1 研究背景

地电场观测是地震监测预报分析的重要观测手段之一。在孕震期，随着构造应力的不断加载，应力集中的地壳介质的物性参数会不断变化，导致震源区地壳介质电性结构的改变，引起大地电场的变化。希腊科学家Varotsos等研究提出了“VAN”方法，在长期的资料分析应用中得出了震级、震中距及地电场异常之间的经验关系式，推动了地电场在地震研究中的深入开展。随着经济发展，观测环境也不断受到各种干扰，导致震前异常电信号容易被干扰数据覆盖，给提取异常增加了更多的困难，因此亟需在跟踪地震异常时使用降低或抗干扰方法进行分析研究。近年来，范莹莹（2010）、安张辉（2015）等相关学者将数学、信号处理与电磁物理过程相结合，对地震大地电场的变化机理、特征以及物理解析等方面做了大量研究。其中，谭大诚等(2010, 2013, 2019)基于大地电场的潮汐机理，探索出自然电场、大地电场初步分离原理，建立了大地电场的岩体裂隙水渗流模型，并得出大地电场优势方位角分析方法。张国苓等（2021）基于大地电场优势方位角法研究了华北、东北地区20多个台站数据，得出该区域5级以上浅源地震前后地电场方位角的异常特征；赵玉红等（2023）对青海省玛多M_S 7.4地震前的资料进行了大地电场优势方位角的计算研究，得出了玛多地震前震中附近场地的岩体裂隙结构变化特征；除此之外谭大诚等（2019）、艾萨等（2020）、辛建村等（2023）采用该方法对中国大陆西部地区大部分中强以上地震进行了梳理研究，得出大地电场异常变化特征以及常见地电场干扰之间的关系。经实验验证，大地电场优势方位角方法对一般电磁环境或空间电磁干扰具有一定的抗干扰性。因此该方法具有较好的应用前景。

2 观测台站及数据分析方法

内蒙古乌加河地震台位于内蒙古西部河套平原北部，是内蒙古自治区地震局西部唯一的国家基本台。地质构造上位于临河盆地，是这一地区一系列弧形构造中的最新构造形迹，是在中生代挤压构造格局基础上，在第三纪引张应力作用下，沿南北2条边界断裂剪切下陷而形成的，属于典型的箕式断陷盆地，是构造薄弱部位和应力易于集中的部位。乌加河地电场观测仪器为地壳应力研究所生产的GEF-Ⅱ型号地电场仪，地电场独立布设电极和线路，采用地电场常用的L型观测装置布设，布设了NS、EW、N45°W 3条测线6个测道，多年来仪器运行较为稳定，数据记录较为完整。

谭大诚等提出的大地电场岩体裂隙水渗流模型，解释了大地电场强度和方向的变化是地下介质应力的积累改变岩体裂隙结构的过程。当地电场NS、NW测向之间相关性较高时，大地电场优势方位角的（北偏东）计算公式（谭大诚等，2019）为

$ \alpha \approx 180^{\circ}\left({ }^{180^{\circ}} / \pi\right) \cdot \arctan \left(\sqrt{2} \frac{\sum\nolimits_{i=1}^{10} A_{\mathrm{NW}}(i)}{\sum\nolimits_{i=1}^{10} A_{\mathrm{NS}}(i)}-1\right) $

(1)

式中，$A_{\mathrm{NW}(i)}, A_{\mathrm{NS}(i)}$分别为NW、NS测向第阶潮汐谐波振幅。

具体计算过程为，首先选取研究台站24小时分钟值数据，根据选取的长或短极距数据，计算不同方位数据之间的相关系数；接着计算潮汐谐波振幅，对不同测向数据分别进行快速傅里叶变换，获取周期为24、12、8、6、4.8、4，3.4、3、2.7、2.4 h谐波并计算其振幅和；最后选取相关系数最大的2个方位，计算大地电场优势方位角。

3 异常变化特征

选取2018年以来乌加河台站附近300 km范围内M_S 4以上地震，采用岩体裂隙水渗流模型，计算地电场优势方位角，结果见图 1。

由图 1可见：乌加河地电场优势方位角在2018至2021年5月，跳变范围较稳定，主体集中在35°至70°之间（每年7月左右可能由于灌溉、降水等影响数据跳变范围偏大）。自2021年5月开始，方位角跳变范围出现快速偏转，其最大偏转角度达角度约23°，在异常恢复期间发生8月25日蒙古M_S 4.6地震（震中距233 km）；2022年5月5日阿拉善左旗M_S 4.0地震之前没有明显的异常变化；2022年5月初再次出现优势方位角偏转异常，最大偏转角度达20°，随后异常持续恢复期间分别发生10月31日蒙古M_S 4.4地震（震中距160 km）和12月11日内蒙古土左旗M_S 4.1地震（震中距270 km）；2023年3月中旬，同样出现优势方位角偏转异常，其角度约23°，异常持续2个月后恢复正常，随后在6月11日发生蒙古M_S 4.5地震（震中距300 km）。根据张培震等（2013）的活动地块假说，乌加河地电场台站与上述3次蒙古地震和土左旗地震都位于东北亚活动地块区，而阿拉善左旗地震位于西域活动地块区内阿拉善和阿尔泰地块交界处，因此震前异常特征的明显与否也有可能与台站和震中所处活动地块区有一定的关联性。

4 结论

（1）经目前积累震例来看，乌加河地电场优势方位角震前异常特征主要以偏转异常为主，偏转角度约20°，地震主要发生在优势方位角偏转到最大角度之后恢复期间或者恢复之后1个月左右；

（2）乌加河地电场优势方位角异常与乌加河台站附近300 km范围内同一个活动地块区内或2个活动地块区交界处M_S 4以上地震的对应关系较大。

震例回溯分析证明，大地电场优势方位角方法是震前地电场异常提取的可靠有效方法。但由于目前地电场台站稀疏且分布不均，样本量有限，不能完全真实地反映地下介质变化的客观规律。今后随着科学合理布局、观测数据积累、震例的增加、研究的深入，能更好地完善相关预测指标。