地震電磁波觀測(cè)手冊(cè)范本

./地震電磁波前兆臺(tái)站觀測(cè)知識(shí)手冊(cè)XX省地震監(jiān)測(cè)中心2007-10-9第一章地震電磁輻射現(xiàn)象與我國(guó)研究工作概況第一節(jié)我國(guó)歷史上對(duì)地震電磁輻射現(xiàn)象的觀察與古人震兆經(jīng)驗(yàn)的記載根據(jù)《地震光》一書(shū)中所收集的資料表明,早在我國(guó)兩千七百多年前的周幽王二年間,XX岐山曾發(fā)生大地震?！对?shī)經(jīng)》記述了這次地震前大氣中的發(fā)光現(xiàn)象：當(dāng)年的十月"燁燁震電,不寧不令。白川沸騰,山冢萃崩。高岸為谷,深谷為陵。"描述震前發(fā)生地光似如震電。繼后發(fā)生地震,大地劇烈顛簸,山體驟然崩塌。高岸移為谷地,深谷變成了丘陵。1920年海原大地震后,XX隆德縣縣志還記述了我國(guó)古人將這種現(xiàn)象作為震兆經(jīng)驗(yàn),曰："夜半晦黑,天忽然開(kāi)朗,光明照耀,無(wú)異日中,勢(shì)必地震。"根據(jù)這一經(jīng)驗(yàn)說(shuō)：深夜,天很黑暗的情況下,忽然發(fā)起光來(lái),就象中午的日光那樣明亮,看樣子定會(huì)發(fā)生地震。類似的歷史記載,真實(shí)地描述了我國(guó)歷史上一些大地震前的異常發(fā)光現(xiàn)象。而且這種震前發(fā)光現(xiàn)象有一定的重復(fù)性,因此才能在古人的長(zhǎng)期遭遇中形成震兆經(jīng)驗(yàn)。這種伴隨地震而產(chǎn)生的大氣發(fā)光現(xiàn)象也是由于電磁效應(yīng)所引起的。根據(jù)近幾年國(guó)內(nèi)外的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果已初步揭示了它的奧密,其原因主要是由于巖石破裂時(shí)產(chǎn)生電子發(fā)射,此時(shí)外逸電子激發(fā)震中區(qū)周圍的氣體而產(chǎn)生光輻射。我國(guó)有關(guān)震前地光的文字記載比國(guó)外最早期的歷史上的發(fā)現(xiàn)還要早半個(gè)多世紀(jì)。因此從某種意義上說(shuō),訖今為止我國(guó)是世界上最早發(fā)現(xiàn)并記載地震電磁輻射現(xiàn)象與其震兆經(jīng)驗(yàn)的國(guó)家。但由于震前發(fā)光現(xiàn)象的"時(shí)間提前量"甚短,而且很不容易被記錄下來(lái)。因此,具體應(yīng)用現(xiàn)今的地震預(yù)報(bào)是比較困難的。第二節(jié)近代新發(fā)現(xiàn)和十幾年來(lái)我國(guó)所進(jìn)行的觀測(cè)與研究工作概況隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,各類電器與電子設(shè)備在世界各地普遍使用。而且電子設(shè)備的工作頻率覆蓋X圍越來(lái)越寬闊,對(duì)外界電磁信號(hào)的感受能力也越來(lái)越靈敏。這些電子設(shè)備的放大器輸入端的外接天線或金屬導(dǎo)體處于地震電磁輻射場(chǎng)內(nèi)便接收到。"異常信號(hào)",這些"異常信號(hào)"會(huì)對(duì)電子設(shè)備的工作狀態(tài)造成干擾,于是就會(huì)表現(xiàn)出"非正常的情況"。因此,國(guó)內(nèi)外有關(guān)地震前各類電器與電子設(shè)備遭受干擾以致不能正常工作的諸種怪異現(xiàn)象越來(lái)越多地被震區(qū)的人們所發(fā)現(xiàn)。例如,在臨震期間發(fā)現(xiàn)收音機(jī)無(wú)故突然出現(xiàn)雜音干擾甚至訊號(hào)中斷；晶體管鬧鐘無(wú)故停擺；有線串線<癱瘓>；甚至與市電網(wǎng)絡(luò)脫離的日光燈管自動(dòng)起輝……等等不勝枚舉。1977年XX溧水縣發(fā)生Ms4．1級(jí)地震前,在震中區(qū)水田里插秧的幾位婦女,偶而直起腰來(lái)休息時(shí),竟然發(fā)現(xiàn)她們的頭發(fā)蓬了起來(lái)?；ハ鄬?duì)望,正在驚詫之間便發(fā)生了地震。她們卻不知道當(dāng)時(shí)自己的頭發(fā)上已堆積了不少的電荷。震后,一切又都恢復(fù)了正常。許多調(diào)查事實(shí)還表明,這些現(xiàn)象具有較好的重現(xiàn)性,表明它們并不是某種非震因素與地震事件之間在時(shí)間上的巧合。例如,我國(guó)1966年XXXX7．2級(jí)大震前一天晚上有人在極震區(qū)寧晉縣耿莊橋值夜班時(shí)發(fā)現(xiàn)收音機(jī)短波段出現(xiàn)四、五次收不到電臺(tái)信號(hào)；震前幾分鐘又曾有人發(fā)現(xiàn)收音機(jī)突然出現(xiàn)強(qiáng)烈干擾。此后,在1969年XX渤海<7．4級(jí)>、1970年XX通海<7．7級(jí)>、1973年XX爐霍<7．9級(jí)>、1974年XX瑪曲<7．1級(jí)>和1976年XX<7．8級(jí)>大震前,震中區(qū)都發(fā)現(xiàn)了收音機(jī)遭受強(qiáng)烈干擾的現(xiàn)象。同時(shí)在人口稠密地區(qū)發(fā)生中強(qiáng)震前也發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象。例如,1970年10月29日XX金湖縣發(fā)生4．2級(jí)地震前兩小時(shí),震中區(qū)一位魚(yú)場(chǎng)工人發(fā)現(xiàn)家中正在收聽(tīng)著電臺(tái)節(jié)目的收音機(jī)突然受到強(qiáng)烈干擾無(wú)法尋找電臺(tái),震后即恢復(fù)了正常。1974年4月22日對(duì)各種類型的電子設(shè)備在地震前無(wú)故受擾的情況進(jìn)行分析,還發(fā)現(xiàn)震前電磁輻射干擾信號(hào)的頻譜是很寬闊的。從工作在超低頻頻段的測(cè)量設(shè)備直到工作在微波波段的廣播通訊設(shè)備都曾有過(guò)震前受擾的例子。例如,在一些自然電位測(cè)量系統(tǒng)中,在工作頻率遠(yuǎn)小于一個(gè)赫茲的情況下在震前發(fā)現(xiàn)電場(chǎng)擾動(dòng)異常；在許多采用離散讀數(shù)的地電測(cè)報(bào)點(diǎn)上,曾發(fā)現(xiàn)震前表針出現(xiàn)不規(guī)則的擺動(dòng)和往返頻度大約相當(dāng)于幾個(gè)赫茲的拌抖幌現(xiàn)象。這是屬于在超低頻段的反應(yīng)。而收音機(jī)受擾頻段,則從幾百千赫茲直到幾十兆赫茲。甚至直到微波通訊也有受擾事例。上述現(xiàn)象一般都出現(xiàn)在震前幾小時(shí)到幾天的時(shí)間內(nèi)。這些新的發(fā)現(xiàn),暗示我們：臨震階段可能有某種與地震有關(guān)的較高電平和較寬頻譜的異常電磁輻射信號(hào)出現(xiàn)。為了考查震前電磁輻射現(xiàn)象與地震之間的客觀聯(lián)系進(jìn)而探討利用這種現(xiàn)象進(jìn)行地震預(yù)報(bào)的可能性,七十年代中期以來(lái)的幾十年間,我國(guó)曾有十幾個(gè)省市的專業(yè)與地方地震部門(mén)的科研、觀測(cè)人員相繼開(kāi)展了較廣泛的觀測(cè)與研究工作,是屬于世界上進(jìn)行此項(xiàng)開(kāi)拓研究比較早的國(guó)家之一。七十年代中期,我國(guó)正處于本世紀(jì)第四個(gè)地震活動(dòng)的高潮期中,不僅我國(guó)西部多地震地區(qū)相繼發(fā)生了大地震,而且在我國(guó)東部人口稠密地區(qū)相繼發(fā)生了一系列的中強(qiáng)地震乃至強(qiáng)烈地震。慘重的地震災(zāi)害曾一度激起社會(huì)各界對(duì)地震預(yù)報(bào)的強(qiáng)烈關(guān)注。我國(guó)專業(yè)與地方地震科技人員和我國(guó)各手段的同志們一樣懷著對(duì)地震預(yù)報(bào)問(wèn)題的事業(yè)心,為了不斷提高我國(guó)短臨預(yù)報(bào)的科學(xué)技術(shù)水平,紛紛利用各地的地震現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展地震電磁輻射的觀測(cè)研究工作。到八十年代中期的十年間,我國(guó)相繼建立了50多個(gè)地震電磁輻射觀測(cè)試驗(yàn)點(diǎn)。它們主要分布在我國(guó)華北地區(qū)的京、津、XX；華東地區(qū)的XX、XX、XX；西南地區(qū)的XX、XX與XX等地。我國(guó)多數(shù)研究單位早期所選用的觀測(cè)頻段都以超低頻頻段為主并逐步發(fā)展為多頻段觀測(cè)。我們與國(guó)外相比,是比較早地注意超低頻電磁輻射現(xiàn)象并開(kāi)展觀測(cè)研究的國(guó)家。而且較早地取得一批Ms6級(jí)左右地震的超低頻觀測(cè)記錄資料。如1979年XXXX<6．0級(jí)>、1981年XX隆堯<5．8級(jí)>、1983年XX荷澤<5．9級(jí)>、1984年XX南黃海<6．2級(jí)>、1985年XX祿勸<6．1級(jí)>地震等。其中有的還是在幾十公里的"近場(chǎng)"觀測(cè)下取得的觀測(cè)結(jié)果。經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)各研究單位在廣泛的頻段上長(zhǎng)期多路探索取得了大量可貴的觀測(cè)證據(jù)。證實(shí)了地震電磁輻射現(xiàn)象的客觀存在,并與地震發(fā)生之間確實(shí)存在著較好的相關(guān)性。在科研與監(jiān)測(cè)相結(jié)合的動(dòng)力推動(dòng)下,八十年代中期在XX、XX、XX、XX、XX等省相繼建立了初具規(guī)模的地震電磁輻射監(jiān)測(cè)網(wǎng),其中XX省地震局在1985年對(duì)四次中強(qiáng)震震例資料進(jìn)行綜合清理的基礎(chǔ)上,將地震電磁輻射方法列為短臨預(yù)報(bào)正式手段。1989年國(guó)家地震局科技監(jiān)測(cè)司組織有關(guān)專家對(duì)XX電磁輻射臺(tái)網(wǎng)與所研制的儀器進(jìn)行了鑒定驗(yàn)收,并在國(guó)內(nèi)推廣應(yīng)用。在實(shí)驗(yàn)與理論研究方面,國(guó)家地震局地球物理所、XX省地震局、XX省地震局、工業(yè)大學(xué)、工業(yè)學(xué)院、大學(xué)、市三十一中等單位開(kāi)展了野外爆破電磁效應(yīng)觀測(cè)與巖石破裂實(shí)驗(yàn)、低頻波野外發(fā)射試驗(yàn)等。