高曙德 趙國澤 湯 吉 蘇永剛 詹 艷 王立鳳

1)中國地震局蘭州地震研究所，蘭州 730000 2)中國地震局地質(zhì)研究所，北京 100029

2008年中國大陸6.0級以上地震前后電磁脈沖異?，F(xiàn)象

高曙德1)趙國澤2)*湯 吉2)蘇永剛1)詹 艷2)王立鳳2)

1)中國地震局蘭州地震研究所，蘭州 730000 2)中國地震局地質(zhì)研究所，北京 100029

分析了2008年中國大陸新疆烏魯木齊和云南通海2個地震臺站觀測的電磁場資料，研究了這些資料顯示的異?，F(xiàn)象和2008年發(fā)生在中國大陸的汶川地震等5次6級以上地震之間的對應(yīng)關(guān)系，為利用電磁法進(jìn)行地震監(jiān)測研究提供了新的震例。分析結(jié)果顯示，頻率范圍為800～0.1Hz的電磁場的自功率譜密度(PSD)隨時間的變化與地震事件之間存在如下關(guān)系： 1)電磁場的自功率譜密度在地震之前出現(xiàn)了明顯的脈沖異常，如汶川MS8.0地震前磁場的脈沖異常值比背景場大約2個量級； 2)異常幅度隨著離開震中距離的增大而減??； 3)磁場自功率譜密度異常的幅度，與臺站相對于震中的方位以及電磁場的頻率有關(guān)； 4)脈動異常具有時間上的集叢現(xiàn)象。

電磁異常脈沖 地震監(jiān)測 電磁場頻譜 脈沖集叢

0 引言

地震災(zāi)害是各種自然災(zāi)害中造成人員傷亡最多的，約占所有自然災(zāi)害傷亡人數(shù)的54%。雖然地震預(yù)測是當(dāng)今世界最嚴(yán)峻的科學(xué)難題之一，但是人們?nèi)匀煌度肓司薮蟮木ζ溥M(jìn)行研究(陳颙等，2003； 陳運(yùn)泰，2009)。 其中，震前電磁異常效應(yīng)已經(jīng)得到了大量觀測的證實(shí)(Johnstonetal.，1999)，地震預(yù)測的電磁研究成果引起了人們的高度重視。為此，法國于2004年發(fā)射了DEMETER衛(wèi)星，目的就是觀測與地震活動相關(guān)的電磁場和帶電粒子異常變化(曾中超等，2009; 張學(xué)民等，2009a，b； 朱濤等，2011; Parrot，2012; Davidetal.，2013)，并提出了地震前的預(yù)警信號主要來自電磁信號的看法(Bleieretal.，2005)。

在地震前的電磁異?，F(xiàn)象中，有的是來自電阻率的觀測(Reddyetal.，1976; 湯吉等，1998; Rikitake，2001; Uyedaetal.，2002，2009； Sharmaetal.，2005; Huang，2008a，2008b，2011b; 錢復(fù)業(yè)等，2009; 趙玉林等，2010; 錢家棟等，2013; 陳雪梅等，2013)，有的是來自電場和(或)磁場的觀測( Nikiforovaetal.，1989; Morgunovetal.，1990; 郝建國等，1995; 毛桐恩等，1999; Ataxiasetal.，2001； Uyedaetal.，2002; 郝錦綺等，2003; 趙國澤等，2003，2007; Bleieretal.，2005; 田山等，2009; Parrot，2012; Zhangetal.，2013; David，etal.，2013; Xuetal.，2013; 戴勇等，2016)，有的是來自地面觀測，有的是來自衛(wèi)星觀測，有的是在地震前1個月或幾個月出現(xiàn)，有的是地震后幾天或幾個小時出現(xiàn)( 趙玉林等，2010； 范盈盈等，2010； 朱濤等，2011； Oriharaetal.，2012)。由于實(shí)際的地震孕育過程的高度復(fù)雜性以及地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的非均勻性，一些地球電磁學(xué)觀測結(jié)果迄今尚未得到合理的解釋。因此，地震電磁信號 “源”的物理機(jī)制以及信號傳播的研究成為地震電磁學(xué)研究的2大難題和熱點(diǎn)。國內(nèi)外許多學(xué)者聯(lián)系地下介質(zhì)結(jié)構(gòu)的非均勻性、 震源特性、 產(chǎn)生的物理機(jī)制、 傳播方式、 信號的選擇性，以及從背景噪音中提取弱信號的方法等作了大量實(shí)驗(yàn)、 理論和震例研究，得到的發(fā)生源方面的主要觀點(diǎn)有： Varotsos等(1986，1991)提出的震源區(qū)應(yīng)力變化引起機(jī)制，Warwick等(1982)與Davis等(1980)提出的壓電和壓磁效應(yīng)，郭自強(qiáng)等(1994)提出的破裂發(fā)射效應(yīng)，以及地下水流動引起的效應(yīng)(Draganovetal.，1991)和過濾電位機(jī)制(Lockneretal.，1983)。 Pulinets(2004)綜合了多位科學(xué)家的資料和觀點(diǎn)認(rèn)為，地震孕育的第1階段表現(xiàn)為微破裂增多，從孕震帶向外輻射氡及其他氣體，在近地空間形成密集分布的離子群； 第2階段孕震帶向外大量釋放氣體(主要是CO2)，這些氣體主要產(chǎn)生2個作用，其一是氣體運(yùn)移激發(fā)大氣層中的聲重波，其二是強(qiáng)烈的氣體運(yùn)動破壞中子群導(dǎo)致大氣層離子快速增加，離子產(chǎn)生的過程同時導(dǎo)致垂直電場形成； 第3階段異常電場穿透電離層E層，引起電離層擾動，在電離層產(chǎn)生極低頻段的電磁輻射，并同步激發(fā)電離層電子密度的大范圍變化。Huang(2011a)研究了地震與直流-超低頻電磁現(xiàn)象的關(guān)系，提出了基于補(bǔ)償電壓的模型，用彈性位錯理論解釋了斷層在破裂過程中產(chǎn)生地電信號和評估了壓電效應(yīng)； 在一定的條件下，發(fā)現(xiàn)1個由優(yōu)先定向的壓電晶粒產(chǎn)生弱的可觀測到的信號。郝錦綺等(2003)的研究表明，震磁效應(yīng)的可觀測性和地震的破裂機(jī)制有著緊密的關(guān)系，在主破裂階段，積累電荷的急速運(yùn)動形成瞬間電流，激發(fā)了脈沖式的磁場異常。自1966年中國河北省邢臺地震以來，中國開始把電磁法作為重要的方法用于地震監(jiān)測，但是其中多數(shù)方法是基于恒定場性質(zhì)傳統(tǒng)的電阻率法和磁法，頻率較低，一般<1Hz。電阻率法反映的深度較淺，磁法利用的頻率單一(錢復(fù)業(yè)等，2009； 錢家棟等，2013)； 20世紀(jì)70、 80年代，開始把大地電磁等交變電磁場法用于地震監(jiān)測試驗(yàn)，取得了有價(jià)值的試驗(yàn)成果(張?jiān)屏盏龋?994； 湯吉等，1998)。 20世紀(jì)90年代開始利用人工源交變電磁場法進(jìn)行地震監(jiān)測試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在地震前一兩天人工源極低頻/超低頻(ELF/SLF)頻率范圍的電磁場開始出現(xiàn)異常(趙國澤等，2003，2007，2012； 湯吉等，2008)，同時利用該頻率范圍的天然電磁場觀測，也觀測到了與地震活動有關(guān)的電磁場異常(高曙德等，2010，2013； 孫維懷等2012； 韓冰等，2015)。

