汶川8级地震前电磁扰动与电磁立体监测体系

研究分析了在2008年5月12日四川汶川8.0级地震前出现的地面电磁与电离层中观测到的中、短临电磁异常,其中距离震中最近的郫县台地电阻率显示了2年左右的趋势下降异常,下降幅度7.2%,同时多台电阻率观测在震前1个月左右显示短临突变异常;震前18天地磁垂直分量出现低点位移,分界线两侧的低点时间超过2h;震前3天即5月9日,地磁低点位移、利用GPS反演得到的电离层总电子含量(TEC)、电离层测高仪得到的foF2和电磁卫星监测的离子密度和温度等均观测到局部电磁扰动现象,多数异常幅度超过50%.汶川8.0级地震前各种电磁观测技术记录到的明显异常现象,揭示了电磁学科在地震预报研究领域巨大的潜力,加强天-地一体化的立体电磁监测对地震预报水平的提高是非常必要的.     

强震前中子监测器计数率异常现象探索

利用中国西藏羊八井中子监测器(国际地球物理年推荐的标准仪器)10年的资料,研究宇宙线高能粒子正常背景变化、干扰因素及其与地震有关的异常现象,发现在太阳活动、地磁活动平静的状态下,连续数天打破正常日变化规律和计数率增高现象(高于5倍均方差)可能是距台站一定范围内的强震特别是大震前的临震现象,并与宽频带数字记录到的地震前驱波及地磁日变化异常在时空分布上有较好的一致性。宇宙线高能粒子可能反映震前包括震源场在内的孕震立体电磁环境异常变化,其机理正在探索之中。     

50-250Hz 极低频范围内的地震电磁现象研究

采用基于地形学网格划分的时域FDTD 方法来研究地震期间（震前和震期）的极低频电磁现象。由于计算能力 的限制,这里主要关注的频率是50-250Hz。为了精确的仿真地震电磁环境,研究过程中引入了地形学信息和天然电磁噪 声（闪电）。在仿真中,通过对震区地震电磁激发,我们设置了多个不同的观测点来观测电磁波的传播并进行比较。同时, 电离层异常现象也被考虑在仿真过程中。我们的仿真结果证明了在震期电磁波存在传播异常现象,这也证明了之前研究 人员所观测到的数据的正确性。最后,我们总结了地震期间的电磁传播异常现象的初步规律。     

汶川地震前羊八井中子-μ子望远镜计数率异常

利用在西藏羊八井新建中子-μ子望远镜的观测数据,研究分析了在2008年5月12日四川汶川8.0地震期间宇宙线高能粒子偏离正常背景的异常变化。中子-μ子望远镜的中子监测器经过消除背景场和气压修正后震前5天特别是5月9日出现计数率降低异常。在地震发生前5天左右,μ子望远镜各方向计数率出现日变化异常。这些宇宙线异常现象,与其它观测资料,例如地磁低点位移、电离层总电子含量TEC、电离层测高仪得到的foF2和电磁卫星监测的离子密度和温度等,在时空分布上有较好的一致性。这是继羊八井中子监测器观测到震前宇宙线异常现象后,利用另一种宇宙线观测手段观测到的震前宇宙线异常现象。     

中国大陆14次强震前电离层异常统计分析

地震电离层扰动规律统计分析对开展地震监测、预测意义重大。利用四分位数法对中国大陆地区14次Ms≥7.0地震前电离层foF2进行了统计,进一步证实了地震电离层异常的存在,并分析了地震电离层异常扰动的时间、空间分布规律以及扰动形态特点,给出电离层foF2扰动与地震各要素之间的关系。统计结果表明:85.7%(12次)的地震在震前出现电离层异常,并且大部分分布在震前7天以内的11∶00LT～17∶00LT;此外,电离层foF2扰动幅度与即将发生的地震震级、震源深度、震中距离存在不同程度的相关性。     

天地基综合观测的东日本大地震电离层异常分析

介绍了地震电离层前兆的主要特性,并给出了掩星电离层电子密度峰值位置的标高估计技术。利用天地基电离层观测数据,综合分析了2011年3月11日日本9.0级大地震发生前的电离层异常变化,发现地震前3天内电离层f0F2异常扰动、相对垂直总电子含量(VTEC)扰动以及电子密度峰值处标高(Hs)增加等多种异常现象。分析了地磁活动和太阳活动等因素后,认为其可能与地震有一定关联,表明电离层异常变化对于地震短期预报具有重要参考意义。     