大量的研究工作結(jié)果,證實(shí)了伴隨巖石破裂產(chǎn)生的電磁輻射效應(yīng)。中國(guó)電波傳播研究所,XX大學(xué)與XX省地震局等有關(guān)單位的老教授、專家與科技人員進(jìn)行了有關(guān)物理模型的理論計(jì)算。尤其是中國(guó)科技大學(xué)研究生院郭自強(qiáng)教授所領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行的巖石破裂電磁效應(yīng)實(shí)驗(yàn)所取得的研究成果,進(jìn)一步揭示了巖石破裂時(shí)產(chǎn)生電磁輻射的原因,是因?yàn)榱鸭y擴(kuò)展過(guò)程中在其端部產(chǎn)生電子發(fā)射。并且,國(guó)家地震局地球物理研究所錢(qián)書(shū)清等人<1994>在遠(yuǎn)離巖樣標(biāo)本2米處放置不同方位的天線接收巖石破裂電磁輻射實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所接收信號(hào)的大小可能與主破裂方位有關(guān)。豐富的觀測(cè)資料逐漸增加了我們對(duì)地震電磁輻射前兆的認(rèn)識(shí)；廣泛的實(shí)驗(yàn)與理論研究結(jié)果提供了初步的物理依據(jù)。觀測(cè)地震孕育過(guò)程中所激勵(lì)的電磁信息,分析其信號(hào)特征與規(guī)律,從而探索對(duì)地震的預(yù)報(bào)參數(shù),是地震電磁前兆研究的重要內(nèi)容之一。近些年來(lái),地震電磁輻射效應(yīng)越來(lái)越引起國(guó)內(nèi)外地震科學(xué)工作者的重視,從室內(nèi)巖石破裂電磁輻射模擬實(shí)驗(yàn),到地震現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)研究方面都取得了豐富的資料,有關(guān)發(fā)生與傳播機(jī)理的理論探索方面,也已達(dá)到一定的深度。研究結(jié)果表明,從震前電磁波輻射信號(hào)中提取短臨前兆信息是有希望的。地震電磁輻射的觀測(cè)原理在這一章里,先介紹一些與我們的觀測(cè)工作有關(guān)的無(wú)線電基本知識(shí)。然后介紹觀測(cè)原理與方法?；局R(shí)電磁輻射：電磁能量從電磁波"源"向遠(yuǎn)處傳播而不再返回波"源"的現(xiàn)象叫電磁輻射。一旦有隨時(shí)間而變化的電荷與電流存在,就能激發(fā)起電磁渡。理論和實(shí)踐都已證明,電磁波的能量是可以脫離波源而向遠(yuǎn)處傳播的。存在有隨時(shí)間而變化的電荷與電流的地方就存在電磁波"源"或電磁輻射"源"。因此在第一章里所介紹的巖石破裂試驗(yàn)中所發(fā)現(xiàn)的電子發(fā)射現(xiàn)象,就證明了巖石破裂過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生電磁輻射。因?yàn)橛须娮影l(fā)射就必然有電荷的變化與電流出現(xiàn)。天線：凡是用來(lái)發(fā)射或接收電磁波的器件都稱為天線。在我們的日常生活中對(duì)廣播電臺(tái)的各類發(fā)射天線和收音機(jī)、電視機(jī)的接收天線都已經(jīng)比較熟悉的了。但是我們?cè)谶M(jìn)行地震電磁輻射觀測(cè)過(guò)程中往往遇到一些干擾,例如雷電干擾、工業(yè)干擾等等。這些干擾信號(hào)又是從什么天線上發(fā)射出來(lái)的呢?原來(lái)那些縱橫交錯(cuò)的輸電線、電力接地線等等以與雷電的放電通道都可以發(fā)射出電磁波。甚至各種不同形狀的導(dǎo)體都可以作為發(fā)射天線。只是不同長(zhǎng)度、不同形狀的天線在不同頻率與不同的天線電流情況下所發(fā)射的電磁波的強(qiáng)度也不相同吧了。發(fā)射天線與接收天線是完全可以互易的。即,所有可以用來(lái)發(fā)射電磁波的器件,都可以用來(lái)接收電磁波。如果接收機(jī)的靈敏度很高,或周圍的電磁波場(chǎng)強(qiáng)很強(qiáng),這時(shí),即使不在接收機(jī)的輸入端外接任何專門(mén)的接收天線,僅僅依靠輸入端的裸露<未屏蔽的>金屬導(dǎo)體<如連接在放大器輸入端的連接導(dǎo)線和元器件等等>都可以充當(dāng)這個(gè)接收機(jī)的接收天線,于是就有可能使接收機(jī)<或放大器>的輸出端出現(xiàn)明顯的輸出信號(hào)。我們?cè)诘谝徽轮兴e出的電器與電子設(shè)備在大地震前受擾現(xiàn)象中,如晶體管鬧鐘停擺等現(xiàn)象,其產(chǎn)生的原因很可能就在于此。雖然它們都沒(méi)有什么外接天線,但強(qiáng)烈的地震電磁輻射信號(hào)在它們內(nèi)部放大器、振蕩器的輸入端的裸露導(dǎo)體和元器件上感應(yīng)出干擾信號(hào),使其工作頻率產(chǎn)生了變化。當(dāng)其工作頻率偏高時(shí),就表現(xiàn)為無(wú)故加快；反之亦然。當(dāng)其工作頻率完全紊亂時(shí),就可能造成無(wú)故停擺。舉出上述例子,是為了使大家對(duì)"天線"的理解方面不要因?yàn)槿粘Ｉ钪幸呀?jīng)熟知的專用天線而受到局限。這樣,在觀測(cè)工作中對(duì)于我們分析干擾來(lái)源是有幫助的。天線的方向性因子與方向性圖：是指接收天線沒(méi)有對(duì)準(zhǔn)發(fā)射天線時(shí),在接收天線上所感應(yīng)的信號(hào)電壓就會(huì)減小,其減小的程度與收～發(fā)兩點(diǎn)間的連線與接收天線的天線軸之間的夾角大小有關(guān)。定量描述這種關(guān)系的數(shù)學(xué)關(guān)系式稱為天線的方向性因子。例如,在自由空間中接收天線上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)<信號(hào)電壓>的理論關(guān)系式為：〔2-1〕其中,--接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)值；--天線的增益；--天線的輸入電阻；--波長(zhǎng)即為天線的方向性因子。對(duì)于不同形式的天線,它就有不同的數(shù)學(xué)表達(dá)式?，F(xiàn)在我們暫不去涉與上面公式中的、等參數(shù)的意義。只希望對(duì)以上關(guān)系式,特別是對(duì)方向性因子逐步有個(gè)定性的了解。以便在今后進(jìn)行來(lái)波方位測(cè)量時(shí),才能正確地測(cè)定來(lái)波方位角。圖2-1中AA’表示磁性天線〔按軸向東西,水平放置〕。用一臺(tái)固定發(fā)射功率的發(fā)射機(jī)在距接收天線等距離的情況下圍繞接收天線從eq\o\ac<○,1>經(jīng)eq\o\ac<○,2>一直到eq\o\ac<○,12>移動(dòng)一圈。<收～發(fā)兩點(diǎn)之間的距離足夠大>。發(fā)射機(jī)位于不同的點(diǎn)位時(shí),在接收天線上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小由圖中的<放射狀>線段的長(zhǎng)短來(lái)給以表示。由于在eq\o\ac<○,5>～eq\o\ac<○,9>號(hào)點(diǎn)位情況下的結(jié)果分別與發(fā)射機(jī)處于eq\o\ac<○,11>、eq\o\ac<○,12>、eq\o\ac<○,1>、eq\o\ac<○,2>、eq\o\ac<○,3>號(hào)位置時(shí)的結(jié)果完全一致,因此在圖2-1中省略了有關(guān)的表示圖像。圖2-1將12個(gè)點(diǎn)位的測(cè)量結(jié)果列表如下：表2—1發(fā)射點(diǎn)位123456789101112角<度>9060300306090603003060接收天線感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)1.00.70.500.50.71.00.70.500.50.7表2一l中的角是指接收天線所在的水平面內(nèi),收、發(fā)兩點(diǎn)的連線與接收天線的軸線之間的夾角,而且只取銳角。表中所列出的天線感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),全部取相對(duì)值。用最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的數(shù)值去遍除以各點(diǎn)位感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的值就得到表中所列的相對(duì)值。不難看出,在我們所舉的例子中的角與接收天線中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相對(duì)值之間是按sin的關(guān)系變化。時(shí),接收天線的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大,時(shí)最小。在此情況下,天線的方向性因子。如果把圖2--1中各條放射狀線段的端部連結(jié)成圖形,就得到了天線的方向性圖。各種不同類型的天線,具有不同的方向性圖形,有的圖形很尖銳,甚至分成很多瓣。如果我們將發(fā)射機(jī)沿著垂直于AA’的平面以相同的方式圍繞天線軸移動(dòng)一圈便可得到的圖像。在不考慮地面影響的情況下,對(duì)于我們的磁性天線來(lái)說(shuō)=1。表2-2無(wú)線電頻段的劃分頻段名稱超低頻<ULF>極低頻<ELF>甚低頻<VLF>低頻<LF>中頻<MF>高頻<HF>甚高額<VHF>超高額<UHF>頻率X圍F<30Hz幾Hz～3KHz3～30KHz30～300KHz0.3～3MHz3～30MHz30～300MHZ300MHz～3GHz對(duì)于無(wú)線電頻段的劃分邊界,各種資料與書(shū)籍之間可能有一定的區(qū)別。尤其對(duì)于超低頻頻段,甚至有的教科書(shū)中根本就沒(méi)有列上這個(gè)頻段。也許是因?yàn)楝F(xiàn)代無(wú)線電領(lǐng)域中對(duì)這個(gè)頻段的研究尚近乎是空白。橫電磁波<TEM波>：電磁波的磁場(chǎng)矢量和電場(chǎng)矢量所在平面垂直于其傳播的方向<傳播方向X、電場(chǎng)矢量E與磁場(chǎng)矢量H三者互相垂直>,這叫橫電磁波。同時(shí)也是沿X方向傳播的平面電磁波。X、E、H的空間關(guān)系如圖2-2所示。