汶川地震强余震的电磁同震效应

汶川5.12大地震发生后,在武都汉王地震台及其附近地区布置了2个大地电磁测深点,进行了两期余震序列的地震电磁效应连续监测,共观测到M_s4.0及以上的余震事件35次.通过与汉王强震台的地震记录数据中15个强震记录比较发现,与地震波相对应的地震同震电磁信号存在于所有的电场和磁场记录分量中,它们与地震波到达同步.地震破裂发生时的电磁辐射信号在记录数据中相比地震波达到观测点的电磁信号幅度要小得多,无法从观测数据识别出来.通过分析对比地震位移和同震电磁信号的关系,提出了地震电磁同震信号产生的地震波驱动机理,认为观测系统在地球基本磁场中随地面运动产生了地震同震电磁信号,并从观测的地震振动位移和电磁信号进行了验证.     

低频电磁波在汶川强余震时的同震效应

电磁扰动观测是开展地震监测预报的一种新方法,在汶川Ms8.O地震余震中,陇南汉王架设ELF观测到了电磁同震现象,通过汉王地震台强震资料对照发现,磁场分量与地震波到达同步,但电场分量反映不够明显.     

2013年甘肃岷县漳县MS6.6地震震电磁信号和同震信号观测

2013年岷县漳县MS6.6地震发生时,位于距震中约286km外的固原地区的两个地点正在实施大地电磁测量,对这两个测点电磁仪器记录到的电磁场时间序列和邻近固原地震台站记录的地震波形进行了对比分析,并结合岷县漳县地震震源区的深部电性结构特征和震电场理论数值模拟研究等结果,探讨了震电磁信号的激发机理。结果表明：大地电磁仪器不仅记录到了该次地震的地震波传播过程中“地震波驱动同震电磁效应”产生的同震信号波形,而且记录到了地震破裂过程中所激发的震电磁信号波形;岷县漳县地震震源区和震中到观测点一线区域中下地壳存在的低阻层,构成了震电磁信号传播的“导电通道”;岷县漳县地震电磁震电磁信号早于地震P波38s左右到达,且持续了4s左右,如果能捕捉到震电磁信号并用于地震预警,将可以大大减少因地震导致的人员伤亡。     

云南宁洱M_S 6.4地震震后电磁效应

2007年6月3日宁洱县境内发生6.4级地震,在地震区跨越宁洱东支断裂进行了为期14d的余震序列宽频带电磁异常连续观测。在固定台站的电场和磁场时间序列记录中,观测到多次余震事件的电磁同震现象。取每2h观测资料进行了加窗傅氏变换,得到不同频率的功率谱随时间的变化曲线。结果表明,MS3.0以上的余震发生前后,电磁场各分量频率谱峰值出现了显著的变化,地震后的峰值波动也许与时间域的同震效应相对应,而地震前发生的峰值跳跃有可能为电磁前兆现象。此外,本文对同震电磁信号产生机理进行了讨论,推测这种现象可能与地震发电机机制有关     

含起伏地形地层中点源激发的震电响应研究

地震诱导电磁现象是国内外地学领域十分关注的前沿问题,前人对地震波和电磁场耦合波场的认识主要是基于规则模型获得的.为研究含起伏地表和地下界面的地层中震电波场激发、传播特性,本文采用有限元软件COMSOL Multiphysics模拟点震源激发的电磁场.首先给出频率域二维SHTE模式震电耦合方程组,然后利用COMSOL软件建立计算模型,并求解出点力源激发震电波场的频率域响应,最后利用FFT变换得到地震波场和电磁场的时间域波形.模拟结果表明,震电波场中存在三种类型的电磁信号,第一种是震源直接激发的电磁波;第二种是地震波在分界面处激发的电磁波(包括自由表面、地下不同介质分界面);第三种是伴随地震波的同震信号,前两种电磁波比地震波更早到达远处观测台站,对地震预警有重要意义.此外,研究还发现:当地震波传播至地表并沿着地表传播时,在地表附近空气层中同样记录到了伴随地震波传播的电磁扰动信号,该信号与相同水平源距条件下、地下观测点接收到的电磁信号相同,这与前人的一些观测结果相符.本文研究结果为今后地震电磁信号的解释提供了理论证据.     