利用无线电发射、接收电路制成的地震前电场异常预报器

地震前出现电磁波现象已经由许多实例证实,国内外现场观测和室内岩石样品压力实验的结果表明,震前岩石破裂电磁辐射的频谱是很宽的,包含了电磁波的各个频段。利用业余无线电发射、接收电路制成的电磁异常检测器,就是利用了临震阶段可能有某种与地震有关的较高电平和较宽频谱的异常电磁辐射信号出现。以简单的钟表机芯每分钟接通5秒钟,驱动业余无线电发射、接收电路工作、由此同时选用光电报警电路做成的临震预报装置。利用电磁异常检测器专门用来地震前监视空间电场变化,由于震前电磁波现象是客观存在的,其物理基础是清楚的,所以是一种有希望的地震短临预报方法。     

海陆两用磁力仪系统的研制

针对震磁前兆信息地磁总强度以及地磁各分量有异常显示,研制了海陆两用磁力仪系统,可分别应用于陆地以及海底磁场变化的长期监测.采用霍尔韦尔的AMR磁阻传感器构成三分量磁传感器,低功耗MSP430为处理器,具有低功耗、测量范围宽、大容量存储等特点.通过串口与上位机进行实时通信与数据显示,为震磁前兆研究提供具有实用价值的数据,为地震预测提供宝贵资料.     

地磁“低点位移”现象与强震预测研究

利用中国地磁台网40年观测资料,研究了2008年3月21日新疆于田7.3级地震,2001年11月14日昆仑山口西8.1级地震等108次强震前,地磁垂直分量日变极小值出现的时间在空间分布上的异常特征即"低点位移"现象.这种少见的异常现象与强震发生有较好的相关性,发震日期为异常日后的第27天或41天前后4天,强震发生地区在低点位移突变分界线附近.此外,还研究了于田7.3级、昆仑山口西8.1级临震前震中周围出现的地磁日变幅异常现象.地磁低点位移是复杂的地球物理现象,受多种因素影响,其"探测-感应-触发"机理仍处在探索之中.     

天基地基地震电磁前兆研究综述

总结了国内外关于地震地基电磁前兆和天基电磁前兆研究的主要进展, 回顾了地基电磁前兆在地电阻率、地电场、地磁场以及电磁扰动方面的研究成果; 以法国DEMETER卫星为例, 介绍了天基电磁前兆在电场、磁场和其他物理参量方面的研究进展.归纳了国内外在天基和地基电磁数据联合处理上的研究成果, 指出地基和天基二者的电磁异常在时间和趋势上具有较好的一致性.地基和天基电磁前兆信息联合分析研究, 对未来地震监测预报具有理论指导意义.     

2016—2017年北天山地区两次6级地震前地电场异常

地下介质在应力积累过程中，会导致岩体裂隙结构变化，从而使得大地电场E_T的优势方位角发生变化.文中收集了2016年到2017年的数据，利用大地电场优势方位角方法，提取与分析了北天山地区2016年12月8日呼图壁6.2级和2017年8月9日精河6.6级地震前地电场异常，探讨这两次6级地震前的地电场异常表现特征.结果表明:这两次地震前，震中周围的乌鲁木齐、克拉玛依台均显示出显著的地电场异常，即岩体裂隙优势方位角异常；异常特征以突跳和偏转为主；岩体裂隙结构发生异常时间上存在准同步性，表现出短临异常信息.因此，地电场岩体裂隙优势方位角方法短期内具有一定的预报效能，可为今后利用地电场方法预测地震积累经验和震例.     

Earthquake [earthquake warning systems]

Accurate earthquake warnings are, at last, within reach. Instead of coming from the mechanical phenomena that have been the focus of decades of study, however, they will come from electromagnetic phenomena. And, remarkably, these predictions will come from signals gathered not only at the earth's surface but also in the ionosphere. It has been observed that electromagnetic disturbances happen during the days that precede an earthquake. These disturbances happen when crystalline rocks are deformed by the slow grinding of the earth that occurs just before an earthquake. The cracking creates tremendous electric currents in the ground, which travel to the surface and into the air. These currents alter the magnetic field surrounding the earthquake zone and these electromagnetic effects can easily be detected. While such an earthquake warning system would be useful, there are a number of technical and financial problems that need first to be addressed before they can be installed worldwide.     

