日本9.0级地震后云南短周期地震计通带外信号的解释

正2011年3月11日日本9.0级大地震在全球引发了长时间的地球自由振荡。云南所有台站的宽频带地震计和地倾斜观测仪器都记录到了同步出现的长周期信号,其中,地倾斜观测记录中的地球自由振荡持续到震后的第3天甚至更长时间。除此之外,多个水库台网所有台站的短周期地震记录数据中也出现了大量特征极为相似的低频长周期信号,这些信号的频率远远超出地震计的截止频率,完全处于短周期地震计的通频带之外,这一现象难以用经典的地震观测理论     

日本超低频地磁场测量及关于1998年Iwateken Nairiku Hokubu地震的近期研究成果

过去对Spitak,Loma Prieta和Guam地震的研究表明,大地震发生之前都会有相应的磁场异常。为了确认这一事实并详细研究超低频（ULF）现象,日本建立了一个超低频磁力仪的监测网络,开展了包括小型台阵在内的网络观测工作。文中同时介绍了在Matsukawa台站观测到的与Iwateken Nairiku Hokubu地震（震级M6．1级,发生在1998年9月3日,震源深度为10km）相关的地磁资料。分析了4．5年的资料,并对获得的结果进行了讨论。在地震前两个星期,水平和垂直分量之间的谱密度比的（极化）变化表现出异常情况。这是在相当长的数据分析中发现的一次独特的变化,它暗示了这种异常变化可能是大地震孕育期间的一个信号。     

基于主成分方法分析2013年甘肃岷县漳县6.6级地震前地磁日变化异常

选用2013—2014年兰州台、 天水台、 寺滩台3个台站地磁垂直分量分钟值数据, 利用调和分析剔除1~4次地磁日变化谐波成分, 在此基础上对3个台站地磁Z分量数据进行主成分分析, 计算结果显示: 2013年7月22日岷县漳县6.6级地震前, 最小的第三主成分在2013年4月20日至6月10日出现明显的增强变化, 超出阈值, 异常持续50 d左右; 同时, 在信号的子空间中特征矢量的方向也出现同步的异常扰动, 震后恢复到原来的水平, 其他时段第三主成分未出现类似变化。 据此认为, 这些异常信号与2013年岷县漳县6.6级地震相关。 研究结果表明, PCA方法对地震电磁异常的提取是有效的。     

2016年门源6.4级地震地磁谐波振幅比异常特征分析

2016年门源6.4级地震为甘—青地区孤立地震事件,且震中附近地磁台站分布均匀,分析总结此次地震前后地磁谐波振幅比变化特征。结果显示：①地震发生前后,震中附近台站地磁谐波振幅比下降—转折—恢复的异常变化过程,持续时间约1—2年;②震中距较小的台站记录显示,地震基本发生在谐波振幅比曲线转折恢复的变化后期阶段,且异常持续时间长;震中距较大的台站记录显示,地震一般发生在曲线趋势性下降—转折阶段,且异常持续时间稍短;③地震发生后,距震中较近的台站1年内Y_ZHx（NS）和Y_ZHy（WE）方向所有或大部分周期基本趋于恢复状态,且同步变化;距震中较远的台站1年内Y_ZHx（NS）和Y_ZHy（WE）方向大部分周期未达到恢复状态,且不同步变化显著。     

东北地区地磁LURR中强震指标研究

地磁LURR能够反映地壳介质电导率的变化,通过计算2008-2018年东北地区地磁LURR,归纳总结东北地区地磁LURR背景值及统计M≥4.9地震发生前6个月内地磁LURR特征,结果表明,假设东北地区地磁LURR≥3.06作为该地区的最佳阈值,异常台站多于两个时能够大幅度提高中短期预测的成功率。     

汶川地震前后地磁Z分量的谱质心变化

提取了汶川地震前后成都台、木里台和西昌台地磁观测的Z分量数据,分3个时段对采样率为每秒一个点的观测数据每小时计算一个最大谱质心、平均谱质心和谱质心标准差。不同台站和不同时段谱质心的结果比较表明,三个参数在汶川地震前这一时段,成都台地磁Z分量显示较大的变化幅度,并存在震前逐渐升高的变化趋势,而其它台站和其它时段没有显示如此明显的特征。对比分析表明,成都台地磁Z分量显示出的谱质心变化是一个与汶川地震有关联的特征信息,且这一特征的出现与台站和震中的距离有关。对这一问题的深入研究,对于研究震磁关系、大地震的孕震机理,大地震的预测及大震发生位置的推测具有积极意义。     

