第1章地球天然脈沖電磁場(chǎng)場(chǎng)源機(jī)理


1.1概述


地球天然脈沖電磁場(chǎng)(Earth's natural pulse electromagnetic field,ENPEMF)是指在地表接收由天然場(chǎng)源所產(chǎn)生的一次和二次綜合電場(chǎng)（Vorobyov,1970)。在地震孕育及發(fā)生期間，依據(jù)“微破裂機(jī)-電轉(zhuǎn)換”機(jī)制和“地殼波導(dǎo)”等可能的“震磁”機(jī)理，設(shè)計(jì)特殊的傳感器在地表可接收到甚低頻(very low frequency，VLF）ENPEMF脈沖信號(hào)波動(dòng)。ENPEMF信號(hào)攜帶了大量有價(jià)值的地震發(fā)育電磁異常信息（Malyshkov,abaev.1987）.針對(duì)非平穩(wěn)的ENPEMF信號(hào)，如果能構(gòu)建有效的“震磁”模型，并通過(guò)對(duì)其實(shí)驗(yàn)機(jī)理的研究來(lái)監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)模型，可達(dá)到適應(yīng)多種應(yīng)用場(chǎng)景的目標(biāo)。


“震磁”現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)機(jī)理研究從世紀(jì)中葉開(kāi)始逐漸引起重視，中外學(xué)者對(duì)行了大量的探索工作。


（1）地震數(shù)據(jù)與電離層的耦合機(jī)制：Leonard和Barnes在1965發(fā)現(xiàn)了阿拉斯加地震后電離層的擾動(dòng)現(xiàn)象；Weaver等于1970年研究了千島群島地震波與電離層的聲耦合的顯著變化。


（2）震前電磁異常的關(guān)聯(lián)：上田誠(chéng)也等在14年列舉了震前電磁異常的數(shù)據(jù)實(shí)例；袁潔浩等（1過(guò)研究美國(guó)的震磁觀展，闡述了某些地震存在“震磁”前兆信息。


（3）地震與超低頻(ultra-low frequency，ULF)頻段電磁波的關(guān)聯(lián)：Akinaga等（01）和Harada等（04）發(fā)現(xiàn)在震前及地震發(fā)生期間會(huì)產(chǎn)生ULF頻段電磁波；李琪等（08）閘述了國(guó)際上典型震例前觀測(cè)到的ULF異常信號(hào)的表現(xiàn)形式，通過(guò)極化和分形方法確定發(fā)震的可能時(shí)間，認(rèn)為地震活動(dòng)區(qū)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程能產(chǎn)生不同的電流體系及不同頻率電磁波的源，可能是“震磁”場(chǎng)源的機(jī)理之一；Obara等（04）和Hattori等（1過(guò)對(duì)比分析現(xiàn)有地磁資料，認(rèn)為地震與地磁ULF信號(hào)的異常有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系；Han等(14)采用統(tǒng)計(jì)方法分析了頻率約為0.01Hz的ULF信號(hào)，認(rèn)為大震前ULF信號(hào)異常發(fā)生的概率一般高于


地震后；lda等(05)分析了日本關(guān)島地震期間的ULF電磁數(shù)據(jù)，認(rèn)為多重分形相關(guān)參數(shù)和單形尺度在地震發(fā)生了顯著變化。


（4）巖石破裂機(jī)制：郝錦綺等（03）在零磁空間中展開(kāi)了巖石破裂與電磁輻射的關(guān)聯(lián)機(jī)制研究，發(fā)現(xiàn)巖石破裂過(guò)程中存在ULE波段(0.001～10Hz)的電磁輻射：Ogawa等（1985）研究了巖石破裂與電磁信號(hào)的關(guān)聯(lián)機(jī)制，認(rèn)為巖石在破裂階段會(huì)向外界產(chǎn)生電磁信號(hào)；Cress(13)在研究巖石破裂時(shí)，發(fā)現(xiàn)破裂過(guò)程會(huì)產(chǎn)生低頻電磁信號(hào)；Du等(02)研究了巖石破裂與電磁異常發(fā)射的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)ULF 信號(hào)集中在0.03~0.3kHz.VLF信號(hào)集中在3~30kHz。


