中国地震电磁研究现状和发展趋势

中国地震电磁研究现状和发展趋势

陆立,李伸亮,汪世仙,卢叶啸

合肥地震监测中心站 安徽省合肥市 230000

摘要：20世纪早中期,中国、苏联、日本等分别启动了国家地震预报研究计划,各国编制了本国地震分布和区划图,既用于中、长期地震预报研究,也促进了新的学科分支“地震地质”等的发展。地震中短期和临震预报是减轻地震灾害最有效的方法,但也是最困难的研究领域。自1966年河北邢台地震以来,我国启动了多种地震前兆异常监测方法,20世纪70~80年代建设了包括“土地电”在内的一些地震电磁监测技术,在地震监测研究中发挥了重要作用.

关键词：地震电磁；研究现状；发展趋势；

引言

地震是影响人们生命财产安全的最为严重的自然灾害之一。对地震前后可能的异常信号研究是地球动力学和地震学的重要课题。卫星遥感技术因其观测范围广、不受地面自然条件限制等优点，在获取地震异常信息方面具有重要的研究意义和应用前景。

1地震电磁异常观测

1.1地电阻率观测

地电阻率观测方法是引入矿床勘探中的四极对称电极系的直流电阻率法,较早用于地震电磁异常监测中。一般供电电极距AB长约为1200m,测量电极距MN为AB/3,现全国已建有80多个台站。1966年邢台地震以来,积累了大量的震前地电阻率异常资料,尤其是在7.0级以上地震前,邻近震中的台站记录地电阻率均呈现了典型的异常下降特点。例如图1展示了2008年5月12日汶川Ms8.0地震前3个台站出现的电阻率同步下降变化.统计分析表明,异常下降幅度和持续时间与震中距、震级大小表现出较好的线性统计关系,是地震前兆观测中7级及以上地震前异常特性可重复的少有的观测量,中短期预测优势更明显,在强震趋势分析中占有重要位置.但震前十几天内异常变化的明显加速或者转折只在个别震例中有所显示,难以判断异常结束时间并做出临震预测。

1.2电磁与地震数据间的平衡

在电磁和地震相结合的情况下，需要在电磁和地震数据对最终投资结果的影响之间取得适当平衡，否则最终投资模型可能会被扭曲。由于电磁数据通常不同于地震数据的几个数量级，并考虑到观测到的不同噪声的影响，通常在反演目标函数的数据拟合部分中添加协方差矩阵(数据权重)，从而实现:①消除②减少测量误差较大的数据对目标函数的影响，在一定程度上避免反结果中的错觉。对于应对电击的同步联合反演，必须确定电磁分量和地震分量的权重，以确保它们对联合反演目标函数的贡献相等。

1.3地磁观测

地磁观测方法是研究地震电磁异常最早的地球物理方法之一,近一个世纪的研究发现,地磁异常现象与地震活动关系大体可分成两类:一类是基本磁场观测数据中岩石在应力作用下出现的磁化率和剩余磁性变化为基础的“压磁效应”,另一类是邻近交变场频率范围的观测资料中(包括磁通门磁力仪观测和基本磁场发生变化的部分等)基于感应效应和地下电性变化出现的有关地磁异常现象,也可称为“感应磁效应”.两类异常没有严格的频率分布界限,又可统称为“震磁效应”。地磁场幅度变化较大、频带较宽,为了识别和提取可能与地震发生有关的异常,研究发展了一些分析方法,如地磁脉动、低点位移、地磁日变、舒曼共振等现象研究,以及地磁场转换函数、小波变换、滑动相关、垂直极化比、谐波振幅比、主成分分析等技术研究,获取地震前地磁场不同分量、不同周期成份的异常变化。现在中国大陆地磁台站有上百个,震情紧急时还部署磁通门磁力仪(0.005~10Hz)等流动测站或测点进行应急观测。

2地震电磁监测研究的发展趋势

2.1微地震电磁信号远程监测方法

地震源发出的信号通常是含有一定比例干扰波和直接波的调频信号。不同类型的信号具有不同的到达时间，但无法直接捕获，因为它们混合在时域窗口中。因此，为了实现微地震电磁信号的远程监测，需要构建控制信号的匹配滤波器。通过使用单片机和超声波检测装置，可以快速采集微电路电磁信号，从而有效地减少监测时间，提高监测效率，并通过消除微电路电磁信号中的噪音提高监测精度研究还通过模拟结果证明了这种方法监测的有效性和准确性。在下一次研究中，将考虑通过消除若干瞬态电磁信号中的冗馀信息，进一步提高方法监测的效率。

2.2多轨道震例综合分析

一般来说，这种单轨道数据分析技术获得的扰动信息相对直观，但单轨道数据图像显示不足以满足地震震中某一地区电离层参数的时空演变特征。以单线技术为基础，基于对再审轨道的认识和震中相邻轨道时间序列分析技术，建立了多轨地震综合案例分析。新的多轨道信息时间序列使您更好地了解相邻区域中各个参数的趋势变化，而建议的纬度分类、滑动分析等计算也为异常信息的定量提取提供了基本的分析算法。由于这些算法不会平均轨道数据，并且纬度范围密度与原始测量的采样范围相同，因此最好保留轨道上纬度变化的详细信息，并更有效地反映中小型尺寸的异常情况。

2.3研究趋势小结

纵观地震遥感异常研究发展历程，可以发现国内外学者研究侧重点的不同。国内早期主要是利用热红外遥感技术来研究地震异常现象，2007年开始关注电离层相关的地震异常研究，并在2014年后迅速发展，而“热红外地震异常”研究则贯穿着整个研究阶段。总体上看，国内针对盖层的热红外地震异常研究相较于电离层与大气层更丰富。国际上很大部分文献都围绕着电离层、总电子含量等参量展开地震方面的研究，形成了与电离层异常相关的较多交叉研究领域，在盖层与大气层方面的地震异常研究的发文量相较而言较少。纵使国内外地震遥感异常研究侧重点存在差异，但盖层、大气层、电离层多圈层参量之间的联合分析已引起研究学者广泛关注，为更进一步推动地震遥感异常的研究发展，多圈层/多参量遥感异常的综合分析将成为未来研究的主流趋势。物理参数(如真实地球环境的电阻率和速度)通常由各向异性表示，目前主要由各向异性分析物理参数(如速度和电阻率)使用独特的地震或电磁数据来解决。在许多情况下，阻力的各向异性与地球环境速度的各向异性之间存在相关性，例如在水平沉积地层中，地震波的阻力和速度可能在不同方向上有一致的变化。因此，可以使用电磁和地震组合反演分析物理参数(如速度、电阻率和其他参数)的各向异性。

结束语

在未来的观测和实验研究中,通过多参数、立体化监测和“大数据”分析技术的应用,识别和排除干扰影响,获得可靠的正常背景场,捕捉与地震活动有关的真实异常是广大科技人员继续努力的方向.其中,不可忽视的是,应加强地震台站观测与有关大学、研究机构的紧密结合,推进从前端观测到预测研究成果产出的“一体化”体系的建设,使之成为科学研究和人才培养的有机体,特别要避免前后脱节现象的发生.可以预计,在当前和未来,只要抓住影响地震预测的关键问题,例如地震前、后地下结构的变化以及由此产生的电磁异常现象和规律,开展高质量的电磁观测,深入研究异常与地壳内部过程的关系即异常产生机理,持之以恒,就能取得地震预测科学的进步。

参考文献

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