出每段数据的傅里叶谱值ꎬ取平均值代表该天的频率域傅里叶谱幅值ꎮ
(3)低于0.01Hz以下的数据为准直流数据ꎬ不是我们讨论的范围ꎬ高于0.2Hz的数据幅度很小ꎬ在0.01~0.2Hz的频率域内变化最为明显ꎬ选择此频段为分析对象ꎬ得到分析对象的极化值ꎮ
(4)对垂直幅度比(垂直幅度极化)做粗差处理(超10倍均方差的作为缺测)ꎮ(5)对垂直幅度比(垂直幅度极化)5日滑动平均得到最终的极化值结果ꎮ
(6)在分析中为了排除外源场的影响ꎬ采用了与Kp指数对比分析ꎬ中低纬度地区地磁场
活动强度常用Kp指数来表示ꎬKp指数每3h一个数值ꎬ>4表示地磁场处于扰动状态ꎬKp指数越小ꎬ说明地磁场越平静ꎮ
4㊀结果分析
4.1㊀极化值与磁场活动的关系
地磁场观测容易受到空间电流体系的影响ꎬ极化值在地震前通常表现出高值异常ꎬ怎样排除外源场对数据的影响显得尤为关键ꎬ因此本文中首先分析在地磁场扰动时ꎬ计算出的极化值是否会出现高值ꎮ2016年1~7月新疆区域无6级以上地震发生ꎬ在2016年12月发生了3次中强震ꎬ2017年8月9日发生了精河MS6.6地震ꎬ而且2016年全年总共发生了4次磁暴ꎬ
2017年7月发生了1次磁暴ꎬ因此选择2016年1月1日~2017年8月8日的预处理秒数据ꎬ
7
023期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀张敏等:2016~2017年新疆区域震磁异常信息提取㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀
计算得到垂直幅度极化值ꎬ分析磁暴时极化值的表现ꎮ磁暴目录来自中国地震局地球物理研究所发布的磁暴报告ꎬ磁暴目录如表1ꎮ磁暴期间极化值结果如下图1ꎮ
表1㊀磁暴极化值结果表
磁暴开始时间(年 ̄月 ̄日T时:分)
乌鲁木齐喀什温泉且末2016 ̄01 ̄18T21:580.238230.381540.545750.548022016 ̄03 ̄06T05:120.354850.484760.409670.417892016 ̄03 ̄11T05:320.271710.258900.433120.495082016 ̄07 ̄19T23:500.224540.254430.538020.500022017 ̄07 ̄16T06:010.307210.073880.230900.29745二倍均方差
0.65900
0.59000
0.60600
0.692
00
图1㊀磁暴期间极化值图
(a)乌鲁木齐㊀(b)喀什㊀(c)温泉㊀(d)且末
Fig.1㊀Polarizationduringgeomagneticstorm
图中的红色虚线为各台极化值2倍均方差控制线ꎬ可以看到4个台站在5次磁暴期间极化值都非常小ꎬ都小于2倍均方差ꎬ从表1的磁暴目录提取出4个台站磁暴时的极化值可以看出全部都小于二倍均方差ꎬ所以可以判断极化值在磁场扰动时应该表现为低值ꎬ而地震前极化值表现为高值ꎬ因此可以判断磁场扰动时不会影响利用极化值进行震前异常的研究ꎮ4.2㊀震例分析
ULF信号传播最大距离Dmax与震级MS的关系满足如下公式[6]ꎬ
MS=-0.87+2.61lg1D㊀㊀㊀㊀㊀.
