震磁效应研究及进展

系统地介绍了目前人们对于压磁效应、感应磁效应、流变磁效应、电动磁效应、热磁效应及岩石破裂过程中的电磁效应机理的认识、研究进展以及利用震磁效应激发的地磁异常从地磁场的长期和短期变化中提取地震前兆的方法。在此基础上,提出了对震磁效应进一步研究的建议,强调应从加强地磁台网观测、改进震磁效应的实验及引入提取震磁异常新的方法3方面加强震磁效应的研究,更好地发挥地磁观测在地震监测预报中的作用。     

“膨胀”磁效应

压磁效应不一定是震磁关系的唯一可能机制.本文认为,从我国邢台地震区地震与地磁变化观测的事实出发,用压磁效应很难解释震磁之间的关系.因此就提出震源区由于岩石介质的微破裂、膨胀的液体扩散引起地磁场变化的设想,并称此种设想为“‘膨胀’磁效应”. 在简化了的假定条件下,初步计算表明,用此假设讨论地震区地磁场变化的空间分布与实际观测的结果较为符合.有一些检验震例.     

岩石中应变波激发的电磁效应

应变波通过岩石时,由于压磁效应,会产生一个以声速传播的磁场扰动,后者在周围空间激发了电磁效应．本文用实验证明了这种现象的存在,并藉以测出了岩石的综合压磁系数．这种效应可解释地震时发生的某些电磁现象．      

检测震磁效应的地磁台要建在强磁区

用地磁观测预报地震,在国内外研究历史颇长,彼此都在积累资料,同时对地磁预报地震的物理机制,也提出了不同的假说。其中压磁效应说目前比较流行,实验表明,对岩石施加应力,岩石磁化率或剩余磁化强度发生改变,从各种角度证明由压磁效应而产生的震磁异常数量级是不大的。     

地震前的电磁效应

伴随着孕震后期加剧的岩石应变与破裂过程,孕震区及其附近岩层出现机-电能量转换,并相应地激发了某些电磁效应。文中主要分析了地震前的电离层电磁效应,提出了附加电离区的VLF电波检测等监测手段,对强震的短临预测具有较为重要的意义     

磁铁矿岩的流变与磁化率各向异性

在高温高压及慢应变率下使磁铁矿岩样品发生了流变。对此过程前后的磁性测试表明,产生了与流变过程相关的磁化率各向异性。进一步研究说明,这种“流变磁效应”,主要是由于岩样内磁性矿物颗粒在流变过程中,由大致等粒形且方向性不明显而转变为扁椭球形且具有了一定优选方位而造成的。地震孕育是在高温、高压及缓慢的时间过程中进行的,因此研究流变带来的物性变化对于地震前兆的认识至关重要。本实验结果从一个新的角度探索地震磁效应,具有理论和实际意义。     

震磁效应与地震预报相关性探索

应用人工爆炸地震,农田抽水试验,地震地磁测量以及航磁△Ta资料反演成果,探索震磁关系。结果发现：（1）地磁场强度短周期变化数量不等;（2）实际观测的前兆磁异常比实验室测试的数据偏大。表明地震前兆异常不仅存在,而且这种地磁短周期变化是由多种物理效应叠加的结果。作者认为,在应力、应变等因素确定的条件下,温度的影响是构成震磁效应的重要因素,因此研究地壳磁性结构及磁性层底介面即居里等温面的空间分布特征,对潜在震源区的判定是有意义的。     

泾阳Ms4.8地震磁效应的高阶统计量方法研究

以陕西关中地区泾阳、乾陵、周至3个地磁台站的地磁场垂直分量(Z)日均值及3个台站地磁场垂直分量变化与1998年1月5日泾阳Ms4．8地震之间关系为基础,探讨利用高阶统计量分析方法提取与地震活动相关的震磁信息。结果表明,在震前3个月,3个台站的三阶矩(三阶累积量)异常变化幅度在10～20,四阶矩异常幅度在120以上,最高达到260,四阶累积量异常幅度在80～105,与加卸载响应比法结果对比发现,高阶统计量方法在突出震前中长期地磁异常方面具有一定的优越性,提出在震磁效应统计分析研究中引入高阶统计量方法的必要性及其在地震预报中的潜力和良好前景。     

微破裂对岩石剩磁的影响——对地震预报的意义

本实验对岩石破裂过程中的磁性变化进行了研究,证实岩石剩余磁化强度随施加的应力而变化,并首次发现剩磁的变化具有低压时与原有微裂隙的闭合以及高压时与新裂隙的生成有关的特点,在岩样临近破裂的状态下这种现象尤为明显.因此,在研究地震的地磁前兆时,应注意孕震区介质微观上的完整性及应力-应变关系,并注重观测与前震相关的地磁场变化.     