2012年印尼8.6级地震应变地震波的Hilbert-Huang时频分析

本文通过端点效应压制的Hilbert-Huang变换, 对大同及沁源台布置的四分量钻孔应变仪记录的印尼8.6级地震激发的应变地震波形进行时频分析, 结果显示印尼8.6级地震的主震和8.2级余震的应变地震波序列各个震相具有不同的时频特征: ① 地震波到达之前的所谓“环境噪声”部分, 瞬时频率低, 瞬时振幅小; ② P波初至时, 高频成分突然增加, 振幅也随即增强; ③ S波到达时, 频率有所降低而振幅剧烈上升; ④ 面波到达时, 振幅进一步剧烈上升达到整个序列的极大值; ⑤ 尾波部分振幅逐渐降低, 但与噪声部分相比频率依然偏高, 振幅依然偏大。 本文也将应变地震波与地震仪记录的地震波进行对比, 虽然应变地震波与地震波波形和Fourier谱具有极高的相关系数, 但从Hilbert-Huang变换得到的边际谱上看, 应变地震波与地震波有显著的区别, 应变地震波比地震波记录的低频成分相对更多。 通过Hilbert谱, 有助于更好地了解非平稳信号的局部特征, 对于突变信号的地震波, Hilbert-Huang变换是一个较好的时频分析工具。     

汶川8.0级地震及其强余震引起的唐山井水位同震响应特征分析

统计了汶川8.0级地震及其强余震引起的唐山井水位同震变化的幅度参数（最大振幅、阶变量）和时间参数（最大振幅时刻,同震持续时间）,以及邻近的陡河台记录的地震波的体波和面波的到时．计算分析了同震参数与震级（ML,MS和MW三种震级）、井-震距、震源深度的相关方程及同震参数间的相关关系．结果表明,同震变化量与MS震级的相关性最好,与震源深度和井-震距相关性较弱;同震最大幅度与同震阶变量、同震持续时间相关性很高,水位同震振荡和阶变均来自地震波引起的动应变;水位同震振荡的最大振幅发生在S波至瑞利波时段,水位同震响应是地震波与水文地质环境等多种因素共同作用的结果．      

汶川8.0级地震前后电磁场的变化特征

2008年5月12日汶川M_s8.0地震前后,距震中320 km甘肃陇南汉王地震台的地电阻率、大地电场、ELF电磁等多种观测手段捕捉到这次地震前后的异常信息.本文采用解析方法,着重探讨汶川8.0级地震前后观测到的电磁场变化特征,从电磁现象来探讨汶川M_s8.0地震发生前后,电磁场长、中、短、临期的异常特征和变化规律.自2003年以来甘东南地区及甘川交界发生4次5.0级以上地震,从空间上看,有从南北地震带中段的西北向西南方向移动的特点,强度逐渐增强,其中,文县5.0和两次岷县5.0级以上地震可以视为汶川8.0级地震的前震;从时间上分析,震前陇南汉王地震台观测到电磁场出现了长趋势变化和短临异常变化,其特征：①2003～2008年,ZD8B地电仪观测的N54°W、N85°E和N73°W测道地电阻率均显示出长趋势变化和短期变化;②视电阻率各向异性度‘S′’年变化率在有震年（异常年）是无震年（正常年）的两倍;③ELF电磁仪观测到了（0.5～39 Hz）频率段的电场、磁场在汶川8.0级地震及余震序列中异常变化分别比正常月份大1～5个数量级,并记录到电磁同震现象;④大地电场仪（ZD9A-Ⅱ）在汶川震前17个小时也记录到高频临震变化信息.     

