2019, Vol. 62
2. 甘肃省地震局, 兰州 730000;
3. 陕西省地震局, 西安 710068
2. Earthquake Administration of Gansu Province, Lanzhou 730000, China;
3. Earthquake Administration of Shanxi Province, Xi'an 710068, China
按照地电场起源分类，地电场由大地电场和自然电场组成(孙正江和王华俊, 1984).研究表明地电场日变化波形属于大地电场，其起源主要有空间电流系，以及日、月潮汐作用(黄清华和刘涛, 2006; 谭大诚等, 2010, 2011).
1980年后，地电场在地震预报研究中影响逐步增大(Varotsos and Alexopoulous, 1984a, b).近年，地电场研究更注重其机理和变化特征.在时域，侧重研究地电场时、空变化特征及机理，包括日变波形的形态、幅度、周期、畸变、机理，以及区域性变化特征等(黄清华和刘涛, 2006; Huang and Lin, 2010; 黄清华和林玉峰, 2010; 谭大诚等, 2010, 2013, 2014; Ren et al., 2012, 2015；Tan and Xin, 2017)；在频域，通常稳定且近直流的自然电场不易开展谱分析，多侧重研究大地电场主要谐波的周期及能量等(黄清华和刘涛, 2006; 范莹莹等, 2010; Huang, 2011a, b; 刘君等, 2011；谭大诚等, 2011；安张辉等, 2013).地电场是矢量场，大地电场是地电场主要构成之一.基于大地电场日变化的潮汐机理说(谭大诚等, 2010, 2011)，其日变化形成的物理过程是固体潮(或Sq电流)导致岩石裂隙水(电荷)沿裂隙的日周期渗流(移动)，因此岩石裂隙结构改变会影响大地电场潮汐波强度、方向，这使得源于空间电流系和潮汐作用的大地电场与岩体裂隙结构密切关联(谭大诚等, 2011, 2014).岩石物理学和岩石破裂实验表明，加压初期的岩石裂隙小而无序，压力增大会使裂隙发育并呈现有序排列，破裂时有明显的剪裂、黏滑现象(陈颙等, 2009).在实际的构造活动中，岩体裂隙结构因应力作用处于复杂动态中，而地表电磁信息与岩体形变、流体渗流的过程密切关联(赵国泽等, 2009; 汤吉等, 2010; 滕吉文, 2010; Huang, 2011b).因此，应用大地电场潮汐波岩体裂隙水(电荷)渗流(移动)模型(谭大诚等, 2014)，跟踪和探寻岩体裂隙结构及演变过程和特点，这是地电场理论方法研究新需求.
潮汐地电场是大地电场主要成分之一，本文基于其岩体裂隙水(电荷)渗流(移动)模型，分析了南北地震带、郯庐断裂带、天山断裂带等区域40个地电场台站的岩体裂隙结构及变化，获取了不同裂隙结构对应着不同地电场潮汐波特征的认识；通过对2013年1月至2018年3月6次典型震例解析，认识到中强地震前后附近场地岩体裂隙结构变化特点，这些新认识对地电场理论方法和地震预测具有意义.
1 大地电场的矢量特征大地电场ET具有日变波形特征，相对稳定的日变波形表现出峰谷形态，基于其波形特点可分为持续全天(00:00—24:00)的近正弦波形(TGF-A)、仅在午前午后(约6:00—20:00)的近正弦波形(TGF-B)两类(谭大诚等, 2010)，这两类日变波形如图 1a、e所示.近年，研究认为前一种波形主要源于日、月潮汐作用，后一种波形主要源于地球电离层Sq电流(谭大诚等, 2010, 2011).