甘—青地区地磁谐波振幅比分析

以甘肃、青海及周边地区(33°~43°N,94°~107°E)作为研究区,采用谐波振幅比方法处理地磁资料。结果显示:(1)在周边显著地震发生前,位于甘—青地区的嘉峪关、山丹、都兰、湟源和英鸽5个台站地磁谐波振幅比一般存在"下降-转折-恢复"异常变化,其持续时间为1~3年,变化幅度为0.03~1.30,地震发生在异常转折或恢复的过程中;(2)所研究的5个地磁台站中,仅山丹台地磁谐波振幅比存在周期间的迁移特征;(3)嘉峪关、山丹两个台站地磁谐波振幅比分别自2010、2011年开始存在"下降-转折-上升"异常变化,2012年以来出现YZHx和YZHy不同项之间以及同一项不同周期间不同步迹象,今后应重点关注这两个台站地磁谐波振幅比异常变化。     

1997—2016年中国大陆地区地磁台站观测环境变化定量分析

本文利用CHAOS-6地磁场模型计算1997—2016年中国大陆地区34个地磁台站模型值,分析比较模型计算值与台站实测值之间的差异,利用国际参考场模型IGRF12计算结果进行佐证。结果表明:地磁异常场模量△T作为地磁台站观测环境的一种标志,年变化显示:①中国大陆地区34个地磁基准台绝大部分位于地磁正常区或弱磁异常区,只有少数几个地磁台位于强磁异常区;②判断1个地磁台的地磁场环境,只测量总强度（F）是不够的,必须进行三分量绝对观测,利用地磁异常场模量△T评价地磁台的地磁场环境更全面、更科学合理。     

日本2011年3月11日灾难性地震前地磁场长期变化的异常扰动

2011年3月11日,在日本东北以东的近海发生了M9地震,这是日本地震监测史上最大的一次,其震中位于海底下约24km处,距离海岸约130km。根据位于日本领土上距离此次震中约180~200km的两个地磁监测站——江差町和水泽的数据研究了地球主磁场的长期变化。地球主磁场的分量在过去的上百年间变化都非常平稳,然而在2000~2011年期间,在日本领土发生大地震的区域内监测到了4次主磁场长期变化的异常情况,其持续时间从半年到3年不等。这些异常出现的同时,在地磁台站周边100km的区域内有地震活跃带发展,且之后发生了6级强震。从两个地磁台站监测的相关磁场分量差可发现一些最显著的异常。最近的一次异常情况最为强烈,其出现在大地震发生的约3年前。地震前地球磁场异常的原因可能是由构造运动过程引起的地壳局部区域的导电性变动造成。在初始阶段,这个过程会导致未来震源区域温度和导电性的升高,从而导致地表地电流的重新分配以及磁场的改变。之后,构造运动过程的发展导致未来震源区域裂缝的加剧,并降低了地震来临前的电导率。     

九寨沟MS7.0地震前地磁异常

分析距离九寨沟M_S7.0地震震中分别为65 km、254 km和238 km的松潘地磁台、成都地磁台和天水地磁台2017年连续观测结果,发现九寨沟地震前,松潘地磁台出现异常变化,主要表现为2017年5月开始,松潘地磁台长时间垂直分量累积变化量达40 nT。短时间内也存在地磁场突变,最高可达10 nT,而成都地磁台和天水地磁台地磁场无明显异常。通过对观测数据的详细检查发现松潘地磁台很多观测日的最后一个观测值与后一观测日的第一个观测值相差超过1 nT,因此认为九寨沟地震前观测数据的异常是由观测系统异常导致。对三个台站地磁场垂直分量日变化的统计分析发现垂直分量在不同时段相关性保持一致,说明地震前短时间内不存在地磁垂直分量的明显异常变化,三个台站地磁场日变化的差异是由地下介质性质不同导致。岩石圈磁场在震中西侧区域出现正负异常交替现象,这可能与九寨沟地震的孕育有关。     

Investigation of ULF Seismo-Magnetic Phenomena in Kanto, Japan During 2000–2010: Case Studies and Statistical Studies

