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天祝地震空区地震电磁前兆现象研究

李宁  
【摘要】: 开展中法国际合作甘肃天祝地震电磁观测以来,在天祝地震空区附近发生了1995年永登Ms 5.8、1996年天祝西Ms 5.4、2000年Ms 5.9和2003年民乐~山丹Ms 6.1等4次中等以上地震。相关学者关于最早发生的永登地震前松山台记录的电、磁场波形“畸变”、地壳电阻率变化和电场分维现象等做了有益研究。限于当时震例少、观测数据少和研究方法有限,尚未获得关于本区地震电磁现象的规律性认识和实用的数据处理方法。在中法国际合作先进研究计划PRA项目支持下,本文应用松山、代乾、嘉峪关和兰州台电磁场观测数据和研究了与上述几次地震有关的电磁现象,其中包括电场和磁场波形“畸变”、高频成分和短周期扰动谱系结构变化,并对地震短临电磁现象的机理进行了物理解释,获得以下结论与认识: (1)明显的电、磁场波形“畸变”和电磁高频扰动现象。在永登5.8级地震前7天,松山台磁场、电场同步出现了日变化波形“畸变”现象和高频电磁扰动现象,震后几天恢复。在民乐~山丹6.1级地震前,松山、代乾台在震前12天同步出现了与永登地震类似的电、磁场日变化波形“畸变”和高频电磁扰动现象,震后几天恢复,较远距离的嘉峪关、兰州台在同期也记录到不太明显的电场波形“畸变”和高频扰动增多的现象。 (2)电、磁场短周期能量增强了2~4个数量级。在永登5.8级地震电、磁场波形“畸变”时段,松山磁场和电场短周期扰动能量增大约2个以上量级。在民乐~山丹6.1级地震波形“畸变”时段,松山电、磁场短周期能量增大近3个量级;代乾台磁场短周期能量增大约2个数量级,且与松山台同步增大,电场在震前约20天24h~2h周期成分整体增大约2~4个数量级;较远距离的嘉峪关、兰州台电场短周期能量增大约半个数量级。 (3)典型的电、磁场短周期扰动谱系结构变化。永登5.8级地震前松山电场和磁场、民乐~山丹6.1级地震前松山电场和磁场以及代乾磁场的短周期扰动其能量增大的过程相似,表现为短周期扰动能量先在低值持续约半个月、然后在临震前突然增大2~3个数量级的谱系结构,十分典型。 (4)结合民乐~山丹地震和永登地震前山丹、兰州台地电阻率各向异性变化现象及产生机制,应用微破裂机电转换机制和“地壳波导”观点解释了上述电磁现象。电磁场波形“畸变”、电磁高频成分增多和短周期扰动谱系结构变化的物理机制在于:在孕震晚期阶段,震源区及附近的地下介质内部发生了新生微裂隙数目非线性加速增大、大量微裂隙优势取向(或定向排列)的宏观物理过程,大量新生微裂隙形成过程中产生机电转换、宏观上同步激发了强能量的电磁短周期成分,电磁短周期成分干扰了电、磁场正常波形而出现波形“畸变”现象。 (5)在地震短临阶段,电磁信息显现程度与震中距有关,松山、代乾、嘉峪关和兰州台到永登、民乐~山丹地震的距离符合大致估算的震源电磁场在地下介质中的传播范围。近距离的松山、代乾台波形“畸变”明显、高频成分幅度大,短周期扰动能量增大2~4个数量级,而较远距离的嘉峪关、兰州电场短周期扰动能量仅增大半个数量级,波形“畸变”不清晰、高频成分幅度不大。 (6)松山台在距离最近的天祝西5.4级地震前没有记录到磁场和电场的波形“畸变”、高频成分丰富和短周期谱系结构变化的电磁现象。做了初步的定性解释,其原因可能与本次地震特殊的孕震环境和震源机制有关。 本文研究结果已撰写研究论文1篇(待发表),计划再撰写研究论文2篇,研究结果在2007年3月法国国家研究中心(CNRS)的Clermont Fd地球物理观象台(OPGC)和法国Orl’eans大学的物理化学环境实验室(LPCE)进行了国际交流,取得中法双方合作者的认可和重视。


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