圖2-2如果地震電磁輻射信號(hào)是屬于橫電磁波,我們就可以用通常的方法來(lái)測(cè)量它的來(lái)波方位。如果有的情況下它不屬于橫電磁波,那么按照一般的方法就難以準(zhǔn)確測(cè)量其來(lái)波方向。此外,觀測(cè)室的環(huán)境,如天線周圍金屬物體對(duì)電磁波的吸收,也將使來(lái)波方位測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)較大的偏差。在觀測(cè)頻率不高的情況下,由于電磁波的繞射作用。因此一般建筑物的反射作用的影響不很明顯。準(zhǔn)靜態(tài)電磁場(chǎng)：當(dāng)電磁場(chǎng)以很緩慢的速度變化,以致于它的輻射效應(yīng)可忽略,這時(shí)的電磁場(chǎng)稱為準(zhǔn)靜電磁場(chǎng)。在電磁輻射理論中,一般把接收點(diǎn)到輻射源間的距離小于一個(gè)波長(zhǎng)的區(qū)域稱為準(zhǔn)靜電磁場(chǎng)。對(duì)于超低頻信號(hào),即使以10Hz為例,它的波長(zhǎng)便等于米除以10〔電磁波的傳播速度/頻率=波長(zhǎng)〕,為1萬(wàn)公里。因此,對(duì)超低頻觀測(cè)來(lái)說(shuō)都是處在準(zhǔn)靜態(tài)場(chǎng)區(qū)。準(zhǔn)靜態(tài)場(chǎng)場(chǎng)區(qū)的特征之一,是它的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)隨距離衰減得很快。信噪比：是指電路中某一測(cè)試點(diǎn)上的信號(hào)功率與噪聲功率之比。如果是在電路<或接收機(jī)>的輸入端測(cè)試出信號(hào)與噪聲功率所得到的信噪比則稱為該電路<或某接收機(jī)>輸入端的信噪比。若是輸出端測(cè)試的結(jié)果則稱為它的輸出端的信噪比。以此類推<這里所指的噪聲,一般都是指接收機(jī)內(nèi)部噪聲>。接收機(jī)的靈敏度：對(duì)于接收機(jī)的靈敏度,只有在規(guī)定的信噪比下才有意義。否則就失去了實(shí)用價(jià)值。例如,有甲、乙兩臺(tái)接收機(jī),甲機(jī)的"靈敏度"開(kāi)到微伏量級(jí),而乙機(jī)只開(kāi)到微伏量級(jí)。但甲機(jī)的內(nèi)部噪聲電壓大于信號(hào)電壓,而乙機(jī)的內(nèi)部噪場(chǎng)電壓遠(yuǎn)小于信號(hào)電壓,到底如何來(lái)評(píng)價(jià)這兩臺(tái)機(jī)子的靈敏度呢?乍看起來(lái)甲機(jī)"靈敏度"很高,但甲機(jī)的輸出端的噪場(chǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信號(hào)強(qiáng)度,根本無(wú)法正常工作,有何意義。因此一般都要求接收機(jī)輸出端的信噪比要達(dá)到6分貝甚至更高的情況下來(lái)衡量其靈敏度。對(duì)DUF-I型觀測(cè)儀器的靈敏度,點(diǎn)頻可以用多少微伏／米,超低頻多少納特表示。由于地震電磁輻射觀測(cè)與研究是一門(mén)新的學(xué)科和領(lǐng)域,涉與的理論和技術(shù)問(wèn)題比較廣泛,許多課題也尚處于研究過(guò)程中,還有許多有關(guān)知識(shí)需要我們?nèi)W(xué)習(xí)、掌握和思考。第二節(jié)基本觀測(cè)原理在上一節(jié)中,實(shí)際上我們已牽涉了若干有關(guān)觀測(cè)原理方面的問(wèn)題?，F(xiàn)在,我們?cè)賮?lái)分析第一章中所提到的大震前電子設(shè)備與收音機(jī)受干擾現(xiàn)象。它們是否都是因?yàn)樵谄鋬?nèi)部的放大電路輸入端接收<或串入>了地震電磁輻射信號(hào)而出現(xiàn)異常的呢?并非完全如此。例如收音機(jī)在震前無(wú)故尋找不到電臺(tái)信號(hào),這并不一定是電臺(tái)信號(hào)被地震電磁輻射信號(hào)所淹沒(méi),有時(shí)可能是電臺(tái)所發(fā)射出的電磁波在震中所在地的空間被反射、折射而達(dá)不到原來(lái)的接收點(diǎn)了。這種現(xiàn)象是由于傳播路徑上的介質(zhì)電性質(zhì)發(fā)生變化而引起的。因此,對(duì)于地震電磁輻射異?，F(xiàn)象,根據(jù)其具體產(chǎn)生的原因可以分成兩類：一類是電磁波的"傳播異常"。一般是指在地面上兩點(diǎn)之間發(fā)送電磁波傳遞信息<如廣播、電報(bào)、電視、導(dǎo)航信息……等>的情況下,由于伴隨地震活動(dòng)可能出現(xiàn)地下電離的,帶有放射物質(zhì)微粒的氣體逸出,甚至有電子直接逸出等原因而顯著改變了電磁波傳播介質(zhì)空氣的折射指數(shù),使得電磁波不能按正常的路徑傳播。于是在接收端出現(xiàn)廣播通訊信號(hào)無(wú)故中斷等等異?，F(xiàn)象。另一類為臨震電磁輻射異?，F(xiàn)象。它是指伴隨地震活動(dòng)而產(chǎn)生的電磁輻射源輻射出某種電磁信號(hào),被接收機(jī)或某種電子設(shè)備所感受到了而引起的異常反應(yīng)。我們把它叫作"輻射異常"。這兩類異常的起因都與地震有關(guān)而且都是來(lái)自地震電磁效應(yīng)。但其表現(xiàn)形式不同。前者是改變了電磁波的傳播介質(zhì)的電特性,引起了傳播異常；后者是接收設(shè)備直接接收到了異常輻射信號(hào)。針對(duì)上述兩種異常的不同情況,其觀測(cè)原理、方法就有所區(qū)別。對(duì)傳播異常的觀測(cè),往往是將接收機(jī)固定調(diào)準(zhǔn)在某一已知電臺(tái)的頻率上,監(jiān)視其信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)、相位等等有無(wú)明顯變化,國(guó)內(nèi)早期曾有的單位采用過(guò)這種觀測(cè)方式。他們通過(guò)觀測(cè)本地或外地某一廣播電臺(tái)的開(kāi)機(jī)信號(hào)有無(wú)明顯的漲落變化來(lái)判別異常,但因?yàn)樗玫姆椒ㄟ^(guò)于簡(jiǎn)化,相對(duì)說(shuō)來(lái)影響因素比較多一些,因此目前很少采用。另外就是采用接收導(dǎo)航臺(tái)、授時(shí)臺(tái)的高穩(wěn)定信號(hào)以觀測(cè)其相位有無(wú)明顯畸變的方法。相對(duì)說(shuō)來(lái)這種方法受工業(yè)等因素干擾的可能性較少。對(duì)這種方法,在國(guó)內(nèi)XX紫金山天文臺(tái)有同志曾利用該臺(tái)的觀測(cè)資料作過(guò)分析。在國(guó)外,如蘇聯(lián)目前在采用。利用導(dǎo)航臺(tái)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)視測(cè)量,只能判別收-發(fā)兩點(diǎn)之間傳播路徑上有無(wú)異常的位置。在另一方面,又難以做到面上的覆蓋?？偟膩?lái)說(shuō),這種方法排除干擾的能力相對(duì)較強(qiáng)。但是傳播介質(zhì)的折射指數(shù)也會(huì)受到大氣的溫、濕、壓變化的影響。輻射異常的觀測(cè)方法,目前在我國(guó)被普遍采用。在國(guó)外也大體如此。進(jìn)行輻射異常觀測(cè)時(shí),主要應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：一、為了取得較滿意的觀測(cè)結(jié)果,需要合理地選擇觀測(cè)頻段1．根據(jù)各類電子設(shè)備在大震前的受擾現(xiàn)象分析,在很寬的頻段X圍內(nèi)選取觀測(cè)頻段,在原則上是可行的。許多巖石樣品試驗(yàn)的結(jié)果也表明巖石破裂電磁輻射的頻譜較寬。但是來(lái)自地震電磁輻射源的輻射信號(hào)在地下有損介質(zhì)中傳播時(shí),由于介質(zhì)的電導(dǎo)率顯著增大,傳導(dǎo)電流所引起的損耗明顯增加。同時(shí),頻率越高,衰減越大。因此從電磁輻射信號(hào)幅值在傳播過(guò)程中的衰減因素考慮,選擇超低頻頻段作為觀測(cè)頻段是比較有利的。我們以f=lOHz的超低頻信號(hào)為例,取巖石的平均電導(dǎo)率為<西／米>計(jì)算其穿透深度。左右。即是說(shuō),10Hz的信號(hào)在電導(dǎo)率為的巖石層中傳播50Km后,其信號(hào)幅度值大約只降為原來(lái)的l／2.72。而對(duì)于f=1000Hz的信號(hào),則=5Km,相當(dāng)于f=10Hz信號(hào)的穿透深度的1／10。因此,超低頻電磁輻射信號(hào)從地下傳播到地表,在理論計(jì)算上是易于被人接受的。另一方面也必須指出,天線的輻射功率是隨電磁波的頻率的二次方而增加的。因此,超低頻信號(hào)的輻射能力是很低的。只有當(dāng)輻射源具有很大的功率時(shí)才可望有足夠的能量被輻射出去。這部分被輻射出去的能量由于其傳播損耗很小,可以傳到很遠(yuǎn)的距離。當(dāng)輻射源泉功率不很大時(shí),我們的觀測(cè)儀器就主要按準(zhǔn)靜場(chǎng)的特征來(lái)拾取信號(hào)。其信號(hào)強(qiáng)度將隨觀測(cè)距離的三次方而迅速減小。這可能就是為什么許多超低頻觀測(cè)結(jié)果表明,在一些遠(yuǎn)大震前出現(xiàn)的異常很明顯,而對(duì)一些中距離的中等地震異常反應(yīng)并不是想象的那樣顯著；而在近距離的中小地震發(fā)生前卻又能觀測(cè)到明顯的異常的原因?？偟膩?lái)說(shuō),選取較低頻率作為觀測(cè)頻段是有利于接收直接來(lái)自地下的震前電磁輻射信號(hào)的。2．從干擾方面考慮,在選擇觀測(cè)頻段時(shí)應(yīng)盡可能避免所選取的頻段跨入無(wú)線電廣播、通信等頻段。此外,一般來(lái)說(shuō)工作頻率越高,抗工業(yè)干擾的能力也強(qiáng)。經(jīng)測(cè)量與理論分析表明,工業(yè)干擾頻譜的電壓幅度是與頻率成反比的。因此,在低于廣播波段的X圍內(nèi)適當(dāng)提高觀測(cè)頻率是有利于抗工業(yè)干擾的。3．我們開(kāi)展電磁輻射觀測(cè)的目的,是為了從地震電磁輻射現(xiàn)象中提取短臨前兆信息,以便應(yīng)用于地震預(yù)報(bào)。而經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐表明,如果不能測(cè)量出輻射源的位置,就會(huì)明顯地限制電磁輻射方法在地震預(yù)報(bào)應(yīng)用中的效果。