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地震电磁学在地震预测研究领域占有重要位置. 长期观测研究表明,在地震发生前会出现许多电磁异常现象. 多年来,国内外学者利用这些异常信息开展了地震预测探索研究. 自20世纪以来,地震电磁异常现象越来越引起人们的兴趣和重视,绝大多数强烈地震都有临震异常现象的发现与记载. 到目前为止,国内外学者对地震前电磁异常现象与地震的关系进行了许多观测、 实验和研究,积累了十分宝贵的经验和资料,为人们认识地震前电磁异常的现象提供了越来越丰富的震例.
地震前的电磁异常信号研究主要包括: ① 地电阻率异常信号研究,主要涉及地震孕育过程中地球介质电学性质变化与地震发生的关系; ② 地电场异常信号研究,主要涉及地震孕育过程中产生的动电效应或过滤电势与地震发生的关系; ③ 电磁扰动异常信号研究,主要涉及地震孕育过程中岩石破裂所产生的岩石新鲜表面激发电子信号与地震发生的关系; ④ 地磁场异常信号研究,主要涉及地震孕育地区及其附近地下岩石磁性的改变与地震发生的关系. 在空间对地观测研究中,大地震前在震中区及其周围地区上空电离层中的电子浓度等参量的异常变化、 热红外辐射的异常变化本质上也是电磁异常现象(马钦忠,2004). 大量的实验室实验结果和野外实验也证明,岩石受到力的作用后,会在破裂前发出各种频段的电磁异常信号. 上述这些方面的地震电磁信息是地震预测研究的重要对象和内容. 然而,其产生机制和发展趋势必须有坚实的物理基础并经得起大量震例的检验. 由于目前地震预测预报还处在经验性的研究阶段,所以离不开震例的积累. 而我们的目标就是由经验性预报研究向强化物理基础的方向发展(张国民,2011).
与地震孕育过程相关联的结构参数时空演化和相关电磁现象的研究,离不开电磁观测技术的发展. 要研究地震电磁学的关键科学问题,就必须依托观测技术来获取可靠的地震电磁学观测数据.
本专辑包括12篇研究论文,主要涉及与地震有关的电磁现象、 地电实验、 电磁观测技术及数据处理和地磁参考场模型等.
专辑中关于地电阻率方面的论文有4篇. 钱家栋等(2013)对汶川MS8.0地震前成都台地电阻率的异常变化进行了深入研究. 震前位于震源区内的成都台地电阻率显示了数年大幅度趋势下降异常,年变化严重畸变到消失的程度,它和多年来我国7级以上大地震记录到的异常形态有极大的相似性,被认为是最清晰的异常之一. 该文对成都台地电阻率异常变化,包括起始时间、 形态特征、 变化幅度等重要参数进行了进一步的认定; 尤其是从长达30年左右的全程观测资料分析入手,结合该台测区潜水水位年变化研究,十分清晰地识别了由地下水位变化造成的地电阻率年变化,突出了地震引起的异常变化,从而使地电阻率异常参数的判定更加科学化. 我国在研究介质电阻率变化的方向性与主应力方向之间的关系方面,做过许多研究工作,但结果相差较大. 陈峰等(2013)为本专辑贡献了一篇文章,专门针对这一问题作了研究. 在实验室对11块选定的岩石样品进行不同形式的加压和观测试验研究,将这样11块标本所获得的多位置、 多极距、 多方位测线电阻率资料,按从开始加载到破裂的过程,分成4个破裂应力段,研究同一测点多方位测道中该4个破裂应力段视电阻率变化最大(最小)幅度测线方位与力源最大主压应力方位的关系,结果未发现二者之间有确定的关系. 此文为我们正确认识这方面的问题提供了很好的实验室证据. 解滔等(2013)应用小波变换方法处理了2008年汶川MS8.0地震前后成都、 江油台地电阻率观测数据及汶川地震、 2010年海地MW7.0地震前后DEMETER卫星记录的电离层磁场观测数据,研究了地电阻率和电离层磁场的小波能谱及其相对变化,展示了与汶川地震、 海地地震明显对应的异常现象. 朱涛(2013)对汶川MS8.0地震震中周围17个台站的地电阻率观测资料进行了处理. 以2007年的地电阻率观测数据为背景值,计算出每个台站2008年的地电阻率月均值相对变化的绝对值,然后选择较大的值作为当月的相对变化值,最终获得了汶川地震前5个月的地电阻率异常变化图像,显示了随着发震时间的临近异常分布的范围逐渐缩小到震中区附近的现象.