密云水库的构造磁实验

为探讨水库地区的构造磁效应,在密云水库周围布设了221个测点,测点间距为2——5km,测点离水库堤岸的距离为几十米至15km不等,使用G-816型与G-826型质子旋进磁力仪,在1983——1987年期间,每季度观测一次地磁场总强度.地磁与密云水库蓄水的资料分析得到,地磁变化与水库的水位变化、水容量变化的关系系数分别为-(0.280.22)nT/m与-(0.350.31)10-8nT/m3,表明地磁变化与该水库蓄水变化有着较强的负相关.这种较强的负相关可能是密云水库地区地下较强磁性岩石的压磁效应的反映.由于水库构造磁实验是地震磁现象的较好模拟,因此,根据实验结果可以相信,在地震活动区布设加密的高精度地磁观测,是能够捕捉到震磁前兆信息的.      

地震的感应磁效应（二）

本文是“地震的感应磁效应（一）--三维电磁感应的数值理论”一文的继续。首先从理论和实际计算两个方面证明了三维电磁感应数值方程解的唯一性、收敛性和稳定性,从而充实了作为研究地壳、上地幔电性结构横向不均匀性理论基础的“三维数值方法”。作为这一理论方法的实际应用,文中对不同源场周期和具有不同埋藏深度的三维电导率异常体进行了模拟计算,以研究地震感应磁效应的大小、空间分布特征和频率特性。模拟计算结果表明,对于周期从数秒到数分钟的地磁短周期变化,若电导率异常体的线度与5至7级地震的震源体积大体相当,其电导率较原背景电导率高近一个量级,其感应磁效应主要特征为:在异常体正上方,地面磁场的水平分量变化最大,相对变化量约30％;在异常体于源场方向一致的两侧,垂直分量变化最大,相对变化量约40-50％。因此,观测短周期地磁场的异常变化,有可能是监测地震孕育过程地下电性变化的一种试验途径。但由于上述异常强度在空间上衰减迅速,所以观测必须接近震源区,这对测点的选择是个不利的因素。     

一种震荡型震磁效应的可能机制-膨胀硬化致稳、流体扩散失稳震磁效应

本文根据一些地震前后地磁场出现上下波动形态的震磁效应现象,以包体模式为基础,提出了该类震磁效应的可能的物理机制。当包体处于临界失稳状态时,由于大量微裂隙的产生,使孔隙压力下降,岩石有效应力增加,导致包体硬化致稳;若周围有流体渗入包体,则将导致孔隙压力回升,有效应力下降,包体将再度失稳,然后又是致稳,直至最后由于包体动态失稳而发生地震。根据流体扩散磁效应理论,这个过程将引起上下波动型的震磁变化。最后讨论了各种条件下该类震磁效应的可能形态,并指出这种韵律性的前兆现象可能有一定的普遍性,是短临地震预报中值得重视的一个现象。     

溧阳震区岩石磁性的温度和应力效应

本文测试了溧阳地震(M_s=6.0,1979.7.9)震中附近钻井中的岩石在不同温度下磁化率和天然剩余磁化强度随应力的变化。结果表明:1.岩样磁化率为(4-30)×4π×10~4,天然剩余磁化强度为(30-3000)mAm~(-1),居里温度均在580℃左右;2.室温下磁化率的应力灵敏度为(0.4-1.1)×10~(-3)(MPa)~(-1),与其他一些地区同类岩石相比偏低;磁化率应力灵敏度随温度增加,到某一峰值后下降,在邻近居里点处趋于零;3.天然剩余磁化强度的应力灵敏度为(0.2-2.3)×10~(-3)(MPa)~(-1)。分析表明,岩石压磁特性与磁性矿物的磁畴状态有关。 根据实验结果估算的由压磁效应引起的震磁异常仅有1nT的量级,由此推测,该地震前,在溧阳地磁台观测到的近10nT的磁异常很可能主要不是由压磁效应引起的。     

首都圈地区中等地震的磁效应

该文介绍了1989、1990年首都圈地区所发生的中等地震(不含唐山余震)的磁效应。在该地区,中等地震的磁异常是较明显的,具有一定的监视预报能力,并取得了较好的预报效果,在所发生的5个中等地震中,4个震前有异常显示,并对其中的3个震前做了有震预报。最后,对地磁绝对测量预报地震的途径和异常出现的随机性问题做了探讨。     

陇西及周边地区地震活动与震磁效应的高阶统计量研究

高阶统计量是研究非高斯过程,非最小相位信号和非线性系统的有力工具,其应用领域已涉及通信、地球物理、生物医学、故障诊断等。本文对嘉峪关和乾陵2个地磁台站1998～2002年期间的地磁垂直分量(Z)资料运用高阶统计量方法进行处理,探讨陇西及其周边地区地震活动与地磁场变化之间相互关系,并将其结果与相关分析和线性拟合方法的结果进行对比。结果发现,高阶统计量异常一般早于两台Z分量相关系数和嘉峪关台Z分量线性拟合差异常1～2个月出现,且三阶矩(三阶累积量)的异常变化幅度在5～10之间,四阶矩的异常幅度在50以上,甚至达到150,四阶累积量的异常幅度在10～60之间。这些表明在震磁效应的统计分析研究中引入高阶统计量方法的必要性及其在地震预报中的潜力和良好前景。     