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图 1 大地电场强度变化特征 (a)、(e)日变化；(b)、(f)日变化谐波振幅谱；(c)、(g)月变化；(d)、(h)年变化. Fig. 1 Variation characteristics of intensity of the telluric field (a), (e) Diurnal variations; (b), (f) Amplitude spectra of diurnal variations; (c), (g) Monthly variations; (d), (h) Annual variations. |
地电场观测采用“多方位、多极距”装置，即在多个方位同时观测，并且每个方位都布设长极距和短极距观测.不同国家地电场数据采样率有差异，中国大陆数据吐出率基本是1 min.本文应用谐波分析法(harmonic analysis)对每日1440个分钟值数据开展信号处理，该方法实质是FFT的三角函数展开.基于对地电场分钟值数据的谐波分析结论，其日变波形的前10阶谐波周期分别为24 h、12 h、8 h、6 h、4.8 h、4 h、3.4 h、3 h、2.7 h、2.4 h，这些谐波可称为潮汐谐波.如果对每日地电场1440个分钟值数据应用其它FFT算法或取值约定(黄清华和刘涛, 2006; 谭大诚等, 2011)，前三阶谐波周期值有小差异、各谐波振幅也会出现衰减.谐波分析法算法如下：
对于一个数据序列yt (时间序列或非时间序列)，从数学上都可以表示为
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其中Ak、Bk及相位由式(3)计算(k表示谐波的阶数，下同)，即：
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(3) |
各次谐波周期Tk及振幅Ck由式(4)计算，即：
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(4) |
在公式(1)—(4)中n取全天1440个分钟值.其它FFT算法表明，约前5阶的谐波振幅远大于其它高阶谐波振幅(黄清华和刘涛, 2006; 谭大诚等, 2011, 2013)，应用谐波分析法获得的结果与此一致，如图 1b、f所示.基于谐波拟合分析结果，约前5阶谐波基本就构成了日变波形主体(王建军等, 2017).因此，每日前10阶谐波振幅和AT可表示大地电场ET日变波幅度大小，潮汐谐波振幅比TA可表示潮汐波清晰度、能量占比值.AT、TA计算方法为(谭大诚等, 2011)：
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(5) |
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其中，Ai表示第i阶谐波振幅.需说明：(6)式的分子是前10阶潮汐谐波振幅和(AT)，其值可表述ET日变波形幅度；高阶谐波确定日变曲线的突跳等(王建军等, 2017)，分母中第100阶谐波周期约为15 min，这样分母值包含了突跳等背景变化总幅度值.
以海安(120.4°E, 32.5°N)、平凉(106.9°E, 35.9°N)台站为例，这两台装置系统良好，测区内没有明显干扰源，通常两台NS、EW、NE/NW方向长、短极距相关系数超过0.9.海安、平凉观测场地的大地电场ET强度变化及特征如图 1所示.
图 1a表明海安台持续全天的大地电场ET强度变化有明显的日变特征(TGF-A波)，其前4阶谐波振幅大，如图 1b所示.图 1c表明该台ET强度还有显著的半月和月变，但图 1d显示年变很弱.
图 1e表明平凉台午前午后(约6:00—20:00)出现的ET强度变化有明显日变特征(TGF-B波)，其前6阶谐波振幅明显大，如图 1f所示.图 1g说明该台ET强度没有半月和月变，但图 1h表明它有明显的年变特征，夏季期间潮汐谐波振幅比TA值更大.应当指出：
(1) 海安ET强度(TGF-A波)存在显著的半月和月变，但平凉没有这一特征；平凉ET强度(TGF-B波)的年变明显，但海安年变很弱.两台这种“相反”现象是海安、平凉ET日变化分别源于固体潮和Sq电流的差异导致(黄清华和刘涛, 2006; 谭大诚等, 2010, 2011).基于固体潮半月、月变特征(周江存等, 2009)，海安应存在明显的半月和月变，而年变应很弱；基于电离层Sq电流强度年变特征(徐文耀和李卫东, 1993)，平凉的年变应明显，同时不应存在半月和月变.
(2) 平凉ET强度的明显年变在其它出现TGF-B波的场地很少.图 1e显示平凉ET(NS)日变波峰-峰值约15 mV·km-1(当日ET(EW)＞20 mV·km-1)，这远大于一般场地的约5 mV·km-1左右数值(谭大诚等, 2010)，复杂的观测环境、装置、构造活动等因素可能导致了其它小幅度日变波峰-峰值场地不易出现明显的年变.
