2022, Vol. 43
表1(Table 1)
地电场主要包括大地电场和自然电场，大地电场的场源是高空电离层、磁层、对流层的电流体系的电磁感应，其影响分布于整个地表。20世纪70年代后，希腊、法国、日本等国家把地电场应用于地震等自然灾害的监测预警。我国地电场观测与地震预测研究始于1966年3月22日邢台MS 7.2地震后，并记录到不少震前异常变化。例如：1975年辽宁海城地震前，海城虎庄邮电支队和冶金102队应用观测地面两点间地电流异常，成功预报此次地震；20世纪80年代希腊学者Varotsos（1984）应用多极距观测法，解决了地电场观测系统噪声问题；席继楼等（2020）应用传统的时间序列统计法，分析了2019年四川长宁MS 6.0地震前后仙女台方位角异常变化。
根据场源不同，可将地电场E分为大地电场ET和自然电场ESP，大地电场ET的起源是空间Sq电流系和固体潮，自然电场ESP源于地下介质的物理、化学作用。实验室膨胀和压力试验表明，岩体在应力变化作用下，能够激发自然电场的变化。因此，可在孕震过程中的应力变化观测到自然电场的短期异常。如谭大诚等（2010）提出，基于大地电场岩体裂隙水（电荷）渗流（移动）模型，计算背景渗流方位，以此观测地震前后优势方位的变化特征。本文基于岩体裂隙水电荷渗模型，采用吉林松原地区地电场观测资料，计算电荷移动方向，以有效捕捉场地孕震的岩体结构的微变化，分析2018年5月28日松原MS 5.7地震地电场变化特征。
2 研究内容2018年5月28日1时50分在吉林松原市发生MS 5.7地震，此为继2013年11月23日吉林省前郭县MS 5.8地震后松原地区发生的首次较大地震。吉林松原地区是中国东部自1975年2月4日辽宁海城MS 7.3、1976年7月28日河北唐山MS 7.8地震后地震活动性最强地区，研究该区震前地球物理场中短期异常具有重要意义。基于此，使用东北地区大地电场观测资料，运用岩体裂隙水（电荷）渗流模型，提取并分析2017年1月—2019年1月地电场优势方位角，选取吉林松原地区2018年5月28日MS 5.7地震震中附近约400 km范围内地电场台站观测数据，分析、讨论自然电场变化，得到震前自然电场ESP和大地电场ET的异常特征，结合区域构造应力提出地震孕育过程，研究结果验证了岩体裂隙水电荷渗流模型在地震预测方面的优势。
3 研究结果林甸、绥化、望奎、肇东台地电场地在此次松原地震前后自然电场ESP变化较大，且其观测系统和场地环境较好，故以此4个场地2017—2018年的地电场观测数据为例，分析松原地震前后ESP变化，结果见图 1、表 1。林甸台ESP值EW、NW向在松原地震前后变化如下：2017年3月ESP的开始小幅度异常跃变，持续至7月初，跃变幅度峰值约400 mV·km-1，2018年3月起出现第2次异常跃变，且异常测向变幅方向相反、幅度差较小，5月初恢复背景值，直至松原MS 5.7地震发生，震后ESP无同震响应变化。绥化台ESP值在松原地震前后变化如下：3个测向2018年2月出现同步异常，跃变幅度峰值较小，小于50 mV·km-1。望奎台ESP值在松原地震前后变化如下：2018年3月初，NS、N45°W测向ESP值出现跃变异常，跃变峰值约500 mV·km-1，且两测向变幅同步性较高，地震发生在ESP异常幅度恢复期，震后6个月ESP值恢复。肇东台ESP值在松原地震前后变化如下：2018年3月初，EW、NS测向ESP观测值突增，异常起始幅度已达峰值500 mV·km-1。因此，孕震过程中的应力变化可反映自然电场的短期异常。
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图 1 异常台站在地震前后地电场变化 Fig.1 Variation of the electric field observations at anomaly stations before and after the earthquake |
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表 1 松原MS 5.7地震前地电场异常台站数据统计 Table 1 Statistics of the electric field observations at anomaly stations before the Songyuan MS 5.7 earthquake |
由表 1可知，绥化台ESP异常幅度相对背景值变化显著，但异常信度最低；肇东、望奎和林甸异常显著，异常信度较高，区别在于林甸异常幅度相对较小、异常起始时间较早。由图 1也可以看出，肇东、望奎和林甸台均有2个测道ESP出现异常变化（望奎和林甸台址同属富裕—明水断裂），而肇东台ESP异常变化速率显著，短时间内即达到峰值，与李君等（2019）、李永生等（2020）的研究结果一致。
通过研究近年来吉林松原地区地电场观测资料，结合2018年5月28日松原MS 5.7地震，分别对自然电场ESP和大地电场ET地震前后的背景、临震、震后响应时序变化进行对比分析，并应用岩体裂隙水电荷移动渗流模型，计算研究区地电场台站的电荷移动优势方位，得到如下结论：望奎、肇东台大地电场优势方位角α呈现了挤压异常；松原MS 5.7地震前后异常台站自然电场ESP的大幅度异常现象，可能是松原地区区域应力场受到构造板块应力影响所致。
因此，基于岩体裂隙水电荷渗模型计算电荷移动方向，可以有效捕捉场地孕震岩体结构的微变化。由于地震孕育过程的复杂性，该研究方法的适用性可能具有区域选择性，后续需积累更多震例进行深入研究。
在本研究进行过程中，甘肃省地震局谭大诚研究员提供地电分析程序，黑龙江省地震局和吉林省地震局提供地电场观测数据，在此表示感谢。
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