盡管人們已經(jīng)觀測到了大量與地震有關(guān)的電磁異?，F(xiàn)象，但是關(guān)于異常和地震時間關(guān)系的規(guī)律尚沒有成熟的認(rèn)識，需要不斷積累觀測資料和開展研究。由于甘肅隴南漢王臺的資料已有論文發(fā)表(高曙德等，2010)，本文基于中國大陸2個交變電磁場(頻率范圍為800～0.1Hz)觀測臺站新疆烏魯木齊臺和云南通海臺(圖1)的資料，對2008年發(fā)生在中國大陸的5次6級以上地震前出現(xiàn)的現(xiàn)象進(jìn)行分析，尋找可能與地震活動有關(guān)的電磁場異常現(xiàn)象。

圖1 電磁觀測臺站和地震事件的分布位置Fig. 1 Distribution of seismic electromagnetic observation stations and location of seismic events.臺站： URQ 新疆烏魯木齊臺，HW 甘肅隴南漢王臺，TH 云南通海臺； 地震： GZ 2008-01-09西藏改則M6.9地震，YT 2008-03-21新疆于田M7.3地震，WC 2008-05-12四川汶川M8.0地震，REZ 2008-08-25西藏日額則M6.8地震，PZH 2008-08-30四川攀枝花M6.1地震； 汶川地震的余震： QC1 2008-05-25青川M6.4地震，QC2 2008-06-05青川M5.0 地震，QC3 2008-05-31青川M4.8地震，NQ 2008-05-27寧強(qiáng)M5.7地震

1 資料觀測和處理

1.1 觀測

觀測臺站所用的儀器為從俄羅斯引進(jìn)的ACF-4M型儀器，觀測4個相互正交的水平電、 磁場分量，即SN向磁場(H1)、 EW向磁場(H2)、 EW向電場(E1)和SN向電場(E2)。分3個頻帶進(jìn)行觀測，其中D1頻段頻率范圍為40～0.1Hz，采樣率為160Hz； D2頻段為400～1Hz，采樣率為1,600Hz； D3頻段為800～10Hz，采樣率為3,200Hz； 云南通海磁探頭敷設(shè)在150cm(長)×70cm(寬)×70cm(深)的坑中，在坑底用粗沙石打10cm厚的底，并用白水泥澆注了1個固定的底座，電極埋設(shè)在距地表1m紅黏土覆蓋的地層處，土層常年濕潤、 電導(dǎo)性能比較理想； 新疆烏魯木齊臺磁棒和電極也是用同樣的方式敷設(shè)。通過分析發(fā)現(xiàn)，一般在每天凌晨0:00—6:00(第1時段)人文干擾等最小，上午6:30—12:30(第2時段)次之，其他時段干擾相對較大。因此，我們選擇這2個時段的資料進(jìn)行分析。在這2個觀測時段，分別按著D3、 D2和D1次序先后進(jìn)行觀測，觀測持續(xù)時間分別是： D3頻段20min，D2頻段1.0h，D1頻段4h。

1.2 功率譜計(jì)算

通過對觀測的時間序列資料R(E，H)(t)(下標(biāo)E、 H分別表示電場或磁場)進(jìn)行譜分析，得到電場和磁場功率譜密度，以磁場為例計(jì)算公式如下(劉國棟等，1993； 奧本海姆等，2001)。磁場的頻譜為

(1)

將該式變形為

(2)

式中，f為頻率，SH為頻譜幅度，φ為相位。

相應(yīng)地，自功率譜和互功率譜的關(guān)系為

(3)

依據(jù)(2-3)式對觀測數(shù)據(jù)經(jīng)過快速傅里葉變換(N=4,096)進(jìn)行處理，得到電、 磁場觀測資料的自功率譜密度S(H1H1)或S(H2H2)、 互功率譜密度如S(H1H2)等數(shù)據(jù)。在觀測期間，電場分量信號受臺站附近的人文干擾影響較大，數(shù)據(jù)不夠穩(wěn)定，所以本文主要對觀測的磁場信號進(jìn)行分析。

Schumann(1952)指出舒曼諧振是由閃電激發(fā)的電離層與地面之間的全球電磁震蕩，在地球與電離層空腔中傳播，由于共振作用，其電磁波能量明顯高于其他頻率的電磁波能量，諧振頻率主要由地球的尺寸決定，其諧振基波波長等于地球周長。 近幾年的研究發(fā)現(xiàn)，地震發(fā)生前會使這些固有參數(shù)發(fā)生擾動，日本學(xué)者Hayakawa等(2005)利用1999年初布置在日本中津川(Nakatsugawa)的ULF/ELF 電磁監(jiān)測儀器，觀測到發(fā)生在1999年9月21日的臺灣集集地震前和同年嘉義地震前的舒曼諧振電磁異常，主要是第4階諧振頻率信號振幅發(fā)生突跳和明顯頻移(約2Hz)； Hayakawa(2008)利用布置在日本茂尻(Moshiri)的電磁儀器觀測到發(fā)生在2006年12月26日的臺灣7.3級地震，在震前3d第3、 4階諧振頻率振幅增強(qiáng)的現(xiàn)象； 黃清華(2005)以1995年1月17日在日本神戶發(fā)生的7.2級地震為例，通過對該地震的模擬及相應(yīng)的控制實(shí)驗(yàn)研究得到，與地震孕育過程有關(guān)的地球電磁信號源自震源或孕震區(qū)，該信號既可能直接在地殼傳播，也可能通過陸地進(jìn)入到大氣中后在大氣層中傳播，“源”的頻率則直接影響到電磁信號的分布，低頻時信號隨距離的增大而衰減，高頻時信號則呈現(xiàn)出環(huán)狀的傳播圖像。因此利用舒曼諧振異常來進(jìn)行地震短臨監(jiān)測可能是一種行之有效的手段，本文就是借助這個觀點(diǎn)和方法，利用現(xiàn)有的資料進(jìn)行相關(guān)的研究，發(fā)現(xiàn)在震前電磁場的優(yōu)勢頻率的(舒曼諧振)功率譜值變化成叢集增大，且隨著臺站與震中之間距離的增大而衰減，并與觀測臺站的方位有關(guān)。

圖2 為新疆烏魯木齊臺觀測的2個磁場分量(H1，H2)的自功率譜曲線，二者具有很好的對應(yīng)性，在7.8～100Hz頻段H1(SN向)分量的幅度大致與H2(EW向)分量的幅度接近，7.8Hz以前頻段H1(SN向)分量的幅度大于H2(EW向)分量的幅度，在100Hz頻段后H1(SN向)分量的幅度小于H2(EW向)分量的幅度，并在7.8Hz、 14Hz、 20Hz、 25.7Hz、 32Hz、 39Hz等頻率或附近分別出現(xiàn)的磁場自功率譜極大值與舒曼諧振現(xiàn)象的頻率一致(Schumann，1952)。同時在50Hz、 150Hz、 250Hz、 350Hz等頻率出現(xiàn)的脈沖，也反映了工頻信號的實(shí)際情況，說明臺站觀測的數(shù)據(jù)具有較高的可信度。在臺站還進(jìn)行了多次重復(fù)對比觀測試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在不同的日期資料一致性較好。

圖2 2008年3月3日新疆烏魯木齊臺1～400Hz頻段磁場H1和H2分量自功率譜曲線Fig. 2 The auto-power spectrum curve of the magnetic field(H1，H2) in bands 1～400Hz at URQ station on March 3，2008.