也就難以在目前經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上將預(yù)報(bào)水平進(jìn)一步提高。因?yàn)樵S多觀測(cè)事實(shí)表明：觀測(cè)距離很近時(shí),即便是較小的地震有時(shí)所觀測(cè)到的信號(hào)和遠(yuǎn)一些的大一些的地震異常信號(hào)強(qiáng)度沒(méi)有多大區(qū)別；甚至,有時(shí)它們的信號(hào)持續(xù)時(shí)間也基本相當(dāng)；當(dāng)?shù)卣鹫鸺?jí)較大時(shí),利用觀測(cè)網(wǎng)的資料也難以對(duì)震中X圍做出可靠的預(yù)測(cè)。……等等。即便取得很可信的異常資料,在提供給綜合分析部門(mén)時(shí),往往仍不能充分發(fā)揮電磁輻射方法的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于電磁輻射信號(hào)來(lái)說(shuō),無(wú)論它是來(lái)自什么源,甚至是經(jīng)過(guò)反射、折射……等等,在它達(dá)到接收點(diǎn)時(shí)總是有來(lái)波方位的。因?yàn)樗鞘噶繄?chǎng),方向是明確的。即便是彌散源,在一定距離上也是能測(cè)量出它的大體方位X圍的。只有當(dāng)信號(hào)是從接收點(diǎn)的周圍四面八方傳來(lái)時(shí)才會(huì)無(wú)從確定來(lái)波方向。這種情況不是不可能,但可能性較少。因此只要能測(cè)出來(lái)波方位,總是能進(jìn)一步研究它們與震源<或震中>位置的關(guān)系。測(cè)量輻射源的位置,可能有各種不同的途徑。其中,比較普遍的方法是利用接收天線的方向特性。為此,觀測(cè)頻率應(yīng)該盡可能地選得高一些。二、觀測(cè)資料應(yīng)能給出所檢測(cè)信號(hào)的電、磁場(chǎng)量結(jié)果電磁輻射信號(hào)本身,是完全可以按照無(wú)線電檢測(cè)原理對(duì)其電場(chǎng)、磁場(chǎng)等參數(shù)進(jìn)行定量測(cè)量的。因此,對(duì)于地震電磁觀測(cè)的最基本的要求,是所觀測(cè)的數(shù)據(jù)應(yīng)該能換算出天線所在位置的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)值。為了達(dá)到上述要求,所采用的觀測(cè)儀器必須解決系統(tǒng)標(biāo)定問(wèn)題。三、目前國(guó)內(nèi)采用的幾種觀測(cè)方法1．接所選取的觀測(cè)頻段可分為：超低頻、極低頻、甚低頻和中頻等幾種觀測(cè)方式。其中,超低頻觀測(cè)方式比較普遍。其次是甚低頻觀測(cè)。少數(shù)單位采用中頻觀測(cè)。2．按照天線的置放環(huán)境的不同,可分為地面<包括淺表>、坑道與井下三種方式。3．按所采用的天線,可分為電天線和磁天線兩大類。電天線中,可分為地面垂直<鞭狀>天線、井垂天線和埋地<電極>天線；磁天線包括空芯環(huán)天線和帶磁芯的環(huán)天線。帶磁芯的環(huán)天線又包括工作頻率較高的鐵氧磁天線和超低頻磁天線。4．根據(jù)觀測(cè)系統(tǒng)的終端輸出方式,主要可分為連續(xù)筆繪模擬記錄和計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)字記錄等。四、不同頻段的觀測(cè)原理超低頻段的觀測(cè)原理在第一章里已經(jīng)談到過(guò)關(guān)于超低頻觀測(cè)問(wèn)題。由于超低頻信號(hào)的波長(zhǎng)可以達(dá)到萬(wàn)公里以上,觀測(cè)距離R<。所以是處于準(zhǔn)靜態(tài)場(chǎng)區(qū)。在這個(gè)區(qū)域,信號(hào)的幅值是隨傳播距離的三次方而衰減的。另一方面,雖然它的輻射能力很弱,但總有一部分能量可以輻射出去,被輻射出去而以超低頻電磁波傳播的那部分能量,其穿透能力很強(qiáng),在地下傳播路徑上的損耗很小。但總的說(shuō)來(lái),在超低頻頻段所觀測(cè)的信號(hào)是以準(zhǔn)靜場(chǎng)占優(yōu)勢(shì)。而準(zhǔn)靜場(chǎng)與靜電場(chǎng)、靜磁場(chǎng)之間是有區(qū)別的。其區(qū)別在于后者是可以分別以靜電場(chǎng)合或靜磁場(chǎng)而獨(dú)立存在；前者<準(zhǔn)靜場(chǎng)>中的電場(chǎng)與磁場(chǎng)是相互依存的。因此,它可以通過(guò)電磁感應(yīng)的原理在超低頻觀測(cè)系統(tǒng)的磁<或電>天線上感應(yīng)出信號(hào)電壓以實(shí)現(xiàn)觀測(cè)記錄。DUF-I型觀測(cè)儀超低頻所采用的天線主要為小型輕便超低頻磁天線,它具有較大的電感量以提高其信號(hào)電壓合乎要求的頻響特性和足夠滿足需要的靈敏度。為了降低磁暴、地磁脈動(dòng)等長(zhǎng)周期地磁變化的影響。我們?cè)?0Hz以下適當(dāng)?shù)貙㈩l響曲線向高端移動(dòng)。在超低頻段,除偶爾的強(qiáng)干擾情況外,一般天然背景噪聲電場(chǎng)大約為l毫伏／百米左右。而5～6級(jí)地震前在百公里距離上有可能觀測(cè)到幾毫伏到幾十毫伏的信號(hào)電壓。由于超低頻磁天線是利用電磁感應(yīng)原理來(lái)拾取信號(hào)的,而且由于它的靈敏度比較高,所以當(dāng)磁天線周圍的磁場(chǎng)有微小的擾動(dòng)變化時(shí)就會(huì)在它的線圈兩端出現(xiàn)相應(yīng)的感生電動(dòng)勢(shì)<電壓>,經(jīng)放大后可記錄到變化波形,據(jù)此原理,由于鐵器、磁鋼等等鐵磁物體發(fā)生運(yùn)動(dòng)時(shí),將會(huì)使其附近的磁場(chǎng)發(fā)生變化,于是也會(huì)在磁天線的線圈兩端感生電動(dòng)勢(shì)從而記下干擾波形。如果將磁天線搬動(dòng),就會(huì)因?yàn)榇盘炀€的線圈切割地球磁場(chǎng)的磁力線而出現(xiàn)大幅度的人為因素的干擾。國(guó)內(nèi)常有一些使用超低頻磁天線的觀測(cè)點(diǎn)在震時(shí)記錄到了地震波,與地震儀的記錄波形特征沒(méi)有太大的區(qū)別,這屬于正?，F(xiàn)象。因?yàn)榇盘炀€隨地震波而作顛覆運(yùn)動(dòng)時(shí)切割地磁場(chǎng)的磁力線自然會(huì)在磁天線里感生出信號(hào)電壓來(lái)。這時(shí)不同方向的磁天線在地球磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)所感應(yīng)的與地震波運(yùn)動(dòng)有關(guān)的信號(hào)的大小,除與地震波運(yùn)動(dòng)的方式、震中方位有關(guān)外,還與當(dāng)?shù)氐牡卮牌谴笮∮嘘P(guān)。2．甚低頻段的觀測(cè)原理根據(jù)本章關(guān)于電磁輻射觀測(cè)原理第l、第2方面的分析與要求,DUF-I型觀測(cè)儀甚低頻選擇38KHz為的工作頻率,以捕捉臨震電磁波前兆異常信號(hào)。按照—般的傳播機(jī)制理論公式計(jì)算,數(shù)十千周的電磁波信號(hào)是難以從地下深處傳播到地面來(lái)的。但是以下幾方面的情況值得我們對(duì)地震電磁輻射信號(hào)的低頻成分的來(lái)源與其在地下的傳播問(wèn)題進(jìn)行認(rèn)真思考：<1>如前所述輻射功率是隨頻率的二次方而增加的,在一定的頻率X圍內(nèi),輻射功率的增加有可能彌補(bǔ)它的一部分衰減損耗。<2>地震電磁輻射源是體源而不是埋藏在地下深部的點(diǎn)源。因此其輻射體有可能一直延伸到地殼的淺部,所以不一定需要在地下傳播很遠(yuǎn)的距離就可以溢出地表。<3>按照地殼波導(dǎo)傳播的機(jī)理,不太高的頻率的電磁波是有可能沿地殼波導(dǎo)而傳播并溢出地表。<4>孕震區(qū)內(nèi)的電磁效應(yīng)所產(chǎn)生的強(qiáng)烈的電場(chǎng)變化有可能在震中上空激發(fā)二次輻射,直接在自由空間里以較小的衰減率而傳播。<5>許多觀測(cè)結(jié)果證實(shí)在幾千赫茲的頻段上確實(shí)能觀測(cè)到明顯的地震電磁波輻射信號(hào)。一般在一、二百公里的距離上可觀測(cè)到5級(jí)左右地震前的輻射信號(hào)強(qiáng)度可達(dá)到量級(jí)。為了開(kāi)展對(duì)電磁輻射源的位置監(jiān)測(cè),研究震中預(yù)報(bào)方法,在這個(gè)頻段上進(jìn)行觀測(cè),是具有很重要意義和實(shí)用價(jià)值的。關(guān)于低頻段的天然與人工噪聲背景問(wèn)題,根據(jù)我們用干擾場(chǎng)強(qiáng)儀對(duì)不同環(huán)境的低頻干擾背景值進(jìn)行測(cè)量的結(jié)果表明,在一般的農(nóng)村環(huán)境下,天然背景噪聲電場(chǎng)在數(shù)微伏／米。在中等城市的郊區(qū),甚至在一些大城市的郊縣環(huán)境下所測(cè)得的噪聲背影值在十幾微伏／米到幾十微伏／米之間,而在大城市的中心,則可達(dá)到百微伏／米以上。由于DUF-I型觀測(cè)儀點(diǎn)頻部分的抗干擾能力明顯優(yōu)于場(chǎng)強(qiáng)儀,因此在實(shí)際使用DUF-I型觀測(cè)儀進(jìn)行記錄時(shí)的實(shí)際噪聲背景明顯低于上述測(cè)試值。在沒(méi)有突出的干擾情況下,記錄線條是平直的。如果監(jiān)測(cè)對(duì)象是以本地<100Km以內(nèi)>的Ms5級(jí)以上的地震為主,那么在城市郊區(qū)與一些工礦企業(yè)的文化、生活區(qū)環(huán)境內(nèi)它是能夠滿意地工作的。由于DUF-I型觀測(cè)儀點(diǎn)頻的工作頻率是38KHz,因此它所接收的信號(hào)的波長(zhǎng)=7.8Km,而我們的觀測(cè)點(diǎn)與地震電磁輻射源之間的距離R一般都在10Km以上；即R>。也就是說(shuō),它不是處在準(zhǔn)靜場(chǎng)區(qū)是處在"波場(chǎng)區(qū)"。它所觀測(cè)到的來(lái)自地震電磁輻射源的信號(hào)是電磁波信號(hào)。在傳播路徑上,其波幅是隨距離的一次方而衰減的。因此它與超低頻觀測(cè)原理是有區(qū)別的。如果地震電磁輻射源所輻射源所輻射出的電磁波基本上是符合平面電磁波條件的,那么,利用天線的方向性是可以比較準(zhǔn)確地測(cè)量出源的位置或X圍的。