1 研究背景

Hayakawa在1996年提出的地磁垂直强度极化方法在我国广泛应用。该方法通过数值模拟获知一次源来自高空电离层的极化值小于1，源自于震源的极化值大于或约等于1（Hayakawa et al，1996），Hayakawa利用该方法对1993年的关岛8级地震进行研究，发现震前垂直强度极化Y_zh值逐渐增大直到发震时达最大值，震后恢复。近年我国学者研究发现地震往往发生在台站出现极化值高值异常后的1个月时间内（冯志生等，2010），发震地点在异常空间等值线的阈值线附近（冯丽丽等，2021），这种极化值异常与外空场活动无关（何畅等，2017）。

然而，这种基于傅里叶变换的垂直强度极化法会压制非稳态信号的异常信息（郝国成等，2014）。为此，本研究采用直接量取幅度的方式，对2021年9月16日泸县M_S 6.0地震附近3个资料可靠的地磁扰动观测站点的震前地磁垂直强度极化值异常变化特征进行研究，获得了一些新的认识。

2 研究内容和方法 2.1 研究内容

采用震中距300 km内的荥经、崇州和德阳3个台站（图 1）数据进行基于脉冲幅度法的地磁垂直强度极化计算，设置极化值阈值为10，分析了超阈值极化值的变化特征，并采用频次分析方法对极化值的异常特征进行了分析，频次窗长取1天并滑动累计，获得震前异常特征。

2.2 研究理论与方法

地磁垂直强度极化法计算如下：

$ R_{z h}=\left|\frac{Z(\omega)}{H(\omega)}\right|>R $

(1)

$ H(\omega)=\sqrt{H_x^2(\omega)+H_y^2(\omega)} $

(2)

其中，Z(ω)为地磁垂直分量的谱幅度值，H(ω)为地磁水平分量全矢量的谱幅度值，H_x(ω)为地磁水平分量南北向谱值，H_y(ω)为地磁水平分量东西向谱值，ω为圆频率。R为阈值，一般应大于1。利用更能突显异常幅度的脉冲法（曾小苹等，2011），将地磁垂直强度极化法的Z(ω)、H_x(ω)、H_y(ω)改为某一计算窗长内的幅度A_z、A_Hx、A_Hy，即

$ A_{z h}=\left|\frac{A_z}{A_H}\right|>A $

(3)

$ A_H=\sqrt{A_{H_x}^2+A_{H_y}^2} $

(4)

式中，A_z、A_Hx、A_Hy分为计算窗内垂向、北和东向分量的变化幅度，A为极化值阈值。

3 研究结果

可以看出，2021年1月—5月3个台站的极化值较低，且数据没有大幅波动变化，较为稳定。德阳台自2021年8月10日开始发生异常变化，出现极化值[图 2(c)]和超阈值极化值频次[图 2（d）]大幅度、高频次的异常。极化值高值达到背景值的近200倍，频次最高达到203次，持续时间25天，出现异常的时间距离发震37天。荥经台自2021年7月18日开始，极化值[图 2（e）]异常幅度超过背景值200多倍，超阈值极化值的频次[图 2（f）]表现出显著的高值异常现象，最高达到814次，异常持续时间为18天，出现异常的时间距离发震有67天，值得注意的是，德阳台与荥经台的高值异常都有着相似的先增强后降低，再增强—降低的形态，这一现象或许与孕震机理有着一定的联系。

4 结束语

研究表明台站在2021年1月—5月区域应力水平弱的时段，极化值处于较低且稳定的水平。中强地震前，台站的垂直强度极化值和超阈值极化值频次会出现逐渐升高的异常现象，呈现出先增强后降低，再增强—降低的异常形态。各个台站的异常准同步出现，往往在震前至少一个月开始逐渐发生异常变化，频次异常值变化幅度超百倍。这种震前的电磁扰动异常变化往往不是单台出现的，是一种区域性变化。

本文分析了泸县M_S 6.0地震前的3个台站的地磁扰动异常时空演化特征，进一步验证了基于脉冲的地磁垂直强度极化方法对来自震源区信号的强提取力，为实际的震情跟踪工作提供了新的思路。

国家地震前兆台网中心为本次研究提供了数据，上海市地震局朱培育提供了地磁扰动评估分析软件，在此表示感谢。