2 汶川地震前后的電磁場異常

2008年5月12在青藏高原東邊緣的龍門山斷裂帶中部發(fā)生了M8.0汶川地震(WC)，之后在不到1個月的時間內(nèi)，地震余震沿著龍門山斷裂帶向NE發(fā)展，其中≥5級的地震34次。下面對主震和較大余震前后的電磁現(xiàn)象進(jìn)行分析。

2.1 電磁場背景變化的確定原則

地球電磁場是1個大系統(tǒng)，其構(gòu)成物理要素有: 引力常數(shù)減小條件下核素放射性衰變所產(chǎn)生的地電荷、 地球的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動、 地磁場、 太陽黑子活動、 磁暴、 大氣電場和雷電、 工業(yè)和日常生活中產(chǎn)生的電磁場等，所以地震臺站觀測到的電磁場信息是十分復(fù)雜和豐富的。云南通海和烏魯木齊臺的ELF電磁觀測(MT)是定點(diǎn)觀測，在無大的環(huán)境、 地質(zhì)、 地震事件、 工業(yè)干擾等因素的影響下，觀測點(diǎn)附近的電磁信號在一定時間內(nèi)是相對穩(wěn)定的，根據(jù)范曄等(2013)統(tǒng)計(jì)電磁場同一地點(diǎn)觀測到的舒曼諧振各階本征頻率對應(yīng)的譜密度呈現(xiàn)年周期變化，是一種漸變的趨勢，變化范圍較穩(wěn)定； 本文確定背景值的依據(jù)是考察不同臺站在一定的時段，觀測區(qū)域500km內(nèi)無中強(qiáng)地震事件和明顯的干擾事件等，測值波動較小(不超過2倍均方差)作為分析的相對背景值。

圖3 新疆烏魯木齊臺2008年1月 1日至9月1日頻率1Hz(a)、 39Hz(b) SN向磁場(H1)自功率譜密度曲線Fig. 3 The auto-power spectral density curves of magnetic fields with different frequencies at Urumqi station， Xinjiang during January 1，2008 to September 1，2008. (a)the north-south 1Hz magnetic field H1，(b)the north-south 39Hz magnetic field H1. 小方框(a′)對應(yīng)5月4日至5月27日的放大部分； 地震事件符號同圖1

2.2 新疆烏魯木齊臺觀測資料

距離汶川8.0級地震約1,980km的新疆烏魯木齊臺(圖1)，在觀測期間，不同頻率的電磁場分量自功率譜密度在汶川地震(2008年5月12日)前的5月1日至震后的5月31日，出現(xiàn)了同步的電磁場脈沖異常，而且不同日期、 不同頻率之間有較好的對應(yīng)性。圖3(a，b)分別表示2008年1月1日至2008年9月1日期間1Hz、 39Hz SN向磁場分量(H1)的自功率譜密度變化曲線； EW分量(H2)從2008年3月底受到環(huán)境干擾，所以無法確定變化的具體信息(圖5)，討論從簡。由表1、 圖3a的放大圖(a′)可見，

表1 烏魯木齊臺1Hz磁場(H1)分量6次異常的信息

Table1 The six anomalies of magnetic field component (1Hz NS) at Urumqi station

序號日期(5月)變化天數(shù)/d變化量151約2個量級28—114>2個量級31311～2個量級41611～2個量級519—213>2個量級6251約2個量級

5月1日至5月31日，頻率為1Hz的自功率譜出現(xiàn)了6次脈沖異常，對于頻率為1Hz的自功率譜，5月12日汶川8.0級地震(WC)發(fā)生在第1、 2次脈沖異常后，在地震當(dāng)天沒有出現(xiàn)明顯的異常。第5、 6次異常脈沖的異常持續(xù)時間達(dá)7d(5月19—25日)，其間在距主震震中約260km處發(fā)生了汶川地震的最大余震青川地震(5月25日6.4級)(QC1)(圖1)。并顯示較低頻的1Hz的異常幅度大于較高頻的39Hz的異常幅度。表1 表示頻率為1Hz的6次異常的出現(xiàn)時間(Date)、 持續(xù)時間(days)和SN向磁場分量(H1)相對于背景場增大的幅度(anomaly amplitude)。

圖4 新疆烏魯木齊臺2008年1月1日至9月30日頻率為7.8Hz(a)、 14Hz(b)、 20Hz(c)和25.7Hz(d) SN向磁場分量(H1)的自功率密度譜曲線Fig. 4 The auto-power spectra density curves of different frequency magnetic fields at Urumqi station，Xinjiang during January 1，2008 to September 30，2008.(a)the north-south 7.8Hz magnetic field H1，(b)the north-south 14Hz magnetic field H1，(c)the north-south 20Hz magnetic field H1，and(d)the north-south 25.7Hz magnetic field H1. 地震事件符號同圖1

圖5 新疆烏魯木齊臺2008年1月1日至9月30日頻率為7.8Hz(a)、 14Hz(b)、 20Hz(c)和25.7Hz(d)EW向磁場分量(H2)的自功率密度譜曲線Fig. 5 The auto-power spectral density curve of different frequency magnetic fields at Urumqi station，Xinjiang during January 1，2008 to September 30，2008.(a)the east-west 7.8Hz magnetic field H2，(b)the east-west 14Hz magnetic field H2，(c)the east-west 20Hz magnetic field H2，(d)the east-west 25.7Hz magnetic field H2. 地震事件符號同圖1

圖6 新疆烏魯木齊臺2008年1月 1日至10月25日頻率為82Hz(a)和128Hz(b) SN向磁場分量(H1)的自功率密度譜曲線Fig. 6 The auto-power spectral density curve of different frequency magnetic fields at Urumqi station，Xinjiang during January 1，2008 to October 25，2008.(a)the north-south 82Hz magnetic field H1，(b)the north-south 128Hz magnetic field H1. 地震事件符號同圖1

在其他頻率(7.8Hz、 14Hz、 20Hz、 25.7Hz)圖4 也觀測到類似的異?，F(xiàn)象，并且與1Hz的異常在時間上具有同步性。例如，2008年1月1日至9月1日頻率為1Hz(圖3a)和7.8Hz、 14Hz、 20Hz、 25.7Hz(圖4)、 39Hz(圖3b)的SN向磁場分量(H1)自功率譜曲線顯示，在5月1日至5月31日，都出現(xiàn)了與1Hz的異常對應(yīng)的6次異常，各頻率自功率譜的背景值低頻(如1Hz)比其他頻段的大，異常幅度亦有同步的變化。圖5 是7.8Hz、 14Hz、 20Hz、 25.7Hz頻率EW向磁場分量(H2)自功率譜曲線，從1月至3月有1個相對穩(wěn)定的背景值，其值比同頻率SN向的背景值??； 在2月10日和18日出現(xiàn)了2次功率譜超過2個量級的變化，2月20日印度尼西亞蘇門答臘MS7.7地震，而SN向磁場無此變化； 從4月開始EW向由于環(huán)境干擾測值不穩(wěn)定，在以后的分析中未做討論。

