電磁學科地震預報方法和技術

地震前的電磁異常信號主要包括：地電阻率異常信號—主要涉及到地震孕育過程中地球介質電學性質變化與地震發生的關係；地電場異常信號—主要涉及到地震孕育過程中產生的動電效應或過濾電勢與地震發生的關係；電磁輻射異常信號—主要涉及到地震孕育過程中岩石破裂所產生的岩石新鮮表面激發電子信號與地震發生的關係；地磁場異常信號—主要涉及到地震孕育地區及其附近地下岩石磁性的改變與地震發生的關係。現在一些學者研究發現地震前尤其是大地震前在震中區及其周圍地區上空電離層中的電子濃度也會發生大的變化。而利用氣象衛星資料探索地震區及其周圍地區的熱紅外輻射異常的現象本質上也是電磁異常現象。大量的實驗室實驗結果甚至野外實驗也證明,當岩石受到力的作用後就會在破裂前發出各種頻段的電磁異常信號。
根據震前電場變化與地下水位變化及斷層活動有關的理論研究, 認為震前電場變化可能是過濾電勢機制引起的。鑒於地下流體壓力分布不均勻、斷層閥作用及地下電流密度與流體的耦合作用,電場異常有的與廢油井間歇自噴有關, 有的與流體壓力增高有關, 故認為過濾電勢作為電場前兆機制是合理的。實驗表明鉛板電極可以用來記錄電場前兆。唐山和海城特大地震時, 電場水平分量或垂直分量出現同震效應或震前異常。利用地電場的異常變化預測地震在國內外均有成功的震例,可做為地震短臨預報的一種手段。
地磁現象可反映上自日地空間,下至大氣層和固體地球中發生的與電磁有聯繫的各種物理過程。對主磁場及其變化的研究,是了解地球深部地幔和地核內發生的物理過程的重要途徑。利用變化磁場在地球內部的電磁感應現象,是研究地球內部電性結構及其變化的一種好方法。地震磁現象的觀測研究,迄今已有近百年的歷史。本世紀50 年代末,精度高,穩定性好的質子旋進式磁力儀(又簡稱“核旋儀”)的問世和廣泛使用,改變了對地震磁現象的觀測狀況,獲得了較為準確的地震磁現象的觀測數據和較為可信的震例結果。近年來,震磁關係的研究取得了一些進展。1987年以來,我們通過對地球磁場局部異常現象的研究,一邊探索震磁關係,一邊進行實驗性的地震預報。1989年開始,我們陸續選用轉換函式法,空間相關和加權差分法,以及加卸載回響比法等3 種地磁方法,分析了1966年以來的200多個震例。對其中106個地震進行了年度預報,在97個次危險區趨勢預報中,有15個地震的時空強三要素與實際發生的情況比較接近。總結經驗,設3 種地磁方法中的參量出現的異常量為a,當a≥(2～3)S 後,有可能在磁異常區附近發生地震, S 為參量在正常情況下的均方差。一般a≥2S 對應6級左右的中強震, a≥3S 對應6級以上的強震,或小於6 級的近震。各個方法的異常出現時間不一。轉換函式為震前3 年至地震當月。空間相關法為震前14～10個月至震後1個月,加權差分法為震前6個月至發震當天。加卸載回響比法為震前115 年至震前3 天。各方法所能控制的空間範圍與地震的強度和地下構造有關。對M S 6～7.8 級的地震,最遠的控制距離為550 km 左右。對M S3.5～5.0的地震, 約為100～300km。對M S5～6的地震,約為300～350 km。根據電磁感應理論, 轉換函式和加卸載回響比方法所用資料分析的周期推算出地下電導率的深度約為700～1000 km ,而空間相關和加權差分法所用的核旋測值為地磁場的絕對值,其年變和長期變本身就與地核和地幔深度的物質運動有關。因此,可以推測孕震區地幔物質的運動對地震的形成和發生是有貢獻的，也就是說,地震的“源”有可能來自深部的地幔處。
地震現場的構造磁學觀測研究表明,在地震之前與地震之時存在明顯的磁場異常變化。震磁前兆基本上是近場效應,其震中距為幾公里至幾十公里,其變化幅度為幾nT,前兆時間為幾天至一年多。火山構造磁學研究的新進展,進一步表明了火山磁效應與地震、形變、破裂、噴發等火山活動狀態密切相關,為監測與預測火山噴發災害提供了重要的基礎與方法。根據構造磁學的物理基礎,開展了地震預測研究,顯示了構造磁學在地震預測研究中的良好前景。