据中国地震台网正式测定，2021-05-22 02:04青海玛多发生M_S7.4地震，震源深度17 km，震中位于34.59°N、98.34°E。根据中国地震台网速报目录，震中周边200 km内近5 a发生325次3级以上地震，震级最大的为本次地震。本次地震是巴颜喀拉块体边界断裂持续活动的结果，距离地震最近的断层为甘德南缘断裂带，发震断层为NW向昆仑山口-江错断裂，以左旋走滑运动为主，兼有少量正断分量，断层倾向NE^[1-2]。

地电阻率作为地震监测方式之一，主要通过测定地下介质电性参数来研究介质电阻率随时间的变化及其与地震的关系。我国地电台站大多布设在地震活动区或地震重点监视区^[3]，可在地电台网内或附近发生的中等及以上强度地震前的中期和短临阶段记录突出的异常，并对台网内发生的一些强震实现中期预测^[4]。杜学彬等^[5]研究了196次M_S3.2~7.9地震发现，M_S≥7.0地震前异常空间分布范围上限为400 km。

本文基于玛多地震震中400 km范围内地电阻率台站观测数据，采用原始曲线和归一化速率对异常进行回溯性研究，总结各地电阻率台站出现的异常特征，探讨地电阻率变化原因及其与玛多地震的关系，其结果对该区域地电阻率异常识别具有一定的参考意义。

1 台站概况与数据可靠性 1.1 台站概况

玛多M_S7.4地震震中400 km以内共有5个地电阻率台站，距离由近及远依次为白水河台、玛曲台、金银滩台、甘孜台、拦隆口台，其中白水河台因场地干扰多、电磁环境复杂，暂不进行分析。图 1为台站分布情况，表 1为台站基础信息。

我国开展的地震地电阻率观测源于物探电阻率法，绝大多数观测台站采用4极对称观测装置，直流视电阻率$ \rho_s=K \frac{\Delta V_{M N}}{I}$，其中K为装置系数。通过4极对称法测量得到的地电阻率值与地下介质的电性结构有关，也与这4个电极的排列方式和相互距离有关(图 2)，在震中区及附近可检测到地壳较深部介质的电阻率变化^[6]。

1.2 数据可靠性

稳定正常的背景变化是异常分析的基础，主要依赖于地电阻率台站观测系统稳定运行、观测环境未被破坏。其中，装置系统(电极、外线路、避雷装置、配线器)和测量系统(地电仪器、稳流电源)等构成地电阻率观测的观测系统；自然环境、人为设施、气象天气等构成观测环境因素。4个地电阻率台站数据质量情况及其主要影响因素见表 2。

可以看出，4个台站中，甘孜台的观测系统、测区环境最好，原因是甘孜地电阻率属于深井观测，不易受到破坏及干扰；金银滩台受到观测系统影响较多，是由于外线路架空，全年不定期受降雨、雷电等干扰；拦隆口台在2016年出现供电变压器故障、维修避雷系统、线路改造等情况，维修改造完成后观测系统逐步开始恢复稳定，测区内存在抽水、灌溉等现象，对数据造成一定影响，但总体质量较好；玛曲地电阻率观测系统存在供电不稳、主机故障现象，观测环境受强雷电、强降雨、降温干扰，尤其是在2017-11~2018-06供电、仪器故障频发，导致运行率偏低，产出数据的曲线形态不好，经系统改造后数据质量有所提升。总体来看，4个地电阻率台站观测系统运行稳定，观测精度均在0.10%上下，数据可靠。

2 数据处理及异常分析

地震前兆异常识别困难，原因为：1)前兆异常的时空强分布相当复杂；2)异常往往是弱幅度的变化^[7]。本文采用原始曲线(整点值、日均值、月均值)和归一化速率对数据进行处理分析。

2.1 原始曲线分析法

受裂隙水、活动构造等因素影响，地震前地电阻率的年变形态可能发生畸变或突变^[8]。因此在地电阻率的原始曲线上识别年变化幅度、形态、相对变化是研究地震前兆异常的常用方法之一。本文将更换仪器、外线路修护及地电暴等原因产生的数据按缺数处理。

