2014年AGU秋季大會與震磁研究進展*

袁潔浩，顧左文，陳 斌，2，王 粲，狄傳芝，馮麗麗，高金田

(1.中國地震局地球物理研究所，北京100081;2.USGS，Menlo Park，CA 94025，USA)

0 引言

1919年，美國國家研究局創立了美國地球物理聯合會(AGU)，AGU是一個非營利的國際科學組織，致力于研究地球科學、行星及空間科學，服務于全人類。AGU現有62 000多名會員，作為美國國家研究局的一個分支機構，已運作了50多年。1972年，AGU成為了一個獨立的科學團體。

自1919年起，作為國際大地測量學與地球物理學聯合會(IUGG)的美國國家委員會和美國國家研究局的地球物理學委員會的聯合會，AGU已成為推進地球物理事業邁向卓越的國際力量。1919～1948年間，AGU的年會為世界地球物理學家提供了主要的會議場所。從此，大家可以廣泛地分享地球物理研究成果，而且可以利用諸如衛星、高速計算機、先進的成像設備等高新技術來深入了解、研究地球與外層空間。

與遠離人們日常生活的其它科學不同，AGU的成員從事分析與研究影響人們日常生活的過程:下雨的概率、海洋漁業的趨勢、地震的概率、火山爆發的潛在危險性等。AGU不僅研究地球科學，而且研究地球功能的升值機制。

AGU每年在美國召開兩次大會:4月的AGU春季大會與12月的AGU秋季大會。此外，AGU還召開各種學術討論會與諸如西太平洋地球物理學術討論會(WPGM)的區域性AGU會議。

本文概述了2014年12月15～19日在美國舊金山召開的美國地球物理聯合會(AGU)的秋季大會，展示了此次大會上震磁研究的新進展與新動態，討論并展望了今后的發展前景。

1 2014年AGU秋季大會

2014年AGU秋季大會，于2014年12月15～19日在美國舊金山召開。來自世界各地的近24 000名專家學者參加了這次AGU秋季大會。這次AGU秋季大會，既有學術討論會，也有圖書與儀器設備展示，充分展示了地球科學與空間科學研究的新進展與新成果。

2014年AGU秋季大會，共有大氣層與空間電學、大氣層科學、生物地球科學、冰凍層科學、地球與行星的表面過程、地球與空間科學、大地測量學、地磁學與古地磁學、全球環境變化、水文學、礦物與巖石物理學、自然災害學、近地表地球物理學、非線性地球物理學、海洋科學、古海洋與古氣候學、行星科學、地震學、社會響應與政策科學、空間物理學與高空物理學、地球深部研究、構造物理學、火山學、地球化學、石油勘探學共25個學科的1 700多個專題學術討論會，口頭報告與展板報告了23 000多篇論文，內容十分豐富，科研成果十分豐碩。

2 震磁研究進展

為觀測與研究地震之前的超低頻電磁(ULFEM)前兆現象，從2006年起，布設了Quake Finder(QF)臺網，由美國QuakeFinder(QF)研究團隊運作。2014年，該 QF臺網已有166個臺點，包括美國加州125個，中國臺灣15個，巴西10個，希臘8個，智利4個以及印度尼西亞4個，成為了國際地震監測的電磁臺網。該臺網的儀器設備包括感應磁力儀(型號為ANT4與QFIDO－3)，其頻率范圍為0.01～12 Hz，靈敏度為1 Hz:1.0 V/nT(Ver.1)與0.1 V/nT(Ver.2)，采樣率為50 sps;空氣電導率探頭;太陽能供電;GPS授時。該臺網的觀測數據，通過互聯網傳到美國加州Palo Alto的QuakerFinder研究中心，再通過互聯網傳給研究人員與用戶。表1列出了QF臺網相關臺點附近(與震中的距離d≤100 km)的M＞4地震事件個數。該臺網的觀測數據分析研究結果表明，2007年10月30日美國加州Alum Rock M5.4地震、2014年11月20日美國加州San Juan Bautista M4.2地震、2014年4月1日智利Iquique M8.2地震等都存在超低頻電磁(ULFEM)前兆現象(Bleier et al.，2014)。