(3) 海安ET强度弱的年变在其它TGF-A波观测场地几乎没有.这与月潮无年变、太阳固体潮小有关，海安良好的观测环境条件、可靠的装置系统、较平稳的区域构造活动背景等因素(谭大诚等, 2011; Tan and Xin, 2017)应是该台在一定时期内可显示弱的年变主因.
1.2 大地电场方向变化特征通常，在地表观测地电场时，因其矢量性会在两个正交方向同时观测.以NS、EW两个正交方向为例，一天中第j时刻的ET方位角αj(北偏东，顺时针偏离北向的角)为
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(7) |
其中，ET(NS)j、ET(EW)j分别表示第j时刻NS、EW方向的大地电场值.应用剔除自然电场ESP后第j时刻的大地电场ETj值代入(7)式可计算αj值.ETj获取依据和方法如下(谭大诚等, 2012)：
地电场在第j时刻观测值Ej由自然电场ESPj、大地电场ETj、干扰Erj组成，即：
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基于1.1节给出的大地电场前10阶谐波的确定周期值，那么一天1440个分钟值Ej之和基本能消除ETj的影响，故ESPj、Erj之和的均值为
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在场地电磁环境良好条件下，白噪声类干扰Erj在(9)式右端中影响很小，(9)式的结果可视为自然电场ESPj均值；选取自然电场稳定的一天数据，这种情况下ESPj与均值ESPj基本相同，故：
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(10) |
获取的ETj为
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(11) |
中国地震地电学科规定地电场自北向南、自东向西为正方位(杜学彬等, 2006)，为能直观表现出实际ET方位αj的正、负，本节暂时设定ET方位是南偏西为正、北偏东为负(或南偏东为正、北偏西为负).以平凉台(106.9°E, 35.9°N)、陵阳台(118.9°E, 35.5°N)NS、EW长极距地电场数据为例，应用(11)式计算ETj，再以(7)式计算这两台在1天中αj变化，结果如图 2所示.
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图 2 大地电场ET方向变化特征 (a)、(d)日变化曲线；(b)、(e)、(g)、(h)、(i)方向变化散点图；(c)、(f)优势方向示意图. Fig. 2 Variation characteristics of orientation of telluric field ET (a), (d) Curves of diurnal variations; (b), (e), (g), (h), (i) Scatter diagrams of orientation variations; (c), (f) Schematic diagrams of predominant directions. |
图 2a是平凉台NS、EW方向一日的ET强度分钟值变化曲线，其TGF-B波形说明该场地ET源于空间Sq电流(谭大诚等, 2010).图 2b表明：(1)午前午后3个时段ET方向αj较稳定.约06:00—10:00为Ⅰ时段，αj均值为南偏西67.6°；约10:00—16:00为Ⅱ时段，αj均值为北偏东66.7°；约16:30—20:00为Ⅲ时段，αj均值为南偏西65.9°；(2)早00:00—05:30、晚20:00—24:00期间，αj在67°(南偏西)或-67°(北偏东)附近来回突跳.图 2c表明在午前午后Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ这3个时段内，大地电场ET方向几乎是沿一条直线以日为周期3次往返变化，而早晚是沿这一路径来回突跳.
图 2d为陵阳台NS、EW方向一日ET强度分钟值变化曲线，其不太稳定的TGF-A波形说明该场地ET源于固体潮汐作用(谭大诚等, 2010).图 2e说明：在全天Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ这4个时段，场地ET方向αj较稳定，但当天21:00后αj变得不稳定.图 2f表明在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ这4个时段，大地电场ET方向几乎是沿一条直线以日为周期4次往返变化，而其它时间不稳定突跳也大体沿这一直线方位.