玛曲台地电阻率观测数据质量主要受强雷电、强降雨、供电不稳、降温等因素的影响，2017-11~2018-06期间缺数明显，且有2次仪器维修事件，2019年起数据趋于稳定，呈夏低冬高的年变规律。玛曲台地电阻率NW测道测值总体从2020-02开始趋势性缓慢下降，2020-08开始呈缓慢上升趋势，至2021-01上升到2.28 Ωm，相对变化2.01%，但仍未达到往年同期水平，较往年同期降幅约为1.08%。2021-05发生地震，之后地电阻率继续保持低值，2021-06开始恢复正常年变形态，数据逐渐回升(图 3)。

金银滩台地电阻率数据年变形态在4个台中最为清晰，呈夏低冬高的变化趋势，影响数据质量的主要原因有：地电场观测和地电阻率观测为同场地观测，地电阻率数据突跳和台阶较多；外线路架空，因此大风天气也会对数据产生一定干扰。2020-10~2021-08金银滩EW测道整点值数据出现较往年同期更加高频次的突跳变化(图 4(a))；日均值数据高值较往年同期下降0.05 Ωm，相对变化0.19%(图 4(b))。值得注意的是，天水台井下电阻率观测在四川芦山M_S7.0、甘肃岷县M_S6.6、四川九寨沟M_S7.0地震前均出现了地电阻率整点值高频次交替变化，同时日均值呈趋势转折或趋势向下^[9]。

甘孜台地电阻率数据呈夏低冬高的年变规律，但从2019-01开始整体变化趋势下降，N10°E测道下降0.712 Ωm，相对变化3.32%(图 5)。甘孜台地电阻率2个测道地面观测数据在2008年汶川M_S8.0地震前出现约2 a的趋势下降变化^[10]，但汶川地震发生在趋势上升阶段，此次玛多地震发生在趋势下降阶段，N60°W测道未出现明显异常。因此，N10°E测道叠加在年变上的趋势下降是否为甘孜台井下观测的前兆现象，还需要用归一速率方法进行分析。

2016-07-15~2016-09-17拦隆口台先后进行了变压器维修、避雷系统和供电改造，之后地电阻率观测数据逐步稳定，总体呈夏低冬高的年变规律。2018-06以来EW测道出现快速上升后下降转折变化，2019-05降至最低点，下降3.84 Ωm，相对变化9.31%。2019-10-28在距离210 km的夏河县发生M_S5.7地震，之后开始逐步回升，2020-08达到最高，后又开始下降，截至玛多地震下降幅度约为2.84%(图 6)。2019-06-24、2020-06-30进行2次临时检查发现，观测系统稳定、观测场地无变化，均符合规范要求，因此这种震前出现大幅度下降的现象也可能为地震前兆异常。

地电阻率的正常年变通常为夏季低、冬季高，主要是因为浅层介质含水率和温度的季节性变化引起介质电阻率相应的季节性变化，其变化物理模式为：由于地表层地下水位、降水、地表径流、地温、冰冻等因素季节性似周期性的不均匀变化，使表层地电阻率呈变化电性剖面^[11]。地电阻率的异常变化在长期观测中主要包括破年变和保留年变形态1 a以上趋势变化这2类^[12]，拦隆口台的异常变化属于前者，金银滩台、甘孜台、玛曲台的异常变化属于后者。

2.2 归一化速率法

归一化速率是一种无量纲的地电学处理方法，其以一定的步长计算月均值曲线对时间轴的斜率，并进行归一化处理^[13]。

2019-01玛曲台EW测道地电阻率日均值在保持正常年变形态的情况下呈缓慢下降趋势，下降2.1 Ωm，相对变化1.8%(图 7(a))。归一化速率曲线在震前6个月出现超阈值正异常，在震前2个月出现超阈值的负异常，地电阻率上升下降异常交替出现(图 7(b))。

2017~2020年金银滩台EW测道地电阻率月均值保持稳定正常的年变趋势。2021-02起呈缓慢下降趋势，下降0.03 Ωm，相对变化11.3%，玛多地震后持续下降(图 8(a))。2019-05~2019-09归一化速率曲线出现一次明显正异常，2019-10-28在距离金银滩台260 km的夏河县发生M_S5.7地震。2020-06、2021-04出现2次小幅度的负异常之后，发生玛多M_S7.4地震(图 8(b))。

2019~2021年甘孜台N10°E测道地电阻率月均值在保持正常年变情况下呈缓慢下降趋势，下降0.03 Ωm，相对变化11.3%，震后还在持续下降(图 9(a))。2020-03归一化速率曲线出现一次明显负异常，2020-11出现一次明显正异常。在出现超阈值一负一正交替变化异常之后，发生玛多M_S7.4地震(图 9(b))。

