杜學(xué)彬, 張元生, 譚大誠, 安張輝, 王建軍, 范瑩瑩, 劉 君, 陳軍營(甘肅蘭州地球物理國家野外科學(xué)觀測研究站, 甘肅 蘭州 730000)

0 引言

1958年我國著名地震學(xué)家郭增建先生首次總結(jié)了1920年海原MS8.5大震前的地球物理現(xiàn)象,其中包括前震、地下水、地電、地聲、地光、動物、天氣及地磁場異常等[注]郭增建,蔣明先,劉成吉,等.1920年甘肅海原大地震調(diào)查報告.1958.張衡紀(jì)念冊,中國科學(xué)院蘭州地球物理研究所資料室,1964.[注]中國科學(xué)院蘭州地球物理研究所資料室.張衡紀(jì)念冊.1964.。我國科學(xué)家對這個總結(jié)給予了高度重視。此后,在郭增建先生倡導(dǎo)下,原中國科學(xué)院蘭州地球物理研究所[先后更名為中國科學(xué)院地球物理研究所蘭州分所(1959年)、中國科學(xué)院蘭州地球物理研究所(1966年)、蘭州地震大隊(1970年)、國家地震局蘭州地震研究所(1978年),中國地震局蘭州地震研究所(1998年),以下簡稱“蘭州所”]在蘭州地球物理觀象臺建立了大地電場觀測臺[1]。在1966年3月河北省邢臺先后發(fā)生6.8、7.2級地震后,蘭州所(即當(dāng)時的蘭州地球物理研究所)在邢臺隆堯震區(qū)開展了大地電磁測深工作,1967年3月河北省河間縣發(fā)生6.3級地震后,錢復(fù)業(yè)研究員等在該縣立坦建立了我國第一個DC對稱四極裝置地電阻率臺。從此開創(chuàng)了我國地電學(xué)方法在地震監(jiān)測預(yù)報中的工作。經(jīng)過50多年的發(fā)展,我國現(xiàn)已建成了目前世界上最大規(guī)模、規(guī)范化觀測的地電觀測網(wǎng)。目前,全國運行80多個臺站組成的地電阻率觀測網(wǎng)(1976年唐山MS7.8地震前后運行的觀測臺站約120個)，運行120多個臺站組成的地電場觀測網(wǎng)和約300個臺站組成的電磁擾動(即原稱的“電磁波”)觀測網(wǎng)。2019年蘭州所撤銷,組建了甘肅省地震局隸屬的區(qū)域研究所—蘭州巖土地震研究所(2019年以前蘭州所電磁學(xué)科組分別隸屬于蘭州所地電研究室、電磁研究室和西部強震預(yù)測研究室)。自1966年起至今半個多世紀(jì)的我國地震地電學(xué)發(fā)展歷程中,蘭州所地電學(xué)科組長期主持中國地震局地電學(xué)科牽頭工作和全國地電臺網(wǎng)技術(shù)管理工作,在地震地電學(xué)理論、觀測方法與技術(shù)、物理實驗、觀測數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)、震例研究、非震變化研究以及臺站建設(shè)技術(shù)、地震預(yù)測實踐等方面取得了巨多科技成果和創(chuàng)新進展,并從2008年起和地電學(xué)科專家在全國范圍內(nèi)共同推動了應(yīng)對地表觀測環(huán)境變化的井下地電阻率觀測技術(shù),長期堅持地震流動大地電磁野外監(jiān)測[2-27][注]杜學(xué)彬.深電極地電阻率觀測技術(shù)及實驗.地震預(yù)測業(yè)務(wù)發(fā)展戰(zhàn)略研討會報告(PPT).中國地震臺網(wǎng)中心主辦.2018年6月27日.[注]在蘭州所半個多世紀(jì)的地震地電學(xué)發(fā)展進程中100多位同行專家、學(xué)者產(chǎn)出了巨多重要科技成果,因篇幅有限,僅列出蘭州所地電學(xué)開創(chuàng)性工作和部分繼承者在蘭州所工作、學(xué)習(xí)期間產(chǎn)出的文獻.。在國際和境外學(xué)術(shù)交流方面,在希臘、美國、日本、印度尼西亞、羅馬尼亞、波蘭以及我國臺灣等開展了較廣泛的地震電磁學(xué)、地震地電學(xué)方面的學(xué)術(shù)交流。1994年錢家棟研究員等率先開展了與法國國家科學(xué)研究中心克萊蒙費朗地球物理觀象臺(CNRS-OPGC)合作,建立了甘肅天祝地震電磁臺站;2008年后建成、運行由3個臺站組成的中法國際合作地震電磁觀測網(wǎng),并開展了地震陸基電磁科學(xué)研究以及法國地震電磁衛(wèi)星Demeter空間對地電磁觀測合作研究。2016年(即1966年3月河北省邢臺地震后50年)在蘭州舉辦了首次在中國大陸地區(qū)召開的國際地震和火山電磁方法委員會(Electromagnetic Studies of Earthquakes and Volcanoes,以下簡稱“EMSEV”)研討會[28-29]。自1979年起,蘭州所培育了40多名地震地電學(xué)、地震電磁專業(yè)的碩士研究生,為我國地震系統(tǒng)和其他行業(yè)做出了突出的專業(yè)貢獻。為紀(jì)念蘭州所開創(chuàng)我國地震地電學(xué)及其發(fā)展的貢獻,應(yīng)陸續(xù)的系列性展示蘭州所在國內(nèi)外地震電磁學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生影響的多方面工作。本文介紹2016年國際研討會(EMSEV-2016 Workshop)舉辦過程及會議成果以及會后幾年來我國地震電磁方面的發(fā)展。