當(dāng)然,也必須看到,地震電磁輻射源定位問(wèn)題還牽涉許多復(fù)雜的理論和技術(shù)問(wèn)題。但就目前我們已經(jīng)取得的觀測(cè)資料來(lái)看,所測(cè)得的來(lái)波方位大都與震中方位基本一致。這已初步表明,根據(jù)上述觀測(cè)原理,是有可能為震中預(yù)報(bào)提供信息的。五、終端記錄設(shè)備 原XX省地震局研制的DPJ和ULF觀測(cè)儀的終端記錄裝置是配用DD-1地震記錄儀,其優(yōu)點(diǎn)是比較直觀,記錄紙的空間利用率高。缺點(diǎn)是笨重,比較昂貴,維修麻煩等。現(xiàn)在DUF-I型觀測(cè)儀采集計(jì)算機(jī)作為記錄終端,對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ),其優(yōu)點(diǎn)無(wú)疑是明顯的。 但必須強(qiáng)調(diào)的是,對(duì)于一個(gè)觀測(cè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)無(wú)論它采用什么終端設(shè)備,都必須有賴于傳感器〔或接收機(jī)〕在檢測(cè)地震前兆異常信號(hào)方面的有效性。否則也就難以在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中取得如愿的效果。第三節(jié)地震電磁波波觀測(cè)儀采用的接收天線一、超低頻觀測(cè)常采用的天線1．埋地天線〔如圖2-3〕這時(shí),天線的"最大接收方向是在垂直于兩接地網(wǎng)<或電極>連線的方向上。接地網(wǎng)的作用是保持良好地接地,要求它常年處于潛水位以下,兩接地網(wǎng)之間的距離在數(shù)十米以上就可以了。圖中兩個(gè)無(wú)極性電容的作用是隔除各種因素引起的直流電位,而傳遞交流信號(hào)。此種超低頻觀測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是抗大氣干擾的效果很好。而且由于在地面觀測(cè)的情況下水平分量的電場(chǎng)大于磁場(chǎng),加之DUF-I型觀測(cè)儀超低頻通道的低噪聲、低零飄與特殊抗干擾性能,若在適當(dāng)選址的情況下,無(wú)震背景記錄可以相當(dāng)干凈。但易于遭受電鋸、近處工業(yè)電網(wǎng)的接地線等等干擾源的影響。同時(shí)難以進(jìn)行系統(tǒng)標(biāo)定。這種觀測(cè)方法在XX曾長(zhǎng)期普遍采取。用這種方法曾取得了一些較好的震例。如：1979年XX6．0級(jí)地震震例等其中XX6級(jí)地震前觀測(cè)到超低頻異常全過(guò)程。而且這種異常是連續(xù)觀測(cè)四年中唯一的一次。具有很高的可信度。對(duì)于某些流動(dòng)鐵器干擾問(wèn)題很突出而且又有二、三十米以上的開(kāi)闊場(chǎng)地,并能將接地網(wǎng)埋入常年潛水位以下的觀測(cè)點(diǎn)。這時(shí)觀測(cè)房必須放在辦公樓的底樓的一層,同時(shí),埋地天線的饋線絕對(duì)不能漏電。圖2-32．專用超低頻磁天線〔如圖2-4〕一般觀測(cè)儀器配接兩根天線,它們可按東一西,南一北放置；也可按兩個(gè)斜方向放置。DUF-I型觀測(cè)儀所研制的超低頻磁天線體積和重量都比較小,而且具有足夠高的靈敏度。與同類型的觀測(cè)系統(tǒng)相比,在無(wú)震觀測(cè)記錄背景相同的情況下,它的實(shí)際工作靈敏度較高。配接超低磁天線的使用方法,優(yōu)點(diǎn)在于可以很方便地進(jìn)行系統(tǒng)標(biāo)定。對(duì)地方震的反應(yīng)也較好,安裝也較簡(jiǎn)便,也便于實(shí)現(xiàn)觀測(cè)規(guī)X。而最突出的缺點(diǎn)是易受流動(dòng)鐵器的干擾。圖2-4二、甚低頻觀測(cè)常采用的天線1．埋地天線〔如圖2-5〕技術(shù)要求與超低頻觀測(cè)中對(duì)埋地天線的要求相同,這種方式曾在XX響水觀測(cè)點(diǎn)采用。這種使用方法的優(yōu)點(diǎn)是大氣干擾影響比較小。缺點(diǎn)是無(wú)法進(jìn)行來(lái)波方位掃描,也難以進(jìn)行系統(tǒng)標(biāo)定。但可通過(guò)理論上的近似計(jì)算來(lái)求得系統(tǒng)的觀測(cè)場(chǎng)強(qiáng)值。圖2-52．井垂天線〔如圖2-6〕井孔的深度在三、四十米以上就可以了。但天線部分必須在鋼套管以下。天線長(zhǎng)度在幾米到幾十米左右即可。此種接收方法曾在XXXX柑桔所使用。優(yōu)點(diǎn)是受地面干擾與大氣干擾都比較小。缺點(diǎn)是目前難以進(jìn)行系統(tǒng)標(biāo)定；并且無(wú)法進(jìn)行來(lái)波方位掃描。但在有條件的地方可以配合地面專用磁天線的接收方法來(lái)使用。圖2-6專用小型磁天線〔如圖2-7〕這種使用方法是我們普遍采用的地面觀測(cè)方法。在適當(dāng)選址的情況下能取得較好的觀測(cè)效果。而且突出的優(yōu)點(diǎn)是能利用天線掃描來(lái)檢測(cè)來(lái)波方位。探計(jì)震中預(yù)報(bào)指標(biāo)。并可以很方便地使用標(biāo)定儀進(jìn)行系統(tǒng)標(biāo)定。缺點(diǎn)是難以避免大氣干擾。但大氣干擾波形易于識(shí)別。圖2-7第三章臺(tái)址選擇第一節(jié)臺(tái)址選擇根據(jù)長(zhǎng)期觀測(cè)經(jīng)驗(yàn)與已知的理論分析與認(rèn)識(shí),對(duì)臺(tái)址的選擇主要考慮以下幾個(gè)方面：即臺(tái)址所處的干擾環(huán)境與要求監(jiān)控的地震下限、地質(zhì)條件、生活、交通、通訊與供電條件等等。往往需要綜合兼顧各項(xiàng)要求。而且在相當(dāng)一部分情況下是臺(tái)址的選擇X圍已經(jīng)受到客觀條件的限制。在此情況下,需要因地制宜并在儀器安裝尤其是對(duì)天線的放置環(huán)境上采用合理的方式和必要的技術(shù)措施。一、盡可能選擇環(huán)境干擾較小的觀測(cè)場(chǎng)地DUF-I觀測(cè)儀,尤其是點(diǎn)頻通道具有較強(qiáng)的抗干擾性能。在它們的信號(hào)處理電路中都采取了特殊的抗干擾措施。因此在一般情況下用于地面觀測(cè),甚至在一些城市與工礦企業(yè)內(nèi)適當(dāng)選址也能取得良好的效果。盡管如此,為了取得可信度更高的資料,以便在短臨預(yù)報(bào)實(shí)踐中取得新的甚至有突破性的進(jìn)展,卻要求充分重視對(duì)臺(tái)址干擾環(huán)境的選擇。在第一章里我們介紹了各類電子設(shè)備在大震前遭受地震電磁輻射信號(hào)的干擾現(xiàn)象。對(duì)它們來(lái)說(shuō),我們的有用信息卻是一種它們所對(duì)以避免的干擾。反之,一切電子設(shè)備與工業(yè)用電器都會(huì)產(chǎn)生或強(qiáng)或弱的輻射信號(hào)對(duì)我們的觀測(cè)儀器造成干擾。尤其在大工業(yè)區(qū),這種干擾輻射的頻譜也是比較寬的。一般來(lái)說(shuō),工業(yè)干擾輻射信號(hào)在頻率較低的部分比較強(qiáng)。所以隨距離的衰減也比較快。只要盡可能離開(kāi)工業(yè)集中區(qū)域,其干擾程度就會(huì)有明顯的降低。但畢竟不如僻靜的農(nóng)村環(huán)境為佳。根據(jù)接收天線離開(kāi)各類人為<包括工業(yè)>干擾源的最小距離與它們可能受到干擾源影響的程度,我們把臺(tái)址條件劃分為三類。由于DUF-I儀器的接收頻率有兩種,所以同一類別的臺(tái)址,對(duì)超低頻通道和點(diǎn)頻通道的要求是有區(qū)別的?，F(xiàn)分別列表如下<見(jiàn)表3—l與表3—2>：表3-1超低頻通道觀測(cè)臺(tái)址干擾環(huán)境類別劃分臺(tái)址類別與天線距干擾源最小距離各類有代表性的干擾源I類臺(tái)址最小距離〔米〕II類臺(tái)址最小距離〔米〕III類臺(tái)址最小距離〔米〕鐵路<火車運(yùn)行時(shí)車體移動(dòng)>大型擴(kuò)音設(shè)備公路<汽車移動(dòng)>自行車干道行、吊、鏟車鐵門(mén)鋤頭萬(wàn)用表<數(shù)字萬(wàn)用表除外>100030020080300303030800200100502003020255001008030100201015其它流動(dòng)鐵器參照以上距離表3-2點(diǎn)頻通道觀測(cè)臺(tái)址干擾環(huán)境類別劃分臺(tái)址類別與天線距干擾源最小距離各類有代表性的干擾源I類臺(tái)址最小距離〔米〕II類臺(tái)址最小距離〔米〕III類臺(tái)址最小距離〔米〕〔工業(yè)電網(wǎng)干擾〕1萬(wàn)伏特高壓輸電線3萬(wàn)伏特高壓輸電線11萬(wàn)伏特以上高壓輸電線大型變電站電焊機(jī)<廣播通訊干擾>線100千瓦以上大型廣播發(fā)射臺(tái)大型交換臺(tái)雷達(dá)站大型電動(dòng)粉碎機(jī)、礦山采掘機(jī)之類電鋸、電動(dòng)排灌機(jī)…等在型用電器1003001000100080050100050050010005005010050050050030500300300800300205030050030010300200200300200由表3-2中的數(shù)據(jù)可以看出,點(diǎn)頻通道對(duì)環(huán)境條件的要求是并不高的。其中特別要注意離開(kāi)大型電動(dòng)采掘、絞拌機(jī)械之類的電源開(kāi)啟、斷路動(dòng)作很頻繁的設(shè)備場(chǎng)所盡可能遠(yuǎn)一些為好。因?yàn)檫@類干擾的脈沖波形相對(duì)比較集中。它們雖然可以識(shí)別,但總歸是影響觀測(cè)效果。對(duì)點(diǎn)頻接收通道來(lái)說(shuō),對(duì)觀測(cè)記錄的基本要求是要使無(wú)震背景記錄線條平直。只有少量離散的脈沖或偶爾出現(xiàn)很短時(shí)間的干擾波形<大氣干擾是難于避免,但很容易識(shí)別>。當(dāng)采用超低頻磁天線進(jìn)行觀測(cè)時(shí),各類臺(tái)址除按表3-2中所列舉的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行選址外,尚需加上表3-2對(duì)各種移動(dòng)鐵器或帶磁性物體的最小距離的限制<對(duì)少量固定不動(dòng)的鐵器一般不作要求>。如果超低頻通道不采用超低頻磁天線而采用埋地天線,則各類臺(tái)址條件與點(diǎn)頻通道<即表3-2>的要求相同。