巴黎盆地下侏罗统的岩石磁学研究及其意义

通过下佛罗统磁性地层学研究,获得了一些能记录岩石形成时的地磁场的样品,根据常规的古地磁方法,等温剩磁和热退磁实验,说明这些岩石的主要载磁矿物为磁铁矿.磁滞回线参数的测量表明多数载磁矿物磁铁矿为假单磁畴,少量样品则可能为假单磁畴与多磁畴的混合物.通过与北美古生代重磁化岩石的磁滞回线参数比值对比,说明重磁化与非重磁化岩五磁滞回线参数比值的分布趋势有明显差别,这一差别可能用于判定岩石的重磁化和非重磁化性质.     

巴黎盆地下侏罗统的岩石磁学研究及其意义

通过下佛罗统磁性地层学研究,获得了一些能记录岩石形成时的地磁场的样品,根据常规的古地磁方法,等温剩磁和热退磁实验,说明这些岩石的主要载磁矿物为磁铁矿.磁滞回线参数的测量表明多数载磁矿物磁铁矿为假单磁畴,少量样品则可能为假单磁畴与多磁畴的混合物.通过与北美古生代重磁化岩石的磁滞回线参数比值对比,说明重磁化与非重磁化岩五磁滞回线参数比值的分布趋势有明显差别,这一差别可能用于判定岩石的重磁化和非重磁化性质.     

小波分析及地震磁效应

公众对地震预报寄以厚望 ,而地震是否能预报 ,却是一个长期争论的科学问题。关键是地震前有没有明显的、可靠的、与地震相关的前兆现象 ,以及这些前兆现象能否被有效地检测出来。很早以前 ,人们就注意到地磁异常现象和地震的关系。地球磁场具有谱成分丰富、频带较宽的性质。地震过程是一种非线性的变化过程 ,获得强震前地磁异常信号的突变时刻及突变时刻所对应的频率成分 ,是地震监测中亟待解决的关键科学问题之一。对很多信号来说 ,傅里叶变换是很有用的 ,因为信号的频率成分有很重要的意义。然而 ,傅里叶变换有一严重的缺陷。由于傅里叶变…     

长英质岩石的流变学特征及其影响因素

在总结岩石变形机制与岩石流变学实验进展的基础上,讨论了岩石流变学数据的重复性。虽然高温高压流变学实验积累了大量的数据,但中、上地壳长英质岩石和早期获得的石英集合体的流变实验数据重复性比较差,而近年来发表的石英、长石的流变学实验数据重复性相对较好。虽然利用经验理论模型,根据端元组分可以拟合两相矿物集合体的流变律,但并不能满足定量确定复杂组分和特殊流变性的长英质岩石流变参数的需要。因此,利用长英质岩石流变参数估计大陆地壳流变强度剖面时,即使在相同地温和应变速率条件下,给出的流变曲线、脆-塑性转化带深度也有一定差别,还需要通过大量实验给出更精细的长英质岩石流变学实验数据。根据近年来流变学实验研究的新进展,讨论了在实验室条件下影响长英质岩石流变的各种因素,重点分析了流体、岩石成分、样品粒度和组构对流变的影响。微量结构水对岩石流变有显著的弱化作用,而熔体对流变的影响与熔体含量和分布相关,只有熔体呈薄膜状湿润颗粒边界时,熔体的弱化作用才显著。成分对岩石流变的影响不仅体现在样品的应力指数等流变参数的变化方面,还体现在样品从半脆性变形向塑性变形的转化温度方面。粒度主要影响岩石的变形机制,其中,细粒样品在扩散蠕变域具有应力与粒度线性负相关特性,是理想的应力计,可以用来定量确定韧性剪切带的流变强度;而在位错蠕变域,应力与粒度没有依存关系,这为将实验室条件得出的流变数据外推估计地壳流变提供了重要依据。组构和各向异性是地壳中岩石存在的普遍现象,但关于层状组构对多相矿物组成的岩石流变影响的研究非常少,需要通过新的实验来深入研究。     

岩石破裂前声发射的相对平静

在岩石力学实验中,多数场合下样品主破裂前声发射率显著增加。在下列几种情况下岩石样品主破裂前声发射相对平静:①介质的特殊性质;②应力的特殊变化方式;③样品中存在某种构造体;④环境因素的影响。这些实验结果对探讨大震前小震活动平静的原因有一定参考意义。