1 研討會籌備和組織

EMSEV(網(wǎng)站:http://www.emsev-iugg.org/emsev/)是國際大地測量與地球物理學(xué)聯(lián)合會(IUGG)2001年經(jīng) IUGG 執(zhí)委會批準(zhǔn)成立的國際地磁學(xué)與高空物理學(xué)協(xié)會(IAGA)、國際地震學(xué)與地球內(nèi)部物理學(xué)協(xié)會(IASPEI)、國際火山學(xué)和地球內(nèi)部化學(xué)協(xié)會(IAVCEI)之間跨學(xué)科的聯(lián)合學(xué)術(shù)組織。EMSEV致力于地震、火山電磁學(xué)方法的觀測和研究及其國際學(xué)術(shù)交流、合作,在國際上本領(lǐng)域很有影響[28,30]。該組織2002年以來先后在俄羅斯、菲律賓、法國、印度、羅馬尼亞、美國、日本、中國、意大利等國舉辦了兩年一次的國際學(xué)術(shù)研討會,并不定期舉行內(nèi)部工作會議,2016年在中國蘭州舉辦了中國大陸首次召開的學(xué)術(shù)研討會(EMSEV-2016 Workshop)。

經(jīng)中國地震局批準(zhǔn),在國家自然科學(xué)基金項目(41374080)支持下,蘭州所杜學(xué)彬研究員、安張輝副研究員于2014年9月在波蘭華沙召開的EMSEV-2014 workshop上提交了申辦2016年國際會議的申請,經(jīng)EMSEV支委會討論通過了在蘭州舉辦會議的決議。2015年9月EMSEV主席Jacques.Zlotnicki教授(法國UMR-CNRS-OPGC實驗室教授)等7名國內(nèi)外學(xué)者來蘭與蘭州所討論了舉辦2016年國際研討會的具體事項,確定了本次會議的科學(xué)主題為:觀測和認識與地震發(fā)生、火山噴發(fā)有關(guān)的多種電磁現(xiàn)象,開展地震火山電磁方法國際學(xué)術(shù)交流與合作、多種電磁方法交叉融合學(xué)術(shù)研討等科學(xué)交流活動。會后EMSEV與蘭州所(本次國際會議第一舉辦單位)、中國地震局地殼應(yīng)力研究所(本次國際會議第二舉辦單位)簽署了合作舉辦本次國際會議的三方備忘錄。根據(jù)備忘錄,本次國際會議由研討會Workshop和會前會Pre-Workshop 兩部分組成:擬2016年8月23—25日在北京召開會前會Pre-Workshop,由地殼應(yīng)力研究所承辦,主題為中國地震電磁衛(wèi)星相關(guān)內(nèi)容;Workshop是本次國際會議的核心,擬在2016年8月26—29日在蘭州召開。此后,中國地震局國際合作司、監(jiān)測預(yù)報司對研討會給予了大力支持和外事指導(dǎo),兩個業(yè)務(wù)司于2016年分別撥付了會議專項來支持本次Workshop。蘭州所時任領(lǐng)導(dǎo)等在舉辦本次Workshop以及申報、組織實施等方面給予了具體領(lǐng)導(dǎo)。按2015年9月擬定的會議程序,2016年8月26—29日如期在蘭州召開了本次Workshop。協(xié)辦單位包括中國地球物理學(xué)會(CGS)、中國地震學(xué)會(SSC)、國際地磁學(xué)與高空物理學(xué)協(xié)會(IAGA)、國際地震學(xué)與地球內(nèi)部物理學(xué)協(xié)會(IASPEI)、國際火山學(xué)和地球內(nèi)部化學(xué)協(xié)會(IAVCEI)等15個單位和國內(nèi)外學(xué)術(shù)組織。本次workshop組織有序和高效,科學(xué)活動豐富,程序安排符合國際慣例,在國際上產(chǎn)生了好的影響。在會議期間,甘肅日報、蘭州晚報、甘肅電視臺記者赴現(xiàn)場報道了本次workshop[31]。

