为进一步提高地震分析预报水平，2015年中国地震局监测预报司组织各学科开展地震分析预报指标体系建设。在一定的理论基础上，通过梳理近20年来中国大陆显著地震震例，进一步确认和完善与地震孕育相关的各学科主要前兆异常并精细化地震异常的判定指标和预测规则，以期实现地震分析预报日常工作标准化，并有章可循。

2015~2019年，电磁学科组对中国大陆地磁学科现存的主要地磁异常识别方法和技术进行回溯性研究，整理出地震预测效能较好的地磁低点位移^[1]、地磁垂直分量日变幅加卸载响应比^[2]、地磁日变幅逐日比^[3]、地磁日变化空间相关^[4-6]等方法和手段。通过对上述主要方法的异常机理进行深入探索和研究，基本可确定与地震孕育过程相关的上述四种地磁日变化的异常机理具有一致性，与临时感应电流息息相关。地下介质电导率突变会导致地磁加卸载响应比和逐日比的阈值线呈现高曲率形态或1 d内某个异常区割裂成2个独立的异常。地磁日变化相关法的异常重叠区域、地磁加卸载响应比和逐日比的阈值线高曲率段与孕震区高导体的走向一致性较高^[7-8]。在此基础上，建立中国大陆南北地震带、华北地区、东北地区等区域的地磁日变化异常单方法和综合地震预测指标体系，对中国大陆不同区域各地磁方法识别的日变化异常判定指标和地震预测规则进行详细论证和总结^[8]，同时编写《地震电磁分析预测技术方法工作手册》^[8]和《地震电磁分析预报方法清单》等资料供地磁分析预报人员进行日常地震地磁异常跟踪分析和地震预测实战。

2020年是《地震电磁分析预报方法清单》实施标准化和常态列装跟踪实战首年，电磁学科组分别于2019年年底和2020年年中(05-22)根据《地震电磁分析预测技术方法工作手册》对中国大陆近年来的电磁场资料进行跟踪分析并据此对2020年下半年中国大陆震情形势作出综合预测，认为2020年下半年在冀辽交界(唐山北部)地区存在发生5.0~5.5级地震的危险性。

2020-07-12河北唐山发生5.1级地震，震中位于1976年唐山7.8级地震余震区内，此次地震发震的时间、强度与上述预测意见完全一致，发震震中位于预测区边缘，与综合预测意见稍有偏差。地震发生前，电磁学科组采用手册中各种电磁方法和手段对近几年来中国大陆电磁数据进行计算分析，按照手册中异常的判定指标识别出9项电磁类异常，每项异常按照预测规则对未来地震的“三要素”分别进行单独预测。震前预测意见是在各单项异常预测意见基础上，综合考虑地质构造、历史地震背景等因素给出的综合结果。

1 震前异常及提取技术概述

地磁日变化由太阳风在电离层引发的环状电流及其在地壳内的感应电流合并而成，电离层电流产生的磁场为外源场，地壳内感应电流产生的磁场为内源场，内源场不仅取决于外源场，也取决于地壳电性结构。因地壳电性结构变化引起的地磁垂直分量日变化畸变可反映地震的孕育过程。地磁低点位移法、地磁逐日比法、地磁加卸载响应比法和地磁垂直分量日变化空间相关法是识别地磁日变化畸变的有效方法，可在不同程度上圈定地下高导带的走向。磁测深视电阻率是直接采用谐波振幅比获取地下介质不同深度视电阻率的时间变化曲线，跟踪震源区介质电性结构的实时状态。地电场方位角是通过直观测量震前震源区附近地电场优势方位角的变化来判断地震孕育所处的阶段。

河北唐山5.1级地震前，采用上述方法对中国大陆300余套电磁仪器数据资料进行时空扫描计算，采用既有异常判定指标^[8]，梳理并认定首都圈及其周边地区存在9项地震前兆异常，其中磁测深视电阻率4项、日变化相关2项、加卸载响应比和逐日比各1项、地电场1项，具体见表 1。

