岩石圈地震前兆异常机制

对于电磁卫星所观测到的地震震前电磁异常现象的机制,即电磁异常如何从岩石圈穿过大气层耦合到电离层及其以上空间,目前仍是尚未解决的问题.本文主要介绍目前大量有关地震岩石圈异常的机制研究,力图从卫星地震电磁异常的源头—岩石圈地震来获得相关认识.岩石圈地震前兆异常包括：地表变形、水位变化、悬浮薄雾、超低频（ULF）电磁异常、山脊或山顶发光闪电、卫星红外图片大范围数度温度异常、磁场高于地磁偶极场的0.5%、电离层等离子体密度变化、动物奇异行为等.人们提出了许多试图解释各种异常现象的假说,如热耦合假说、气泡运移假说、边界位错充电假说、离子空穴运移假说等.本文希望通过对以上各种假说提出的基础、物理机理以及异常现象解释的探讨,促进对岩石圈地震前兆异常现象机理认识,从而为地震电磁异常的正确认识提供更有力的帮助.     

小波极大值方法及其在电磁异常信号提取中的应用

小波极大值法作为一种数据挖掘技术已经受到关注,并在地震科学研究领域开始进行应用研究。它能在长时间的观测数据中快速提取出不同时间、不同频率的有关异常信息。文中介绍了如何应用小波极大值法提取电磁场异常信息,即利用连续小波变换计算小波系数,计算各尺度小波系数的极大值,结合表征信号奇异性的Lipschitz指数分析异常的真实性,进而研究极大值在时间分布上的特点或规律,捕捉有关的电磁异常现象。利用该方法对2013年4月20日四川芦山7.0级地震后35d的连续观测的电磁场数据进行了分析,发现存在3次电磁场异常,探讨了这些异常可能与地震活动性之间存在的关系。尽管用这种方法尚不能确定发现的电磁场异常现象与地震有某种特定的关系,但是证明了小波极大值方法在连续观测数据中提取电磁异常现象的有效性。     

电磁卫星和地震预测

地震前几周、几天、几小时甚至几分钟,电磁场的强度、相位或者谱密度等将发生异常变化,电离层的电子、离子浓度和温度等会发生异常扰动,这些现象的出现向人们发出地震即将来临的信号.这些现象不仅在地面可观测到,在卫星上也能观测到,它们在确定异常现象发生的地点和时间等方面具有各自的优势,把两种观测相结合,对异常信号进行立体监测,是实现地震预测预报的发展趋势.至今,对地面观测已经进行了大量的研究和实践,利用卫星进行观测近几年刚刚开始,但已经显示了它监测地震异常的独特能力,引起各方面的高度重视,成为各国建立立体预警系统不可缺少的组成部分.本文重点介绍利用卫星等观测空间电磁异常现象的研究结果.     

基于地震电离层现象研究结果的分析与总结

地震电离层现象作为地震事件在电离层中的物理表象,随着观测资料的积累不断地被发现和报道。大量研究结果表明,地震电离层现象复杂多样,难以捕捉和确认。本文针对主要的地震电离层现象进行简要介绍,并依据研究参量、地震事件的震级、异常出现的时间、异常的空间方位以及异常的正负等要素,对以往的地震电离层现象进行分类总结,尝试从现有研究结果中挖掘地震电离层异常出现在震前的天数与震级的关系、异常空间分布方位及频次、正负异常的震中距与震级的关系,探索地震电离层异常现象在时间上的变化特征和空间上的分布特征。     

广州东山湖宏观异常的判定及启示

2001年10月底广州东山湖水面出现宏观异常现象，市民怀疑为地震前兆异常。经过对异常的调查落实，结合广东省地震形势及前兆资料的分析研究，准确判断东山湖的异常现象并非地震宏观异常现象，消除了市民的不安与恐慌。     