但利用埋地<電極>天線進(jìn)行超低頻接收時(shí)：1．尚不便進(jìn)行系統(tǒng)標(biāo)定。其場(chǎng)強(qiáng)暫時(shí)用近似計(jì)算方法。2．對(duì)場(chǎng)地另有要求<詳見(jiàn)本章第二節(jié)>。二、所期望的地震監(jiān)控能力應(yīng)與不同的臺(tái)址條件相適應(yīng)在地震前兆觀測(cè)工作中,每一次地震都是一次取得實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與檢驗(yàn)的好機(jī)會(huì)。一次較大的地方地震事件,對(duì)觀測(cè)者來(lái)說(shuō)在一生中也恐難遇上多少次。尤其在地震活動(dòng)頻度相對(duì)較低,而人口又較稠密的地區(qū),一次有感地震就有可能引起社會(huì)較強(qiáng)的反響。因此,往往期望把前兆儀器的監(jiān)控震級(jí)盡可能降得低一些。也就是說(shuō)希望儀器反應(yīng)更靈敏一些。這在人口稠密而地震活動(dòng)頻度又不高的地區(qū)的確是個(gè)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。另一方面從DUF-I觀測(cè)儀的本身性能來(lái)看,它是具有較高的應(yīng)震能力和環(huán)境適應(yīng)能力的。但是畢竟有一定的限度。在不同類別的臺(tái)址條件下,它們的監(jiān)控震級(jí)下限是不同的。不論在哪一類臺(tái)址條件下,最基本的要求是必須保持無(wú)震背景下要求線條平直,只是偶爾出現(xiàn)短時(shí)間的干擾圖形,即認(rèn)為是正常背景記錄圖。在此前提下酌情發(fā)揮其靈敏度。如果希望超出環(huán)境條件而提高其應(yīng)震能力,是不合適的。否則會(huì)降低觀測(cè)資料的可靠性與可信度,一般情況下,對(duì)于I類臺(tái)址,大體上可能對(duì)l00公里左右的多數(shù)Ms3級(jí)以上地震有較明顯的反應(yīng)；II類臺(tái)址,大體上可能對(duì)100公里左右的多數(shù)Ms4級(jí)以上地震有較明顯的反應(yīng)；III類臺(tái)址,大體上可能對(duì)100公里左右的多數(shù)Ms5級(jí)以上地震有較明顯的反應(yīng)。這是對(duì)無(wú)震背景記錄作比較嚴(yán)格要求的情況下的參考數(shù)字。三、從臺(tái)址的地質(zhì)條件方面考慮根據(jù)我們?cè)M(jìn)行的低頻波地下發(fā)射試驗(yàn)<穿斷層測(cè)試>的結(jié)果來(lái)看,處于斷層附近的觀測(cè)點(diǎn)所測(cè)場(chǎng)強(qiáng)值有顯著的"增益"。因此將臺(tái)址選在一些主要斷層帶上或其附近,是較有利的。如果不采用埋地<電極>天線,那么將臺(tái)址選在有基巖出露的地方相對(duì)來(lái)說(shuō)較選在第四紀(jì)覆蓋層較厚的地方更為有利。四、綜合考慮生活、交通、通訊與供電條件生活、交通、通訊與供電條件,顯然不涉與技術(shù)問(wèn)題,但也是必須兼顧考慮的重要條件,對(duì)此,各地都有很豐富的管理經(jīng)驗(yàn)體會(huì)。必須注意的是對(duì)于那些供電條件比較差,電源電壓不穩(wěn)或過(guò)高過(guò)低的觀測(cè)點(diǎn)必須配備適當(dāng)?shù)姆€(wěn)壓電源<但切忌使用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源,否則將造成嚴(yán)重干擾>。五、根據(jù)地區(qū)性監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)的規(guī)劃布局選擇合適的觀測(cè)場(chǎng)地。地震電磁波觀測(cè)技術(shù)章程第一節(jié)地震電磁輻射觀測(cè)的基本任務(wù)地震電磁輻射觀測(cè)的基本任務(wù)是使用地震電磁輻射觀測(cè)的專用儀器取得連續(xù)、可靠、完整的觀測(cè)資料,為地震短臨預(yù)報(bào)和開(kāi)展科研工作提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和其它資料,對(duì)資料的處理和報(bào)送,做到準(zhǔn)確與時(shí)。第二節(jié)地震電磁輻射觀測(cè)臺(tái)址選擇第一條地震電磁輻射觀測(cè)臺(tái)址,可分為I、Ⅱ、Ⅲ類臺(tái)址,各類臺(tái)址的技術(shù)要求<請(qǐng)按照第三章的有關(guān)要求酌情選址>第二條對(duì)于工礦企業(yè)的強(qiáng)干擾環(huán)境中建點(diǎn)選址,應(yīng)將臺(tái)址選擇在廠內(nèi)相對(duì)僻靜的地區(qū)并遠(yuǎn)離高壓輸電線、變電站、行吊、火車、傳送履帶等較強(qiáng)的工業(yè)干擾源與運(yùn)動(dòng)機(jī)器等。大中城市選址,應(yīng)在盡可能遠(yuǎn)離工業(yè)干擾源的郊區(qū)或文化區(qū)選擇觀測(cè)場(chǎng)地。第三條地震臺(tái)一般滿足電磁輻射的觀測(cè)要求,為使觀測(cè)得到理想的數(shù)據(jù),觀測(cè)點(diǎn)一般選擇臺(tái)站較為僻靜的地方,避免與變壓器、主要道路相鄰,在安裝儀器前應(yīng)按照儀器的安裝要求做好規(guī)劃,預(yù)先留好走線管道等。第四條臺(tái)址選定后,需收集該臺(tái)址所在地<包括市或縣X圍>的地質(zhì)資料,包括第四紀(jì)覆蓋層厚度、巖性、主要構(gòu)造與2公里X圍內(nèi)的大型工農(nóng)業(yè)設(shè)施如工廠、排灌站等平面位置圖建立臺(tái)站檔案,標(biāo)出臺(tái)址的經(jīng)緯度。第三節(jié)儀器安裝與維護(hù)第一條在儀器安裝之前必須閱讀儀器說(shuō)明書(shū)而后按說(shuō)明書(shū)上所述的操作步驟進(jìn)行安裝調(diào)試。第二條超低頻天線一般需要埋地,其跟主機(jī)的走線距離一般不能超過(guò)7米,應(yīng)做相應(yīng)的測(cè)量再施工,避免走線過(guò)長(zhǎng),以減少饋線損耗。超低頻天線的位置盡量在遠(yuǎn)離變壓器、主要道路。第三條超低頻天線埋地一般要求一米深,在山區(qū)或是覆蓋層較淺的地區(qū)可以酌情處理。放置超低頻天線時(shí)應(yīng)注意天線與通道的對(duì)應(yīng),定方位時(shí)應(yīng)采用地質(zhì)羅盤(pán)定出地磁南北線,天線應(yīng)各自對(duì)正方向,兩組超低頻天線應(yīng)嚴(yán)格按要求垂直。兩組天線可以成"L"字形或是"T"字形,回填土前應(yīng)復(fù)查無(wú)誤。第四條點(diǎn)頻天線可以與儀器主機(jī)同置于一間觀測(cè)室內(nèi),也可以將天線置于戶外或單獨(dú)放置在另外一間房屋內(nèi),以進(jìn)一步減小人為干擾。第五條儀器主機(jī)一般放在一樓的觀測(cè)室內(nèi),當(dāng)點(diǎn)頻天線與儀器主機(jī)同置于一間觀測(cè)室內(nèi)時(shí)應(yīng)注意其盡可能遠(yuǎn)離計(jì)算機(jī)的顯示器和其它電磁設(shè)備。儀器主機(jī)與計(jì)算機(jī)主機(jī)距離一般不超過(guò)2米,以保證USB通訊的正常工作。第六條當(dāng)儀器主機(jī)與計(jì)算機(jī)主機(jī)距離較遠(yuǎn)時(shí)可以選配USB延長(zhǎng)器,最長(zhǎng)不能超過(guò)50米。第七條施工時(shí)注意不要損壞引線,以免進(jìn)水受潮,影響儀器正常工作。室外的走線應(yīng)加套管固定,不可以隨便懸掛,避免風(fēng)擾。第八條安裝后應(yīng)與時(shí)填寫(xiě)安裝日志并歸檔備查。第四節(jié)日常觀測(cè)第一條DUF-1型臨震電磁信息監(jiān)測(cè)儀為實(shí)時(shí)記錄儀器,其顯示的波形為實(shí)時(shí)波形,觀測(cè)人員可以在計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)顯示的波形中觀察電磁信息的異常情況,日常觀測(cè)時(shí)要求觀測(cè)員應(yīng)早晚各巡查一次,觀察實(shí)時(shí)波形,保證儀器正常工作,發(fā)現(xiàn)儀器故障應(yīng)與時(shí)報(bào)修。第二條觀測(cè)人員必應(yīng)在每天的12:00之前處理昨天的數(shù)據(jù),與時(shí)做好日志備查。一般步驟為：打開(kāi)電磁波數(shù)據(jù)回放系統(tǒng),認(rèn)真查看每一個(gè)小時(shí)的數(shù)據(jù)。如發(fā)現(xiàn)異常,與時(shí)處理和分析,并將異常情況上報(bào)前兆臺(tái)網(wǎng)值班室,并將異常部分的數(shù)據(jù)截取下來(lái),上傳到前兆網(wǎng)絡(luò)上,供局里分析人員處理。認(rèn)真按照要求填好日志報(bào)表,要求與時(shí)和無(wú)涂改。地震電磁輻射現(xiàn)象在短臨預(yù)報(bào)中的應(yīng)用XX西北部地處郯廬大斷裂中南段,為強(qiáng)地震監(jiān)視區(qū)；揚(yáng)銅地震帶〔包括茅山斷裂和東部沿海與其近海海域〕為中強(qiáng)地震活躍區(qū)。為了研究震前電磁波輻射現(xiàn)象與地震孕育過(guò)程之間是否存在客觀聯(lián)系,本章通過(guò)總結(jié)XX與鄰近地區(qū)的電磁波異常特性介紹了其在地震短臨預(yù)報(bào)中的應(yīng)用的概況,與在時(shí)、空、強(qiáng)判據(jù)與預(yù)報(bào)實(shí)踐中取得的進(jìn)展。第一節(jié)XX與鄰近地區(qū)電磁波臺(tái)網(wǎng)對(duì)典型地震前后的電磁波異常特征現(xiàn)將一些典型地震前后的電磁波異常特征分述如下〔見(jiàn)表5-1〕：.表5-1.華東地區(qū)中強(qiáng)震前電磁輻射異常表震中位置發(fā)震時(shí)間震級(jí)Ms異常臺(tái)站震中距km異常頻道異常時(shí)間異常類型信號(hào)最大值?異常出現(xiàn)至發(fā)震時(shí)間異常結(jié)束至發(fā)震時(shí)間觀測(cè)點(diǎn)數(shù)?