2 研討會成果

2.1 學(xué)術(shù)會議交流

根據(jù)本次Workshop的科學(xué)主題,開展了8個專題的學(xué)術(shù)交流:(1)青藏高原地震活動與電磁前兆現(xiàn)象;(2)與大震、火山噴發(fā)有關(guān)的電磁信號;(3)用多種電磁方法和多學(xué)科方法研究地震和火山噴發(fā)事件;(4)識別地震和火山噴發(fā)前的巖石圈、空間前兆現(xiàn)象;(5)天然地震活動和誘發(fā)地震;(6)斷層活動和火山噴發(fā)機理、實驗和模型研究;(7)地震、火山噴發(fā)和其他自然災(zāi)害的前兆可靠性;(8) EMSEV國際合作項目交流。本次Workshop是一次國際地震電磁學(xué)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)盛會,科學(xué)活動包括會議報告、墻展報告、EMSEV業(yè)務(wù)會議、優(yōu)秀學(xué)生論文評審、論文出版、確定EMSEV-2018國際研討會的承辦國、我國地震電磁臺站考察等事項。會議展示了來自18個國家和地區(qū)的102篇論文摘要,其中Oral交流82篇、Poster展示20篇;來自16個國家和地區(qū)的141位代表與會(圖1),26位科學(xué)家、學(xué)者應(yīng)邀作了會議特邀報告。中國地震學(xué)會《Earthquake Science》和《地震學(xué)報》編輯部列席了Workshop業(yè)務(wù)會。

圖1 EMSEV-2016 Workshop(大部分)與會者合影Fig.1 Group photo of most participants at the EMSEV-2016 workshop

近百位來自國內(nèi)研究所、大學(xué)和地震系統(tǒng)的科學(xué)家和學(xué)者以及35位外籍學(xué)者展示了本領(lǐng)域的前瞻性研究成果。來自日本東京大學(xué)的上田誠也(Seiya UYEDA)、中國臺灣中央研究院李羅權(quán)、中國科技大學(xué)陳曉非、塔吉克斯坦科學(xué)院卡里莫·法舍德(Karimov FARSHED H)4位院士和43名教授、研究員參加了會議,并作了精彩的會議報告。研討會采取開幕式、閉幕式各半天的大會集中和兩天分會場的兩種交流方式,在集中交流開幕式上,國際地學(xué)領(lǐng)域著名科學(xué)家Seiya UYEDA院士、著名的地電場VAN方法創(chuàng)始人Panagiotis VAROTSOS教授(希臘雅典大學(xué)物理學(xué)教授)、EMSEV主席Jacques ZLOTNICKI教授等向與會者展示了國際上地震、火山電磁學(xué)領(lǐng)域的最新研究成果(圖2);我國地震電磁領(lǐng)域的同行(趙國澤、杜學(xué)彬、申旭輝研究員和何宇飛、陳斌副研究員)分別介紹了我國極低頻電磁、地電、地磁、流磁和電磁衛(wèi)星5個方面的內(nèi)容,向國內(nèi)外展示了我國地震電磁學(xué)觀測現(xiàn)狀、觀測技術(shù)和研究與應(yīng)用成果。