大同中心站YRY-4钻孔应变仪与BBVS测震仪同震数据对比分析

选取典型震例,对大同地震监测中心站(以下简称大同中心站)YRY-4型高采样率钻孔应变仪与BBVS测震仪记录的地震波进行比较,分析同一地震在不同设备记录下的地震波异同与关联情况,利用S变换方法,分析整个同震时段的频谱动态演化特征。结果表明,二者的采样率不同,但反映出的频谱演化过程有较好的一致性,说明对同场地的同一地震事件,二者的记录信号可相互参照对比。     

崇明异常电磁扰动与台湾7.5 级强震

2002 年3 月31 日14 时52 分在台湾以东海中发生7.5 级强地震, 地震发生前后上海市地震局崇明地震台电磁波仪器记录到了一系列强烈电磁辐射异常信息, 其中震前最早的信息出现在24 天前, 最迟的信息出现在震前5 小时且幅度最大。主震发生前电磁辐射异常信号的振荡幅度随着主震临近而增大, 主震发生后又降了下来。余震期间的电磁辐射异常信息也十分丰富。文中探讨了这些电磁辐射异常信号与强震之间的关系, 结合多种震例的记录认为这类震前电磁辐射异常信号可作为临震前的一种信息。为认识和丰富震前电磁辐射前兆异常的现象与研究增加了新的内容。     

编码源地电阻率观测试验

地电阻率的高精度观测是实现地震预测预报的前提之一.面对日益严重的电磁干扰,提出了基于编码源循环互相关辨识技术的地电阻率观测方法,其实质是将待测地质体视为待辨识系统,利用编码源信号激励供电电极A和B产生的电流信号作为系统输入信号,测量电极M与N之间的电压信号作为系统响应输出,将输入和输出信号严格同步采样为时间序列,分别与参考信号进行循环互相关运算并转换至频率域计算获得待探测地电阻率谱(幅度和相位).由于系统环境的干扰和随机噪声与编码源信号不相关,通过循环互相关运算可以达到抑制环境随机噪声和干扰的目的.这种地电阻率观测体系在环境干扰较大的甘肃省兰州观象台和陇南汉王地震台站利用现有的观测场地和线路进行了观测试验,测量结果显示,数据的一致性好、均方差小,说明该方法在强干扰环境下具有较好的抗电磁干扰能力,观测频带较以往直流电法测量有较大的扩展.该方法为现有地面地电阻率台站持续发展提供了技术保障,可为地震预报与科学研究提供高质量的地电阻率观测数据.      

汶川M_S8.0地震绵竹县汉旺镇周边地表破裂带展布方式及其震害意义

2008年5月12日汶川MS8.0地震的震中烈度为Ⅺ度,但位于地震烈度为Ⅹ度区边缘的绵竹县汉旺镇,无论是房屋毁坏情况还是遇难和失踪人员的数目,均高出周边地震烈度Ⅰ度,接近极震区的破坏程度。文中从汉旺镇周边地表地震破裂带展布方式的角度讨论了这种震害加重现象的原因,介绍了位于汉旺镇北面和南面出现的2条相距1.5km呈左阶斜列展布的地表破裂带。其中,位于汉旺镇北侧的地表破裂带,垂直位移1.4m,水平右旋位移0.44m;位于汉旺镇南侧的地表破裂带,垂直位移量由西向东递减,为3.0～0.2m。尽管这2条地表破裂带没有从汉旺镇中心通过,但汉旺镇正位于这2条地表破裂带夹持的左阶阶区,致使阶区内建筑物除遭受来自震源的振动外,又受到阶区内的挤压,由此加重了汉旺镇建筑物的破坏,也显示出地表破裂带对建筑物破坏形式的多样性。汉旺镇汶川MS8.0地震震害实例表明,地表破裂带的阶区,也是遭受地震时破坏加重的特殊构造部位     

Measuring Seismic Waves Induced by Large Earthquakes with GPS

Independent GPS position solutions at 1-sec interval, derived from the International GPS Service (IGS) data and orbit÷clock products, clearly show seismic waves generated by the magnitude 7.9 Denali Fault, Alaska earthquake of November 3, 2002. Surface seismic waves with periods of about 20 sec and amplitudes of up to 20 cm were detected up to 4,000 km from the epicenter. This confirms the previous findings reported by Larson et al. (2003); we use additional station data along with different processing software and strategies. The seismic waves from the May 26, 2003 magnitude 7.0 Japanese earthquake were also observed in the 1-sec position solution series at station MIZU, about 80 km from the epicenter. This earthquake, however, could not be detected by GPS at station USUD, about 410 km away. Similarly, the Algerian May 21, 2003 earthquake of magnitude 6.8 could not be detected by GPS at the nearest IGS station located approximately 800 km from the epicenter.     