长周期前驱波的检测及其局域均值能量提取与分类

 地震预报迄今仍是一个世界性的科学难题,震前地壳内长周期形变前驱波检测的新方法与波形分析研究,可能成为未来地震预测的一个突破点.基于一种新颖的液体悬浮式长周期、超低频前驱波检测技术,实时连续记录了陕西省境内三个地震台站的超低频加速度信号;分析前驱波异常信号与地震发生的关系,发现异常出现与地震发生的关联度为51.59%;进一步利用局域均值分解算法对截取的前驱波异常信号进行分解,计算前五个分量的能量作为特征向量,输入支持向量机进行分类.结果表明,利用创新的前驱波检测技术和局域均值能量特征实现信号识别,异常前驱波均值能量特征与地震发生之间的关联度可达62.24%.     

汶川8级地震前空间电离层VLF电场异常现象

基于法国DEMETER卫星记录的空间电场频谱资料,提取分析了汶川地震前可能存在的电场异常信息.首先利用轨道的重访特性分析了四川汶川8级地震前震中上空固定纬度点(31°N)的VLF电场信号2年多的正常频谱变化背景,结果显示1～6月各频点变化比较稳定,但在7～10月份各频点谱值扰动比较剧烈,存在整体幅度上升或者下降的现象,因此电场可能存在年周期变化.在背景分析的基础上,收集了2008年4月1日～5月12日震中区上空2000 km范围内所有夜间的降轨轨道在北纬31°记录的电场所有频点资料,计算结果显示震前1周内即5月6～10日相对4月份呈现明显的电场能量增强现象,增强幅度达到3σ,频率集中分布在2～6kHz范围内,异常区域的空间统计分布反映该电场增强现象位于震中以南较大范围内.这次异常发生在空间电磁活动平静时期,可能与汶川地震的孕育过程有关.最后讨论了空间地震电场异常的可能形成机理,对地震电离层耦合机理的深入认识还需要地基和空间的联合立体观测来支持.     

地震ELF/SLF辐射源在地面及电离层中产生的场

针对地震电磁辐射与传播,将地下辐射源理想化为水平ELF/SLF电偶极子,传播介质理想化为地层-大气层-电离层三层平面分层介质,其中地层和电离层都看作均匀有耗介质.在此物理模型下,导出了电磁场在大气层和电离层中的积分表达式,更由留数定理得出了电磁场的级数表达式.计算结果表明:ELF/SLF电波从辐射源出发后,首先以最短的垂直向上路径渗透出地层进入大气层,然后在地-电离层波导中以若干个"波模"叠加的方式向外传播到达大气层中的接收点,并进一步渗透电离层被卫星上的接收点接收.     

低电离层舒曼谐振观测

舒曼谐振与大气温度变化及地震电磁前兆密切相关,该文针对地面直接观测受环境制约严重的问题,提出了一种新的舒曼谐振监测方法,即人工向电离层发射高频(HF)电磁波,与舒曼谐振产生电离层交叉调制,通过解调HF波获得舒曼谐振。基于大气晴天电场作用下HF电磁波与舒曼谐振在低电离层的非线性调制模型,论证了该方法的可行性;利用我国首个舒曼谐振观测台站,接收短波授时信号BPM,并在其解调谱图上得到了分别位于7 Hz,14 Hz,20 Hz,26 Hz的舒曼谐振前4阶谐振峰。理论及实验表明在HF的解调谱上获取低电离层舒曼谐振,是一种可行的舒曼谐振观测方式。     

利用垂测仪和IGS数据研究震前电离层异常

利用SPIDR网站的垂测仪数据和IGS网站的VTEC（垂直总电子含量）数据分析震前电离层异常。选取2009年10月24日发生在Banda sea的6.9级地震和2009年4月6日发生在意大利中部的6.4级地震,分析垂测仪观测到的电离层F2层临界频率foF2,同时分析相应时段的VTEC数据。研究结果显示电离层异常多集中在震前3～5天,在分析地磁和太阳的活动后,认为这些异常很可能是由即将来临的地震引起的。