中国地震电磁研究现状和发展趋势

自1966年河北邢台6.8级地震以来，几乎所有用于资源勘探和深部结构探测的电磁方法都被用于地震前兆监测中。过去十多年间，诞生了利用DEMETER和CSES的卫星电磁探测，以及利用CSELF的新技术，并得到发展，本文对它们的研究成果概括如下。

地电阻率（DC）观测：典型的地电阻率减小现象，出现在7级以上地震前。电阻率是可重复观测的少有的参数之一。现在已有80个台站。

大地电磁（MT）观测：在1976年唐山7.8级等多个地震前，观测到电阻率先减小而后恢复的异常现象。观测发现大多数强震和余震发生在具有较大孔隙度的软弱低阻介质和高阻介质之间的边界带或过渡带。图1显示，2017年3月27日云南漾濞5.1级地震前，在震中距32km的CSELF台网的大理台站（DAL）观测到，震前约3个月视电阻率开始脉动式增大，震前3天恢复到背景值。

地磁观测：地磁异常与地震的关系有两类，一是由于应力变化引起磁化率和剩磁异常变化（压磁效应），可用于短临地震预测；二是由于地下电性变化引起的感应异常（感应磁效应），通常出现在地震前几个月以上。至今全国已建成几百个地磁台站，在震情紧张时，可布设磁通门磁力仪台站进行应急观测。

地电场观测：一个传统的地电场法称为“土地电”在1975年海城7.3级地震的成功预报中发挥了重要作用。1981年希腊学者提出VAN方法后，地电场观测发生了革命性变化，并研制了专门的观测仪器。现已有120多个台站。

电磁辐射观测：大多数台站仅观测电场或仅观测磁场。观测表明，较强的地震，异常出现较早，影响范围较大，例如大于5级的地震可影响到500km距离。该法的发展落后于其它方法，但因其成本低，发展很快，现已有200多个台站。

卫星电磁观测：自2004年6月29日由法国等发射专门用于地震电磁异常监测的TEMETER卫星以来，利用卫星观测研究地震电磁异常成为新的研究热点。中国于2018年2月2日发射了地震电磁卫星CSES。卫星主要观测电离层电磁场、原位等离子体参数和高能离子通量等。与地震有关的异常主要出现在震前一周或几小时，具有短临预报特征。卫星观测的缺点是，由于卫星位于电离层内，所以容易记录到空间干扰。由于卫星过境时间有限，轨道间隔大，存在着观测盲区。2022年将发射CSES-2号卫星，有利于改进覆盖率和时间分辨率。红外观测到长波辐射在震前一个月明显增大。由几种地基电离层探测技术也用于电离层垂向探测、低频辐射波、舒曼谐振和GNSS TEC等。结合地基、卫星和热红外异常研究将促进岩石圈-大气圈和电离层的耦合机制研究。

物理实验：实验室很多常温或高温高压试验都发现，由于岩石破裂引起的视电阻率变化远大于地震变形引起的应变变化。试验表明，岩石破裂前电阻率经过三个阶段变化：缓慢增大、稳定的或微小波动和快速减小。大多数电磁辐射具有单脉冲、脉冲串形态，也有阵发性脉冲。电场信号一般比磁场信号出现早，且频率高、幅度大。野外大药量爆破、小尺度爆破和灰岩矿区爆破试验表明，不同频率的波的幅度可有数量级差别，也发现存在地震波激发的二次辐射。这些现象与台站观测现象相似。

数学模型：由空隙介质产生地震电磁异常的动电效应被广泛认可。伴随地震P波的电场不仅与P波幅度和动电耦合系数有关，也与孔隙结构有关。地震电离层耦合作用有三种通道，直流电耦合、声重力波传播和电磁波传播。地面人工源VLF信号试验表明，频率越低，在电离层传播损失越小。

建议：为了得到地震前综合异常信息，应开展立体多参数观测（图2）。

由大地电磁法（MT）等观测的地面阻抗和视电阻率的稳定性和可评价性，在确定电磁异常是来自震源区还是来自非地震的干扰时很有用。

很多地震电磁异常出现在交变电磁场频率范围，在建设“天然实验室”时，应加强交变场多参数观测。应加强电磁场频带和命名的规范使用，利用我国政府公布的标准，如VLF（甚低频，3-30kHz）、ULF（特低频，300-3000Hz）、SLF（超低频，30-300Hz）、ELF（极低频，3-30Hz）和TLF（至低频，<3Hz）。

应避免两个偏向，一是尚未经充分分析，就认为异常与地震有关；二是不分青红皂白，认为出现的异常都是干扰。文章中提出了地震异常识别和研究“四步法”，其中获得真实的背景场是基础，识别地震引起的异常是关键。

大量研究证明，地壳中的流体对地震有诱发或触发作用，电磁法是对地壳上地幔流体和部分熔融最灵敏的观测方法，在地震活动区或地震危险区开展对整个地壳直至上地幔的电磁观测很有必要。

研究详情请见原文：

赵国泽, 张学民, 蔡军涛, 詹艳, 马钦忠, 汤吉, 杜学彬, 韩冰, 王立凤, 陈小斌, 肖骑彬, 孙翔宇, 董泽义, 王继军, 张继红, 范晔, 叶涛. 2022. 中国地震电磁研究现状和发展趋势.

https://link.springer.com/article/10.1007/s11430-021-9930-5

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