Shifting Correlation Between Earthquakes and Electromagnetic Signals: A Case Study of the 2013 Minxian–Zhangxian ML 6.5 (MW 6.1) Earthquake in Gansu,China

The shifting correlation method (SCM) is proposed for statistical analysis of the correlation between earthquake sequences and electromagnetic signal sequences. In this method, the two different sequences were treated in units of 1 day. With the earthquake sequences fixed, the electromagnetic sequences were continuously shifted on the time axis, and the linear correlation coefficients between the two were calculated. In this way, the frequency and temporal distribution characteristics of potential seismic electromagnetic signals in the pre, co, and post-seismic stages were analyzed. In the work discussed in this paper, we first verified the effectiveness of the SCM and found it could accurately identify indistinct related signals by use of sufficient samples of synthetic data. Then, as a case study, the method was used for analysis of electromagnetic monitoring data from the Minxian–Zhangxian M_L 6.5 (M_W 6.1) earthquake. The results showed: (1) there seems to be a strong correlation between earthquakes and electromagnetic signals at different frequency in the pre, co, and post-seismic stages, with correlation coefficients in the range 0.4–0.7. The correlation was positive and negative before and after the earthquakes, respectively. (2) The electromagnetic signals related to the earthquakes might appear 23 days before and last for 10 days after the shocks. (3) To some extent, the occurrence time and frequency band of seismic electromagnetic signals are different at different stations. We inferred that the differences were related to resistivity, active tectonics, and seismogenic structure.     

基于重构激发信号的电磁式可控震源相关检测参考信号方法研究

针对电磁式可控震源地震数据的相关检测,研究发现,在地下结构复杂、基板-大地耦合不佳时,常规方法——基于震源控制信号或基板附近信号作为参考信号检测得到的地震记录中,存在子波到时误差和虚假多次波问题.本文分析了上述问题的理论原因,并提出基于重构激发信号的相关检测参考信号方法(Correlation Detection Reference Signal Based on the Reconstructed Excitation Signal,CDRSBRES).首先,利用直达波与其他地震波到时不一致的特点,从震源基板附近信号中分离、提取直达波.然后,利用直达波重构震源激发信号并作为参考信号对地震数据进行相关检测.最后,应用谱白化技术提高检测结果质量.数值模拟研究表明,重构激发信号与理想激发信号的相关系数为0.9869,达到高度线性相关,CDRSBRES方法检测的地震记录在子波到时和波形特征上均与模型相符.随后,在某金属矿区开展了可控震源对比实验.与液压式可控震源MiniVib T15000检测结果相比,电磁式可控震源PHVS 500的检测结果中:基于震源控制信号的检测结果存在子波到时误差约0.012s,对应垂向精度误差约11.16m;基于基板附近信号的检测结果部分区域出现虚假多次波,信噪比降低;而CDRSBRES方法的检测结果子波到时误差约0.001s,对应垂向精度误差约0.93m,波形特征一致,相同区域无虚假多次波.综上,本方法适用于电磁式可控震源地震数据的高精度检测,尤其对于地下结构复杂区域的高分辨率地震勘探具有重要意义.     

汶川M_S8.0地震前ELF异常电磁辐射传播分析

对法国DEMETER卫星记录的2008年5月12日汶川MS8.0地震前10天连续轨道的电磁数据进行了时-频功率谱分析,发现在震前第6天存在低于截止频率的窄带电磁辐射.为进一步分析该电磁辐射的传播特性,采用奇异值分解方法在时-频域下分析了电磁辐射的极化特性、波矢量特性等电磁波传播特性,发现该电磁辐射呈现出很强的平面波特征,传播方向呈现上行传播.而在震前10天连续轨道数据的分析中,在非震区上空并未发现类似的异常现象.     

张北6.2级地震前的电磁前兆信号的特征

通过对张北6.2级地震前辽中台接收的电磁信号研究分析，总结出这次距辽中台600km、6级地震前的电磁前兆信号，具有弱－强－弱－平静后发震的总变化过程。异常信息具有异常时间长、信号强、异常范围大的特征。