(2)
震级越大ꎬ可观测到的电磁信号距离越大.根据此经验公式计算出各个地震的传播距离ꎮ计算出的极化值结果如下图2~5ꎬ图中红色横实线为3倍均方差ꎬ把其作为阈值ꎮ
根据经验公式2016年1月~2017年10月总共有9个(删除余震㊁包含境外地震)5级以
802㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀内㊀陆㊀地㊀震㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀32卷
图2㊀乌鲁木齐台5~100s极化值图
Fig.2㊀Polarizationof5~100secondfromUrumqi
station
图3㊀喀什台5~100s极化值
Fig.3㊀Polarizationof5~100secondfromKashi
station
图4㊀温泉台5~100s极化值图
Fig.4㊀Polarizationof5~100secondfromWenquanstation
9
023期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀张敏等:2016~2017年新疆区域震磁异常信息提取㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀
图5㊀且末台5~100s极化值图
Fig.5㊀Polarizationof5~100secondfromQiemostation
上的地震ꎬ其中且末台满足条件的地震有2个ꎬ温泉台满足条件的地震有2个ꎬ乌鲁木齐台满足条件的地震有2个ꎬ喀什台满足条件的地震有6个ꎮ2017年8月9日精河MS6.6地震传播距离同时覆盖了3个台站ꎬ同时覆盖2个台站的地震有2016年12月8日呼图壁地震总共1个地震ꎮ其他地震满足条件的台站只有1个(表2)ꎮ
表2 地震目录(删除余震)㊁震中距㊁传播距离表
台站发震时间
(年 ̄月 ̄日T时:分:秒)纬度φN(ʎ)经度λE(ʎ)震级(MS)传播距离/km震中距/km乌鲁木齐2016 ̄12 ̄08T13:15:0343.8386.406.251175乌鲁木齐2017 ̄08 ̄09T07:27:5144.3082.906.6728323喀什2016 ̄04 ̄10T18:29:0136.6271.507.11131494喀什2016 ̄06 ̄26T19:17:0839.3873.256.7795221喀什2016 ̄11 ̄25T22:24:3039.2574.076.7795153喀什2017 ̄05 ̄03T12:47:1339.3071.526.2511363喀什2017 ̄05 ̄05T13:09:3539.4771.456.0428369喀什2017 ̄05 ̄11T05:58:1937.5575.305.5275218温泉2016 ̄12 ̄08T13:15:0343.8386.406.2511442温泉2017 ̄08 ̄09T07:27:5144.3082.906.6728165且末2016 ̄12 ̄20T18:04:3837.1784.835.8359112且末
2017 ̄08 ̄09T07:27:51
44.30
82.90
6.6
728
719
从图2可以看出ꎬ在精河地震之前ꎬ乌鲁木齐台在2月和4月出现2次超阈值情况ꎬ乌鲁木齐台在呼图壁地震前也出现1次超阈值情况ꎬ虽然呼图壁地震震级小于精河地震ꎬ但是呼图壁地震震中距乌鲁木齐较近ꎬ所以就异常幅度而已ꎬ呼图壁地震前乌鲁木齐极化值异常大于精河地震前乌鲁木齐台极化值ꎮ从图3可以看出喀什台的6次地震之前均出现1次超阈值异常ꎮ从图4可以看出ꎬ温泉台在2月也出现超阈值情况ꎬ但是在呼图壁地震前ꎬ温泉台虽然在传播范围之内仍没有出现任何异常情况ꎬ查看温泉台2016~2017年的秒数据预处理错误率可以发现温泉台存着比较多的处理错误情况ꎬ而且台站周边受到比较大的干扰ꎬ目前正在准备搬
012㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀内㊀陆㊀地㊀震㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀32卷
迁选址的过程中ꎬ造成极化值总体值偏高ꎬ呼图壁地震异常不显著ꎬ而精河地震距温泉台比较近ꎬ虽然在比较高的干扰背景下ꎬ仍然出现高值异常ꎬ综上所述认为温泉台在精河地震前的异常有一定的参考意义ꎮ从图5且末台2016~2017年的极化值可以看出符合条件的2次地震之前ꎬ分别是2016年12月20且末MS5.8地震和2017年8月9日精河MS6.6地震ꎬ分别出现了1次超阈值异常ꎮ4个台站在地震之前极化值异常出现时间㊁异常幅度㊁异常持续时间㊁
对应地震情况㊁发震时间间隔以及各个台站距离地震的震中距如表3ꎮ