備注E或H或原始值XX1979.7.96.0衛(wèi)崗80A17.5~7.6,7.19~10.4間斷脈沖頻率有增加趨勢(shì)1~10mv/m3d21.4h3d2.2h1/1①?gòu)壐?.6灌南212A14.21.08連續(xù)脈沖10μv/m23.6h23.4h3/3②衛(wèi)崗232A14.20.18間斷脈沖1d12.9h1d12.7h金湖192A14.22.07間斷脈沖50m40mXX1983.11.75.9南渡550A310.19~11.3長(zhǎng)周期波動(dòng)—密集脈沖、噪音4.4mv18d23h3/5③B110.28~11.3間斷脈沖0.58mv10d弶港560D210.21~10.24噪音75μv/m16d7.7h④C110.30~11.5噪音267μv/m8d1.4h2d5h⑤南黃海6.2南渡242A34.30~5.13連續(xù)脈沖3mv8d23.8h5/7⑥B14.30~5.12密集脈沖0.4mv9d8h常熟122D25.12.17噪音312μv/m9d8h⑦弶港70A15.8~5.12,5.16長(zhǎng)周期波動(dòng)—連續(xù)脈沖、噪音25mv13d15h5d14h⑧A25.12,5.16,5.19長(zhǎng)周期波動(dòng)—連續(xù)脈沖、噪音41.5mv9d8h2d4hB15.12連續(xù)脈沖0.22mv9d8hD25.12連續(xù)脈沖263.2μv/m9d8h金湖248C15.12連續(xù)脈沖475μv/m9d5h涇縣3615.19.18連續(xù)脈沖2d3.5h2d4.5h射陽(yáng)1987.2.17.5.1響水114A2,B2:21~23:07,2.9-2.14,2.16長(zhǎng)周期波動(dòng)—連續(xù)脈沖15mv8d18h22.6h1/10射陽(yáng)4.7響水70DEW11.1~11.517mm2h57m8/15弶港130bEW10.20~10.218mm14d21h海安140bNS10.31長(zhǎng)周期波動(dòng)20mm4d18hDNS11.2~11.3密集脈沖15mm1d17.5h東海150bEW10.24~10.26連續(xù)脈沖105mm10d5h南煉195bEW10.24,30mm10d21.5hbNS10.24,10.2510mmXX220bEW10.24間斷脈沖7mm5d9hbNS10.2410.26~10.27間斷脈沖DNS10.25,10.30長(zhǎng)周期波動(dòng)、方波鄒縣340DNS10.21~10.270.5~1秒65mm9dXX375DNS10.21~10.290.7~1秒707d黃海5.3響水175DEW1.10~1.2125mm1d17.5h9/15XX180DEW1.14~1.22連續(xù)脈沖24mm19.7h大豐230DWN-ES1.16~1.2032mm2d20.8hXX250bNS1.19~1.211d21.7h弶港270DWN-ES1.9~1.2220mm23.2h海安295bNS1.1312mm1d12.3hDNS1.11~1.21鄒縣375DNS1.10~1.2311組脈沖0.8-1秒27mm幾hXX410DNS1.6~1.237組方波0.5-1秒133.9h南渡450bEW1.15~1.2220mm18.7h黃海5.3大豐420DNW45°6.24~6.30,7.9,7.15~7.23連續(xù)脈沖11d5h2d7.6h1/10蒼山5.2騰州90D9.6,9.7鋸齒波、離散脈沖713d14h12d11h4/14魯南80D9.9~9.25鋸齒波、長(zhǎng)周期波動(dòng)11d1h陶莊65⑩9.14~9.19方波、鋸齒波6mm6d1d大豐300DSW45°9.7~9.10,:05~16:29偏離基線密集脈沖12d22.9h1d18.7hbEW9.17~9.20,:54~09:04,9.23~10.4離散脈沖—密集脈沖3d5.2h6h4南黃海6.1崇明140bNS10.30~11.1鋸齒波、密集脈沖5nT10d8d4/11寶應(yīng)37810.27~11.5連續(xù)脈沖13d4d大豐290DSW45°9.25,9.27,11.6偏離基線密集脈沖1000μv/m44d3d21h⑨bEW:40~22:37,10.25~11.7連續(xù)脈沖6nT43d2d22h南渡35010.31~11.1,11.7~11.8連續(xù)脈沖7d1d①7.5,7.6信號(hào)最為明顯,②灌南臺(tái)的信號(hào)頻率成分最為完全,衛(wèi)崗、金湖的記錄波形周期較大,③11月3日觀測(cè)員誤認(rèn)為儀器故障而關(guān)機(jī),④10月24日08時(shí)觀測(cè)員關(guān)掉此頻道,⑤此頻道于10月31日關(guān)掉一天,⑥5月12日15:57左右兩個(gè)頻道異常波形都很明顯,⑦5月12日17:50上紙前有一段時(shí)間停記,起始時(shí)間不詳,⑧5.9,5.10信號(hào)最為明顯,⑨10.25~表2觀測(cè)頻道表頻道代號(hào)天線名稱積分或檢波前的工作頻段頻道代號(hào)天線名稱積分或檢波前的工作頻段A1水平埋地電天線0.2Hz-2HzC2專用磁天線368kHz<點(diǎn)頻>A2同上0.2Hz-800HzD1專用磁天線1.68MHz<點(diǎn)頻>A3同上0.2Hz-300kHzD2同上1.72MHz<點(diǎn)頻>B1鐵硅鋁磁天線0.2Hz-10HzDNS磁天線〔軸向NS〕38.33kHz<點(diǎn)頻>B2同上0.2Hz-120HzbEW磁天線〔軸向EW〕10Hz<超低頻>C1專用磁天線350kHz<點(diǎn)頻>bNS磁天線〔軸向NS〕10Hz<超低頻>.由表5-１可以看出XX與鄰近地區(qū)臺(tái)網(wǎng)的電磁輻射異常具有如下特點(diǎn)：異常電磁信號(hào)類型：在觀測(cè)環(huán)境較好的條件下,除雷電、大霧、冰雹、流動(dòng)鐵器等可識(shí)別的偶然干擾外,通常情況下,XX省各觀測(cè)點(diǎn)儀器記錄的圖形是近乎平直的直線。但當(dāng)一些地震發(fā)生前后,儀器則記錄到不規(guī)則的波形,其形態(tài)主要有四類：①脈沖型：主要是不同周期的波疊加而成的隨機(jī)脈動(dòng)波,可細(xì)分為離散脈沖、間斷脈沖、密集脈沖、連續(xù)脈沖、噪音,出現(xiàn)次數(shù)最多。如圖6.2<a>6.2<b>。②長(zhǎng)周期波動(dòng)型：出現(xiàn)次數(shù)較少。如圖6.2<c>。③鋸齒波型：一般伴隨其他波形一起出現(xiàn)。如圖6.2<b>。④方波型：?jiǎn)蜗蚧螂p向的不規(guī)則方波。如圖6.2<c>。嚴(yán)格地講,是方波中疊加了單向不規(guī)則的脈沖波,出現(xiàn)次數(shù)最少。此外,有些波形還出現(xiàn)偏離基線現(xiàn)象。圖5.1<a> 1996.11.9南黃海6.1級(jí)地震XX大豐臺(tái)11月2日異常記錄圖圖5.1〔b〕 1996.11.9南黃海6.1級(jí)地震XX崇明臺(tái)11月1日異常記錄圖圖5.1〔c〕 1991.11.5射陽(yáng)4.7級(jí)地震XXXX臺(tái)10月30日異常記錄圖不同觀測(cè)頻道對(duì)地震敏感度不同：不同地震前的電磁波異常信息的頻率成分有較大差異。比較1991年11月5日射陽(yáng)Ms4.7級(jí)地震和1995年9月20日蒼山Ms5.2級(jí)地震,可以看出在蒼山Ms5.2級(jí)地震前甚低頻有異常變化的點(diǎn)位多于超低頻異常變化的點(diǎn)位。而在射陽(yáng)Ms4.7級(jí)地震中,在200kmX圍內(nèi),震前記錄到異常的觀測(cè)觀測(cè)點(diǎn)共有5個(gè),幾乎每個(gè)點(diǎn)位的超低頻頻段都出現(xiàn)異常。又如1996年11接收地震電磁信號(hào)的不同步現(xiàn)象：即對(duì)于同一地震,各臺(tái)出現(xiàn)異常信號(hào)的時(shí)間不同步；同一臺(tái)站不同頻段的信號(hào)出現(xiàn)也不同步；對(duì)于同一地震,在一定X圍內(nèi)所有觀測(cè)點(diǎn)只有幾個(gè)臺(tái)在震前觀測(cè)到異常的電磁信號(hào),有些接近震中的觀測(cè)點(diǎn)無(wú)異常,而另一些遠(yuǎn)離震中的觀測(cè)點(diǎn)卻有異常。據(jù)統(tǒng)計(jì),MS4.5—6.2級(jí)地震400kmX圍內(nèi)的臺(tái)站,一般有異常的臺(tái)站僅占臺(tái)站數(shù)的1/3—1/2。由表1可以看出XX與鄰近地區(qū)臺(tái)網(wǎng)的電磁波異常信息對(duì)于預(yù)報(bào)地震三要素有重要意義。發(fā)震時(shí)間；異常電磁信號(hào)的發(fā)展變化規(guī)律與發(fā)震時(shí)刻的關(guān)系：大多數(shù)地震前的電磁異常信息遵循"弱—強(qiáng)—弱—平靜—發(fā)震"的規(guī)律。這里所指的信號(hào)強(qiáng)弱,包括了三種可能的表現(xiàn)：即異常信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)的大小；異常時(shí)間的長(zhǎng)短；異常波列組數(shù)的多少。當(dāng)臺(tái)網(wǎng)多點(diǎn)出現(xiàn)的電磁異常信息大體同步之后,信號(hào)減弱甚至平靜,這時(shí)多數(shù)中強(qiáng)以上地震發(fā)生在平靜后的數(shù)十小時(shí)內(nèi),根據(jù)這一變化特征,可以大致確定出地震可能的發(fā)震時(shí)段<見(jiàn)圖6.3>圖5.21992年1月23日黃海5.3級(jí)地震XX6臺(tái)站波持續(xù)時(shí)間直方圖震級(jí)估計(jì)；異常電磁信號(hào)出現(xiàn)時(shí)間與震級(jí)大小的關(guān)系：通常情況下,震級(jí)愈大,異常起始時(shí)間愈早。如1996年11月9日南黃海Ms6.1級(jí)地震大豐地震臺(tái)9月25日在D道就在連續(xù)幾個(gè)月正常記錄的背景上出現(xiàn)了脈沖越軌波動(dòng),同樣bEW道異常電磁信號(hào)持續(xù)時(shí)間與震級(jí)大小的關(guān)系：通常情況下,震級(jí)愈大,異常持續(xù)時(shí)間愈長(zhǎng)；震級(jí)愈小,異常持續(xù)時(shí)間愈短。據(jù)統(tǒng)計(jì),Ms5—6級(jí)地震的電磁異常信息持續(xù)時(shí)間比Ms4.5—4.9級(jí)地震大一倍。通常的做法是：當(dāng)臺(tái)網(wǎng)多點(diǎn)出現(xiàn)的電磁異常信息大體同步,且異常持續(xù)時(shí)間在數(shù)十小時(shí)以上,則應(yīng)考慮Ms5級(jí)左右的地震。