In order to clarify the ultra low frequency (ULF) seismo-magnetic phenomena, a sensitive geomagnetic network has been installed in Kanto, Japan. In this study, we have analyzed geomagnetic data observed during the past decade in Izu and Boso Peninsulas. Energy of ULF geomagnetic signals at the frequency around 0.01 Hz has been investigated by wavelet transform analysis. To identify anomalous changes in ionospheric disturbances, the station Memabutsu has been chosen as a reference station. Case studies of magnitude 6 class earthquakes have demonstrated that there are unusual geomagnetic energy enhancements in the vertical component before the main shocks. Statistical studies by superposed epoch analysis have indicated that, before a sizeable earthquake, there are clearly higher probabilities of ULF anomalies than after the earthquake: statistical results of daily counts were found significant at about 3–4 weeks before, 1 week before, few days before, and 1 day after the event for Seikoshi station in Izu and around 2 weeks before, few days before, and 1 day after the event for Kiyosumi station in Boso, respectively.     

Scaling characteristics of SEGMA magnetic field data around the Mw 6.3 Aquila earthquake

We apply detrended fluctuation analysis (DFA) on fluxgate and search-coil data in ULF range (scales 10–90 s or 0.1–0.011 Hz) for the months January–April 2009 available from the South European GeoMagnetic Array stations: Castello Tesino (CST), Ranchio (RNC), and L’Aquila (AQU) in Italy; Nagycenk (NCK) in Hungary; and Panagyuriste (PAG) in Bulgaria. DFA is a data processing method that allows for the detection of scaling behaviors in observational time series even in the presence of non-stationarities. The H and Z magnetic field components at night hours (00-03 UT, 01–04 LT) and their variations at the stations CST, AQU, NCK, and PAG have been examined and their scaling characteristics are analyzed depending on geomagnetic and local conditions. As expected, the scaling exponents are found to increase when the K _p index increases, indicating a good correlation with geomagnetic activity. The scaling exponent reveals also local changes (at L’Aquila), which include an increase for the Z (vertical) component, followed by a considerable decrease for the X (horizontal) component in the midst of February 2009. Attempts are made to explain this unique feature with artificial and/or natural sources including the enhanced earthquake activity in the months January–April 2009 at the L’Aquila district.     

DEMETER卫星观测的超低频电场扰动 预处理方法及震例应用分析

基于法国DEMETER卫星观测的超低频(ULF)电场波形, 本文提出了更简单易实施的ULF电场扰动预处理方法. 利用该方法, 对文献中已报道的2010年2月27日智利M_S8.8地震前的ULF电场扰动进行了更全面的分析. 结果表明: 已报道的20°S—40°S地磁纬度带内的ULF电场扰动并非仅出现在最靠近震中的半轨道, 而是出现在较大的经度范围内. 大范围ULF电场扰动的区域正好位于南大西洋异常区, 很可能受到该区域异常磁场的影响. 南大西洋异常中心区域的ULF电场扰动表现出共轭特征, 即在南北地磁纬度20°—40°范围内ULF电场均出现约5 mV/m的扰动, 北纬地区的ULF电场扰动幅度相比南纬地区更小. 而在南大西洋异常中心区域外的ULF电场扰动则仅在20°S—40°S地磁纬度带内出现, 在其共轭区并未观测到ULF电场扰动. 这可能是由于南大西洋异常中心区域外的ULF电场扰动幅度比中心区域更小所致, 在电离层中由于碰撞效应更易被衰减, 因此ULF电场扰动无法传播至其共轭区. 本文的方法和结果可为后续更全面地分析卫星在电离层高度记录的ULF电场扰动提供参考.      

Detection of ULF electromagnetic emissions as a precursor to two earthquakes in China

The geomagnetic data recorded by Kashi and Jinghai observatories in China were analyzed with improved polarization method. We compared the result around 0.01 Hz which is thought to be useful to detect the ULF anomaly with the result around 0.1 Hz which was inferred from the earthquake depth according to the skin effect, and found that 0.1 Hz is more proper to detect the ULF anomaly for both earthquakes studied in this paper.     

M_W9 Tohoku earthquake in 2011 in Japan: precursors uncovered by natural time analysis

This paper reviews the precursory phenomena of the 2011 MW9 Tohoku earthquake in Japan that emerge solely when we analyze the seismicity data in a new time domain termed natural time. If we do not consider this analysis, important precursory changes cannot be identified and hence are missed. Natural time analysis has the privilege that enables the introduction of an order parameter of seismicity. In this frame, we find that the fluctuations of this parameter exhibit an unprecedented characteristic change, i.e., an evident minimum, approximately two months before Tohoku earthquake, which strikingly is almost simultaneous with unique anomalous geomagnetic field variations recorded mainly on the z component. This is consistent with our finding that such a characteristic change in seismicity appears when a seismic electric signal(SES) activity of the VAN method(from the initials of Varotsos, Alexopoulos, Nomicos) initiates, and provides a direct confirmation of the physical interconnection between SES and seismicity.     

