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中國地震電磁研究現狀和發展趨勢

地震


中國地震電磁研究現狀和發展趨勢


(a) 地震前后兩年74Hz兩種極化方式的視電阻率和相位曲線(數據誤差小于10%); (b) 截取(a)中部分時段, 放大縱向坐標比例. XY、YX分別表示電場沿南北方向和東西方向的視電阻率和相位. 震前約3個月開始脈動式逐步增大, 震前15天達最大, 然后逐步減小, 震前3天恢復到背景值, 相位(φ)發生對應變化. 參考Han等(2021)

中國地震電磁研究現狀和發展趨勢


地震電磁異常立體觀測示意圖
（）據EurekAlert!：自1966年河北邢臺6.8級地震以來，幾乎所有用于資源勘探和深部結構探測的電磁方法都被用于地震前兆監測中 。過去十多年間，誕生了利用DEMETER和CSES的衛星電磁探測，以及利用CSELF的新技術，并得到發展，本文對它們的研究成果概括如下 。
地電阻率（DC）觀測：典型的地電阻率減小現象，出現在7級以上地震前 。電阻率是可重復觀測的少有的參數之一 ?，F在已有80個臺站 。
大地電磁（MT）觀測：在1976年唐山7.8級等多個地震前，觀測到電阻率先減小而后恢復的異?，F象 。觀測發現大多數強震和余震發生在具有較大孔隙度的軟弱低阻介質和高阻介質之間的邊界帶或過渡帶 。圖1顯示，2017年3月27日云南漾濞5.1級地震前，在震中距32km的CSELF臺網的大理臺站（DAL）觀測到 ， 震前約3個月視電阻率開始脈動式增大，震前3天恢復到背景值 。
地磁觀測：地磁異常與地震的關系有兩類，一是由于應力變化引起磁化率和剩磁異常變化（壓磁效應），可用于短臨地震預測；二是由于地下電性變化引起的感應異常（感應磁效應），通常出現在地震前幾個月以上 。至今全國已建成幾百個地磁臺站，在震情緊張時，可布設磁通門磁力儀臺站進行應急觀測 。
地電場觀測：一個傳統的地電場法稱為“土地電”在1975年海城7.3級地震的成功預報中發揮了重要作用 。1981年希臘學者提出VAN方法后，地電場觀測發生了革命性變化 ， 并研制了專門的觀測儀器 。現已有120多個臺站 。
電磁輻射觀測：大多數臺站僅觀測電場或僅觀測磁場 。觀測表明，較強的地震，異常出現較早，影響范圍較大，例如大于5級的地震可影響到500km距離 。該法的發展落后于其它方法 ， 但因其成本低，發展很快，現已有200多個臺站 。
衛星電磁觀測：自2004年6月29日由法國等發射專門用于地震電磁異常監測的TEMETER衛星以來，利用衛星觀測研究地震電磁異常成為新的研究熱點 。中國于2018年2月2日發射了地震電磁衛星CSES 。衛星主要觀測電離層電磁場、原位等離子體參數和高能離子通量等 。與地震有關的異常主要出現在震前一周或幾小時 ， 具有短臨預報特征 。衛星觀測的缺點是，由于衛星位于電離層內，所以容易記錄到空間干擾 。由于衛星過境時間有限 ， 軌道間隔大，存在著觀測盲區 。2022年將發射CSES-2號衛星，有利于改進覆蓋率和時間分辨率 。紅外觀測到長波輻射在震前一個月明顯增大 。由幾種地基電離層探測技術也用于電離層垂向探測、低頻輻射波、舒曼諧振和GNSS TEC等 。結合地基、衛星和熱紅外異常研究將促進巖石圈-大氣圈和電離層的耦合機制研究 。
物理實驗：實驗室很多常溫或高溫高壓試驗都發現 ， 由于巖石破裂引起的視電阻率變化遠大于地震變形引起的應變變化 。試驗表明，巖石破裂前電阻率經過三個階段變化：緩慢增大、穩定的或微小波動和快速減小 。大多數電磁輻射具有單脈沖、脈沖串形態 ， 也有陣發性脈沖 。電場信號一般比磁場信號出現早，且頻率高、幅度大 。野外大藥量爆破、小尺度爆破和灰巖礦區爆破試驗表明 ， 不同頻率的波的幅度可有數量級差別，也發現存在地震波激發的二次輻射 。這些現象與臺站觀測現象相似 。
數學模型：由空隙介質產生地震電磁異常的動電效應被廣泛認可 。伴隨地震P波的電場不僅與P波幅度和動電耦合系數有關，也與孔隙結構有關 。地震電離層耦合作用有三種通道，直流電耦合、聲重力波傳播和電磁波傳播 。地面人工源VLF信號試驗表明，頻率越低，在電離層傳播損失越小 。
建議：為了得到地震前綜合異常信息，應開展立體多參數觀測（圖2） 。
由大地電磁法（MT）等觀測的地面阻抗和視電阻率的穩定性和可評價性 ， 在確定電磁異常是來自震源區還是來自非地震的干擾時很有用 。
很多地震電磁異常出現在交變電磁場頻率范圍，在建設“天然實驗室”時，應加強交變場多參數觀測 。應加強電磁場頻帶和命名的規范使用，利用我國政府公布的標準，如VLF（甚低頻，3-30kHz）、ULF（特低頻，300-3000Hz）、SLF（超低頻，30-300Hz）、ELF（極低頻，3-30Hz）和TLF（至低頻，<3Hz） 。
應避免兩個偏向，一是尚未經充分分析，就認為異常與地震有關；二是不分青紅皂白，認為出現的異常都是干擾 。文章中提出了地震異常識別和研究“四步法” ， 其中獲得真實的背景場是基?。?識別地震引起的異常是關鍵 。
大量研究證明，地殼中的流體對地震有誘發或觸發作用，電磁法是對地殼上地幔流體和部分熔融最靈敏的觀測方法，在地震活動區或地震危險區開展對整個地殼直至上地幔的電磁觀測很有必要 。
研究詳情請見原文：
趙國澤, 張學民, 蔡軍濤, 詹艷, 馬欽忠, 湯吉, 杜學彬, 韓冰, 王立鳳, 陳小斌, 肖騎彬, 孫翔宇, 董澤義, 王繼軍, 張繼紅, 范曄, 葉濤. 2022. 中國地震電磁研究現狀和發展趨勢.
https://link.springer.com/article/10.1007/s11430-021-9930-5