0 引言

地震地球物理观测的监测效能，一方面体现在地震地球物理监测能力上，即在一定范围内发生破坏性地震之前，能否记录到与地震活动有关的异常信息，另一方面则在于能否记录到地震的同震效应。自2008年5月12日汶川M_S 8.0地震以来，全球发生多次M_S≥7.0强震，国内外地震学者高度关注强震同震效应研究，从中探索并间接评估地球物理监测效能。在我国地震地球物理学科观测领域，流体、形变、重力等观测资料记录到大量地震同震效应，并取得丰富的分析研究成果。地磁观测在地震前兆监测与地震预测探索中发挥着重要作用，并在多次地震前捕捉到地震中短期或短期异常信息（车用太等，2015；徐强等，2022）。然而，在中国近60年的地磁观测（数字化地磁观测开展近20年）中，鲜少记录到地震同震效应。

研究发现，在地震孕震过程中，震源区及其周围地区会出现不同程度的电磁辐射现象，这些辐射的电磁场会提前或者同步于地震信号出现（张建国等, 2022, 2023）。地震前的辐射场作为一种临震前兆已引起广泛关注，并可能成为可靠的地震短临前兆观测研究领域之一。电磁场同震信号是研究地震传播机制和地震能量转换以及信号接收区近地表介质特性的有效信号。然而，由于观测仪器频率范围的限制，过去难以观测到地震的同震电磁信号（汤吉等, 2008, 2010；高曙德等，2010）。

在2008年5月12日汶川M_S 8.0地震发生后，银川地震基准台（下文简称银川台）FHDZ-M15磁力仪记录到此次地震及强余震同震响应信号，而该台其他2套地磁观测系统则未记录到同震响应。鉴于FHDZ-M15磁力仪记录同震信号强、幅度大、记录地震多且清晰，因此本文结合该台CTS-1甚宽频带地震计测震波形数据，对FHDZ-M15磁力仪地磁记录同震响应特征进行分析。

1 银川地震台概况

银川基准地震台（下文简称银川台）始建于1954年4月，是全国24个基准台之一。台站位于宁夏贺兰山东麓断裂西侧，海拔1 545 m。台站基岩为前震旦系变质花岗片麻岩，岩体富节理，呈块状，结构完整。贺兰山东麓断裂带北起正谊关，沿贺兰山东麓向南西曲折延伸，止于关头，长度约125 km，为银川地堑西侧构造边界，断层西侧是高耸的贺兰山，东侧为盆地，断裂两侧地貌对照强烈。银川台地质构造分布见图 1（李惠智，2000；李自芮等，2018）。

银川台地磁观测始于1970年6月，架设刃口式垂直磁力仪观测，人工读数。地磁相对记录室磁场水平梯度小于1.0 nT/m，日温差小于1.0 ℃，年温差小于10.0 ℃，相对湿度小于80%，满足地磁观测规范要求。在“十五”项目改造后，安装FHDZ-M15地磁组合仪（仪器基本参数见表 1）、GM4磁通门磁力仪和FHD-2B质子矢量磁力仪进行地磁观测，为地球物理学研究提供基础数据支撑。随着时代进步和地震科学研究的需要，银川台将引入更多先进的高科技手段，更好地为防震减灾事业服务。

2 FHDZ-M15磁力仪同震响应 2.1 地震事件

据中国地震台网测定，北京时间2008年5月12日14时28分04秒在四川省汶川县发生M_S 8.0地震（31.02°N，103.37°E），震源深度为14 km，地震烈度达11度，且震后发生多次强余震。据统计，银川台（震中距约878 km）FHDZ-M15磁力仪记录到此次地震序列M_S≥4.7强余震事件30次，其中最大余震为2008年5月25日16时21分49秒四川青川M_S 6.8地震（表 2）。

2.2 FHDZ-M15仪同震响应

银川台FHDZ-M15磁力仪秒采样记录显示，2008年汶川M_S 8.0地震及30次强余震事件呈显著的的同震响应变化。以2008年5月12日14时28分04秒汶川M_S 8.0地震序列主震、最大余震青川M_S 6.8地震以及最小余震之一的广元M_S 4.7地震为例，结合该台CTS-1甚宽频带地震计地震记录，分析地磁观测数据的同震响应变化特征。CTS-1甚宽频带地震计记录震相及FHDZ-M15磁力仪同震响应动态变化曲线见图 2。

图 2(a)为此次汶川地震测震记录震相图，可见P波传播至银川台的初至到时为14时29分53秒，比地震发生时间延迟1 min46 s。

图 2(b)为FHDZ-M15磁力仪记录的汶川M_S 8.0地震同震响应动态变化曲线，可知地磁秒采样记录响应时间为06时30分28秒（UTC），北京时间为14时30分28秒，比银川台P波初至到时延时35 s，比地震发生时间滞后2 min21 s，并未与地震波信号同步，呈明显滞后现象，且D、H、Z分量同步记录到地震波信号，响应幅度达135.0 nT，响应时长持续约66 min，响应形态呈震荡衰减型。