利用改进型图像信息方法研究汶川8.0级地震震前电离层扰动异常特征

利用改进型图像信息方法(Modified Pattern Informatics Method,简称“MPI”)基于DEMETER卫星观测的电子浓度(Ne)、电子温度(Te)数据探索了2008年5月12日汶川Ms8.0震前出现的地震电离层电子参量异常现象,特别详细分析了汶川Ms8.0震前3个月的电子参量时空演化过程。在前人的基础上,对电离层电子浓度(Ne)、电子温度(Te)的观测数据进行了消除年变及由太阳活动等引起的长趋势变化,以期能够提取到由地震孕育与发生所引起的电离层扰动异常。结果发现,在震前一个月左右电子浓度(Ne)、电子温度(Te)等参量均出现了不同程度的扰动异常,震前10天左右异常减弱并趋于平静,即平静—异常出现—持续显著—异常减弱—震前平静的特点,显示了地震前存在清晰稳定的电离层扰动图像,从而对地震的发生时刻具有一定的短临指示意义。     

基于LST年趋势背景场的地震热异常提取算法

地震发生前普遍存在的热红外辐射异常现象,是当前评估区域发震危险性的重要参数之一。然而,并非所有的地表红外异常都与构造活动或地震有关,如何排除非构造因素对地表热红外辐射的影响,从强噪声背景中提取微弱信号,是当前利用热红外遥感技术研究构造活动的难点。地表温度(LST)背景场是热异常提取的基础,而以往研究中所建立的背景场不能有效反映当年气候变化对其的影响,造成热异常提取精度受限。为此,文中在提取热异常的过程中对背景场进行了改进,结合地表温度时间序列的周期性特征,引入谐波分析,采用傅里叶逼近的方法拟合地表温度离散时序,从中提取其年趋势,建立1个动态的、同时包含局地信息和年际特征的、更加可靠的地表温度背景场;将其引入RST模型,基于"kσ"准则识别地震热异常信息;最终采用异常方向、异常强度和距离指数这3个指标对异常结果进行分析,验证算法的有效性。利用MODIS地表温度产品,基于所提算法对2008年汶川地震进行了再研究,结果表明:1)汶川地震前存在明显的热异常,沿龙门山断裂呈带状分布,持续时间较长;2)发震期无明显的异常现象;3)震后热异常的发生具有循环往复性,但异常幅度和影响范围明显缩小。与传统的空间温度均值RST算法异常提取结果相比,文中方法所提取的热异常在空间分布上与活动断裂带更为吻合,对异常的产生消散过程刻画更加细致,表明以地表温度年趋势作为地震构造热异常提取的背景场更加可靠。     

地震重力异常形成机理及其在地震预报中的作用

分析了地震重力异常的形成机理,结合玉树、唐山和汶川三个地震实例阐述了重力异常现象与地震之间的对应关系。认为重力异常可以用来预报地震。流动重力观测和GRACE卫星观测是地震预报中常用的两种重力预测方法,前者可以进行较准确的中短期预报,后者可以进行长期预报。     

我国地震电磁卫星数据分析及应用研究进展

本文介绍了地震电磁卫星数据分析在中国地震电磁学方面的研究进展情况,其中包括卫星数据分析的整体思路的确定,以及具体在电离层正常背景分析,干扰因素影响,数据分析方法和震例研究结果.目前的应用研究表明,电离层各观测参量具有不同的季节性及区域性复杂的正常变化背景,对提取地震异常增加了很多困难.而震例研究反映震前确实存在一定程度的电离层异常,空间电磁异常信息具有短临性和区域性特征,但异常的重复性、空间分布的相似性检验及背景场理论模拟等方法还需要在今后的工作逐步加强.     

改进型图像信息方法提取地震电离层扰动异常研究进展

首先总结了国内外利用法国DEMETER卫星观测数据识别和提取地震电离层中主要参量扰动异常的常规研究方法,介绍了图像信息方法(pattern informatics method, 简称PI方法)研究地震活动性异常及其应用于中长期地震危险性预测的研究进展和成果. 然后主要介绍了改进型图像信息方法（modified pattern informatics method,简称MPI方法）在提取电磁卫星数据资料中的进展应用．该方法的震例研究结果显示,地震电离层中电子浓度（Ne）、电子温度（Te）异常出现的时间一般在震前一个月左右,相对于其它方法提取到的异常在震前几小时至数天内,这一突出特点将使得MPI方法在短临地震预报中更具有可操作性．然而,该方法能否作为提取地震电离层异常扰动的实用数据处理方法并应用于地震短临预测中,尚需要进一步深入研究．最后本文提出了将MPI方法应用于提取地震电离层异常信息需要进一步解决的几个问题．      

