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

自1919年起，作為國際大地測量學(xué)與地球物理學(xué)聯(lián)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(xué)委員會的聯(lián)合會，AGU已成為推進地球物理事業(yè)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(xué)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(wèi)星、高速計算機、先進的成像設(shè)備等高新技術(shù)來深入了解、研究地球與外層空間。

與遠(yuǎn)離人們?nèi)粘Ｉ畹钠渌茖W(xué)不同，AGU的成員從事分析與研究影響人們?nèi)粘Ｉ畹倪^程:下雨的概率、海洋漁業(yè)的趨勢、地震的概率、火山爆發(fā)的潛在危險性等。AGU不僅研究地球科學(xué)，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(xué)術(shù)討論會與諸如西太平洋地球物理學(xué)術(shù)討論會(WPGM)的區(qū)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(lián)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(tài)，討論并展望了今后的發(fā)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(xué)者參加了這次AGU秋季大會。這次AGU秋季大會，既有學(xué)術(shù)討論會，也有圖書與儀器設(shè)備展示，充分展示了地球科學(xué)與空間科學(xué)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(xué)、大氣層科學(xué)、生物地球科學(xué)、冰凍層科學(xué)、地球與行星的表面過程、地球與空間科學(xué)、大地測量學(xué)、地磁學(xué)與古地磁學(xué)、全球環(huán)境變化、水文學(xué)、礦物與巖石物理學(xué)、自然災(zāi)害學(xué)、近地表地球物理學(xué)、非線性地球物理學(xué)、海洋科學(xué)、古海洋與古氣候?qū)W、行星科學(xué)、地震學(xué)、社會響應(yīng)與政策科學(xué)、空間物理學(xué)與高空物理學(xué)、地球深部研究、構(gòu)造物理學(xué)、火山學(xué)、地球化學(xué)、石油勘探學(xué)共25個學(xué)科的1 700多個專題學(xué)術(shù)討論會，口頭報告與展板報告了23 000多篇論文，內(nèi)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(xiàn)象，從2006年起，布設(shè)了Quake Finder(QF)臺網(wǎng)，由美國QuakeFinder(QF)研究團隊運作。2014年，該 QF臺網(wǎng)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(jiān)測的電磁臺網(wǎng)。該臺網(wǎng)的儀器設(shè)備包括感應(yīng)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(dǎo)率探頭;太陽能供電;GPS授時。該臺網(wǎng)的觀測數(shù)據(jù)，通過互聯(lián)網(wǎng)傳到美國加州Palo Alto的QuakerFinder研究中心，再通過互聯(lián)網(wǎng)傳給研究人員與用戶。表1列出了QF臺網(wǎng)相關(guān)臺點附近(與震中的距離d≤100 km)的M＞4地震事件個數(shù)。該臺網(wǎng)的觀測數(shù)據(jù)分析研究結(jié)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(xiàn)象(Bleier et al.，2014)。

表1 QF臺網(wǎng)的臺點附近的地震事件個數(shù)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(xiàn) 象(Fraser-Smithetal.，1990，1994)。然而，多數(shù)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(qū)兩個獨立ULFEM觀測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。這兩個獨立ULFEM觀測系統(tǒng)中，一個是USGS－Stanford觀測系統(tǒng)，由美國地質(zhì)調(diào)查局與斯坦福大學(xué)運作，在舊金山灣區(qū)有4個ULFEM臺點;另一個是QuakeFinder(QF)臺網(wǎng)，由美國QuakeFinder研究團隊運作，在舊金山灣區(qū)有20個ULFEM臺點。分析觀測數(shù)據(jù)的時間系列表明，這兩個獨立ULFEM觀測系統(tǒng)具有相同的響應(yīng)函數(shù)、相同的噪聲;然而，在個別情況下，一個觀測系統(tǒng)記錄到某種信息，而另一個觀測系統(tǒng)卻沒有記錄到這種信息。頻譜分析結(jié)果顯示，這兩個獨立ULFEM觀測系統(tǒng)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(tǒng)具有良好的一致性，頻譜響應(yīng)與絕大多數(shù)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(fā)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(jié)構(gòu)，在900 km長的內(nèi)蒙古—山西地區(qū)寧陜—固陽剖面上，以7 km間距布設(shè)了地磁測點，開展了地磁測量。分析這些磁測數(shù)據(jù)，得到了相應(yīng)的巖石圈磁場。應(yīng)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(jù)這些磁異常，反演得到了地下磁化強度的結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明:(1)這些巖石圈磁異常與局部地質(zhì)構(gòu)造、地震活動性具有良好的相關(guān)性;(2)該地下磁化強度的結(jié)構(gòu)是與磁化率的強度、居里面的深度變化、地震活動性、地質(zhì)構(gòu)造塊體等因素有關(guān)(Yuan et al.，2014)。

