李军辉， 李 琪， 王行舟， 陶月潮，何 康 ， 郑海刚 ， 王俊

（1.安徽省地震局，安徽 合肥 230031；2.蒙城野外地球物理观测站，安徽 合肥 230031；3.中国地震局地球物理所，北京 100081）

关于汶川8.0级地震前电磁扰动异常的讨论

李军辉1，2， 李 琪3， 王行舟1，2， 陶月潮1，何 康1，2， 郑海刚1，2， 王俊1

（1.安徽省地震局，安徽 合肥 230031；2.蒙城野外地球物理观测站，安徽 合肥 230031；3.中国地震局地球物理所，北京 100081）

通过对汶川8.0级地震前四川金河台电磁扰动数据变化的研究，结果显示：① 电磁扰动0.001～1 Hz在震前每天 06∶00～22:00出现非脉冲性高值波动变化，在12:00和18:00达到最大；1～10 Hz在2008年1～3月出现与超低频类似的高值变化，最大幅度为300 mV；10～20Hz无明显异常。②分析了电磁扰动高值变化与该台300 km范围内地震能量释放及地震频次的关系，电磁扰动高值时间段，地震活动频次和释放的能量均无明显的增强，因此电磁扰动的高值变化不是受到地震活动的影响。③通过对电磁扰动子夜数据 （00:00～06:00）和逐日分钟值的分析，显示第一通道 （0.001～1Hz）在2007年10月和 2008年 1～5月每天06∶00～22:00脉冲较多，而00:00～06:00无脉冲变化，有较好的规律性。综上所述，认为金河台电磁扰动在汶川8.0级地震前规律性高值变化为非震兆异常，是环境干扰的可能性较大。

汶川8.0地震；电磁扰动；异常

引言

岩石破裂过程中出现的电磁扰动现象由于与地震前兆有关而引起人们的兴趣.实验表明，岩石宏观破裂及微观破裂时均记录到电磁信号[1]。近年来与地震相关的电磁扰动观测受到国内外地震科学家的广泛关注。世界上开展电磁扰动观测最早的是前苏联，日本、美国、希腊等国家也在相继开展了地震电磁扰动观测的研究。观测频段最先是从高频段开始的，经过多年实践和信号产生传播机理的分析，认为高频不易从地下传播上来。所以，目前的观测大多集中在低频和超低频段[2]。

我国地震电磁扰动观测工作始于1976年唐山地震后，河北、山西、江苏、云南、四川、新疆以及首都圈等地区至今已开展十几年的地震前兆电磁扰动观测，通过观测已有电磁扰动成功预测地震的例子很多，特别是辽宁岫岩1999年I1月29日5.4级地震、青海共和1994年2月16日5.8级、云南丽江1996年2月3日7.0级地震等，震前均不同程度观测到电磁扰动异常现象[3～5]。电磁扰动观测已经发展为电磁学领域的重要组成部分，也是国内外公认的有着良好发展前景的地震短临预报方法之一。

许多学者进行过岩石破裂实验，实验表明：不管是屏蔽条件和不屏蔽的条件下，绝大部分岩石在受压至破裂以前都会发出脉冲式电磁辐射信号，岩石在形变至宏观破裂过程中均记录到电磁信号，电磁信号具有脉冲振幅的特点，且频带较宽[6]。长期积累的地震电磁扰动观测资料表明：地震电磁扰动异常受震级的大小、震中距的不同、观测环境、台站所处的地下地质构造模式、介质类型、观测仪器、观测频段以及地震类型等因素的影响，大体上异常资料都有一定的波形特点、异常幅度和持续时间等特征[7]。

2008年5月12日，四川汶川发生8.0级强烈地震，地震释放出的巨大能量引起强烈的地面震动，造成重大人员伤亡和经济损失。距震中100 km的德阳金河台电磁扰动仪记录下了汶川地震前约1年半时间的电磁扰动的数据变化。目前，对该台电磁扰动的研究已经比较多[8～10]，结果均认为震前金河台电磁扰动2007年4月开始出现幅度较大的异常且具有阶段性特征。本文将对金河台电磁扰动数据做更深入的分析，分析异常的真实性和可靠性，研究金河台电磁扰动异常与汶川地震的关系，为地震的短临预报积累资料。

