地磁地电观测与地震研究


地磁观磁系统的建立与发展
 
    我国的地磁观测工作已有一百多年历史。早期设立的几个地磁台多为外国人所建,其中上海佘山地磁台是中国唯一已有百年观测历史的古老台站。
    新中国成立后,五十年代中期至六十年代后期,根据中国地磁学者陈宗器等提出的台站布局规划,并配合国际地球物理观测,相继在国内建立了北京、长春、广州、兰州、武汉、拉萨、乌鲁木齐7个台站,连同原的佘山台形成了中国解放初期地磁观测系统中的所谓“老八台”。1966年邢台地震后,在震区及其邻近地区建立了地磁台,从此正式开始震磁关系的研究和地震预报实践。

核旋分量仪

 

    此后的十年是我国的地震高潮期。为了监视地震活动,逐步建立了适合我国情况的地磁观测系统。这个观测系统包括地磁台网(进行相对地磁观测)和巡回磁测或称流动地磁测量,既观测地磁场总强度,又观测各个分量,更注重观测垂直分量。地磁台网能够取得连续的记录资料,可以用来研究地磁场的短周期变化,并为流动测量提供通化资料;流动地磁测量只能研究地磁场长周期变化,不能获得连续记录,但它与台站相比有较大的机动性。所以,地磁台网巡回磁测在时间和空间上可互为补充。

地磁偏角、倾角观测
震磁关系的研究与应用
 
    地球基本磁场可以直接反映地球各种深度乃至地核的物理过程,包括深部的温度、压力、物质运动等变化。地磁场及其变化是地球深部物理过程的重要信息来源之一,因而,震磁效应的研究有其理论依据和实验基础。压磁场效应为震磁关系的一种可能的物理机制。为探索与地震有关的这种电磁现象的物理本质,我国还开展了压磁、高温高压等实验工作。

    经过多年实践,对地震前地磁场的变化特征得到以下初步认识:

(1)基本磁场总强度和垂直分量往往在震前下降,震后回升;

G866自动观测核旋仪

 

(2)地磁垂直分量的日变形态出现畸变。地磁垂直分量的日变化主要受太阳的控制,其日变形态大致呈现为一个规则的图形。然而,大震前日变形态往往出现畸变,表现为日变幅度增大或减小,极小值(低点)出现位移,日变形态反向等。

(3)地磁短周期变化出现异常,表现为传递函数A、B的变化。

    地磁学是古老而成熟的学科,然而震磁关系的研究还是一项新的攻关课题。地震预报在探索中,以磁报震虽然取得了一些进展,但问题还很多,有待于继续研究攻关。

 
     地震孕育过程中,经常伴有地下介质电阻率的变化及大地电流和自然电场的变化。观测研究。观测研究这些变化(主要是地壳上部介质电阻率的变化),提取地震前的电信息,并探讨其与地震之间的关系,以进行地震预报,是地电观测的主要任务,同时也可以用于研究活断层及构造活动特性。
地电观测系统的建立与发展

    我国的地电前兆观测与研究工作开始于1966年邢台地震之后。作为地震前兆方法之一的地电观测不断得到加强,在全国重要地震活跃区和重点监视区相继开展了这一工作,并逐步形成了中国的地电观测系统。到1984年底,全国已有地电台站117个,其中属于基本台网的地电台站53个,区域台站64个,主要集中在中国东部华北地震带和南北地震带。我国的地电前兆观测主要是进行岩石电阻率观测,它采用地球物理勘探中的直流四极对称装置,在固定台站上进行观测。

    80年代初,还用大极距偶电测法进行了试验研究。而更深乃至震源附近(10-25公里)岩层电阻率的变化是通过大地电磁测深法观测的。至此,我国已初步形成了从浅部(200-700米)至2-3公里乃至深部十几公里的地电观测系统。
 
地震预报中的地电研究与应用
    (1)地壳浅层介质电阻率的变化

地电观测

 

    地壳岩石介质的导电性与岩石的物质组成、压力、含水程度、温度等因素有关,并主要决定于岩石孔隙中的导电液体。观测岩石电阻率随时间的变化,可望得到岩石受力变形及破裂过程的某些信息。
    根据我国的地电观测与预报实践,地震前地壳浅层岩石视电阻率变化的基本特征为:
① 大震前地壳浅层介质电阻率出现长趋势(一年到数年)、大范围(200公里左右)下降异常(下降异常约占80%);震级愈大,地电阻率长趋势下降异常持续时间也愈长;
② 大震发生后,多数台站的地电阻率显示较快的回升,但往往回不到正常水平,保留一部分剩余异常量。
③ 地电阻率异常具有阶段性特点,可分为异常起始阶段、持续阶段、加速阶段(异常加速阶段(异常加速阶段包含临震异常)等。

    (2)地壳深部介质的电性变化
    研究人员于唐山地震前后在北京凤河营进行了3次大地电磁测深定点复测工作。观测结果表明,唐山大震前出现了深部电阻率下降,震后又迅速回升。这一特点与浅部电阻率的变化特点基本一致,但深部方法测得的电阻率变化的量值比浅部方法测得的大一个数量级。
    1976年松潘地震前后,在震中周围的5个测点上进行了3次大地电磁测深定点复测工作。观测结果表明,在距震中最近(约50-60公里)的南坪和中寨两个测深点上,观测到了震中附近相应于地壳深部(15-25公里)的地电阻率值震前的大幅度下降;其异常持续时间与地表浅部方法电阻率异常的观测结果一致。
    然而,同其他地球物理手段一样,用地电方法预报地震仍处于经验性阶段,离预报地震三要素的目标还相差很远,有待于继续努力探索。