表3㊀极化值异常与地震对应情况统计表
台站异常出现时间(年 ̄月 ̄日)异常持续时间/d
异常幅度对应地震发震时间震级
发震时间间隔/d震中距/km乌鲁木齐2016 ̄12 ̄0411.612016 ̄12 ̄08MS6.24
75
乌鲁木齐2017 ̄02 ̄2111.572017 ̄08 ̄09MS6.6167323乌鲁木齐2017 ̄04 ̄1711.062017 ̄08 ̄09MS6.6113323喀什2016 ̄03 ̄0511.182016 ̄04 ̄10MS7.135494喀什2016 ̄04 ̄1910.9822016 ̄06 ̄26MS6.767221喀什2016 ̄08 ̄2011.082016 ̄11 ̄25MS6.796153喀什2017 ̄03 ̄1710.9832017 ̄05 ̄03MS6.246363喀什2017 ̄03 ̄1710.9832017 ̄05 ̄05MS6.048369喀什2017 ̄03 ̄1710.9832017 ̄05 ̄11MS5.554218且末2016 ̄08 ̄2810.9092016 ̄12 ̄20MS5.8113112且末2017 ̄06 ̄091
0.928
2017 ̄08 ̄09MS6.660719漏报2016 ̄12 ̄08MS6.2温泉
2017 ̄02 ̄26
1
0.950
2017 ̄08 ̄09
MS6.6163
1655㊀结论与讨论
(1)地磁场观测容易受到空间电流体系的影响ꎬ极化值在地震前通常表现出高值异常ꎬ怎
样排除外源场对数据的影响显得尤为关键ꎬ首先分析在地磁场扰动时ꎬ极化值的表现ꎮ分析了2016年1月1日~2017年10月31日发生的5次急始磁暴时的极化值ꎬ发现磁场扰动时极化
值会出现低值ꎬ与冯志生2010的研究结果一致ꎮ
(2)在2016年12月8日呼图壁MS6.2地震ꎬ该地震传播范围内的台站有乌鲁木齐和温
泉台ꎬ乌鲁木齐台在呼图壁地震前也出现1次超阈值情况ꎬ温泉台漏报ꎮ查看温泉台2016和
2017年的秒数据预处理错误率可以发现温泉台存着比较多的处理错误情况ꎬ而且台站周边受到比较大的干扰ꎬ目前正在准备搬迁选址的过程中ꎬ造成极化值总体值偏高ꎬ呼图壁地震异常不显著ꎮ在2016年12月20日发生的且末MS5.8地震之前ꎬ且末台出现一次超阈值异常ꎮ在2017年8月9日发生在新疆精河MS6.6地震ꎬ在该地震传播范围内的乌鲁木齐㊁温泉㊁且末台均在地震前出现超阈值异常ꎮ喀什台在2016~2017年10月总共发生了6次5级以上满足传播条件的地震ꎬ在这些地震之前ꎬ均出现超阈值情况ꎮ
(3)从表3可以看出ꎬ在出现的这些震前地磁异常ꎬ最短的为地震前4dꎬ最长的为地震前
半年ꎬ异常幅度最大的为2016年12月8日呼图壁MS6.2地震震中距最小(75km)的乌鲁木
1
123期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀张敏等:2016~2017年新疆区域震磁异常信息提取㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀
212㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀内㊀陆㊀地㊀震㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀32卷齐台ꎬ异常幅度最小的为2016年12月20日且末MS5.8地震且末台的极化值ꎬ虽然呼图壁地
震震级小于精河地震ꎬ但是呼图壁地震震中距乌鲁木齐较近ꎬ所以就异常幅度而言ꎬ呼图壁地震前乌鲁木齐极化值异常大于精河地震前乌鲁木齐台极化值ꎮ就新疆区域的4个台站而言ꎬ且末台的极化值较小ꎬ这可能与且末台仪器噪声和背景噪声为全疆最好有关ꎮ本文中分析了2016~2017年新疆区域4个台站的极化值与地震的对应关系ꎬ在有限的9个震例中得到的分析结果可能并不能反应地震发生过程的复杂性ꎬ得到的结果还需要在以后的研究工作中加以检验ꎮ
参考文献:
[1]PrattesGꎬSchwingensehuhKꎬEichelbergerHUꎬetal.Multi pointground basedULFmagneticfieldobservationsinEurope ̄duringseismicactiveperiodsin2004and2005[J].NaturalHazardsandEarthSystemSciencesꎬ2008ꎬ8:501 ̄507. [2]LiQiꎬZhuPeiyuꎬAlimjanMamateminꎬetal.DetectionofULFelectromagneticemissionsasaprecursortotwoearthquakesinChina[J].EarthqukeScienceꎬ2011ꎬ24(6):601 ̄607.