表1 QF臺網的臺點附近的地震事件個數Tab.1 The nunber of earthquake events at various sites in the QF network

在上述地震之前，已觀測到超低頻電磁(ULFEM)前 兆 現 象(Fraser-Smithetal.，1990，1994)。然而，多數ULFEM異常只在單個臺站可被觀測到。那么，如何識別ULFEM異常是地震前兆還是人為的干擾、儀器的噪聲?為此，研究人員比較與分析研究了2014年3月31日至5月13日在美國加州舊金山灣區兩個獨立ULFEM觀測系統的數據。這兩個獨立ULFEM觀測系統中，一個是USGS－Stanford觀測系統，由美國地質調查局與斯坦福大學運作，在舊金山灣區有4個ULFEM臺點;另一個是QuakeFinder(QF)臺網，由美國QuakeFinder研究團隊運作，在舊金山灣區有20個ULFEM臺點。分析觀測數據的時間系列表明，這兩個獨立ULFEM觀測系統具有相同的響應函數、相同的噪聲;然而，在個別情況下，一個觀測系統記錄到某種信息，而另一個觀測系統卻沒有記錄到這種信息。頻譜分析結果顯示，這兩個獨立ULFEM觀測系統的頻譜是相同的。由比較與分析研究可見，這兩個獨立ULFEM觀測系統具有良好的一致性，頻譜響應與絕大多數脈沖都是相同的;個別情況的差異，可能是由人為的干擾或儀器的噪聲引起的(Chen et al.，2014)。

2013年4月20日四川蘆山發生M7.0地震，該地震存在GPS(Niu et al.，2014)、地磁(倪喆等，2014a)等前兆信息。為研究巖石圈磁場與地下磁化率結構，在900 km長的內蒙古—山西地區寧陜—固陽剖面上，以7 km間距布設了地磁測點，開展了地磁測量。分析這些磁測數據，得到了相應的巖石圈磁場。應用向上延拓的方法，獲得了不同深度的巖石圈磁異常:基底磁異常、上地殼磁異常與淺表磁異常。根據這些磁異常，反演得到了地下磁化強度的結構。結果表明:(1)這些巖石圈磁異常與局部地質構造、地震活動性具有良好的相關性;(2)該地下磁化強度的結構是與磁化率的強度、居里面的深度變化、地震活動性、地質構造塊體等因素有關(Yuan et al.，2014)。

在中國臺灣地區開展了地震前兆信號的綜合監測與分析研究。自1990年代起，已連續測量了重力、地磁、地殼形變、電離層擾動、地下水位、地殼中的氡氣，探索研究了可能的地震前兆。2010年實施了“為預防臺灣地區地震災害的綜合地震前兆與早期預報”項目，還開展了r射線、井下應變、地電場觀測與熱紅外射線分析。在該項目中，還研發了巖石圈—大氣層—電離層的電耦合模型;得到了有關地震前兆信號的綜合觀測與理論模型的一些重要結果(Lee，Lin，2014)。

使用2001～2010年包含柿崗臺在內的日本7個臺站的地磁資料，應用小波分析方法，研究了～0.01 Hz的超低頻磁信號。為降低人為干擾，采用了地磁夜間值(2:30～4:00)。統計結果表明，大地震前6～15天存在超低頻磁異常。同時，還分析了區域大地震超低頻磁信號的前兆信息，結果顯示，超低頻磁異常是與大地震有關的，而且還有相應的前兆信號(Hattori，Han.，2014)。

此外，此次大會上還有“為地震預測在美國南加州監測應力狀態變化”，“基于地面與空間的觀測的短期地震預測的方法”，“臺灣活動斷層帶地震－地球化學研究的自動連續系統”等報告。