2 异常分析与地震预测 2.1 磁测深视电阻率异常

2017-09开始，北京平谷台谐波振幅比出现两测项不同步异常；2018-01~03华北安丘台、营口台、丰宁台谐波振幅比也陆续出现不同步异常，其中部分台站异常原始曲线见图 1。按照磁测深视电阻率异常预测规则^[8]，异常出现2 a内华北安丘台、营口台、丰宁台3个台站周边200 km范围内存在发生5级左右地震的可能。

2.2 地磁日变化异常

2019-10-25、10-27华北地区出现日变化空间相关异常阈值线集中分布的现象，2020-04-23、04-25华北地区再次出现该现象，部分异常集中线端点位于河北省内。2020-05-04河北、天津、山东等地区多台站地磁加卸载响应比超过阈值，阈值线高曲率段位于河北唐山周边；2020-05-31河北、天津、内蒙等地区多台站地磁逐日比超过阈值，阈值线高曲率段位于河北，详见图 2。按照预测规则^[8]，日变化相关异常出现后18个月内，异常集中线端点处——河北省内存在发生5级左右地震的可能。一般情况下，地磁加卸载响应比和逐日比超过阈值后9个月内，绝大多数6个月内，阈值线高曲率段存在发生破坏性地震的可能，震级与超阈值台站的分布范围呈正相关^[8]，考虑到地磁加卸载响应比和逐日比超过阈值的台站分布范围不大，判定阈值线高曲率段所处的河北唐山周边在2020年下半年存在发生5级左右地震的可能。

2.3 地电场异常

地震孕震过程中应力不断变化，理论上岩体裂隙结构会因应力变化而改变，实际上岩体结构不同会使裂隙结构对应力变化的响应出现差异，从而导致不同场地的优势方位角α异常具有场地选择性现象。在部分场地，应力积累过程会导致岩体裂隙结构发生剧烈变化，使得该场地的地电场优势方位角发生显著改变。2019-11下旬，北京延庆台地电场优势方位角α出现偏转异常，与天津宝坻新台在11月初的异常恢复具有准同步性(图 3)，2009-12-05河北唐山发生M4.5地震，2020-04中旬后延庆台异常恢复，4月初后宝坻新台出现挤压偏转异常。

2.4 综合判定结果与实发地震对比

根据上述各单一方法的预测结论，综合考虑首都圈地区地震构造背景，对华北地区地震形势进行综合预测认定，2020年下半年冀辽交界(图 4中黄色区域)地区存在发生5.0~5.5级左右地震的危险性。2020-07-12河北唐山发生M5.1地震，其发震时间和强度与预测意见完全一致，震中位于预测区边缘(图 4)，与综合预测意见稍有偏差，综合预测时间进程见图 5。

3 讨论

地磁场各种成分的变化可灵敏地反映地球内部与地球外部空间中发生的与电磁过程有关的各种物理过程，强震前存在电磁异常现象已被国内外大量震例所证实。此次唐山地震事件前电磁学科共记录到9项异常，其中磁测深4项，日变化相关2项，加卸载响应比和逐日比各1项，地电场1项。纵观此次唐山地震电磁异常的时间进程发现，震前3.5 a最先出现深部地电阻率异常，其后日变化相关、加卸载响应比、逐日比、地电场等短临异常在震前同时出现。4项深部地电阻率异常中，距离震源体最近的北京平谷台深部地电阻率最先出现变化，距离震源体稍远的分别位于震中西北、东北、南侧的河北丰宁台、辽宁营口台、山东安丘台随后几乎同时出现异常(图 6)。这种异常由近及远的“迁移特征”表明唐山老震区在此次唐山地震震前5 a左右开始呈现出介质电性结构的改变^[10-11]，这种变化以唐山老震区为中心，逐渐向四周扩散。