应当指出：对平凉、陵阳台站，在其日变波形较清晰、稳定的其它日期，基本也能反映出ET方向的变化特征.图 2g—i是平凉台分别在其它3天中ET方向αj变化散点图，可看出Ⅰ、Ⅲ时段αj在67°(南偏西)左右，Ⅱ时段内αj在-67°(北偏东)左右，而早晚间αj变化不稳定，但基本是沿这一路径来回突跳或无规律地保持接近Ⅰ(Ⅲ)或Ⅱ时段的方位.
2 大地电场岩体裂隙模型的应用基础大地电场ET潮汐机理说认为：在固体潮汐作用下，岩石裂隙水以日为周期沿裂隙往返渗流，或在Sq电流电磁感应下，裂隙水中电荷以日为周期沿裂隙往返移动，由此形成ET日变波(谭大诚等, 2010).第1节获得的平凉、陵阳台大地电场方向变化特征，其结果佐证了ET潮汐机理说的合理性.
2.1 岩体裂隙水(电荷)渗流(移动)模型在地壳岩体中，裂隙大致分连通性好与差两类，通常这些裂隙中都会含有部分水溶液.
(1) 在岩体裂隙连通性好或裂隙足够大时，如图 3a所示，固体潮对裂隙挤压、拉张作用会导致裂隙水两端出现压力差，从而使裂隙水产生渗流.固体潮强度的日周期性导致裂隙水两端压力差的大小出现相应的日周期性，这一过程产生的ET(TGF-A波形)大小、方向就表现出对应的日周期性.在这种裂隙中，裂隙水中电荷也会受空间Sq电流电磁感应影响，但其效果明显小于固体潮影响.例如，图 3b是海安台连续3天NS向ET分钟值曲线，2018年4月20日中午发生的磁暴(K=5)只是导致了TGF-A波形出现小幅度扰动，但其日变波形仍可识别.
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图 3 ET的岩体裂隙水(电荷)渗流(移动)模型 (a)裂隙水日周期渗流模型；(b) TGF-A波受磁暴影响；(c)裂隙水中的电荷日周期移动模型；(d) TGF-B波受磁暴影响；(e)—(h) α响应曲线；(i)—(l) α计算差异. Fig. 3 ET model of fissure water in rock with seepage (movement) or charges (a) Model of daily periodic seepage of fissure water; (b) Geomagnetic storm impact on TGF-A waveform; (c) Model of daily periodic movement of charges; (d) Geomagnetic storm impact on TGF-B waveforms; (e)—(h) α response curves; (i)—(l) α computational differences. |
(2) 在岩体裂隙小或封闭时，如图 3c所示，Sq电流的感应电场会导致裂隙水中电荷移动，Sq电流强度和方向的日周期性导致了ET(TGF-B波形)大小、方向相应的日周期性.对这种小而封闭的裂隙，空间电磁场的影响大，而固体潮虽然也会导致裂隙有较弱的挤压、拉张，但裂隙封闭性使裂隙水几乎不能渗流，这使得固体潮的影响较弱.例如，图 3d是平凉连续3天NS向ET分钟值曲线，20日中午开始发生的磁暴(K=5)导致了TGF-B波形剧烈扰动，午后的日变波形已经不可识别，但当日00:00—10:00的TGF-B波形曲线仍较清晰，基本看不到固体潮的影响.
对图 3a、c所示的裂隙优势走向，在实际场地可能会出现NS、NW测向之间的ET相关性高，这表明裂隙优势走向应介于NS、NW之间，但也可能出现EW、NW测向之间的ET相关性高，这就表明裂隙优势走向应介于EW、NW之间.因此，实际计算裂隙优势方位角α时(北偏东顺时针偏转角度为正，北偏西逆时针偏转为负)，首先需基于不同测向之间ET的相关系数，选择该系数高的两个方位参与计算方位角α.设在图 3a模型中，如果NS、NW测向之间的ET相关性高，这时计算方位角α公式为(谭大诚等, 2014)：
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(12) |
本文将(12)式右端两个方向(NS、NW)的“潮汐谐波振幅和的比值”定义为γ响应系数，方位角α与γ的关系曲线可称为α对γ的响应曲线，简称α响应曲线，图 3e—g绘出了4种α响应曲线.应指出：
(1) 公式(12)式计算的方位角α可视为裂隙优势方位.例如，平凉台在图 2b中的午前午后Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ时段α均值分别是67.6°、66.7°、65.9°，应用该式计算当天α值是67.5°，这说明其计算裂隙优势方位的精度约在1°左右.
