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地震前大地电场观测资料的地震预测分析 数据采集及解释 2006年7月4日，河北省文安县（38.9n，116.3e）发生了ml.5.5m地震，这是近年来首都圈最大的一次地震。 此次地震河北文安及天津静海地区震感强烈, 北京、 天津、 河北、 山西、 山东等地区普遍有感。 地震前后有关部门对震中附近 (距震中约200 km范围) 的地震台站的所有前兆观测手段的原始观测资料进行了详细的检查、 分析, 结果均未发现与此次地震相关的前兆异常。 首都圈示范工程项目和“十五”攻关项目实施以来, 在首都圈地区布设了11个大地电场数字化观测台, 对电场观测的采样率为1次/min, 部分台项的采样率为1次/s。 因此, 可以说不论是前兆观测台站的分布密度还是观测信息的样本数量都有了大幅度的提升, 且最近的电磁观测台 (静海台) 距震中仅40 km左右, 所以对这次地震是否存在前兆信息的研究不论是对前兆观测技术的完善还是对异常分析提取技术的探索都有着十分重要的现实意义。 从理论研究和室内岩石力学实验的结果出发, 不少研究者都预言, 地震前有异常电场信息存在, 但这些信号混杂于正常大地电场变化的背景中, 不容易识别。 显然, 寻找分离正常变化与异常信号的方法是大地电场法预报地震的一项重要研究内容。 为此, 本文将距震中较近的静海台、 宝坻台的原始电场观测资料进行分析处理, 以期寻找出方便实用的地电数字资料的地震前兆信息的分析方法和异常识别提取技术。 1 静海台电磁观测系统 分析数据采用静海地震台地电场的连续观测资料和宝坻台大地电场观测资料。 静海地震台 (38.6°N, 116.8°E) 是国家地磁基准台, 台站位于天津市西南部, 地处“华北地台”“河北凹陷区”的“沧县隆起”上, 东距向东陡倾斜的“天津南断裂”约1.5 km。 台站为平原地貌, 地表岩性为松散沉积结构, 台站四周为农田, 附近无较大河流和湖泊, 地形平坦。 台站所处部位在华北地区航空磁力异常图上为平稳正磁异常区, 磁场梯度变化小, 约2～4 nT/km, 其观测数据能反映该地区地磁场的真实变化。 静海台2001年重建改造后, 其电磁观测资料在近几年的全国观测资料评比中一直保持前3名, 多次进入1～2名。 台站布设了多套电磁场观测仪器, 其中大地电场观测有中国地震局地震预测研究所生产的ZD-9A地电场仪。 宝坻台位于宝坻深大断裂北侧3 km, 燕山褶皱带唐山隆起宝坻凸起西翼, 基岩为震旦纪灰岩, 埋深180 m, 上覆第四系松散沉积, 粘土层和沙层互层。 电场观测始于2001年9月, 也采用中国地震局地震预测研究所生产的ZD-9A地电场仪。 由于该台的地质条件造成不极化电极的长期观测资料不稳定, 故于2003年底将不极化电极更换为深埋铅电极。 电极位于常年水位线以下的10 m处, 是不受降雨、 农田灌溉、 水位变化干扰的相对稳定的环境, 经与地表以下2 m埋深的不极化电极、 铅板电极长达一年的对比观测, 其观测资料的长期稳定性、 地表因素的干扰程度均收到了很好的效果。 2 基于地球的场数据的分析和处理方法 2.1 同方向不同长、短极距、10.2细胞系统的比色方法 顾名思义, 地电场是地球内部的电场, 由大地电场和自然电场组成。 大地电场主要是地球高层大气中的各种电流体系 (电离层、 磁层、 对流层的电流系等) 在地球内部所产生的感应电场; 自然电场是地壳中某些物理、 化学作用引起的电场。 大地电场随时间变化的大尺度变化的最主要部分同变化磁场的起源基本是一致的, 所以前者的谐波成分同后者几乎可以一一对应。 同地磁场一样, 在这些谐波成分中, 主要是日变化。 起源于磁场变化的大地电场变化按一定形式分布于广大地区, 其区域特征称为区域电场。 自然电场是地球表层局部电场的一种。 常见的主要有: (1) 接触扩散电场, 岩层、 金属矿层、 含水地层等之间的接触是地壳中形成局部电场的主要原因; (2) 电化学电场, 岩石的电化学活动形成的电场主要是氧化还原电场; (3) 过滤电场, 也叫渗流电场, 是地下水在多孔的岩石中流动所形成的电场。 多数学者认为, 与地震有关的自然电场异常成因是孕震体及其周围, 受统一应力场变化的影响, 地下流体的冲流、 过滤、 定向作用使自然电场出现异常。 目前国内布设的地电场为多极距观测系统, 利用多极距地电场观测来排除观测站附近噪音的方法, 这是希腊雅典大学“VAN”小组1982年首先使用的。 其方法是在EW方向和NS方向布设多道长、 短不同的电极距。 当来自台站附近的噪音, 如电极极化噪音、 降雨引起的台站附近地下介质电性局部不均匀性的噪音、 温度变化引起的噪音、 人为噪音的干扰噪音等在不同长、 短极距上都会被记录到, 但这些噪音在同方向不同长、 短极距上所呈现的