琼中地磁Z分量低点时间变化分布特征分析

叶向顶，顾申宜，张 慧

(海南省地震局，海南 海口 570203）

0 前言

近年来，利用地磁垂直分量日变化出现的极小值的时间以及其在空间分布上产生的异常变化，进行短期的或临震的地震预报倍受关注。经过多年的震例和经验积累，分析和利用低点异常或双低点异常预测地震亦取得了一定的进展[1～4]。尽管其机理成因等还需要进一步研究，但通过大量实例的统计分析证明，其在地震预测上有一定的实效性。琼中地磁台(地理坐标为北纬19°51′，东经109°01′，海拔高度为230 m)地处中国的最南端的海南省，是离赤道最近、纬度最低的地磁台，其地磁纬度为7.8°，在全国地磁测点中具有地缘性的优势。为此，详细地分析其垂直分量的低点时间变化特征，有助于我们利用低点异常现象做为震磁前兆异常，提高地震预测的成功率。

1 数据与资料处理

地磁日变化中，Z分量日变极小值出现的时间为低点时间，其在空间的异常特征称之为 “低点位移”现象，是少见的地磁异常现象。在地球北半球，地磁Z分量的日变化正常形态是：总体上呈现周期性变化；每日中午出现极小值，上午、下午各出现一个极大值。

本文采用了2002至2012琼中地磁台GM3磁通门磁力仪Z分量数据，首先统计了每一年中各个月的低点时间的平均值，然后再对各年的某个月数据作平均，最后得到一年中12个月低点时间的分布特征。同时分别对各个季节低点时间的分布和标准偏差进行分析，确定其平均值分布区间。

2 地磁Z分量低点时间的特征分析

2.1 Z值低点时间的平均分布状态

地磁场“日变化”是地球变化磁场的重要组成部分，是地球物理学地磁观测中的基本规律之一。它起源于太阳辐射在电离层中产生的电流体系的影响，包含着空间和地球内部各种电磁过程丰富的信息。因此其变化也是比较复杂的，但单台低点时间的平均分布状态又是很有规律的，它集中分布在固定的时间段内，在极大值两侧出现频次迅速平缓，符合正态分布：样本(低点时间)x落入任意区间(a，b)的概率，记作

落在(μ-σ， μ+σ)的概率是68.3% 左右(如图1)。

图1 地磁Z值低点时间正态分布统计图 （UTC）Fig.1 The normal distribution chart of the low point time of geomagnetic Z-component

2.2 Z值低点时间月均值和年均值

为了能够准确地统计出琼中台Z分量低点时间，我们设计了一些小程序，统计了2002年至2012年11年的数据，绘制地磁各个季低点时间分布状况图（图1），并算出一年中各个月的月均值和年均值，如表1。

由表1可知，琼中台地磁Z分量全部资料年平均低点时间为地方时12.87时即12点52分，由式（1）可计算出其主要的低点时间分布区域在地方时12点10分至13点34分（UTC 04：10～05：34）；各个月平均低点时间分布如图2，一年中各个月的低点时间近似于一个字母“W”形状，均值线恰好地把一年切成上下六个月，其中首尾均处在最高值，显示一年中有半年的时间低点出现时间是滞后的，分别为1、2、3月和10、11、12月，而另半年则为4月至9月份，即Z值低点时间的出现具有半年为周期的分布特征。“W”形的两个低值时间分别是5月份和九月份，最早的低点时间（趋前）出现在5月份，最晚出现则是11月份，正好也相隔半年时间，也是具有半年周期特征。5月份的平均低点时间比年平均低点时间提前了差不多一个小时（地方时12点02分），11月份最晚则延迟至地方时13点45分，年平均低点时间也延时了几乎1个小时，即最早和最晚之间两者相差几乎有两个小时。然而，应该指出的是，这仅仅是平均低点时间分布状况，且它也只是与概率上的68.3%，少量资料即使连续的静日低点时间的出现也可能有更大的差异，可能更为分散，相差有可能达好几个小时。因此，我们在统计低点时间，判别低点位移异常时，应该充分考虑不同月份的低点出现情况，同时也更要考虑个别情况的特殊性。因此，区域性的低点位移是必须要考虑的，以便更准确提出异常地震前兆信息。

表1 琼中台历年地磁Z分量低点时间月均值 （北京时）Table 1 The monthly average of the low point time of geomagnetic Z-component over the years in Qiongzhong station

图2 琼中台地磁Z分量低点时间月均值分布图Fig.2 The monthly average of the low point time of the geomagnetic Z-component of Qiongzhong station

2.3 低点时间与低点位移异常的季节性分布

由图2也可看出，低点时间的出现是具有季节性的：在1、2月和11、12月在均值之上，按地磁季节性来分，正好处在冬季，即冬季低点出现的时间相对延迟（滞后）；春秋季（3、4、9、10月）则处在均值点，最接近年平均低点时间；夏季5～8月则处在均值线之下，即低点时间趋前。各个季节低点时间出现的频次亦有所不同。表2资料表明，琼中台低点平均时间分布的离差σ大概在半小时内，相对比较集中。但μ值相差较大，以夏季(12:19)和冬季(13:31)最为明显，差值达一个多小时。对应的表3白家疃地磁台[1]，其季节性的分布则明显不同，白家疃台整个数据的平均低点时间分布离差σ较大，近1 h，显然其分布时间上较为离散；与琼中台不同的是，μ值的差别最大的是春秋季和夏季，也达到1 h，夏季与冬季之差只在半小时以内。相对琼中台，其各个季节之间分布的差别很小。日变低点时间显然主要是受经度影响，经度每变化15°，则低点时间（北京时）相差1 h。出现这种季节上明显不同的原因可能是纬度的差异和地理位置不同所造成。