在地电场研究方面,有3篇论文涉及与地震相关的地电场变化及其机制和资料处理分析方法. 郭建芳等(2013)通过对昌黎台地电场2002—2010年观测资料整理分析,利用多极距去噪声观测原理,在排除了大量噪声后提取到了7组异常信号. 这些异常信号对应了6次距昌黎台400 km范围内发生的ML>4.0地震,异常出现时间一般在发震前约32天以内. 文中分析了这些地电场异常信号的特征,并初步总结了昌黎台地震电信号异常幅度与震级、 震中距之间可能存在的经验关系. 谭大诚等(2013)研究了西昌和天祝地电场观测台阵所观测到的地电场潮汐现象,显示出不同台站或同一台站的不同方向地电场潮汐波峰谷值差异明显,主要与岩石、 裂隙度、 裂隙优势走向、 含水度、 透水率、 水矿化度和裂隙水压力差等因素相关; 并研究了应用地电场潮汐谐波振幅计算裂隙水主体渗流方向的问题. 李伟等(2013)研究了通过小波变换方法来分解地电场观测原始信号,分析环境噪声对原始观测数据的影响强度. 认为数字滤波方法能很好地去除日常干扰所带来的背景噪声,对于重构的地电场信号,它保留了原始信号中主要的变化特征,并能反映其原始变化规律; 同时能够突出信号中异常信号极化方位角,使极化方位收敛有利于实际运用.
在空间对地观测方面,刘静等(2013)研究了基于法国DEMETER卫星等离子体分析仪和Langmuir探针观测到的原位等离子体参量,研究了参量随纬度变化、 空间插值、 空间差值、 滑动中值、 相关性分析等5种异常提取方法,并将这些方法应用于29次地震的震例分析中,发现在这29次地震中有15次出现电离层原位等离子体参量的震前异常,异常时间大约为1—7天,震中东西两个方向均可能出现异常,但异常区域多偏向磁赤道.
关于电磁观测技术有3篇论文,主要涉及地电及电磁扰动观测技术方面的内容. 席继楼等(2013)研究了全方位自然电场观测技术,认为该观测方法能够捕捉到各个方向自然电场及其随时间的变化. 张世中等(2013a)进行了基于直接数字合成技术的电磁扰动观测系统检查装置的研究,为标定观测系统的正常运行提供了一种手段; 张世中等(2013b)进行了地电台站受城市轨道交通干扰的测试分析与抗干扰措施研究.
刘元元等(2013)详细阐述了国际地磁参考场模型IGRF11的建模原理、 数据来源、 球谐系数及误差来源等. 该文以NOAA/NGDC 候选地磁场模型为例,分析了数据的选取原则和校正方法; 在MATLAB环境下,研制了该模型的可视化软件. 分析认为WMM2010的模型精度要高于IGRF11,具有更为广阔的适用范围.
作为本期专辑的客座编辑,笔者非常感谢所有作者对本专辑所做出的富有成果的贡献; 也非常感谢所有的审稿专家,他们非常负责、 细致地进行审稿工作,同时也给出了许多富有建设性的修改意见,使得本专辑中的论文顺利发表.
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陈峰, 马麦宁, 安金珍. 2013. 承压介质电阻率变化的方向性与主应力的关系[J]. 地震学报, 35(1): 84-93. 郭建芳, 马钦忠, 佟鑫, 周剑青, 薛志芳, 胡秀娟. 2013. 昌黎台地震前地电场异常特征分析[J]. 地震学报, 35(1): 50-60. 李伟, 马钦忠, 宋志平, 王冠玥. 2013. 小波变换在地电场数据分析中的应用[J]. 地震学报, 35(1): 26-35. 刘静, 黄建平, 张学民, 申旭辉. 2013. 基于DEMETER卫星原位等离子体参量的震前异常提取方法研究及震例分析[J]. 地震学报, 35(1): 72-83. 刘元元, 王仕成, 张金生, 郑玉航, 乔玉坤. 2013. 最新国际地磁参考场模型IGRF11研究[J]. 地震学报, 35(1): 125-134. 马钦忠. 2004. 地震前的电磁异常现象与地震预报[J]. 防灾博览, (6): 5-6. 钱家栋, 马钦忠, 李劭秾. 2013. 汶川MS8.0地震前成都台NE测线地电阻率异常的进一步研究[J]. 地震学报, 35(1): 4-17. 谭大诚, 席继楼, 张慧, 王兰炜, 范莹莹, 安海静. 2013. 地电场水文地质因素及裂隙水主体渗流方向逐日计算[J]. 地震学报, 35(1): 36-49. 席继楼, 宋艳茹, 胡明朝, 刘超, 徐学恭, 尚先旗. 2013. 全方位自然电场观测方法和观测技术研究[J]. 地震学报, 35(1): 94-107. 解滔, 杜学彬, 刘君, 范莹莹, 安张辉, 陈军营, 谭大诚. 2013. 汶川MS8.0、 海地MW7.0地震电磁信号小波能谱分析[J]. 地震学报, 35(1): 61-71. 张国民. 2011. 关于地震预测的一些思考[C]//新构造与地震学术报告会: 中国地震局科技委院士专家"新疆行"专刊. 北京: 中国地震局科技委办公室: 45-48. 张世中, 石航, 王兰炜, 胡哲, 刘大鹏, 魏连生, 鞠永. 2013a. 基于DDS技术的电磁扰动观测系统检查装置[J]. 地震学报, 35(1): 108-116. 张世中, 石航, 王兰炜, 胡哲, 刘大鹏, 魏连生, 鞠永. 2013b. 地电台站受城市轨道交通干扰的测试分析与抗干扰措施研究[J]. 地震学报, 35(1): 117-124. 朱涛. 2013. 汶川MS8.0地震前区域性地电阻率异常初步研究[J]. 地震学报, 35(1): 18-25. -
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