Hayakawa等(2005，2008)和曹丙霞等(2009)指出同一地點(diǎn)觀測到的舒曼諧振各階本征頻率對應(yīng)的譜密度呈現(xiàn)年周期變化，變化范圍較穩(wěn)定； 也具有穩(wěn)定的特征頻率，偏移量在0.5Hz以內(nèi); 不同地點(diǎn)觀測到的舒曼諧振頻率的頻譜密度會隨著觀測點(diǎn)到閃電源之間的距離和閃電活動的強(qiáng)度而變。同理地震孕育過程中或發(fā)生時產(chǎn)生的電磁波以不同的頻率和方式(地層波、 地面波、 天波(波導(dǎo)的形式))向四周傳播，對于近區(qū)主要是地層波占主導(dǎo)地位； 而對于遠(yuǎn)區(qū)，低頻電磁信號主要是以波導(dǎo)的形式傳播，能量損失較??； 高頻信息較快地衰減，能量損失較大； 對D2頻段的82Hz和128Hz(圖6)分析表明，5月1日至5月31日背景場有整體增大的趨勢，這可能是由于臺站距離地震區(qū)太遠(yuǎn)，各次脈沖異常之間可能發(fā)生相互交疊，難以清楚地分離，造成整體背景場增大。82Hz的SN向分量(H1)的異常脈沖幅度與128Hz的H1分量在汶川8.0級地震前后的異常幅度接近，但與1Hz和7.8Hz的異常脈沖幅度相比偏小，而背景值仍是低頻段大于高頻段。這似乎說明，磁場的背景值和異常幅度在較低頻率時大于較高頻率的背景值和異常幅度，這與正常時段觀測的電磁場不同頻率的自功率譜相一致(圖2)。另外，5月19日至25日的2次異常持續(xù)時間長達(dá)7d，可能與這期間發(fā)生了較強(qiáng)的汶川地震的青川余震(5月25日6.4級)有關(guān)，值得進(jìn)一步研究。

在觀測期間，盡管臺站及其周圍有一定的電磁干擾，但是沒有發(fā)現(xiàn)上述異?，F(xiàn)象與電磁干擾有明顯的對應(yīng)性，EW向4月以后的變化是明確的環(huán)境干擾。而舒曼諧振曲線(圖2)等顯示的合理性和規(guī)律性也證明了觀測資料是可信的。另外，地磁活動指數(shù)Kp和磁暴活動指數(shù)Dst都顯示，在出現(xiàn)上述異常期間，沒有出現(xiàn)較強(qiáng)的地磁活動(曾中超等，2009; 朱濤等，2011)，即異常不是由于地磁活動引起的。因此，推測上述異常最有可能是來自于地球內(nèi)部，與地震活動有關(guān)。

3 2008年其他>6.0級地震前后的電磁異常

2008年中國大陸發(fā)生的≥6.0級的地震還有(圖1)： 1月9日西藏改則6.9級地震(GZ)、 3月21日新疆于田7.3級地震(YT)、 8月25日西藏日喀則仲巴6.8級地震(REZ)、 8月30日四川攀枝花6.1級地震(PZH)。表2 給出了這些地震與烏魯木齊臺和云南通海臺的距離和相對方位。由于儀器原因，云南通海臺在汶川地震時沒有工作，文中將5月1日至9月30日的記錄作圖說明，并相關(guān)分析。

表2 大于6級地震的異常變幅與臺站的距離和相對方位的統(tǒng)計(jì)

Table2 Distance and azimuth of earthquakes(>6.0)relative to stations and anomaly notice

地震烏魯木齊臺云南通海臺1月9日西藏改則6．9地震(GZ)1260km，SSW，有異常1960km，NW，無明顯異常3月21日新疆于田7．3級地震(YT)1030km，SW，在82Hz與128Hz有異常2400km，NW，無異常5月12日汶川7．9級地震(WC)1980km，SE，有明顯異常760km，N，未工作8月25日西藏日喀則6．8級地震(REZ)1470km，SSW，有明顯異常2040km，NW，有異常8月30日四川攀枝花6．1級地震(PZH)2360km，SE，無異常240km，N，有異常

2008年1月9日西藏改則發(fā)生了M6.9地震(GZ)，1月16日發(fā)生了M6.0余震(圖1)。在地震NE方向約1,260km的新疆烏魯木齊地震臺，1月13日H1分量39Hz和128Hz的自功率譜出現(xiàn)<1個量級的增大異常(圖3b，6b)，1Hz的出現(xiàn)較大幅度的負(fù)異常(圖3a)。

2008年3月21日新疆于田7.3級地震(YT)前，地震震中NE方向的烏魯木齊臺(震中距約1,030km)，82Hz和128Hz的H1分量的自功率譜，在地震前5d內(nèi)先后出現(xiàn)了2次(第1次3月17日，第2次3月19日)幅度增大的脈沖異常，在3月17日的異常較大，達(dá)到約3個量級(圖6)。而1～39Hz(圖3，4)的H1分量無明顯的脈沖異常出現(xiàn)。

2008年8月25日西藏日喀則仲巴發(fā)生M6.8地震(REZ)，地震前7d，地震北方的烏魯木齊臺(震中距約1,470km)的H1分量的1Hz、 7.8Hz……128Hz的自功率譜曲線(圖3，4，6)都顯示有幅度增大的脈沖異常，幅度約1～2個量級。地震SE方向的云南通海臺(震中距2,040km)的H1和H2分量在1～128Hz頻段的自功率譜8月25日出現(xiàn)了1～2個量級的異常(圖7)。

2008年8月30日四川攀枝花6.1級地震(PZH)前，地震震中南方的云南通海臺(震中距240km)的1Hz、 7.8Hz、 82Hz、 128Hz頻率的自功率譜變化如圖7。 8月28日H1和H22個分量82～128Hz頻段的自功率譜曲線顯示的增大脈沖異常幅度為1～2個量級，82Hz的最大，達(dá)到2～3個量級。新疆烏魯木齊臺沒有出現(xiàn)明顯的脈沖異常。

圖7 云南通海臺2008年5月1日至9月30日1Hz、 7.8Hz、 82Hz、 128Hz磁場功率譜曲線Fig. 7 The power spectrum curves of different frequency magnetic fields at Tonghai station，Yunnan during May 1，2008 to September 30，2008.(a)the north-south 1Hz magnetic field H1，(b)the north-south 7.8Hz magnetic field H1，(c)the north-south 82Hz magnetic field H1，(d)the north-south 128Hz magnetic field H1. 地震事件符號同圖1

上述結(jié)果似乎表明，與地震有關(guān)的脈沖異常幅度的大小，除了與觀測頻率、 觀測分量有關(guān)外，還可能與臺站和地震震中之間的距離、 相對方位和(或)區(qū)域構(gòu)造有關(guān)。例如，改則地震(GZ)、 日額則地震(REZ)、 于田地震(YT)等，盡管它們與烏魯木齊震中距相當(dāng)，都為1,000～2,000多km，但異常現(xiàn)象卻不同(表2)，這可能與地震相對于臺站的方位有關(guān)。又如烏魯木齊臺與于田地震、 日額則地震位于相近的經(jīng)度線上(大致沿SN向)，都出現(xiàn)了不同幅度的異常。

4 討論

4.1 異常脈沖叢集(Cluster)