1 资料概况

金河台位于四川省德阳市金河矿区，图1所示为金河台与汶川地震震中及5.0以上余震分布的空间位置，金河台距汶川级地震发震构造龙门山断裂约100 km。该台电磁扰动仪器是由郑州晶微电子科技有限公司研制的DC-Ⅱ电磁扰动监测仪。该仪器通过深井电磁传感器对超低频电磁信号进行采集后分3个通道输出：一通道电信号记录地下低频 (1 mHz～1 Hz)岩石挤压脉冲；二通道电信号记录中频 (1～10 Hz)岩石破碎脉冲；三通道电信号记录工业及其他环境电磁干扰 (1O～20 Hz)[8、10]。金河台2007年1月1日开始正式观测，数据截止2008年5月12日，因其电磁传感器深埋井中，受外界各种干扰源影响甚小，可获得清晰的地下电磁扰动信息。剑阁台电磁扰动在汶川震前未发现明显异常，因此本文重点分析金河台电磁扰动变化。

2 异常概述

震前电磁前兆是客观存在的。电磁扰动异常信号主要有不规则波列低频脉冲和阵发性脉冲两类[11]。李美等研究了中国的232个地震前电磁扰动异常变化的震例，统计结果显示深井观测电磁扰动异常主要为连续密集脉冲，地震较大时一般异常时间较长，其异常信号比较连续、密集[7]。图2为金河台记录的汶川8.0级地震前三个不同频段的电磁扰动分钟值变化曲线 （2007-01-01～2008-05-12），第一通道 （0.001～1Hz）显示2007年4月底开始出现600 mV左右的高值变化，2007年11～12月异常减弱到300 mV，2008年1月开始增强到600 mV，一直持续到汶川地震发生 （图2a），第二通道 （1～10 Hz）显示2007年12月开始出现高值异常，2008年4月后恢复平静 (图2b)。第三通道 （10～20Hz）的异常不明显 （图2c）， 详见表 1。

图1 金河台与汶川8.0级地震及余震震中的空间分布Fig.1 Distribution of main and aftershock of Wenchuan earthquake and Jinhe electromagnetic disturbance station

图2 2007-01～2008-05金河台电磁扰动不同频段数据变化曲线Fig.2 Variation of electromagnetic disturbance with different frequency form Jan 2007 to May 2008 in Jinhe station

表1 金河台电磁扰动各频段异常统计Table 1 Anomaly statistics of electromagnetic disturbance abnormal with different frequencies

3 异常分析

为了研究金河台电磁扰动数据变化的真实性和可靠性，本文分以下三个方面进行分析。

（1）各个频段高值异常特征。通过对金河台电磁扰动三个不同频段2007年各月分钟值的精细分析 （图3），并结合图2，结果显示金河台电磁扰动第一通道 （0.01～1Hz）在2007年1～3月都属于正常日变化，2007-04～2008-05的高值异常，主要表现形式为规律性重复性出现的非脉冲高值波动变化，每天高值异常早晨6:00开始上升，幅度从10 mV左右上升到200 mV左右后在高值波动，晚上22:00后基本又恢复到10 mV左右，其中在12:00和18:00附近异常达到最大，最大幅度达到410 mV，每天00:00～06:00时间段内电磁扰动变化基本一致，均维持在10 mV左右 （图3c）。第二、三通道相同时间段内各月日变化形态基本一致，异常不明显 （图3a和图3b），另外，图3a和图3b相同时间段内未记录到明显的高频变化，因此认为电磁扰动仅在超低频 (0.001～1Hz)受到影响较大，高频 （1～20Hz）基本不受影响。

图3 不同频段电磁扰动在2007年各月变化曲线Fig.3 Variation of electromagnetic disturbance in different month in 2007