Workshop還在學(xué)術(shù)交流的空隙召開了EMSEV業(yè)務(wù)會議,討論了Workshop論文出版事項;討論了今后EMSEV國際科技交流事項;確定了2018年EMSEV-Workshop將在意大利波坦察舉辦;評選了本次Workshop優(yōu)秀學(xué)生論文,北京大學(xué),北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院的胡開顏、葉濤兩位研究生獲得最佳學(xué)生論文獎。

圖2 Jacques ZLOTNICKI教授(時任EMSEV主席)在回答與會者提出的問題[主持會議者為 美國地質(zhì)調(diào)查局Malcolm JOHNSTON教授(時任EMSEV副主席)]Fig.2 Professor Jacques ZLOTNICKI (then chairman of EMSEV) answers participant’s questions, and the host is Professor Malcolm JOHNSTON (then vice chairman of EMSEV) of USGS.

2.2 我國地震電磁臺站考察

蘭州地震研究所嘉峪關(guān)臺電磁觀測包括地電、地磁、電磁測項,是全國最優(yōu)秀的電磁觀測臺站之一。其中地電、地磁觀測多次連續(xù)獲得全國觀測資料質(zhì)量評比前三名,觀測資料被廣泛應(yīng)用于地震監(jiān)預(yù)預(yù)測實踐和科學(xué)研究。在Workshop集中交流之后,與會者于29日開始疏散,其中近20位外籍專家赴嘉峪關(guān)電磁臺站現(xiàn)場考察(圖3)。嘉峪關(guān)臺負責(zé)人向外籍專家介紹了該臺電磁觀測項目觀測運行及運行管理方法、觀測環(huán)境保護措施等,外籍專家對此表現(xiàn)出極大興趣。其中意大利等國家的科學(xué)家表示,他們將借鑒中國地震局的電、磁、電磁臺網(wǎng)運行管理模式,促進他們國家的觀測臺站產(chǎn)出更高質(zhì)量的觀測結(jié)果。

2.3 科技促進作用

本次在蘭州舉辦的EMSEV-2016 Workshop達到了“走出去”和“引進來”的預(yù)期目的。所謂“走出去”就是向國際上展示了我國地震電、磁、電磁學(xué)觀測和研究、應(yīng)用方面的創(chuàng)新成果;所謂“引進來”就是取長補短引進國外地震電磁學(xué)領(lǐng)域先進的研究方法和思路、觀測技術(shù)等,推進我國地震電磁觀測技術(shù)、科學(xué)研究的發(fā)展,提升地震預(yù)測預(yù)報技術(shù)水平。來自18個國家和地區(qū)的102篇論文報告涵蓋了地震電磁學(xué)理論研究、物理實驗、觀測技術(shù)、觀測運行、數(shù)據(jù)應(yīng)用等多方面的先進科學(xué)內(nèi)容,使與會者感受到了地震電磁方法在未來地震科學(xué)研究、監(jiān)測預(yù)測中的重大前景,拓展了國內(nèi)外地震電磁學(xué)領(lǐng)域?qū)W者特別是年輕人才(其中我國年輕學(xué)者為多數(shù))的視角,領(lǐng)略了國際地震電磁學(xué)的先進技術(shù)、研究方法和未來發(fā)展思路。

圖3 EMSEV-2016 Workshop部分境外與會者參觀嘉峪關(guān)電磁臺站Fig.3 Some overseas participants of the EMSEV-2016 workshop visit Jiayuguan geoelectromagnetic station