Short-term and intermediate-term geochemical precursors

Detection of precursory phenomena in observation data is essential to earthquake prediction studies. Continuous monitoring of radon concentration in groundwater in Japan in one case showed a short-term anomaly related to a nearby earthquake. With the exception of the 1978 Izu-Oshimakinkai earthquake (M7.0), however, no abnormal change has been noted. This may be due partially to difficulty in detecting insignificant precursory signals from observation data, which ordinarily contains a noise-induced fluctuations, and partially to lack of understanding of the mechanism controlling the appearance of precursory phenomena. In order to increase our knowledge of the variation pattern of precursory changes in radon concentration of groundwater, hydrologic precursors with significant features are examined in this paper. Complexity of appearance of precursory phenomena and problems in assignment of the specific earthquake are discussed.     

2013年甘肃岷县漳县6.6级地震前热红外异常分析

应用中国静止气象卫星FY-2E红外遥感资料对2013年甘肃岷县漳县6.6级地震前的热红外异常信息进行研究,结果表明：由地震黑体辐射热异常时空演化图分析知,中强地震前,往往会有较大范围的热异常演变,热异常大面积沿断层分布,震中位置往往位于边界或热异常变化最大处.对比实时的长波辐射涡度场变化,能更好的对应未来地震的发震区域,涡度异常经常分布在震中边界.     

ELECTROMAGNETIC ANOMALOUS PULSES BEFORE AND AFTER EARTHQUAKES(M>6.0) IN CHINA CONTINENT IN 2008

In this paper,we provided the electromagnetic anomaly phenomena prior to five earthquakes with magnitude M_W>6.0 occurring in China continent in 2008.The electromagnetic data in frequency bands 800~0.1Hz are recorded at two stations located in Urumqi,Xinjiang Uygur Autonomous Region (URQ) and Tonghai,Yunnan Province (TH).The time series of four horizontal components of the electromagnetic field at the stations are converted to the spectra using Fast Fourier Transform.The relationship between the electromagnetic anomalous phenomena and the earthquake events is studied through analyzing the temporal variation of electromagnetic spectra and comparing them with earthquake events.This study provides the new examples for electromagnetic anomaly phenomena before the earthquakes.The following features can be found.①The obvious anomalous power spectrum density (PSD) of electromagnetic fields in frequency band of 128~0.5Hz appeared before earthquakes.The anomalous PSD is related to the earthquake magnitude and the epicenter distance.The anomaly size of magnetic PSD is about 1-3 orders of magnitude bigger than the background field before Wenchuan M_S8.0 earthquake.② The changes of parameters are also related with frequency of the signal;The ELF signal strength observed at seismic stations is significantly related with distance between the stations or the measured magnetic and electrical field components and the source of earthquake.We also found that the field strength attenuated faster in area closer to the source than in far area.It is clear that the magnetic signals have higher signal noise ratio than the electric data.③ The amplitudes are also related with the azimuth of the earthquake to station and with the frequency of the data.④ The anomalous pulses showed cluster phenomenon in time.     

怎样分析地下水宏观异常

历次大地震前，地下水异常现象十分普遍，如何正确判断地下水宏观异常到底是地震前兆异常还是其他因素引起的异常，这对从事地震监测预报的人员来说十分重要。在总结多年工作经验的基础上，论述了怎样分析地下水宏观异常的问题，提出了在分析判断地下水宏观异常时值得注意的几个问题。     

The medium-short period tilt deformation phases character before the Zhangbei M S=6.2 earthquake and its experimental interpretation

We discussed the linear and nonlinear character of deformation anomaly before the January 10, 1998 Zhangbei earthquake based on the quantitative analysis by using the tilt observation data. And generalized the three phases character of tilt deformation. ①Before the earthquake in the scale of one year, EW tilt keeps relative stationary on the block of the northern part of Yanshan Mountain; the tilt vector recurs around a point near the epicenter; and the abrupt change appears before the imminent earthquake. ② At a geodesic point, tilts discrete level in two directions have a synchronous property with a decline tendency (that is an entropy reduction) in two years before the earthquake. ③ The anomaly intensity AF value at all geodesic points on the same crustal block appear high value anomaly at least two times within 3 years before the earthquake. Using the simulation experimental results of rock rupture, we interpreted the phenomena of tilt deformation relative stationary or other kinds of stationary (process of entropy reduction), of recurrence of tilt deformation vector, of two times AF high values, and even the earthquake in groups, etc.     