[3]李琪.极化方法应用于地磁台阵的震例分析[J].震害防御技术ꎬ2015ꎬ10(2):412 ̄417.
[4]刘奕君ꎬ张建国.极化方法在分析地磁秒数据异常信息中的应用[J].地震地磁观测与研究ꎬ2014ꎬ35(5/6):113 ̄119. [5]冯志生ꎬ李琪ꎬ卢军ꎬ等.基于磁通门秒值数据的地震ULF磁场可靠信息提取研究[J].华南地震ꎬ2010ꎬ30(2):1 ̄7. [6]RikitakeT.NatureofElectromagneticEmissionPrecursorytoanEarthquake[J].JournalofGeomagnetismandGeoelectricityꎬ1997ꎬ49:1153 ̄1163.
[7]张敏ꎬ赵石柱ꎬ杨福喜ꎬ等.新疆区域地磁垂直分量日变背景变化分析[J].内陆地震ꎬ2017ꎬ31(4):385 ̄392. [8]张敏ꎬ赵石柱ꎬ雷晴.感应式磁力仪和磁通门磁力仪数据对比分析[J].内陆地震ꎬ2018ꎬ32(2):112 ̄118.
EXRACTSEISMICANOMALYBEFOREXINJIANG
EARTHQUAKEFROM2016TO2017
ZHANGMinꎬZHAOShi ̄ZhuꎬJIALu
(EarthquakeAgencyofXinjiangUygurAutonomousRegionꎬUrumqi830011ꎬXinjiangꎬChina)
Abstract:Usingthemethodofpolarizationꎬextractingandanalyzingverticalcomponentofpolariza ̄tionvaluefrom2016to2017ꎬanalyzestherelationsbetweenpolarizationanomaliesandearth ̄quakes.Weanalyzedtherelationshipbetweenfivegeomagneticstormandpolarizationvaluesꎬandfoundthatpolarizationvaluewouldbelowwhenthemagneticfielddisturbanceappeared.InthenineearthquakesinthispaperꎬexceptfortheWenquanstationbeforeHutubiearthquakeꎬalloftheoth ̄ersshowedhighabnormalvalue.ThelargestanomalyamplitudewasonDecember8thꎬ2016MS6.2earthquakeandtheepicenterdistanceisminimum(75km)ofUrumqiꎬalthoughitsmagnitudewaslessthanJingheearthquakeꎬitwasclosetotheepicenterꎬtheanomalyamplitudeꎬpolarizationa ̄nomaliesinhutubiwasgreaterthantheJingheearthquake.Thesmallestabnormalamplitudeofpo ̄larizationvalueswasinQiemostationꎬthismayberelatedtoitssmallestbackgroundnoisewithinXinjiang.
Keywords:PolarizationmethodꎻGeomagneticseconddataꎻShorttermanomaly。