異常脈沖叢集是指，在1個地震事件之前和(或)地震期間，在較短的時間內(nèi)(如數(shù)天)先后出現(xiàn)一系列較大幅度的異?，F(xiàn)象。例如，5月12日汶川地震(WC)前，新疆烏魯木齊臺從5月1日至12日磁場分量自功率譜異常脈沖出現(xiàn)叢集現(xiàn)象，5月5日開始，經(jīng)過3d間隙期，5月9日至5月11日連續(xù)3d都出現(xiàn)異常(圖3，4)。5月25日青川6.4級地震(QC1)前，19—25日7d出現(xiàn)異常，在之前的14日和16日也出現(xiàn)了異常。對于不同的地震，脈沖叢集及其之中每個脈沖持續(xù)時間的長度可能不同，也可能有的臺站的異常在其他臺站沒有出現(xiàn)。

4.2 關(guān)于異常的空間分布

上述分析說明，與地震有關(guān)的異常脈沖在離開地震震中>1,000km的臺站可以觀測到，并且異常脈沖的幅度可能與臺站相對于地震震中的距離和方位有關(guān)。張建國等(2013)對2008年四川汶川MS8.0地震前后地面觀測的3個電磁波臺站四川金河(距震中30km)、 四川劍閣(距震中200km)及鄭州二砂(距震中1,000km)的ULF觀測資料(1MHz～1Hz頻段)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)在汶川地震前電磁波異常信號低頻部分出現(xiàn)的時間較早； 距震中較近的臺站，異常信息在高頻部分相對明顯； 距震中稍遠(yuǎn)的臺站，異常信息在低頻部分相對明顯。汶川8.0 級地震前，經(jīng)過震中上空的DEMETER衛(wèi)星記錄的2～6kHz頻段的電場頻譜出現(xiàn)了增大的異?，F(xiàn)象，異常幅度達(dá)2個數(shù)量級(張學(xué)民等，2009a，b)。在距地震35km的四川成都地震臺地面觀測的地電場譜值增大了4個數(shù)量級(范盈盈等，2010)。這一現(xiàn)象在其他地震前和巖石加載破裂實(shí)驗(yàn)中也觀測到了(郭自強(qiáng)，1994; Hattorietal.，2004; Hayakawaetal.，2008; 高曙德等，2013; Davidetal.，2013)。

另外，DEMETER衛(wèi)星的專門研究組通過對全部6年半觀測數(shù)據(jù)的研究分析發(fā)現(xiàn)(Davidetal.，2013)，該期間全球所有5級以上地震前4h內(nèi)電磁場異常現(xiàn)象出現(xiàn)的概率很高，最高的概率出現(xiàn)在震中距440km內(nèi)，并指出交變電磁場的異常變化是這些研究中最重要的手段。這也說明，與地震有關(guān)的電磁場異?？梢猿霈F(xiàn)在幾百到1,000km距離范圍內(nèi)。

關(guān)于電磁場功率譜異常產(chǎn)生的原因，已經(jīng)有一些研究，較普遍的認(rèn)識是，地震前構(gòu)造應(yīng)力的變化可引起壓電、 壓磁、 摩擦生電或(和)動電作用等，于是產(chǎn)生電磁輻射現(xiàn)象并在臺站觀測記錄到電磁場異常。電磁場雖然不是應(yīng)力-應(yīng)變的直接測量手段，但其對微弱的應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)卻有極好的敏感性，本文記錄到一定距離的強(qiáng)震孕育引起的電磁場異常，強(qiáng)震前在微裂隙的發(fā)展過程中產(chǎn)生 “機(jī)-電轉(zhuǎn)換效應(yīng)或電磁輻射”引起了電磁場的強(qiáng)能量低頻短周期擾動。電磁諧波異常不僅在強(qiáng)震震源區(qū)(近場)記錄到，在遠(yuǎn)場電磁場記錄中也有反映，而地震前電磁擾動信息的時間較短，信息量的強(qiáng)弱與地震大小、 方向，震中距及臺站的地質(zhì)條件有關(guān)，擾動信息具有陣發(fā)性、 方向性的特點(diǎn)； Huang(2002; 2011a，b)對地震電磁異?？臻g分布選擇性實(shí)驗(yàn)?zāi)M和數(shù)值模擬計(jì)算得到，地表介質(zhì)電性非均勻性以及地下特定導(dǎo)電通道等可以較好地解釋地震電信號選擇性現(xiàn)象，其貢獻(xiàn)的大小與模型具體的電性結(jié)構(gòu)和對比度等參數(shù)有關(guān)，電磁波頻率高于波導(dǎo)截止頻率的地震電磁信號能夠以較小的衰減進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳播，并呈現(xiàn)選擇性分布。而對于近場、 遠(yuǎn)場的地質(zhì)活動引起的電磁場變化可以根據(jù)觀測區(qū)域靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型，觀測電磁場的背景噪聲與地質(zhì)事件等記錄相互印證并加以甄別； 環(huán)境噪聲是影響電磁信號最大的因素，尤其是電場信號，受區(qū)域環(huán)境的影響更大，所以觀測人員記錄詳實(shí)的觀測日志，是資料分析的參考依據(jù)?？傊卣鸬脑杏桶l(fā)生是一個極其復(fù)雜的過程，當(dāng)前對這些地震電磁現(xiàn)象的認(rèn)識和理解依然十分有限，希望進(jìn)行總結(jié)對地震預(yù)測提供一些有益的探討。

致謝 在成稿之前得到了北京大學(xué)黃清華教授、 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)吳小平教授的指導(dǎo)和探討； 新疆烏魯木齊地震臺、 云南通海地震臺提供了電磁觀測數(shù)據(jù)，地震參數(shù)由中國地震局臺網(wǎng)中心提供； 審稿專家提出了十分寶貴的修改意見和建議： 在此一并表示感謝!

AV奧本海姆，R W謝弗，J R 巴克. 2001. 離散時間信號處理(第2版)[M].劉海棠，黃建國譯. 西安: 西安交通大學(xué)出版社.

Oppenheim A V，Schafer R W，Buck J R. 2001. Discrete-Time Signal Processing [M]. Translated into Chinese by Liu H T，Huang J G. Xi′an Jiaotong University Press，Xi′an(in Chinese).

曹丙霞，宋立眾，喬曉林. 2009. 震前舒曼諧振異常的研究現(xiàn)狀及討論 [J]. 地震，29(S1): 76—82.

CAO Bing-xia，SONG Li-zhong，QIAO Xiao-lin. 2009. Summary and discussion on Schumann resonance anomalies before earthquake [J]. Earthquake，29(S1): 76—82(in Chinese).

陳雪梅，武銀，張璇，等. 2013. 岷縣6.6級及蘆山7.0級地震前天水地電阻率井下觀測資料異常 [J]. 地震工程學(xué)報(bào)，35(4): 816—818.

CHEN Xue-mei，WU Yin，ZHANG Xuan，etal. 2013. The anomalies of earth resistivity recorded by the deep well observing system of Tianshui station before MinxianM6.6 earthquake and LushanM7.0 earthquake [J]. China Earthquake Engineering Journal，35(4): 816—818(in Chinese).

陳颙，李娟. 2003. 2001年地球物理學(xué)的一些進(jìn)展 [J]. 地球物理學(xué)進(jìn)展，18(1)： 1— 4.

CHEN Yong，LI Juan. 2003. Advances of geophysics in 2001 [J]. Progress in Geophysics，18(1): 1— 4(in Chinese).

陳運(yùn)泰. 2009. 地震預(yù)測： 回顧與展望 [J]. 中國科學(xué)(D輯)，39(12)： 1633—1658.

CHEN Yun-tai. 2009. Earthquake prediction: Retrospect and prospect [J]. Science in China(Ser D)，39(12): 1633—1658(in Chinese).