3 討論

在2014年AGU秋季大會中，有關地震之前的多學科觀測與研究的交流討論表明，震磁觀測與研究是地震預測探索的一個重要方面。如上所述，由美國QuakeFinder研究團隊運作的超低頻電磁臺網，實際是國際地震監測的電磁臺網。表1所列的地震事件顯示，在距離QF超低頻電磁臺網的臺點≤100 km范圍內己經記錄到了不少M＞4的地震，從而為分析研究地震電磁前兆信息提供了有利條件。目前，地震預測仍然是國際科學界所面臨的難題(陳運泰，2009)，攻克這個難題需要開展國際合作與國際學術交流討論。2001年成立的國際地震與火山電磁研究工作組(EMSEV)，一直致力于地震與火山電磁研究的國際學術交流與國際合作(袁潔浩等，2013)。2014年 3月25～29日，EMSEV與俄羅斯科學院在法國Toulouse開展了學術討論會，回顧與總結2011～2013年EMSEV與俄羅斯科學院的合作及其進展，交流討論了與構造活動有關的信息及震前所觀測到的地下電導率變化、評估了電流注入與磁暴的觸發效應、討論了今后在理論研究與野外實驗的合作問題。2014年9月22～26日，在波蘭Konstancin Jeziorna召開了2014年EMSEV學術討論會，研討了7個專題:地震孕育過程的物理學與觀測、來自地震學與大地測量學及其它地球物理學技術的約束、固體與巖石的電動力學理論與實驗結果、對應于地震的電磁信號與其它物理參數、信號識別與數據處理及模擬、地震與火山及地面滑坡的前兆信息的可靠性、今后的實驗與課題及理論研究。44位專家學者參加了2014年EMSEV學術討論會，展示報告了18篇論文，口頭報告了48篇論文，展示了震磁研究的新動態與新進展。

在地震活動區與構造活動帶，已觀測到與地震活動性、地質構造有關的巖石圈磁異常(張毅等，2009;顧春雷等，2010，2012;陳斌等，2011;閆素萍等，2012)。分析研究結果表明，2013年3月3日云南洱源5.5級地震、2013年4月20日四川蘆山7.0級地震、2014年8月3日云南魯甸6.5級地震、2014年8月 17日云南永善5.0級地震前都存在巖石圈磁異常變化(倪喆等，2014a，b，c)。基于巖石圈磁異常與相應的區域地震活動性相關性的分析研究結果，顧左文等①顧左文、賈立峰、袁潔浩，等.2014.2015年度流動地磁觀測資料專題會商會報告.提出并制定了巖石圈磁異常監測與預測地震活動性的實施方案。根據該方案，參加了中國地震局召開的全國地震監測預報的會商會與區域地震監測預報的會商會，報告了依據區域巖石圈磁異常信息所提出的區域地震活動性的監測預報意見。2009～2014年的實際結果顯示，區域巖石圈磁異常含有一定的震磁前兆信息，對區域地震的監測預報展示了它的效能①顧左文、賈立峰、袁潔浩，等.2014.2015年度流動地磁觀測資料專題會商會報告.。

4 展望

2014年AGU秋季大會展示了地球科學與空間科學的觀測與研究所獲得的新進展與新成果，在科學思路、觀測技術、分析方法、結果解釋、模型與實驗、理論研究等方面都值得我們借鑒與參考的。AGU秋季大會上，我們與國際同行們進行了學術交流與討論，共享了最新科研成果，吸取了國際同行們的好經驗，了解了最新的科研信息與動態，這些都將有助于凝練我們的科學問題和研究目標，為今后的科研工作取得更大進步奠定了良好的基礎。

震磁觀測與研究是地震預測探索的一個重要方面。2015年6月22日至7月2日在捷克布拉格召開的IUGG大會中，國際地震與火山電磁研究工作組(EMSEV)將主持“地震前后的物理過程與地震前兆的可靠性”和“火山活動的地球物理成像與監測”兩個專題討論會，以展示并推進包括震磁研究在內的地震與火山電磁研究的新進展。

分析與研究地震前后巖石圈磁異常變化是震磁研究的重要課題。觀測與研究的結果表明，局部地區巖石圈磁異常變化含有震磁前兆信息，是研討與預測區域地震活動性的重要依據。因此，分析研究巖石圈磁異常變化與地震的關系是震磁研究中具有重要意義的探索途徑。今后應當加強地震活動區的地磁觀測，深入分析巖石圈磁場及其變化，研究巖石圈磁異常變化與地震的相關性，探討其震磁前兆信息及其物理機制，不斷推進巖石圈磁異常變化監測與預測地震活動性的研究。

感謝高孟潭研究員的指導與支持及詹志佳研究員的寶貴意見。

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