(2)电磁扰动异常与地震能量释放及地震频次的关系。考虑可以使电磁扰动增大的影响因素除了环境干扰和噪声外，还有可能是台站周围地震活动增强导致电磁扰动的高值变化[13]。本文筛选了金河台台站周围300 km范围内MS≥2.0级以上地震，统计了地震频次的变化 (图4a)，采用古登堡能量震级公式 log(E)=11.8+1.5*MS计算产生的能量释放 (图4b)，通过台站周围地震累计释放能量及地震频次与第一通道日均值的对比，结果显示电磁扰动在2007年4～11月第一通道异常幅度约为正常值的40倍 (图4c)， 2007年4～11月金河台周围300 km范围地震活动频次及能量释放相对2007年1～3月份没有明显的增强 （图4a、b），因此认为金河台电磁扰动第一通道的的高值异常不是周围中小地震活动引起的。

图4 金河台300 km范围内MS≥2.0级地震能量释放、地震频次与电磁扰动日均值的对比Fig.4 Comparison between the average of first pass with the energy released and frequency of earthquake around the Jinhe station in 300 km.

结合（1）和（2）的分析结果可得到如下两个推论：① 金河台电磁扰动第一通道记录下的2007-04～2008-05的高值波动变化为汶川地震前的前兆异常，按照电磁扰动仪器观测原理分析[9]，岩石挤压产生的脉冲主要集中在每天6:00～22:00，而00:00～06:00不产生挤压脉冲。②鉴于金河台电磁扰动第一通道异常为重复性和规律性都较好的高值波动变化，且与人类活动周期规律基本一致，推断该异常为环境干扰，由于该台位于金河矿区，可能是周围进行采矿碎石，辐射连续的电磁能量而被仪器记录到。已有的研究结果表明电磁扰动异常信号主要有不规则低频脉冲和阵发性脉冲两类[7、12]，地震的孕育过程中的无规律性和复杂性，岩石的挤压和破碎是不可重复，也不是在固定时间段内有规律变化的，因此认为金河台电磁扰动的高值波动变化的为环境干扰的可能性极较大。

（3）电磁扰动各频段子夜 （00:00～06:00）时段的变化。由于各通道白天 （06:00～22:00）的变化受到人类活动干扰的可能性较大，通过分析电磁扰动每天分钟值的变化曲线，可知子夜时段 （00:00～06:00）电磁扰动数据变化比较平稳，受到人类活动的干扰较小，若在该时段内有岩石挤压和破碎的信息，可以被清晰的记录到。如图5所示为各频段每天00:00～06:00电磁扰动均值的变化曲线，由图5可知，第一通道 (0.001～1Hz)子夜均值出现较大变化开始于2007年7月，最大幅度达到300 mV，集中出现于2007年10月，幅度约为100 mV，2008年3月第一、二通道出现了同步的高值变化，为了确认该异常的可靠性，我们对比了2007年10月和2008年3月的分钟值的变化曲线 （如图6和图7所示）。由图6可知2007年10月第一通道分钟值变化也是非脉冲的周期性变化。图7为2008年3月15日和3月23日电磁扰动第一、二通道分钟值变化，与2007年不同的是在高值变化的背景上有脉冲变化，查看了2008年3～5月电磁扰动数据，均为类似变化，由图7可知，脉冲变化第一、二通道具有同步变化，每天脉冲持续数小时且脉冲的幅度基本一致，00:00～06:00基本无脉冲变化，这些都不符合岩石实验和已有的震例的结果。图8为2008年5月12日汶川地震当天三个通道的分钟值变化曲线，地震发生后，三个通道出现较多的脉冲变化，幅度达到几千毫伏，可能是震后效应，因此认为金河台电磁扰动2008年3～5月的变化也未发现明显临震异常信号。

图5 各频段子夜（00:00～06:00）均值的变化曲线Fig.5 Variation of mean value with different frequency at midnight(00:00～04:00 LT)