戴勇，高立新，張立豐. 2016. 甘-青地區(qū)地磁諧波振幅比分析 [J]. 地震工程學(xué)報(bào)，38(1): 12—25. doi: 10.3969/j.issn.1000-0844.2016.01.001,2.

DAI Yong，GAO Li-xin，ZHANG Li-feng. 2016. Study on the amplitude ratio of geomagnetic harmonic wave in Gansu-Qinghai region [J]. China Earthquake Engineering Journal，38(1): 12—25(in Chinese).

范曄，湯吉，趙國澤，等. 2013. 電磁監(jiān)測臺站觀測的舒曼諧振背景變化 [J]. 地球物理學(xué)報(bào)，56(7): 2369—2377. doi: 10.6038/cjg20130723.

FAN Ye，TANG Ji，ZHAO Guo-ze，etal. 2013. Schumann resonances variation observed from electromagnetic monitoring stations [J]. Chinese Journal of Geophysics，56(7): 2369—2377(in Chinese).

范瑩瑩，杜學(xué)彬，Jacques Zlotnicki，等. 2010. 汶川MS8.0大震前的電磁現(xiàn)象 [J]. 地球物理學(xué)報(bào)，53(12): 2887—2898. doi: 10.3969/j.issn.0001-5733.2010.12.012.

FAN Ying-ying，DU Xue-bin，Jacques Zlotnicki，etal. 2010. The electromagnetic phenomena before theMS8.0 Wenchuan earthquake [J]. Chinese Journal of Geophysics，53(12): 2887—2898(in Chinese).

高曙德，湯吉，杜學(xué)彬，等. 2010. 汶川8.0級地震前后電磁場的變化特征 [J]. 地球物理學(xué)報(bào)，53(3): 512—525. doi: 10.3969/j.issn.0001-5733.2010.03.005.

GAO Shu-de，TANG Ji，DU Xue-bin，etal. 2010. The change characteristics of electromagnetic field before to after WenchuanMS8.0 earthquake [J]. Chinese Journal of Geophysics，53(3): 512—525(in Chinese).

高曙德，湯吉，孫維懷. 2013. 盈江5.8級和緬甸7.2級地震前電磁異常 [J]. 地球物理學(xué)報(bào)，56(5)： 1538—1548. doi: 10.6038/cjg20130512.

GAO Shu-de，TANG Ji，SUN Wei-huai. 2013. Electromagnetic anomaly before the YingjiangMS5.8 and MyanmarMS7.2 earthquakes [J]. Chinese Journal of Geophysics，56(5): 1538—1548(in Chinese).

郭自強(qiáng). 1994. 地震低頻電磁輻射研究 [J]. 地球物理學(xué)報(bào)，37(S1): 261—268.

GUO Zi-qiang. 1994. Investigation on low-frequency seismo-electromagnetic emission [J]. Chinese Journal of Geophysics，37(S1): 261—268(in Chinese).

韓冰，湯吉，趙國澤，等. 2015. 小波極大值方法及其在電磁異常信號提取中的應(yīng)用 [J]. 地震地質(zhì)，37(3): 765—779. doi: 10.3969/j.issn.0253-4967.2015.03.008.

HAN Bing，TANG Ji，ZHAO Guo-ze，etal. 2015. Wavelet maxima method in identifying singularities in electromagnetic signal [J]. Seismology and Geology，37(3): 765—779(in Chinese).

郝建國，張?jiān)聘?，潘懷文，? 1995. 震前極低頻電磁異常及其頻譜特征 [J]. 地震學(xué)報(bào)，17(1): 81—88.

HAO Jian-guo，ZHANG Yun-fu，PAN Hui-wen，etal. 1995. Ultra low frequency electromagnetic wave anomaly and its spectrum characteristics before earthquakes [J]. Acta Seismologica Sinica，17(1): 81—88(in Chinese).

郝錦綺，錢書清，高金田，等. 2003. 巖石破裂過程中的超低頻電磁異常 [J]. 地震學(xué)報(bào)，25(1): 102—111.

HAO Jin-qi，QIAN Shu-qing，GAO Jin-tian，etal. 2003. ULF electric and magnetic anomalies accompanying the cracking of rock sample [J]. Acta Seismologica Sinica，25(1): 102—111(in Chinese).

黃清華. 2005. 地震電磁信號傳播的控制模擬實(shí)驗(yàn) [J]. 科學(xué)通報(bào)，50(16): 1774—1778.

HUANG Qing-hua. 2005. Controlled analogue experiments on propagation of seismic electromagnetic signals [J]. Chinese Science Bulletin，50(16): 1774—1778(in Chinese).

劉國棟，陳樂壽. 1993. 大地電磁測深研究 [M]. 北京: 地震出版社.

LIU Guo-dong，CHEN Le-shou. 1993. Study and Prospecting of MT and Electromagnetic Method [M]. Seismological Press，Beijing(in Chinese).

毛桐恩，席繼樓，王燕瓊，等. 1999. 地震過程中的大地電場變化特征 [J]. 地球物理學(xué)報(bào)，42(4): 520—528.

MAO Tong-en，XI Ji-lou，WANG Yan-qiong，etal. 1999. The variation characteristics of the telluric field in the process of earthquake [J]. Chinese Journal of Geophysics，42(4)： 520—528(in Chinese).

錢復(fù)業(yè)，趙璧如，錢衛(wèi)，等. 2009. 汶川8.0級地震HRT波地震短臨波動前兆及HRT波地震短臨預(yù)測方法： 關(guān)于實(shí)現(xiàn)強(qiáng)震短臨預(yù)測可能性的討論 [J]. 中國科學(xué)(D輯)，39(1): 11—23.

QIAN Fu-ye，ZHAO，Bi-ru，QIAN Wei，etal. 2009. Impending HRT wave precursors to the WenchuanMS8.0 earthquake and methods of earthquake impending prediction by using HRT wave [J]. Science in China(Ser D)，39(1): 11—23(in Chinese).

錢家棟，馬欽忠，李劭秾. 2013. 汶川MS8.0地震前成都臺NE測線地電阻率異常的進(jìn)一步研究 [J]. 地震學(xué)報(bào)，35(1)： 4—17.

QIAN Jia-dong，MA Qin-zhong，LI Shao-nong. 2013. Further study on the anomalies in apparent resistivity in the NE configuration at Chengdu station associated with WenchuanMS8.0 earthquake [J]. Acta Seismologica Sinica，35(1): 4—17(in Chinese).

孫維懷，湯吉，張平，等. 2012. 云南ELF電磁觀測資料的異常特征分析 [J]. 地震地質(zhì)，34(3): 488— 499.

SUN Wei-huai，TANG Ji，ZHANG Ping，etal. 2012. Research on the characteristics of anomalies in ELF electromagnetic observations in Yunnan Province [J]. Seismology and Geology，34(3): 488— 499(in Chinese).

湯吉，詹艷，王立鳳，等. 2008. 5月12日汶川8.0級地震強(qiáng)余震觀測的電磁同震效應(yīng) [J]. 地震地質(zhì)，30(3): 739—745.

TANG Ji，ZHAN Yan，WANG Li-feng，etal. 2008. Coseismic signal associated with aftershock of theMS8.0 Wenchuan earthquake [J]. Seismology and Geology，30(3): 739—745(in Chinese).

湯吉，趙國澤，王繼軍，等. 1998. 張北-尚義地震前后電阻率的變化及分析 [J]. 地震地質(zhì)，20(2): 164—171.