(2) 在公式(12)式中，γ响应系数的计算包含了第一、第二阶谐波(周期24 h、12 h).图 3i—l是作者对图 2中平凉、陵阳台分别应用前十阶(第一至第十阶)谐波与应用后七阶(第四至第十阶)谐波计算α的对比，结果显示两种计算方法的α变化趋势一致、差异Δα不大.
2.2 岩体裂隙水(电荷)渗流(移动)模型的应用基础基于岩石物理学(陈颙等, 2009)，岩体内部的裂隙发展过程大致可分成生成、发育、长大、破碎四个阶段.在不同阶段，裂隙的大小、有序排列程度不同.通常，生成阶段的岩石结构较紧密，封闭的裂隙小且无序；发育阶段的裂隙变大，排列接近有序，但不同裂隙的方位有明显差异；长大阶段的裂隙大、排列有序，优势方位接近与主压应力σ1方位成45°夹角或平行；破碎阶段的岩石结构松散，裂隙排列无序.地壳中原生岩石形成后就会受到构造应力作用，在应力作用下岩体裂隙总处于动态过程.在这节分析中，作者把复杂的裂隙动态过程看成由许多暂稳态过程组成，并且将每一天视为一个暂稳态.
基于中国大陆地电场台网分布，在各主要构造块中至少分别选3个台站，选择台站的原则是观测环境及装置在区域内相对较好、并且可显示出日变波形，共计选出40个台站(图 4a所示).统计2017年5月20—30日期间，这40个台站地电场潮汐波形、峰-峰值ET/A-A，并计算2017年上半年场地岩体裂隙方位角α变化情况，结果见表 1.
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图 4 典型ET波形和和岩石裂隙结构 (a)、(b)统计台站分布及场地裂隙结构比例；(c)、(d)山丹场地ET波形及裂隙发育阶段；(e)、(f)平凉场地ET波形及裂隙长大阶段；(g)、(h)海安场地ET波形及裂隙破碎阶段. Fig. 4 Typical ET waveforms and structures of rock cracks (a), (b) Distribution of statistical stations and structural proportion of rock cracks; (c), (d) ET waveforms and developmental stage of Shandan site; (e), (f) ET waveforms and growth stage of Pingliang site; (g), (h) ET waveform and crushing stage of Hai′an site. |
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表 1 中国大陆40个台站ET波形(2017-05-20—2017-05-30)与Δα统计(2017-01-01—2017-06-30) Table 1 Statistics of ET waveforms (2017-05-20—2017-05-30) and Δα (2017-01-01—2017-06-30) of 40 stations in Chinese mainland |
在表 1中：
(1) 10°≤Δα≤50°的台站共32个.这些场地数量多、Δα较大、ET/A-A值多小于10 mV·km-1，这是表 1统计出的最普遍观测场地.在裂隙不算大、排列较有序时可出现这种结果，同时考虑到长期构造活动应该使多数场地岩体处于发育阶段.因此，本文视10°≤Δα≤50°岩体裂隙为发育阶段.基于表 1中Δα的发散程度，将其细分为发育好、发育正常、发育差三类.在40个统计台站中，有80%场地岩体裂隙处于发育阶段.
(2) Δα≤7°的台站共6个.这些场地Δα基本局限在各自优势方位±3.5°范围内，其ET/A-A值多大于20 mV·km-1，这基本只能是裂隙排列有序、裂隙大或连通性好的情况下才应该出现的结果.因此，本文视Δα≤7°的岩体裂隙为长大阶段.在40个统计台站中，有15%场地岩体裂隙处于长大阶段.