4 结论与讨论

通过对前金河台电磁扰动在汶川8.0地震前数据变化的深入分析，得到如下结论：

（1）金河台电磁扰动第一通道 （0.01～1 Hz）在2007-04～2008-05出现高值异常变化。通过对2007-01～2008-12不同频段电磁扰动异常变化的分钟值进行对比，结果显示高值变化为规律性非脉冲形式，主要集中在每天06∶00～22∶00，最大幅度达到600 mV,子夜数据（00:00～06:00）变化平稳，在10 mV左右，与人类活动时间周期基本一致；第二通道在2008年1～3月出现高值变化，最大幅度达300 mV，2008年4月恢复平静；第三通道异常不明显。

图6 2007年10月第一通道分钟值变化曲线Fig.6 Minute Variation of channel I in October of 2007

图7 第一、二通道2008年3月15日和23日分钟值变化曲线Fig.7 Minute Variation of Channel I and Channel II on 15thand 23rdMarch in 2008

图8 2008年5月12日汶川地震当天电磁扰动各频段变化Fig.8 Variation of electromagnetic disturbance for different frequency bands on 12thMay,2008

（2）分析了电磁扰动高值异常变化与金河台周围300 km范围内地震能量释放及地震频次关系，结果表明2007-04～12金河台周围地震活动相对于1～3月没有明显的增强，电磁扰动的高值变化不是地震活动增强引起的

（3）计算了电磁扰动不同频段子夜均值 （00:00～06:00）变化情况，分析了2007-10和2008-01～05月电磁扰动出现高值变化时段内的分钟值变化，显示该时间段内电磁扰动在06∶00～22:00脉冲多且脉冲幅度基本一致，00:00～06:00基本无脉冲变化，是有规律的日变化。

综上所述，虽然地震的发生过程至今没有明确的定论，但是地震孕育和发生过程中岩石的挤压和破碎是没有明显的周期性和规律性的，因此，认为金河台电磁扰动在汶川地震前的规律性高值变化不是可靠的震兆异常，是环境干扰可能性较大。

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Studies on Anomalies of Electromagnetic Disturbance before the Wenchuan MS8.0 Earthquake

LI Junhui1，2， LI Qi3， WANG Xingzhou1，2， TAO Yuechao1， HE Kang1，2， ZHENG Haigang1，2，WANG Jun1

(1.Earthquake Administration of Anhui Province， Hefei 230031， China;2.National Geophysical Observatory at Mengcheng， Hefei 230031， China； 3.Institutes of Geophysics， china Earthquake Administration， Beijing 100086， China)

Using the theory of electromagnetic disturbance,the paper analyzed the data of electromagnetic disturbance before Wenchuan MS8.0 earthquake observed at Jinhe station in Sichuan Province.The results are summarized as followed:① The first pass (0.001～1Hz)of electromagnetic disturbance shows anomalies from April of 2007 to May of 2008.The maximum amplitude is up to 600 mV.The anomalous of electromagnetic disturbance is not impulse.The abnormal of the first pass varies at high value during daytime (06:00～22:00)and returns to normal value during nighttime(00:00～06:00)every day.The amplitude reached maximum at 12:00 and 18:00.The second pass (1～10 Hz)begins to be abnormal from January to March and returned to normal value from April of 2008.The maximum amplitude of the second pass is 300 mV.The anomalous of the third pass (10～20 Hz)is not very obviously.② The paper compared the abnormal variation with the released energy and frequency of earthquakes around Jinhe station in 300 km.The results show that the seismic activity is not increased clearly from April 2007 to May 2008.③The paper analyzed the minute data of electromagnetic disturbance day by day.The results show that the impulse increased in March 2008,more at daytime and less in nighttime.In a word,we could conclude that the abnormal variation of electromagnetic disturbance observed at Jinhe station is not the premonition of Wenchuan MS8.0 earthquake,but it may be ambient interference.

Wenchuan MS8.0 earthquake;Electromagnetic disturbance;Anomalous analysis

P131.23

A

1001-8662（2011）04-0076-09

2011-11-28

中国地震局地球物理研究所中央级公益性科研院所基本科研业务专项项目 (DQJB11C10)和中国地震局震情跟踪任务 (2010020705)联合资助。

李军辉，男，1982年生，工程师.主要从事震磁关系的相关研究。E-mail:lijunhui@mail.ustc.edu.cn.