地震预报探讨中的地磁学手段

地震预报探讨中的地磁学手段3

王　文

(中国地震局地球物理研究所,北京100081;

中国科学院空间天气开放研究实验室,北京100080)

摘　要　地磁手段在地震预测研究中的许多方面发挥了重要作用。在地震前兆的探讨方面占有一席之地;在探测地下构造中有许多贡献。我们可以开展许多与地震预报基础研究有关的地磁研究,例如地磁模型研究、地磁脉动研究、地球深部研究,等等。对地磁场变化规律性的研究是提取地震地磁前兆的基础。

关键词　地磁学手段;地震预报;基础研究

前言

20世纪60年代以来,接连几次较大的地震都发生在人口稠密和工业集中的地区,造成严重的伤亡和破坏。1964年美国阿拉斯加815级和日本新泻715级地震,1966年我国邢台618级和712级地震都造成极大的损失。几年以后,我国又连续遭受几次破坏性地震,特别是1976年的唐山718级地震破坏尤其惨重,死亡达24万多人。地震预测不仅在我国,也在全世界都成为急待解决的问题(傅承义,陈运泰和祁贵仲,1985年)。

Ξ但是,经过30多年来的探索,越来越多的专家、公众和决策人认识与了解到地震预测远比原先知道的困难,“发现”了原先没有发现的地震现象的复杂性。与其他自然现象相比,地震预测的确有它独特的困难,这就是大地震复发时间的长期性、地震物理过程本身的复杂性和地球内部的“不可入性”,使得地震预测、尤其是短临预测成为当代自然科学的一个世界性难题,地震预测难题的解决需要几代人坚持不懈的努力(陈运泰,1998)。

地磁学是地球物理学的一个主要组成部分。它是由基本磁场与变化磁场两部分组成的。基本磁场来源于地球内部,研究它的变化及其起源,一直是地球动力学研究的重要内容之一;而变化磁场则与电离层的变化和太阳活动等有关。对变化磁场的研究是日地物理研究中的热门课题。磁测卫星、地面台站等观测手段所观测到的地磁场的变化包括了上至太阳活动、星际空间、磁层、电离层活动,下至地壳构造、地震活动、地球深部导电特征,乃至地核变化的各种丰富的信息。地磁学是连接空间物理学与固体地球物理学的桥梁。在地震预测研究中,地磁手段也可以在许多方面发挥作用。

1　地震地磁前兆探讨

在探索地震地磁可能前兆方面,国内外许多科学工作者做了大量的研究与探讨工作。在对地震电磁前兆的探讨、分析与机理研究方面,我国地磁学家开展了大量的研究与探索工作(国家地震局科技监测司,1988)。国际上,日本、俄国、希腊、美国等,都先后开展了大量的观测与研究工作。例如,美国西部,尤其是圣安德烈斯断层所控制的地区,是美国地震活动最强烈的地区,60年代以来,美国地质调查局在该断层附近布设了包括地磁、地电阻率等观测网。日本开展了多个实验场的观测与研究工作。希腊的VAN地电研究,引起了国际同行的热烈讨论。在机理研究方面,正如约翰斯顿(M.J.S.John ston)1996年在第十三届国际电磁感应工作组会议上的回顾中所总结的,世

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Ξ95重大国家自然科学基金项目(49990453)和中国地震局地震科学联合基金(99112)共同资助;中国地震局

地球物理研究所论著:01A C2019。

界各国的学者先后做了大量的工作,提出了包括压磁效应、动电效应、电磁感应效应、磁流体动力效应等多种机理假说(W ilson,1922; Kalashn ikov,1954;Stacey,1964;Stacey et al.,1965;Yam azak i,1965;B race and O r2 ange,1968a,1968b;N agata,1969;B ar2 sukov,1972;R ik itake,1968,1976;Honku ra, 1976;F itterm an,1979,1981;Ish ido and M izu tan i,1981;V aro tso s and A lexopou lo s, 1987;Dob rovo lsky et al.,1989;Sasai,1980, 1991a,1991b;Park,1991;Fu jinaw a et al., 1992;Fenogli o et al.,1995;U tada,1993)。

“地磁前兆的研究,是捆绑在地磁观测之上的”(吴忠良,1998)。可见,地磁观测对地震预报探讨亦是十分重要的。我国的地磁观测在本世纪发展得很快,尤其是国家地震局成立后,一个全国范围的地磁观测台网得到日益发展与壮大。特别是最近几年,开始加快数字化记录的步伐。中国地震局地球物理研究所高玉芬与美国加州大学洛杉矶分校(U CLA)地球与行星物理研究所拉塞尔(C.T.R u ssell)联袂主持的一项名为“中美合作建立中国数字化地磁台阵”的国际合作项目,到目前为止已分别在满洲里、北京、天津的静海、武汉、通海和琼中等台上成功布置了由美国方面提供的数字化磁力仪,获得了第一批数字化地磁资料。我国地磁台网的数字化资料给我们提供了迅速赶超世界先进水平的机遇。数字化资料与以前的传统资料相比,有着毋庸置疑的优越性,它们可以提供更多精确可靠的信息。利用我国日益健全的地磁台网资料将加强磁异常与构造关系的研究。

2　地磁场变化规律性研究

地磁场的成分复杂,80%多到90%多来自地核的基本场,剩余部分主要是来自外源的(太阳活动所引起的)变化磁场,也有来自地壳局部的异常场,孕震过程所引起的磁前兆只是其中极小的部分,例如,北京台的垂直分量Z 约为46900nT,而地震引起的磁异常只有几个nT(目前的一般认识)。要想从中提取出这极小的地磁前兆的确不是一件容易的事,而加强对地磁场变化规律性的研究就成了必要的课题。

地磁基本场随时间的缓慢变化称为长期变化。长期变化的主要特征之一就是非偶极子磁场的西向漂移与偶极子磁矩衰减。有的学者用矩谐分析方法得到西藏磁异常和西太平洋磁异常有西漂和北移的变化,这与全球非偶极子场的长期变化总体特征是一致的。有的学者分别对华北地区长期变化和北向分量的太阳周效应进行了讨论。在理论上,有的学者提出地磁长期变化场亦存在固定和漂移两部分(王　文和祁贵仲,1983),并在研究重磁关系时计算出长期变化西漂速度为0130 a(王　文,1985),较成功地分析了1970年长期变突跳的源场性质, (王　文,1989;陈舶仿等,2000)。

对变化磁场的研究主要是针对Sq、脉动和磁暴所进行的研究。至于对Sq的研究方面,早在40年代查普曼(Chapm an)所著的“Geom ag2 netis m”中对Sq的主要成因和变化规律都有较清楚的阐述,并已广为人们所接受。但是,还有一些问题至今仍未解决,例如Sq的逐日变化等。另外,国际上对垂直分量很少研究。Sq是中低纬地区的地磁现象,对它的研究,我国有得天独厚的条件。我国学者利用我国较密集的中低纬台网研究了Sq的逐日变异性(高玉芬, 1986)、S e q电流体系的焦点位置(徐文耀, 1987)、地磁垂直分量日变化极小值出现的时间和空间的分布异常(高玉芬,1990)、Sq(Y)的季节性变化与场向电流(高玉芬,1992),并探讨了Sq(Y)季节性变化的物理原因(沈长寿等, 1995)。

3　地下构造与电性结构探测

地壳是由一些不同的地质构造块体组成的,其内部又有一些构造带,构造带上的闭锁区就是地震危险区。近代全球定位测量和地球动力学等均给出,在地球动力作用下和地壳运动过程中,构造块体呈现整体运动特性,并在

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