根据前期研究成果可知，日变化类异常主要反映上地幔和地壳内高导带附近的地震孕震体信息，部分日变化类异常(加卸载响应比、逐日比、日变化相关等)曲线段与上地幔和地壳中高导带走向基本一致^[7]，日变化类异常很大程度上可反映上地幔和地壳中高导带的稳定状态。2020-05-04河北、天津、山东等地区多台站地磁加卸载响应比超过阈值，阈值线高曲率段正好横穿河北唐山北部；2020-04-23、04-25华北地区出现日变化空间相关异常阈值线集中分布的现象，其中一处异常集中线端部位于河北省唐山地区。大地电磁测深结果表明，唐山地区深部电性结构中存在壳内高导层和上地幔高导层，其埋深分别为20 km和100 km左右，但该区结构较为复杂，在不同构造单元上电性层埋深、厚薄存在差异。此次唐山5.1级地震震源体正好位于壳内高导层附近，震前日变化类异常的集中出现很大程度上反映出唐山老震区震前1 a介质电性结构变化呈现加速态势。

唐山老震区东南100 km附近的渤海湾存在强烈的上地幔隆起区，这些隆起区软流圈物质的上涌使下地壳和岩石圈顶部岩层增温、膨胀，粘度降低，并在重力作用下发生塑性流变，逐渐向唐山震区下部聚集，造成该地区岩石圈厚度急剧增加，迫使上地幔顶部界面下凹和上部地壳界面进一步上隆^[12]。此次唐山5.1级地震系1976年唐山7.6级地震余震，地震的发生可能与本地区地壳和上地幔的升降差异运动受滦县-乐亭断裂和唐山断裂等产生的张性或张剪性局部应力场的共同作用有关。也正是该地区地壳和上地幔的升降差异运动导致此次唐山5.1级地震震源区电性结构发生变化，并伴生本次震前发现的一系列电磁异常。

4 结语

电磁异常作为地震孕育过程中的一种伴生现象，不会对地震的孕育和发生起决定性作用，也不是所有显著地震前均会出现的异常现象。但电磁异常特别是具有短临特征的日变化类异常确实可反映震源体周边电性结构的状态，可作为地震预测的一个重要参考指标。

地磁日变化类异常所涉及的各种地震预测方法，其反映的物理机理基本一致。地磁加卸载响应比、地磁低点位移、地磁日变化空间相关所识别异常的日变形态均存在不同程度的“反相位”现象，反相位的分界线分别为地磁低点位移的时间空间分隔线、加卸载响应比的阈值线、日变化空间相关线重叠区，理论上都是因异常线附近地震孕育过程中伴生的临时感应电流所致，临时感应磁场的复杂性导致异常时段地磁场日变相位和幅度异常的表现形式多样化。只是地磁低点位移识别该类异常时对相位变化更为敏感，而加卸载响应比识别这类异常时对幅度变化更为敏感，地磁日变化相关则更为全面和综合，3种方法识别的异常是与地震孕育相关的一类地磁异常在日变形态上多种不同形式的表现。这也可以合理解释部分地震前存在地磁低点位移异常，而另外一些地震前存在地磁加卸载响应比等其他日变化类异常，或者多种异常集中出现的现象。

地层升降差异性运动伴随整个地震孕育过程，为物质运移提供源源不断的动力和通道，与地磁日变化类异常息息相关的临时感应电流可反映孕震区高导层的走向和介质层电性结构的稳定状态，而介质电性结构的状态又与孕震区流体侵入等物质运移密切相关。正因如此，国内很多显著地震前均捕捉到地磁日变化异常。

理论上，在使用地磁日变化各方法对未来地震可能发生的地点进行精确预测时，可直接将震前各方法异常简单叠加获取地震发生点的信息，但实际往往无法如愿，究其原因可能为各方法获取的感应电流走向与集中分布的真实感应电流位置之间存在误差，这需要在今后开展进一步研究。

2020-07-12河北唐山5.1级地震震源深度为12 km，震前中国地震局电磁学科组捕获到9项异常，并作出明确的预测意见，为地震电磁学方法预测地震提供了很好的应用实例。《地震电磁分析预测技术方法工作手册》在方法或技术改进、震例总结、异常判定规则、预测指标、异常机理研究及探索等方面作出很多尝试和开拓性工作，此次发生在唐山老震区的强余震事件是对该手册项目建设成果的有效检验，该手册在此次地震预测和判定过程中发挥着重要作用。