TANG Ji，ZHAO Guo-ze，WANG Ji-jun，etal. 1998. Variation and analysis of resistivity before and after the Zhangbei-Shangyi earthquake [J]. Seismology and Geology，20(2): 164—171(in Chinese).

田山，湯吉，王建國，等. 2009. 電磁場定點(diǎn)連續(xù)觀測在地震預(yù)測研究中的應(yīng)用 [J]. 地震地質(zhì)，31(3): 551—558. doi: 10.3969/j.issn.0253-4967.2009.03.016.

TIAN Shan，TANG Ji，WANG Jian-guo，etal. 2009. Continuous electromagnetic measurement at stationary stations and its application to earthquake prediction research [J]. Seismology and Geology，31(3): 551—558(in Chinese).

曾中超，張蓓，方廣有，等. 2009. 利用DEMETER衛(wèi)星數(shù)據(jù)分析汶川地震前的電離層異常 [J]. 地球物理學(xué)報(bào)，52(1): 11—19.

ZENG Zhong-chao，ZHANG Bei，F(xiàn)ANG Guang-you，etal. 2009. The analysis of ionospheric variations before Wenchuan earthquake with DEMETER data [J]. Chinese Journal of Geophysics，52(1): 11—19(in Chinese).

張建國，焦立果，劉曉燦，等. 2013. 汶川MS8.0地震前后ULF電磁輻射頻譜特征研究 [J]. 地球物理學(xué)報(bào)，56(4): 1253—1261. doi: 10.6038/cjg20130420.

ZHANG Jian-guo，JIAO Li-guo，LIU Xiao-can，etal. 2013. A study on the characteristics of ULF electromagnetic spectrum before and after the WenchuanMS8.0 earthquake [J]. Chinese Journal Geophysics，56(4): 1253—1261(in Chinese).

張學(xué)民，丁鑒海，申旭輝，等. 2009a. 汶川8級地震前電磁擾動與電磁立體監(jiān)測體系 [J]. 電波科學(xué)學(xué)報(bào)，24(1): 1—8. doi: 1005-0388(2009)01-0001-08.

ZHANG Xue-min，DING Jian-hai，SHEN Xu-hui，etal. 2009a. Electromagnetic perturbations before WenchuanM8 earthquake and stereo electromagnetic observation system [J]. Chinese Journal of Radio Science，24(1): 1—8(in Chinese).

張學(xué)民，申旭輝，歐陽新艷，等. 2009b. 汶川8級地震前空間電離層VLF電場異?，F(xiàn)象 [J]. 電波科學(xué)學(xué)報(bào)，24(6): 1024—1032.

ZHANG Xue-min，SHEN Xu-hui，OUYANG Xin-yan，etal. 2009b. Ionosphere VLF electric field anomalies before WenchuanM8 earthquake [J]. Chinese Journal of Radio Science，24(6): 1024—1032(in Chinese).

張?jiān)屏?，劉曉玲，安海靜，等. 1994. MT重復(fù)測量在地震中短期預(yù)報(bào)中的應(yīng)用： 祁連山中段MT剖面監(jiān)測研究 [J]. 地球物理學(xué)報(bào)，37(2): 200—210.

ZHANG Yun-lin，LIU Xiao-ling, AN Hai-jing，etal. 1994. Application of the MT repeated measurements to the medium and short-term prediction of earthquake: Monitoring and studying a profile in the middle segment of Qilian Mountain by MT [J]. Chinese Journal of Geophysics，37(2): 200—210(in Chinese).

趙國澤，陳小斌，湯吉. 2007. 中國地球電磁法新進(jìn)展和發(fā)展趨勢 [J]. 地球物理學(xué)進(jìn)展，22(4): 1171—1180.

ZHAO Guo-ze，CHEN Xiao-bin，TANG Ji. 2007. Advanced geo-electromagnetic methods in China [J]. Progress in Geophysics，22(4): 1171—1180(in Chinese).

趙國澤，陸建勛. 2003. 利用人工源超低頻電磁波監(jiān)測地震的試驗(yàn)與分析 [J]. 中國工程科學(xué)，5(10): 27—33.

ZHAO Guo-ze，LU Jian-xun. 2003. Monitoring & analysis of earthquake phenomena by artificial SLF waves [J]. Engineering Science，5(10): 27—33(in Chinese).

趙國澤，王立鳳，詹艷，等. 2012. 地震預(yù)測人工源極低頻電磁新技術(shù)(CSELF)和第一個觀測臺網(wǎng) [J]. 地震地質(zhì)，34(4): 576—585. doi: 10.3969/j.issn.0253-4967.2012.04.004.

ZHAO Guo-ze，WANG Li-feng，ZHAN Yan，etal. 2012. A new electromagnetic technique for earthquake monitoring-CSELF and the first observational network [J]. Seismology and Geology，34(4): 576—585(in Chinese).

趙玉林，趙璧如，錢衛(wèi)，等. 2010. HRT地震前兆波及其機(jī)制 [J]. 地球物理學(xué)報(bào)，53(3): 487—505. doi: 10.3969/j.issn.0001-5733.2010.03.003.

ZHAO Yu-lin，ZHAO Bi-ru，QIAN Wei，etal. 2010. HRT precursor wave and its mechanism [J]. Chinese Journal of Geophysics，53(3): 487—505(in Chinese).

朱濤，王蘭煒. 2011. DEMETER衛(wèi)星觀測到的與汶川地震有關(guān)的LF電場異常 [J]. 地球物理學(xué)報(bào)，54(3): 717—727. doi 10.3969/j.issn.0001-5733.2011.03.011.

ZHU Tao，WANG Lan-wei. 2011. LF electric field anomalies related to Wenchuan earthquake observed by DEMETER satellite [J]. Chinese Journal of Geophysics，54(3): 717—727(in Chinese).

Ataxias K，Kapiris P，Polygiannakis J，etal. 2001. Signature of pending earthquake from electromagnetic anomalies [J]. Geophysical Research Letters，28(17): 3321—3324.

Bleier T，F(xiàn)reund F. 2005. Impending earthquake have been sending us warning signals and people are starting to listen [J]. IEEE，Spectrum Int，(12)： 17—21.

David P，F(xiàn)ranti?ek N，Ondˇrej S. 2013. Additional attenuation of natural VLF electromagnetic waves observed by the DEMETER spacecraft resulting from preseismic activity [J]. Journal of Geophysical Research: Space Physics，118(8): 5286—5295.

Davis P，Jackson D，Johnston M. 1980. Further evidence of localized geomagnetic field changes before the 1974 Thanks Giving Day earthquake，Hollister，California [J]. Geophysical Research Letters，7(7)： 513—516.

Draganov A B，Inan U S，Taranenko Y N. 1991. ULF magnetic signatures at the earth surface due to ground water flow: A possible precursor to earthquakes [J]. Geophys Res Lett，18(6): 1127—1130.

Hattori K，Takahashi I，Yoshino C，etal. 2004. ULF geomagnetic field measurements in Japan and some recent results associated with Iwateken Nairiku Hokubu earthquake in 1998 [J]. Physics & Chemistry of the Earth，Parts A/B/C，29(4-9): 481— 494.

Hayakawa M，Nickolaenko A P，Sekiguchi M，etal. 2008. Anomalous ELF phenomena in the Schumann resonance band as observed at Moshiri(Japan)in possible association with an earthquake in Taiwan [J]. Natural Hazards & Earth System Sciences，8(6): 1309—1316.