(5)ULF電磁波用于地震監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)的可行性：日本學(xué)者Hayakawa(16）認(rèn)為將磁現(xiàn)象作為地震預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)的手段和方法，對(duì)于地震預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)有很大的幫助；Kopytenko等(1993）在亞美尼亞 Spitak地震中發(fā)現(xiàn)，ULF信號(hào)在震前3~5天就會(huì)出現(xiàn)：Frase Smith 等(1990)分析了Loma Prieta 地震，認(rèn)為ULF 信號(hào)在震前12天會(huì)出現(xiàn)增長(zhǎng)；Hayakawa等(13）發(fā)現(xiàn)關(guān)島地震前10~14天會(huì)出現(xiàn)ULF信號(hào)，主震前幾天ULF信號(hào)明顯的現(xiàn)象。


（6）國(guó)內(nèi)相關(guān)震磁觀測(cè)亦受重視：孫正江等（1986）和郭自強(qiáng)等（1988）研究了巖石標(biāo)本破裂時(shí)的電磁輻射和光發(fā)射現(xiàn)象；丁鑒海等(04)記錄并研究了大地震前的地磁異常變化情況；中國(guó)李建凱和湯吉(17)嘗主成分分析和局部互相關(guān)追蹤的方法，從復(fù)雜的隨機(jī)環(huán)境中識(shí)別和研究分析比較弱的地震電磁信號(hào)：郭明瑞等(19)對(duì)地磁臺(tái)站數(shù)據(jù)從頻域方行了研究分析，結(jié)果表明，地震地磁異常時(shí)間的長(zhǎng)短與地震的級(jí)別大小有關(guān)系，地震的級(jí)別越大，地磁異常時(shí)間就會(huì)越長(zhǎng)；馬亮(19)采用全國(guó)地磁臺(tái)網(wǎng)的數(shù)據(jù)，計(jì)算了甘肅省地磁臺(tái)站期望值，提出了臺(tái)站所處經(jīng)度與地磁分量關(guān)系式；倪曉寅等（19）發(fā)現(xiàn)08年汶川大地震前多次出現(xiàn)地磁日變化異常；艾薩·伊斯馬伊力（17）對(duì)喀什臺(tái)站的數(shù)行了綜合研究分析，結(jié)果表明喀什臺(tái)站的地磁場(chǎng)，在大地震前就已經(jīng)有了顯著異常變化。由此可知，震前地磁數(shù)據(jù)的異常表現(xiàn)引起世界范圍內(nèi)科學(xué)家的廣泛關(guān)注，磁異常的信號(hào)頻率逐漸延伸挖掘到VLF頻段。


（7)VLF電磁波與地震的關(guān)聯(lián)機(jī)制：在傳播機(jī)制上，VLF電磁波在地-電離層波導(dǎo)中的傳播可能為即將發(fā)生的地震提供指示(Baba,Hayakawa,1996)，對(duì)電離層VLF電磁行電場(chǎng)的動(dòng)態(tài)背景場(chǎng)研究為使用VLF信號(hào)預(yù)測(cè)地震的研究提供了一定的標(biāo)準(zhǔn)(楊牧萍等，18）；日本地震的震前電磁數(shù)據(jù)研究表明，VLF信號(hào)與地震發(fā)生的關(guān)聯(lián)性較為明顯(Rodger etal，1999)，強(qiáng)震地基數(shù)據(jù)與VLF信號(hào)數(shù)據(jù)具有較好的相關(guān)性（Rozhnoi et al.,15）；青海省王樹(shù)縣Mg7.1……