Ultra low frequeney electromagnetic wave anomaly and its spectrum characteristics before earthquakes

ＵｌｔｒａｌｏｗｆｒｅｑｕｅｎｅｙｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｗａｖｅａｎｏｍａｌｙａｎｄｉｔｓｓｐｅｃｔｒｕｍｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｂｅｆｏｒｅｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓＪｉａｎ－ＧｕｏＨＡＯ；Ｙｕｎ－ＦｕＺＨＡＮＧ；Ｈｕａｉ－ＷｅｎＰＡＮ；...     

Ultra low frequency electromagnetic wave anomaly and its spectrum characteristics before earthquakes

Many observations and researches show that abundant and intense ultra low frequency (ULF) electromagnetic anomalies appeare before local earthquakes. In order to understand this phenomenon systematically, the transmission property and the formation of the seismic-electric dipole are discussed in this paper. The results show that the vertical component of the ULF electric anomaly before earthquake has the properties of better penetration, less disturbance and high signal-to-noise ratio. The signal can be easily extracted and received. The anomaly should be an important way to seek for reliable short-term and imminent earthquake precursors. After the spectrum analysis of the (ULF) electric field anomalies, we found that the periods of the anomaly related to local earthquakes are from a few minutes to a dozens minutes. There is a relation between the spectrum of the anomaly and the epicentral distance. The ULF electric field anomalies strongly rely on the orientation of the seismogenic zone. The percolation electric field anomaly and its spectrum amplitude do not have obvious relation with the size of local earthquakes. Contribution No. 94A0097, Institute of Geophysics, SSB, China. The English version is improved by Prof. Guo-Hua FAN, Institute of Geophysics, State Seismological Bureau.     

地磁极化方法在阿拉善5.0级地震中的应用研究

以西北地区甘青两省地磁资料为研究对象, 应用地磁极化方法对其进行处理和分析, 发现在2017年6月3日阿拉善5.0级地震前, 震中附近地磁台站同步出现了极化超阈值现象, 异常特征如下: ① 阿拉善5.0级地震前出现了3次极化值高值异常, 时间上反映地震的短期特征; ② 3次发生异常的台站数量逐次增加; ③ 3次异常的幅值逐渐增大; ④ 3次异常持续时间依次增大。 ⑤ 3次极化异常空间分布范围随地震的临近而逐渐增大。     

2017年8月8日九寨沟7.0级地震前地磁垂直强度极化短期异常特征分析

对2017年8月8日九寨沟7.0级地震前后四川及其邻区地磁台站数据进行垂直强度极化方法计算, 使用5~100 s周期发现震前地磁极化计算结果存在如下的显著异常特征: ① 2017年3月震中附近地磁台站同步存在极化超阈值异常, 时间上显示为短期异常; ② 同步异常台站出现最大幅度的时间较一致; ③ 九寨沟地震发生在异常阈值线附近, 对该方法预测地点有一定指示意义; ④ 对比异常时段内的Dst指数, 认为此次同步超阈值异常不是空间电流体系所造成的; ⑤ 3月18日地磁台站出现极化异常的台站数量较多, 异常分布区域面积较大, 异常主要集中在西北地区可能反映了该区域的应力作用。     

强震前地磁总场F02测值的空间相关特征研究

收集全国102个地磁台站2008年至2015年数字化地磁资料, 运用地磁空间相关法计算每日凌晨02时各台站地磁总场F之间的空间相关系数。 在使用相同的异常判别标准的情况下, 研究时段的17个中强地震中发现在2009年9月19日陕西宁强5.1级地震, 2011年11月1日四川青川5.4级地震, 2013年1月23日辽宁灯塔5.1级地震, 2013年7月22日甘肃岷县6.6级地震和2013年10月31日吉林前郭5.5级地震前均具有较为明显的空间相关低值异常现象。 通过总结5个震例的异常特征, 笔者发现其异常形态极其相似, 且平均的异常持续时间为20天, 而地震就发生在异常开始后3个月内; 同时, 地震发生在异常集中区中心附近, 且这个异常区域大小在500 km左右。 这一研究结果对于进一步分析地震前地磁空间相关异常特征积累了丰富的资料。