Hayakawa M，Ohta K，Nickolaenko A P，etal. 2005. Anomalous effect in Schumann resonance phenomena observed in Japan，possibly associated with the Chi-chi earthquake in Taiwan [J]. Annales Geophysicae，23(4): 1335—1346.

Huang Q. 2002. One possible generation mechanism of co-seismic electric signals [J]. Proceedings of the Japan Academy Ser B Physical & Biological Sciences，78(7): 173—178.

Huang Q. 2008a. Geophysical measurements associated with theMS8.0 Wenchuan earthquake in Sichuan，China [C]. Eos Trans AGU，89(53)，F(xiàn)all Meet Suppl，Abstract，S52A 02(Invited).

Huang Q. 2008b. Seismicity changes prior to theMS8.0 Wenchuan earthquake in Sichuan，China [J]. Geophysical Research Letters，35(23): 285—295.

Huang Q. 2011a. Rethinking earthquake-related DC-ULF electromagnetic phenomena: Towards a physics-based approach [J]. Natural Hazards & Earth System Sciences，11(11): 2941—2949.

Huang Q. 2011b. Retrospective investigation of geophysical data possibly associated with theMS8.0 Wenchuan earthquake in Sichuan，China [J]. Journal of Asian Earth Sciences，41(4-5): 421— 427.

Johnston M，Uyeda S. 1999. Electromagnetic methods for monitoring earthquake and volcanic eruptions [C]. IUGG99，A72-A83，JSA15/GA1，Abstract，Birmingham，July. 19—30.

Lockner D A，Johnston M J S，Byerlee J D. 1983. A mechanism to explain the generation of earthquake lights [J]. Nature，302(5903): 28—33.

Morgunov U A，Matveev M Y. 1990. Electromagnetic emission on Spitak earthquake [J]. Geophysics，(6): 14—191.

Nikiforova N N，Yudakhin F N，Toktosopiev A M. 1989. Studies of electromagnetic emission of seismotectonic origin in the Kirghiz S.S.R. [J]. Physics of the Earth & Planetary Interiors，57(1-2): 68—75.

Orihara Y，Uyeda S. 2012. Preseismic anomalous telluric current signals observed in Kozu-shima Island，Japan [J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，109(47): 19125—8.

Parrot M. 2012. Statistical analysis of automatically detected ion density variations recorded by DEMETER and their relation to seismic activity [J]. Annals of Geophysics，55(1): 149—155.

Pulinets S. 2004. Ionosheric precursors of earthquakes: Recent advances in theory and practical applications [J]. Terrestrial，Atmospheric and Oceanic Sciences，15(3): 413— 435.

Reddy I K，Phillips R J，Whitcomb J H，etal. 1976. Monitoring of time dependent electrical resistivity by magnetotellurics [J]. Journal of Geomagnetism & Geoelectricity，28(2): 165—178.

Rikitake T. 2001. Prediction and Precursors of Major Earthquake [M]. Terra Scientific Publishing Company，Tokyo.

Schumann W O. 1952. Uber die Strahlungslosen eigenschwingungen einer leitenden Kugel，die von einer Liftschicht und einer Ionospharenhulle ist [J]. Zeitschrift für Naturforschung-Teil A Physik，7: 149—154.

Sharma S P，Baranwal V C. 2005. Delineation of groundwater-bearing fracture zones in a hard rock area integrating very low frequency electromagnetic and resistivity data [J]. Journal of Applied Geophysics，57(2): 155—166.

Uyeda S，Hayakawa M，Nagao T，etal. 2002. Electric and magnetic phenomena observed before the volcano-seismic activity in 2000 in the Izu Island region，Japan [J]. Proceedings of the National Academy of Sciences，99(11): 7352—5.

Uyeda S，Nagao T，Kamogawa M. 2009. Short-term earthquake prediction: Current status of seismo-electromagnetics [J]. Tectonophysics，470(s 3-4): 205—213.

Varotsos P，Alexopoulos K，Lazaridou M. 1991. Latest aspects of earthquake prediction in Greece based on seismic electric signals [J]. Tectonophysics，188(3-4): 321—347.

Varotsos P，Alexopoulos K，Nomicos K，etal. 1986. Earthquake prediction and electric signals [J]. Nature，322(6075): 120—120.

Warwick J W，Stoker C，Meyer T R. 1982. Radio emission associated with rock fracture: Possible application to the Great Chilean earthquake of May 22，1960 [J]. Journal of Geophysical Research Atmospheres，87(NB4): 2851—2859.

Xu G，Han P，Huang Q，etal. 2013. Anomalous behaviors of geomagnetic diurnal variations prior to the 2011 off the Pacific coast of Tohoku earthquake(MW9.0)[J]. Journal of Asian Earth Sciences，77(21): 59— 65.

Zhang X，Shen X，Zhao S，etal. 2013. The characteristics of quasistatic electric field perturbations observed by DEMETER satellite before large earthquakes [J]. Journal of Asian Earth Sciences，79(2): 42—52.

ELECTROMAGNETIC ANOMALOUS PULSES BEFORE AND AFTER EARTHQUAKES(M>6.0) IN CHINA CONTINENT IN 2008

GAO Shu-de1)ZHAO Guo-ze2)TANG Ji2)SU Yong-gang1)ZHAN Yan2)WANG Li-feng2)

1)LanzhouInstituteofSeismology，ChinaEarthquakeAdministration，Lanzhou730000，China2)InstituteofGeology，ChinaEarthquakeAdministration，Beijing100029，China

In this paper，we provided the electromagnetic anomaly phenomena prior to five earthquakes with magnitudeMW>6.0 occurring in China continent in 2008. The electromagnetic data in frequency bands 800～0.1Hz are recorded at two stations located in Urumqi，Xinjiang Uygur Autonomous Region(URQ)and Tonghai，Yunnan Province(TH). The time series of four horizontal components of the electromagnetic field at the stations are converted to the spectra using Fast Fourier Transform. The relationship between the electromagnetic anomalous phenomena and the earthquake events is studied through analyzing the temporal variation of electromagnetic spectra and comparing them with earthquake events. This study provides the new examples for electromagnetic anomaly phenomena before the earthquakes. The following features can be found. ①The obvious anomalous power spectrum density(PSD)of electromagnetic fields in frequency band of 128～0.5Hz appeared before earthquakes. The anomalous PSD is related to the earthquake magnitude and the epicenter distance. The anomaly size of magnetic PSD is about 1-3 orders of magnitude bigger than the background field before WenchuanMS8.0 earthquake. ② The changes of parameters are also related with frequency of the signal; The ELF signal strength observed at seismic stations is significantly related with distance between the stations or the measured magnetic and electrical field components and the source of earthquake. We also found that the field strength attenuated faster in area closer to the source than in far area. It is clear that the magnetic signals have higher signal noise ratio than the electric data. ③ The amplitudes are also related with the azimuth of the earthquake to station and with the frequency of the data. ④ The anomalous pulses showed cluster phenomenon in time.

anomalous electromagnetic pulse，earthquake monitoring，electromagnetic spectrum，pulse cluster

10.3969/j.issn.0253- 4967.2016.04.015

2015-11-18收稿，2016-04-06改回。

國家自然科學(xué)基金(41174059，41074047，41374077)資助。
*通訊作者： 趙國澤，男，研究員，E-mail: zhaogz@ies.ac.cn。

P315.72

A

0253-4967(2016)04-0987-18

高曙德，男，副研究員，主要從事地震監(jiān)測、 預(yù)報(bào)等研究，E-mail： gsd_gsd@126.com。