青藏高原周缘三次强地震伴生的卫星高光谱遥感地球化学异常

利用卫星遥感高光谱AIRS数据, 获取了发生在青藏高原周缘三个不同构造单元的2017年8月九寨沟M_S7.0地震、 2019年4月西藏墨脱M_S6.3地震和2020年6月新疆于田M_S6.4地震伴生的CH₄气体地球化学异常。 用Matlab编程处理AIRS数据的结果表明, CH₄柱含量在三次地震前一周到半个月出现高值异常, 异常沿着断裂带分布, 其中断裂带的交会部位异常幅度较大。 由于地震所处的构造环境、 发震类型、 震级大小差异, 三个构造单元地震引起的CH₄气体浓度异常出现时间、 持续时间、 异常强度等方面存在一定差异。 三次地震前后遥感信息异常与地震活动对应较好, 这归因于在孕震应力场作用下地下气体沿着裂隙及裂缝的逸散作用。 研究结果对利用卫星高光谱分辨率遥感技术监测地震及其在大地震短临预测中的应用具有重要意义。     

武都分量钻孔应变在汶川MS8.0级地震前的异常变化分析

通过对武都应变台多年应变资料的处理分析后发现,在汶川8.0级地震发生前,武都台应变有显著的前兆异常变化,它与昆仑山口西8.1级地震前出现的异常有很高的相似度.昆仑山口西地震和汶川地震前都有“α-β-γ”形变阶段,在不同的前兆异常阶段,异常形态有明显的差异,而且各具特点.尤其在β1阶段,EW道、面应变、差应变的异常变化（中期异常）都出现在震前2-3年,持续时间约1年多,而且异常都非常显著.本文详细分析了武都台应变在各个阶段的前兆异常变化特征,并就其原因进行了初步分析.     

大规模宏观异常的双重性及其在地震预报中的意义

宏观异常的大规模出现是地壳强烈活动的重要标志 ,常与其后的强震活动相关。中国多次强震短临预测的成功 ,在一定程度上依赖于大规模的宏观异常。然而 ,宏观异常也具有二重性 ,一方面可作为重要的地震短临前兆 ,另一方面也可能是由构造活动引起的 ,不具有前兆的性质。因此 ,在地震预报的科学探索中 ,应大力加强宏观异常的观察、观测、分析与研究 ,识别地震前兆与构造活动异常的区别 ,使宏观异常在地震预报中发挥积极的作用     

盈江5.8级和缅甸7.2级地震前电磁异常

本文分析了2010年10月-2011年3月云南通海ELF地震台站观测的电磁场资料,研究发现该资料变化与2011年发生在中国大陆"3·10"盈江5.8级及"3·24"缅甸7.2级地震存在以下关系,(1)470～1 Hz的磁场自功率密度谱(PSD)在2011年盈江5.8和缅甸7.2级地震前出现了脉冲丛集异常,异常幅度分别比正常月份变化约1～3个数量级.异常的幅度与观测点的电极方位和信号的频率有密切的关系.(2)2011年3月10日盈江地震的异常变化是先从地壳的深部向浅部发展,在震前25天2.6 km处的电阻率开始发生变化,震前10天400 m处的电阻率变化,出现了勺形的变化形态,阻抗相位同步变化.3月24日的缅甸7.2级地震,震前10天深部、浅部的电阻率同步发生了大幅度变化,阻抗相位发生转折,这可能是强震的变化特性.     

地震电磁卫星电离层扰动研究进展综述

本文总结了国内外关于地震电离层扰动现象研究的主要进展, 主要介绍了法国DEMETER卫星及其相关的统计研究和震例研究成果, 总结了目前地震电离层扰动前兆震例研究的一般步骤, 介绍了地震孕育过程中产生的电磁异常信息向电离层传播的可能途径, 包括化学途径、 声学途径和电磁途径。 大量的研究成果表明地震电离层异常的存在, 在地震发生前几个小时至几天或几个月电离层扰动被探测到, 但是地震电离层扰动前兆能否作为地震预报方法, 还有许多需要深入研究的问题。 本文提出了地震电离层研究需要解决的几个重要问题。