表2 琼中台正态分布的均值和标准偏差 （北京时）Table 2 The average and standard deviation of the normal distribution of Qiongzhong station(cst)

表3 白家疃台正态分布的均值和标准偏差 （北京时）Table 3 The average and standard deviation of the normal distribution of Baijiatong station(cst)

以上所示是为Z值低点时间的平均分布状况，以此为基础，我们分别又统计了全年的低点位移异常情况。表4是在充分考虑到不同月份、季节之后，统计出的2002～2012年11年间的低点位移异常。从表4和图3上看，低点位移异常的出现以2月和11月最多，而9月份异常的出现为零；即，冬季低点异常频度最大、春秋季最小，11年间的数据季节性变化十分明显，其中春秋季与夏季两个季节加起来还没有冬季异常频度高，充分显示了低点异常在冬季高度集中，占全年的60%。同时我们也发现低点位移异常主要出现在低点时间的滞后区，即1、2、3月和10、11、12月，占全年的74%。因此，冬季出现的低点位移异常，虚报的概率相对较高。

3 琼中台地磁低点位移异常震例

海南岛陆及邻区中强地震较少，据历史记载最大地震为1605年7月13日海南省琼山市71/2级地震。现就近十几年来其所发生的少量的中强地震中，就其地磁低点位移状况作一些简单的探讨。

表4 琼中台低点异常季节分布Fig 4 The seasonal distribution of abnormal low point of Qiongzhong station

图3 琼中地磁低点位移异常季节分布曲线Fig.3 The seasonal distribution of geomagnetic abnormal low point displacement of Qiongzhong station

表5 海南及其邻近地区地震目录表Table 5 The earthquake catalog table of Hainan and its adjacent areas

海南及其邻区十几年间所发生的MS4～5级的地震也有好几次，对本岛近海地震如1992～1995年东方近海震群 （最大震级MS4.8）、1999年万宁近海MS4.8和2004年广东阳江MS4.9级地震，其地磁低点无异常反应，即漏报。然而对最近广东东源县发生的三次地震，震前琼中台地磁低点似乎有异常与之对应，且低点位移异常的出现大多也是连续性出现。对此，我们有所疑惑：地磁低点位移现象是否存在着“盲点”或“敏感”区域？因资料有限，这里也只是针对琼中台资料简要提点，以资讨论。

（1）海南岛陆及邻区地震在以上11年间6级以上的中强地震仅有两次，即1994年12月31日和1995年1月10日北部湾6.1、6.2级双震，震前1994年11月18、20、25日(图4（a）、（b）、（c）)连续三天均有低点位移异常出现，低点出现时间均在UTC时间08点左右（北京时16点）。

图4 北部湾6.1、6.2级地震琼中低点位移异常时均值图Fig.4 The average curve of geomagnetic abnormal low point displacement of Qiongzhong station in M6.1、M6.2 earthquake in the North Bay

（2）见图5广东河源三次地震琼中地磁低点位移异常情况：2012年2月16日MS4.8级地震，震前琼中台2011年11月22和2012年1月18日均出现低点位移异常（图5a、5b）；2012年8月31日MS4.2级，震前8月10日琼中地磁也出现了低点位移异常（图5c）；2013年2月22日MS4.8级，1月25日、2月9日琼中地磁连续出现低点位移异常（图5d、5e）。

从以上的震例中我们也看到，其大部分地震多发生在冬季。而上面统计数据显示，冬季地磁低点位移异常最为频繁和集中、虚报率最高。因此，这些震例中所出现的低点位移异常也极有可能是气候、季节原因所产生的地磁异常而非地震地磁异常。因本区域地震震例相当少，这里只能以之作为地磁低点位移现象来探讨，是否为地震地磁前兆异常还有待进一步研究和更多的震例来说明。

4 结语

图5 海南及其邻区MS4.0级以上地震低点位移异常图Fig.5 The abnormal low point displacement of earthquakes with MS≥4 in Hainan and its adjacent areas

4.1 主要认识

（1）琼中台地磁Z分量平均低点时间出现在北京时12点52分，其平均分布状态符合正态分布特征，主要分布区域为北京时12:10～13:34。

（2）琼中台地磁Z分量平均低点时间具有明显的季节性：一般春秋季出现时间与年均值点最接近，夏季则处在均值点之下，即低点时间相对提前，冬季平均低点时间处在年均值点之上，即低点时间相对滞后。

（3）相对表3白家疃等台站，琼中台地磁Z分量平均低点时间分布特征较为明显，区间分布基本在一个小时内，显然更为集中。

（4）琼中台地磁Z分量低点位移异常的出现也具有季节性，冬季出现的频率最高，占全年的60%，异常的出现主要在平均低点时间的滞后区，因此，虚报率也是最高的。

4.2 讨论

地磁低点位移现象是否存在“盲点”或“敏感”区域：琼中台地磁Z分量低点位移异常与本区域中强地震（MS6.0以上）有一定的对应性，但因震例较少，只能作为参考；而对本岛近海MS4.5级左右的地震无异常反应和对邻区MS4.2级以上的地震如广东河源地震似乎有所对应。对此，我们有所疑惑：这是否存在所谓的“盲点”或“敏感”现象？因本区域地震震例相对较少，这里也只是针对琼中台单台资料简要提点，是否为地震地磁前兆异常还有待进一步研究和更多的震例来说明。

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