在2008年5月25日16时21分49秒四川青川M_S 6.8强余震中，银川台FHDZ-M15磁力仪记录到同震响应动态变化。为清晰显示同震波信号，截取2008年5月25日08时—09时（UTC）数据绘制同震响应曲线，结果见图 2(c)，可见：地磁观测秒采样数据响应时间为08时23分47秒（UTC），北京时间为16时23分47秒，比地震发生时间延迟1 min58 s，且D、H、Z分量同步记录到地震波信号，响应幅度达87.6 nT，响应时长持续约43 min，响应形态呈震荡衰减型。

在2008年6月7日18时42分05秒四川广元M_S 4.7余震中，银川台FHDZ-M15磁力仪记录到同震响应动态变化。为准确分析同震响应特征，截取2008年6月7日18时40分—18时50分数据进行曲线绘制，结果见图 2(d)，可见：地磁观测秒采样数据响应时间为10时45分17秒（UTC），北京时间为18时45分17秒，比地震发生时间延迟3 min12 s，且D、H、Z分量同步记录到地震波信号，响应幅度达1.72 nT，响应时长持续约3 min，响应形态呈震荡衰减型。

3 同震响应特征分析

基于银川台FHDZ-M15磁力仪秒钟值观测数据，从同震响应幅度、持续时长与震级的关系以及响应延时与震中距的关系，系统分析此次汶川M_S 8.0地震序列地磁观测数据同震响应特征。

3.1 同震响应幅度与震级的关系

同震响应幅度是同震地震波能量大小的直观体现，与地震震级存在一定关系（张雪娟等，2022）。震级越小，同震响应幅度显著较弱。例如：在以上3个震例，即此次四川汶川M_S 8.0地震、四川青川M_S 6.8地震和四川广元M_S 4.7地震中，同震响应最大幅度分别为135.0 nT、87.6 nT和1.72 nT。可见表明同震响应幅度随震级减小逐渐减弱。

在此次汶川地震序列中，银川台FHDZ-M15磁力仪同震响应幅度与震级的拟合关系见图 3，可知同震响应幅度与震级之间满足以下关系式：

$ y=0.4452 \ln x+4.812 $

(1)

因此表明，同震响应幅度与震级呈正相关关系，即震级越大，同震响应幅度越大，且振幅差异越明显。

3.2 同震响应时长与震级的关系

同震响应时长是指在仪器可分辨范围内观测到同震响应的持续时间，与震级有一定关系。例如：在以上3个震例中，银川台地磁观测记录同震响应时长分别为：四川汶川M_S 8.0地震为66 min，四川青川M_S 6.8地震为43 min，四川广元M_S 4.7地震为3 min。可见，同震响应时长随震级减小逐渐缩短。

在此次汶川地震序列中，银川台FHDZ-M15磁力仪同震响应持续时间与震级的拟合关系见图 4，可知同震响应时长与震级之间满足以下关系式：

$ y=4.9753 \mathrm{e}^{0.0083 x} $

(2)

因此表明，震级越大，同震响应持续时间越长。

3.3 响应延时与震中距的关系

同震响应延迟时间是指仪器观测到响应距地震发生时刻的等待时间，主要受地震波速和震中距的影响。在以上3个震例中，同震响应延时分别为：四川汶川M_S 8.0地震为2 min21 s，四川青川M_S 6.8地震为1 min58 s，四川广元M_S 4.7地震为3 min12 s。

在此次汶川地震序列中，银川台FHDZ-M15磁力仪同震响应延迟时间与震中距的拟合关系见图 5，可知同震响应延迟时间与震中距之间满足以下关系式

$ y=0.004 x-0.0856 $

(3)

因此表明，同震响应延迟时间与震中距呈线性分布特征。

4 结论

在2008年汶川M_S 8.0地震序列中，银川台FHDZ-M15磁力仪秒采样数据同震响应变化显著。分析认为，该磁力仪产生同震响应，与其设计原理有关。FHDZ-M15磁力仪探头为悬挂式，类似于地震计的摆，当地震发生时，地震波到达台站引起仪器震动，由于悬挂系统的特性，可记录到清晰的地震波信号。经具体分析，得出以下结论：

（1）对于M_S≥4.7地震，银川台FHDZ-M15磁力仪可清晰记录到同震形变波，充分证明FHDZ-M15磁力仪对大震强震具有较强的映震能力，可基于地磁观测数据，进一步提升其地震地球物理监测效能。

（2）对于汶川M_S 8.0地震及强余震，FHDZ-M15磁力仪磁偏角D、水平分量H、垂直分量Z均同步记录到同震响应信号，且响应形态均呈振荡衰减型。

（3）FHDZ-M15磁力仪同震变化响应特征表现为同震响应幅度与震级呈正相关关系，即震级越大，响应幅度越大，且幅度差异越明显。震级、震中距与FHDZ-M15响应幅度之间存在一定关系，一般来说，响应幅度随震级的增大而增大，但随震中距的增大而减小。

（4）在震中距相同情况下，同震响应时间与震级呈正相关。震级越大，地震释放的能量越大，同震响应时间更长，则震荡持续时间越长。

（5）响应延迟时间与震中距呈线性关系。也就是说，震中距越大，同震形变波延时越长。震级越大，响应延时越短，而震级越小，响应延时越长。