2018-08拦隆口台EW测道地电阻率月均值呈快速下降，2019-09降至最低值，下降3.03 Ωm，相对变化7.43%，2019-10-28在距离拦隆口台210 km的夏河县发生M_S5.7地震，震后持续低值5个月后开始缓慢回升，之后又小幅下降1.70 Ωm，至2021-04相对变化4.22%，2021-05-22发生玛多M_S7.4地震(图 10(a))。2019-01归一化速率曲线出现一次明显正异常，2019-10-28在距离台站210 km的夏河发生M_S5.7地震。2019-11~2020-04出现一次大幅度负异常，2020-06~2020-09出现一次正异常，一负一正2次超阈值交替异常后，2021-05-22在距离台站373 km的玛多发生M_S7.4地震(图 10(b))。

3 震前异常变化机理讨论

2021年玛多M_S7.4地震所在的巴颜喀拉地块被东昆仑(北边界)、甘孜-玉树-鲜水河(南边界)、龙门山(东边界)3条大型断裂带围限^[2]。位于此次地震震中400 km范围内的4个地电阻率台站基本分布在主要断层附近，其中玛曲台地处东昆仑断裂带玛曲段；金银滩台地处祁连山构造带中部，距日月山断裂带西约22 km；甘孜台地处NW向鲜水河断裂带与甘孜-玉树断裂带之间的岩桥区内，布极区距南侧的甘孜-玉树断裂带约2.5 km；拦隆口台距离拉脊山北缘断裂带约40 km。在地震的孕育过程中这些地带的应力容易集中，而且也是介质强度相对较弱的地区，在构造应力作用下这些地区介质容易变形，地电阻率更容易发生变化^[14]。

根据膨胀流体扩散模式和相关研究^[15]可知，含水岩层在压应力积累阶段电阻率总体呈下降变化。玛曲台NW测道、金银滩台EW测道、甘孜台N10°E测道和拦隆口台EW测道地电阻率震前趋势下降，反映了孕震区应力加速积累的过程。在压应力卸载或张应力积累作用下电阻率呈上升变化^[16]。玛曲台、金银滩台、甘孜台和拦隆口台地电阻率震后回升但低于震前早期的正常值，即震前出现的趋势下降，震后并未恢复，反映孕震区应力的卸载。而4个台站其他测道地电阻率并未发生明显变化，反映出地电阻率震兆出现各向异性，可能是由于临震前主应力方向有变化所致^[17]。

对于2019-10-28夏河M_S5.7地震，4个台站震中距由近到远为玛曲台(134 km)、拦隆口台(210 km)、金银滩台(262 km)和甘孜台(460 km)，仅拦隆口台EW测道的原始数据和归一化速率均出现异常，其特点是震中距越近、变化幅度越大；距震中最近的玛曲台NW测道的原始数据和归一化速率均未出现异常；金银滩台EW测道和甘孜台N10°E测道仅归一化速率曲线出现异常，原始数据曲线均符合正常年变规律。这可能与夏河地震的发震断裂特征、应变积累特征及与之相对应的地电阻率台站所处位置及地电阻率测道的选取有关。因此，即使以上异常在时间上与夏河地震较对应，但是否能反映夏河地震前地下介质的变化还需进一步探究。

4 结语

本文使用原始曲线分析法和归一化速率法，对青海玛多M_S7.4震中400 km范围内4个地电阻率台观测资料进行分析，主要得出以下结论：

1) 本次地震地电阻率中期异常主要是下降型趋势异常，异常的各项异性特征比较明显，且仅有金银滩台同时出现短临异常和趋势异常，异常出现时间与本次地震有较好的对应关系。

2) 玛曲台、金银滩台、甘孜台、金银滩台地电阻率归一化速率曲线分别在震前出现一正一负、两负、一负一正、一负一正的异常，显示出较好的对应效果。归一化速率法对识别这种时间短、隐蔽性强的异常比年变法效果更好，能更加有效地突出震前的短临异常。

3) 震前出现与最大主应力相关的趋势异常和短临异常，震后出现与震前异常相反的趋势恢复或趋势转平变化，符合前人总结的地电阻率孕震机理，但仍需进行大量震例统计研究，并进行多学科、多手段的前兆资料分析。

4) 对于不同地电阻率台站，应根据本台地电阻率的正常变化形态找出突出异常的有效方法，总结地电阻率典型异常和地震的对应关系，为今后该地区及邻近地区地电阻率异常分析、识别及地震预报提供参考。