(3) Δα＞50°的台站仅2个.这种场地数量少、Δα大、ET/A-A明显小于10 mV·km-1，这种情况对应的岩石裂隙结构有两种可能：一是结构松散、裂隙排列无序的破碎阶段，但松散的裂隙结构会使裂隙水易受固体潮影响，因此如果出现TGF-A波形则裂隙应处于破碎阶段；二是结构紧密、封闭小裂隙排列无序的生成阶段，封闭的裂隙结构会使裂隙水中电荷基本只受空间电磁场影响，因此如果出现TGF-B波形则裂隙应处于生成阶段.由此，表 1中这2个场地，因其日变是TGF-A波形，故视其岩体裂隙处于破碎阶段.在40个统计台站中，有5%场地岩体裂隙处于破碎阶段.
在统计的40个台站中，场地岩体裂隙结构比例见图 4b所示.以山丹(101.0°E, 38.8°N)、平凉(106.9°E, 35.9°N)、海安(120.4°E, 32.5°N)3个台站为例说明场地岩体裂隙结构情况，图 4c、d表明山丹场地TGF-B波峰-峰值小于10 mV·km-1，α基本在裂隙优势方位±10°范围内变化，裂隙结构处于发育正常阶段；图 4e、f表明平凉场地TGF-B波峰-峰值大于10 mV·km-1，α基本在裂隙优势方位±3°范围内变化，裂隙处于长大阶段；图 4g、h表明海安场地TGF-A波峰-峰值远小于10 mV·km-1，Δα接近70°范围，其岩体裂隙结构较破碎.
应当指出：如在公式(12)应用中，一是选了两个相关性好的方位参与运算，二是仅仅应用了大地电场前10阶潮汐谐波成分，三是应用潮汐谐波振幅和的比值γ进行计算，这三个步骤使得该计算方法具有较强的抗干扰能力，图 4f就显示了常见的磁暴几乎对α值计算没有影响.其实，模拟分析表明不太严重的直流供电、突跳、脉冲、地铁等典型干扰，该方法计算α受到影响有限(辛建村等, 2017).
3 典型震例解析近年，中国大陆发生了多次有影响的中强地震，考虑到区域性代表和震中附近台站分布，这里选取2016年1月21日青海门源MS6.4、10月20日江苏射阳MS4.4、12月8日新疆呼图壁MS6.2，以及2013年1月23日辽宁辽阳MS5.1、2017年7月至2018年3月吉林松原MS4.0级丛集地震进行解析.这些地震震中分布见图 5a所示.以往震例分析，多在时域研究自然地电场ESP、大地电场ET的形态、幅度、突跳等变化, 或在频域对分钟值观测数据开展频谱分析(Varotsos and Alexopoulous, 1984a, b; 黄清华和刘涛, 2006; 谭大诚等, 2010, 2012; 范莹莹等, 2010; 刘君等, 2011; 安张辉等, 2013).本节将基于岩体裂隙水(电荷)渗流(移动)模型应用基础，注重分析中强地震孕育发生前后附近场地岩体裂隙结构的变化过程及特征.
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图 5 典型地震震中分布及门源MS6.4地震解析 (a)震中分布；(b)门源MS6.4地震及附近台站；(c)—(g)甘肃5台站α变化; (h)—(k)青海4台站α变化. Fig. 5 Epicenter distribution of typical earthquakes and analysis of the Menyuan MS6.4 earthquake (a) Epicenter distribution; (b) Menyuan MS6.4 earthquake and nearby stations; (c)—(g) α variations of 5 stations in Gansu; (h)—(k) α variations of 4 stations in Qinghai. |
2015年11月23日，在青海省海北藏族自治州祁连县(100.4°E，38.0°N)发生MS5.2地震；2016年1月21日，门源县(101.62°E，37.68°N)发生MS6.4地震.图 5b是门源地震震中400 km范围内12个地电场台站及超过400 km的固原台分布，13个台站震中距见表 2.该区域另有高台等5个台因施工或环境、装置存在问题没有在图中标出.