在EMSEV-2016 Workshop后的幾年來,我國地震電磁學(xué)進一步發(fā)展。2018年2月發(fā)射、運行了ZH-1號電磁衛(wèi)星,進一步推進了空間對地的地震觀測[32],與我國大規(guī)模的陸基電磁臺網(wǎng)構(gòu)成了天-地一體化地震電磁監(jiān)測;極低頻ELF等地震電磁場觀測網(wǎng)監(jiān)測到了地震發(fā)生前短臨階段的視電阻率變化等異常[注]趙國澤,等.中國地震電磁研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢.2021.[《中國科學(xué)》地球科學(xué))待發(fā)表];地震地磁學(xué)方法進一步發(fā)展了地磁場垂直分量日變化空間相關(guān)異常等地震預(yù)測方法,并取得了數(shù)次地震前的中短期預(yù)測結(jié)果[33]。近年來,地震地電場、地電阻率方法也取得了明顯進展。已注意到,地電場觀測存在兩個基本觀測事實:(1)在地電場觀測中因產(chǎn)生電極與土壤等的接觸電位差、極化電位等,人們并不易準(zhǔn)確的測量地電場,但能在一定程度上準(zhǔn)確地測量地電場的變化,且在高觀測質(zhì)量的臺站,同時段、同方向的長、短極距測道測量的地電場變化幅度是相同或基本相同的(包括潮汐響應(yīng)變化和短周期、脈沖等快變化)。(2)同一臺站的北分量Ex、東分量Ey的變化幅度長期表現(xiàn)為|ΔEx|>|ΔEy|或反之(只要布極裝置不變),這與臺址地下介質(zhì)電性各向異性有關(guān)。基于上述新認識,發(fā)展了用地電場擾動變化界定地球電磁活動的地電擾動指數(shù),與地磁擾動指數(shù)相互補充和參考可更準(zhǔn)確地界定電磁活動水平;把傳統(tǒng)的單臺、單測道的地電場時間序列數(shù)據(jù)應(yīng)用方法拓展為:每臺兩個正交分量合成地電流(密度)矢量→多臺地電流矢量構(gòu)成區(qū)域性大地電流矢量的流場分布,流場分布的時變性在地球電磁環(huán)境變化、大地電流的長周期變化、地下電性結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造、活動構(gòu)造的監(jiān)測與研究和生命線工程防損技術(shù)以及地震等地質(zhì)災(zāi)害事件監(jiān)測預(yù)報等多個領(lǐng)域有重要意義[24];地電場觀測在地震預(yù)測預(yù)報中得到了有效的具體應(yīng)用。關(guān)于各向異性介質(zhì)中地電阻率變化的本構(gòu)關(guān)系研究、場地干擾的非震變化數(shù)值模擬取得了長足進展。特別是關(guān)于遠距離大震前的地電阻率趨勢異常變化的研究獲得了新認識,初步認為:在中國大陸廣大區(qū)域同步/似同步發(fā)生的年際尺度的地電阻率分階段性的變化其持續(xù)時間(多數(shù)約6 年、3 年等)對應(yīng)地球自轉(zhuǎn)加速年以及極移速度的顯著周期[注]杜學(xué)彬,等.地球物理場年際長趨勢、大動態(tài)變化與地球自轉(zhuǎn)變化.國家自然科學(xué)基金申請書(接收編號:4207040899).2020.。此認識有助于人們對于中國大陸地電阻率(甚至包括地形變、地下流體等應(yīng)變類前兆)異常時空復(fù)雜性的認識以及關(guān)于大陸/大區(qū)域的地電阻率異常時空叢集對應(yīng)地震高活動水平的“同源異象”[12,34]原因的認識。

3 致謝

本次國際會議主要由中國地震局原蘭州所具體組織安排,中國地震局原地殼應(yīng)力研究所等18個國內(nèi)外學(xué)術(shù)機構(gòu)、科研院校等組織或協(xié)組,中國地震局國際合作司和監(jiān)測預(yù)報司給予了專項經(jīng)費支持和外事等業(yè)務(wù)指導(dǎo);原蘭州所時任領(lǐng)導(dǎo)和外事辦公室、發(fā)展與財務(wù)處、監(jiān)測預(yù)報處等做了大量的組織領(lǐng)導(dǎo)、會務(wù)費管理、外事等工作;蘭州所西部強震預(yù)測研究室全力負責(zé)會議各具體事項,原研究室領(lǐng)導(dǎo)和沈旭章、魏叢信、葛偉鵬等組織或參與了論文摘要審查、外賓聯(lián)系、會場拍攝等具體繁瑣的會務(wù)工作;甘肅省地震局嘉峪關(guān)地震臺原時任領(lǐng)導(dǎo)和職工等在境外專家考察該臺電、磁觀測時作了很多具體工作。在此一并致謝！