X德齊曾利用全國(guó)33個(gè)DPJ觀測(cè)數(shù)據(jù)和39個(gè)ULF觀測(cè)數(shù)據(jù),得到的lgt<天>～M關(guān)系式為Ms=2.8lgt+2.2<見(jiàn)圖6.4>。圖5.3218個(gè)樣本的lgT—M關(guān)系點(diǎn)聚圖電磁輻射異常距離與震級(jí)大小的關(guān)系：臺(tái)站觀測(cè)結(jié)果表明,電磁輻射異常距離與震級(jí)大小有關(guān)。地震大,異常距離也大；地震小,異常距離也小。一般情況下,Ms3—4級(jí)地震影響X圍在150km以內(nèi),Ms4—5級(jí)地震影響X圍在250km以內(nèi),Ms6—7級(jí)地震影響X圍在450km以內(nèi)。影響X圍的判據(jù)是多數(shù)觀測(cè)點(diǎn)能觀測(cè)到比較明顯的異常,而且部分觀測(cè)點(diǎn)能顯示出異常發(fā)展的全過(guò)程。電磁輻射異常強(qiáng)度與震級(jí)大小的關(guān)系：利用已有的觀測(cè)場(chǎng)強(qiáng)資料進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)電磁輻射異常強(qiáng)度〔E〕與地震強(qiáng)度〔M〕之間不存在線形關(guān)系。這主要是因?yàn)樵趥鞑ヂ窂缴嫌绊懹^測(cè)場(chǎng)強(qiáng)值E大小的不穩(wěn)定損耗因素很多。震中位置；電磁波異常信息來(lái)源方位與震中方位的關(guān)系：1．利用點(diǎn)頻機(jī)DPJ--Ⅲ地震電磁輻射觀測(cè)儀人工掃描來(lái)測(cè)量來(lái)波方位,并進(jìn)行多點(diǎn)交匯確定輻射源位置來(lái)預(yù)測(cè)比較確切的震中位置,大多數(shù)臺(tái)站當(dāng)點(diǎn)頻機(jī)出現(xiàn)電磁異常時(shí)可較好的判斷來(lái)波方位。根據(jù)已經(jīng)取得的二十幾次震例,其中單臺(tái)判斷來(lái)波方位與震中方位誤差一般小于20,多數(shù)在10以下,多臺(tái)交會(huì)的電磁輻射源X圍與震中X圍基本符合。如1991年11月5日XX射陽(yáng)MS4.7級(jí)地震前,距震中70km的XX響水電磁輻射觀測(cè)點(diǎn)測(cè)出來(lái)的來(lái)波方位S30E〔或N30W〕,距距震中220km的XXXX礦務(wù)局電磁輻射觀測(cè)點(diǎn)分別在兩個(gè)時(shí)段內(nèi)測(cè)來(lái)波方位為E45S〔或W45N〕與E40S〔或W40N〕。震后得知,響水得來(lái)波方位與震中方位相差18,XX的來(lái)波方位與震中方位相差2．利用ULF--Ⅲ地震電磁信息觀測(cè)儀兩道相互垂直的磁天線所接收的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)值進(jìn)行矢量合成,并根據(jù)水平合矢量場(chǎng)與橫電磁〔TEM〕模的關(guān)系確定信號(hào)來(lái)源方向并預(yù)測(cè)震中方位。如1996年11月9日南黃海Ms6.1級(jí)地震,其震中位于XX崇明臺(tái)的正東方向140km。震前在崇明臺(tái)軸向南北放置的ULF接收天線上出現(xiàn)明顯的異常信號(hào),延續(xù)時(shí)間達(dá)到十幾個(gè)小時(shí),而軸向東西放置的ULF接收天線上卻基本上沒(méi)有接收到異常信號(hào),這次地震中的崇明臺(tái)所記錄到的超低頻異常信號(hào)具有明顯的方向性。又如1990年2月10日常熟Ms5.1級(jí)地震,其震中位于海安臺(tái)的南方,與DNS、bNS的天線方位角為S5E,觀測(cè)表明,DNS、上述兩種方法,尤其是來(lái)波方位掃描法所測(cè)出的信號(hào)來(lái)源方位,與震中方位都比較吻合,表明〔尤其在幾十kHz頻率上〕所觀測(cè)到的地震電磁輻射信號(hào)主要來(lái)源于震中方向。利用這種方法進(jìn)行震中預(yù)報(bào)所可能產(chǎn)生的誤差如圖6.5。當(dāng)采用多臺(tái)交會(huì)方法時(shí),必須要考慮到各臺(tái)站的工作靈敏度差異與天線方向性等因素的影響。圖5.4震中誤差分布圖d—實(shí)際震中到來(lái)波方位線的垂直距離第二節(jié)地震電磁波的特性探討與地震有關(guān)的電磁信息的兩個(gè)重要問(wèn)題是關(guān)于：〔1〕電磁波產(chǎn)生的機(jī)制；〔2〕電磁波的傳播方式。圍繞這兩個(gè)問(wèn)題,來(lái)探討以下地震電磁波性質(zhì)。1．方向性離子晶體和巖石破裂時(shí)產(chǎn)生電磁輻射的機(jī)制,它與震源區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造〔必須含有機(jī)電變換體〕有關(guān)。電磁波在地殼波導(dǎo)中的傳播機(jī)制,它與地質(zhì)構(gòu)造也有關(guān)。所謂地殼波導(dǎo),即地殼中以第四紀(jì)覆蓋層和濕巖石層為上壁,30km以下的熱電離層為下壁,中間電阻率約為106～1011歐姆·根據(jù)上面的分析,當(dāng)點(diǎn)頻機(jī)出現(xiàn)電磁異常時(shí)利用人工掃描或矢量合成的方法準(zhǔn)確判斷來(lái)波方位有一定的偏差,主要是由于震源區(qū)和傳播過(guò)程中復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造產(chǎn)生的。但是,我們可以假設(shè),①如果地震電磁信息通過(guò)地殼波導(dǎo)從臺(tái)站周圍4個(gè)點(diǎn)傳出〔如圖6.6所示〕,則距離震中較近傳出電磁輻射信息的地方〔1號(hào)點(diǎn)〕,其場(chǎng)強(qiáng)相對(duì)應(yīng)該更強(qiáng)些,判斷來(lái)波方位應(yīng)是指向1號(hào)點(diǎn)的方向,與指向震中區(qū)的方向是大致相同的。但這只是理想化的假設(shè),為了驗(yàn)證這種假設(shè)的正確性,我們可以在一定的X圍內(nèi)布設(shè)電磁波觀測(cè)臺(tái)陣。②如果電磁波在震源區(qū)附近直接逸出地表,從地表空間<不經(jīng)過(guò)復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造>直接傳播到接收臺(tái)站,判斷來(lái)波方位也應(yīng)該是正確的。當(dāng)?shù)卣鹁嚯x觀測(cè)臺(tái)站較近時(shí)〔Δ＜400km〕,地震強(qiáng)度較大,我們可以近似認(rèn)為電磁輻射異常是震源區(qū)產(chǎn)生的,是從震源區(qū)方向傳來(lái)的。這樣,我們可以利用接收天線的方向特征判斷來(lái)波方位。為此,觀測(cè)頻率應(yīng)該盡可能地選擇高一些。圖5.5地震電磁信息通過(guò)地殼波導(dǎo)傳到觀測(cè)臺(tái)站周圍示意圖2．不同步性在大量的國(guó)內(nèi)外震例總結(jié)中,實(shí)際的電磁輻射觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)的記錄資料均存在信號(hào)的不同步現(xiàn)象。出現(xiàn)這些不同步性的原因,主要在于地震電磁輻射的物理機(jī)制,其次是由于復(fù)雜的傳播途徑和介質(zhì)條件的影響。2．1電磁波產(chǎn)生機(jī)制產(chǎn)生的不同步電磁波產(chǎn)生本身存在著不同步現(xiàn)象,錢(qián)書(shū)清等人〔1998〕對(duì)巖樣施加壓力,使巖樣產(chǎn)生破裂和摩擦滑動(dòng),以模擬地震孕震區(qū)構(gòu)造斷裂帶的活動(dòng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：不同方位、不同頻率的天線接收的信號(hào)到時(shí)不同步、信號(hào)幅度也有差異,位于裂隙處的天線接收的信號(hào)最大。這說(shuō)明巖石破裂產(chǎn)生的電磁輻射本身存在著方向性。Ogawa等人〔1985〕認(rèn)為臨近主震發(fā)生前,在震源區(qū)附近將不斷地產(chǎn)生許多新的裂縫,裂縫的兩側(cè)帶有相反的電荷,它相當(dāng)于一個(gè)電偶極子充放電,向外發(fā)射電磁信號(hào)。我們知道,這些處于新生之中的裂縫變成了一個(gè)個(gè)的電磁發(fā)射單元,這些新生裂縫的取向是不定的,對(duì)于單個(gè)破裂產(chǎn)生電磁發(fā)射的能量是有限的,不足使地面上的電磁波觀測(cè)儀器記錄到,但在孕震的過(guò)程中,某一時(shí)段許許多多這樣的發(fā)射單元在應(yīng)力作用下,破裂方向向某一方向發(fā)展,其宏觀組合就構(gòu)成總體上的具有方向性的地震電磁輻射源。在孕震的不同時(shí)段,宏觀上輻射源的方向性也是變化的。因此,即使觀測(cè)網(wǎng)內(nèi)各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)都采用同一觀測(cè)頻率和同一靈敏度,也會(huì)出現(xiàn)有的觀測(cè)點(diǎn)記錄到電磁異常信息,有的觀測(cè)點(diǎn)根本收不到任何異常信號(hào)；有的觀測(cè)點(diǎn)電磁異常信息出現(xiàn)的早,有的觀測(cè)點(diǎn)電磁異常信息出現(xiàn)的晚。盡管如此,在不同時(shí)間內(nèi)各觀測(cè)點(diǎn)所觀測(cè)到的異常信號(hào)來(lái)源方向仍大體與震中方位一致。從上面的典型震例可以看出,MS5級(jí)左右地震電磁異常有的觀測(cè)點(diǎn)在地震前半個(gè)月左右就可能出現(xiàn),而反應(yīng)較遲的觀測(cè)點(diǎn)在震前數(shù)天或數(shù)小時(shí)才出現(xiàn)異常。2．2傳播途徑產(chǎn)生的不同步傳播途徑的不同也會(huì)產(chǎn)生不同步現(xiàn)象,模擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)際觀測(cè)都表明復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造對(duì)電磁波傳播會(huì)產(chǎn)生影響。黃清華、M．Ikeya〔1998〕曾根據(jù)希臘的兩次地震做了電磁波在地殼與大氣波導(dǎo)中傳播的模擬實(shí)驗(yàn),討論了地震的電磁信號(hào)在超低頻與甚低頻頻段內(nèi)在有、無(wú)海洋干擾的條件下的傳播特征。結(jié)論表明,震中區(qū)周圍地震電磁波信號(hào)分布