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表 2 门源MS6.4地震震中200 km内场地岩体裂隙结构变化(2015—2016) Table 2 Structural changes of rock cracks at sites with in 200 km to the Menyuan MS6.4 epicenter (2015—2016) |
图 5c、k说明山丹、都兰台在地震前后没有明显的岩体裂隙方位异常变化.图 5d—g是震前1~8个月场地岩体裂隙结构出现明显异常的甘肃4个相邻台站α曲线，其异常现象主要有α持续突跳(间或有剪裂)、偏转、剪裂，而且这些异常具有时间准同步性.图 5h表明青海白水河场地岩体在2015年5—7月可能发生了共轭剪裂，图 5i说明大武场地发生了α小幅度持续突跳；图 5j表明门源地震1个月后，金银滩场地出现裂隙发展阶段的转变，由发育差状态转变为长大阶段.
上述场地岩体裂隙结构及方位角α变化的统计见表 2、表 3，获得如下两点认识：
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表 3 门源MS6.4地震200 km外场地岩体裂隙结构变化(2015—2016) Table 3 Structural changes of rock cracks at sites over 200 km to the Menyuan MS6.4 epicenter (2015—2016) |
(1) 在分析的13个台站中，6个场地岩体裂隙结构发育好或已经长大，其中5个出现了裂隙结构异常；4个场地发育正常，其中1个裂隙结构出现异常；3个场地发育差，其中2个台站无异常，1个震后岩体裂隙结构发生转变.震中200 km内，场地裂隙结构异常比例占83%，超过300 km的场地裂隙结构异常比例是28%.
(2) 岩体裂隙结构异常现象主要是岩体剪裂、优势方位α偏转、α突跳范围显著改变，这些异常现象存在场地选择性、时间上准同步性.
3.2 江苏射阳MS4.4和新疆呼图壁MS6.2等地震解析2016年10月20日，在江苏盐城市射阳县(120.30°E，33.70°N)发生MS4.4地震，该次地震在江苏省属近年最大一次地震.11月25日，新疆阿克陶县(74.04°E，39.27°N)发生MS6.7地震；12月8日，呼图壁县(86.35°E，43.83°N)发生MS6.2地震；2017年8月9日，精河县(82.89°E，44.27°N)发生MS6.6地震.上述各次地震震中分别见图 6a、d所示.
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图 6 江苏射阳MS4.4和新疆呼图壁MS6.2等地震解析 (a)射阳地震震中及邻近台站；(b)、(c)江苏2台站α变化；(d)呼图壁地震震中和邻近台站；(e)、(f)新疆2台站α变化. Fig. 6 Analysis of Jiangsu Sheyang MS4.4 and Xinjiang Hutubi MS6.2 earthquakes (a) Sheyang epicenter and near stations; (b), (c) α Variations of 2 stations in Jiangsu; (d) Hutubi epicenter and near stations; (e), (f) α variations of 2 stations in Xinjiang. |
图 6a给出了江苏省内全部4个地电场台站分布，总体上这4个台站的电磁环境、观测系统较好；图 6d是新疆呼图壁MS6.2、精河MS6.6地震震中附近3个地电场台站分布.
图 6b、c说明：南京场地在2016年4月前Δα背景变化小、裂隙结构发育好.4月后，持续存在α明显突跳，但没有岩体剪裂现象.射阳MS4.4地震后，Δα的明显突跳现象快速消失.
图 6e、f说明：乌鲁木齐台场地裂隙结构背景是长大阶段，呼图壁MS6.2、精河MS6.6地震前该场地存在岩体剪裂、裂隙偏转、α突跳异常变化.在2016年10月至2017年8月期间，该场地α变化与北天山断裂带这两次强震关系可能对应了弹性回跳理论(李昌珑等, 2016).
上述7个台站的岩体裂隙结构、α变化统计结果见表 4，获得如下两点认识：
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表 4 射阳MS4.4及呼图壁MS6.2等地震邻近场地岩体裂隙结构变化 Table 4 Structural changes of rock cracks in adjacent areas of the Sheyang MS4.4 and Hutubi MS6.2 epicenters |
(1)江苏、新疆两地的这几次地震，虽然震中附近台站少，但都有一个场地岩体裂隙结构存在明显异常变化，而且这个场地的岩体裂隙结构在区域内发育好或已经长大.
(2)江苏中、北部岩体裂隙发育较差；北天山断裂带附近存在裂隙发育好、长大的场地.
3.3 辽宁辽阳MS5.1地震和吉林松原MS4.0丛集地震解析2013年1月23日，在辽宁省辽阳市、灯塔市、沈阳市交界(123.2°E, 41.5°N)发生MS5.1地震，该次地震是东北地区近年较大一次地震；2017年7月至2018年3月，吉林松原地区出现MS4.0级丛集地震.这些地震震中分别见图 7a、图 7d所示.
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图 7 辽宁辽阳MS5.1地震和吉林松原MS4.0丛集地震解析 (a)辽阳地震震中及邻近台站；(b)、(c)辽宁2台站α变化；(d)松原丛集地震震中和邻近台站；(e)、(f)吉林2台站α变化. Fig. 7 Analysis of Liaoyang, Liaoning MS5.1 and Songyuan, Jilin MS4.0 earthquake cluster (a) Liaoyang epicenter and near stations; (b)、(c) α Variations of 2 stations in Liaoning; (d) Songyuan epicenters of earthquake clusters and near stations; (e)、(f) α Variations of 2 stations in Jilin. |
图 7a给出了辽阳附近5个地电场台站分布.图 7b、c说明：义县场地在2012年10月前Δα≤7°、裂隙结构长大，10月后发生岩体剪裂现象，2013年3月恢复；新城子场地2012年8月出现α偏转，震前约两月α有明显突跳和间断剪裂，辽阳MS5.1地震后α的趋于稳定.图 7d是松原MS4.0以上丛集地震震中附近8个地电场台站分布，图 7e、f说明震前及持续期间，附近场地裂隙优势方位有突跳、剪裂现象.附近台站统计情况见表 5.
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表 5 辽阳MS5.1地震及松原MS4.0丛集地震邻近场地岩体裂隙结构变化 Table 5 Structural changes of rock cracks in adjacent areas of the Liaoyang MS5.1 earthquake and Songyuan MS4.0 earthquake cluster |
表 5统计结果与前面震例分析接近，具体结果如下：
(1) 两次地震震中200 km内都存在一个裂隙结构处于长大阶段的场地，震前这两个场地均发生了岩体剪裂.松原丛集地震震中区域200 km外，发育阶段的场地多以α突跳为异常现象.
(2) 辽阳地震前，300 km左右有1个场地裂隙结构转变；松原丛集地震前和持续期间，300 km内有3个场地裂隙结构出现转变.
4 结论与展望(1) 在复杂构造活动中，不同场地的岩体裂隙结构发展阶段不同，裂隙排列方向的稳定性和一致性有差异，应用大地电场岩体裂隙水(电荷)渗流(移动)模型可跟踪分析岩体裂隙结构及变化.
(2) 强震震中附近，出现岩体裂隙结构发育好或长大的几率高，这些场地更容易在震前通过地电场反映出岩体裂隙结构的异常变化.
(3) 震中200 km范围内，场地岩体发生剪裂、裂隙优势方位α偏转及α突跳范围明显改变等现象的几率高；200 km以外区域，发生岩体结构异常的几率相对低，其异常现象以α突跳更常见.岩体裂隙结构存在异常时间的准同步性、异常地点的场地选择性、裂隙结构可变性现象.
(4) 本文应用大地电场分析岩体裂隙结构发展过程，探寻震中附近岩体裂隙结构特点及变化，其方法和结论对地电场理论方法、岩石物理学、地震预测等具有探索性，其认识可能需要更多研究验证.
致谢 感谢中国地震局地质研究所赵国泽研究员的指导，感谢审稿专家和编辑部的建议，感谢甘肃、青海、江苏、新疆、山东、河北、辽宁、吉林和黑龙江等省地震局提供的观测数据.
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