在中國臺灣地區(qū)開展了地震前兆信號的綜合監(jiān)測與分析研究。自1990年代起，已連續(xù)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(yù)防臺灣地區(qū)地震災(zāi)害的綜合地震前兆與早期預(yù)報”項目，還開展了r射線、井下應(yīng)變、地電場觀測與熱紅外射線分析。在該項目中，還研發(fā)了巖石圈—大氣層—電離層的電耦合模型;得到了有關(guān)地震前兆信號的綜合觀測與理論模型的一些重要結(jié)果(Lee，Lin，2014)。

使用2001～2010年包含柿崗臺在內(nèi)的日本7個臺站的地磁資料，應(yīng)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(tǒng)計結(jié)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(qū)域大地震超低頻磁信號的前兆信息，結(jié)果顯示，超低頻磁異常是與大地震有關(guān)的，而且還有相應(yīng)的前兆信號(Hattori，Han.，2014)。

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

3 討論

在2014年AGU秋季大會中，有關(guān)地震之前的多學(xué)科觀測與研究的交流討論表明，震磁觀測與研究是地震預(yù)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(wǎng)，實際是國際地震監(jiān)測的電磁臺網(wǎng)。表1所列的地震事件顯示，在距離QF超低頻電磁臺網(wǎng)的臺點≤100 km范圍內(nèi)己經(jīng)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(yù)測仍然是國際科學(xué)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(xué)術(shù)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(xué)術(shù)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(xué)院在法國Toulouse開展了學(xué)術(shù)討論會，回顧與總結(jié)2011～2013年EMSEV與俄羅斯科學(xué)院的合作及其進展，交流討論了與構(gòu)造活動有關(guān)的信息及震前所觀測到的地下電導(dǎo)率變化、評估了電流注入與磁暴的觸發(fā)效應(yīng)、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(xué)術(shù)討論會，研討了7個專題:地震孕育過程的物理學(xué)與觀測、來自地震學(xué)與大地測量學(xué)及其它地球物理學(xué)技術(shù)的約束、固體與巖石的電動力學(xué)理論與實驗結(jié)果、對應(yīng)于地震的電磁信號與其它物理參數(shù)、信號識別與數(shù)據(jù)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(xué)者參加了2014年EMSEV學(xué)術(shù)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(tài)與新進展。

在地震活動區(qū)與構(gòu)造活動帶，已觀測到與地震活動性、地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)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(jié)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?shù)?.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)?；趲r石圈磁異常與相應(yīng)的區(qū)域地震活動性相關(guān)性的分析研究結(jié)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(jiān)測與預(yù)測地震活動性的實施方案。根據(jù)該方案，參加了中國地震局召開的全國地震監(jiān)測預(yù)報的會商會與區(qū)域地震監(jiān)測預(yù)報的會商會，報告了依據(jù)區(qū)域巖石圈磁異常信息所提出的區(qū)域地震活動性的監(jiān)測預(yù)報意見。2009～2014年的實際結(jié)果顯示，區(qū)域巖石圈磁異常含有一定的震磁前兆信息，對區(qū)域地震的監(jiān)測預(yù)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(xué)與空間科學(xué)的觀測與研究所獲得的新進展與新成果，在科學(xué)思路、觀測技術(shù)、分析方法、結(jié)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(xué)術(shù)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(jīng)驗，了解了最新的科研信息與動態(tài)，這些都將有助于凝練我們的科學(xué)問題和研究目標(biāo)，為今后的科研工作取得更大進步奠定了良好的基礎(chǔ)。

震磁觀測與研究是地震預(yù)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(jiān)測”兩個專題討論會，以展示并推進包括震磁研究在內(nèi)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(jié)果表明，局部地區(qū)巖石圈磁異常變化含有震磁前兆信息，是研討與預(yù)測區(qū)域地震活動性的重要依據(jù)。因此，分析研究巖石圈磁異常變化與地震的關(guān)系是震磁研究中具有重要意義的探索途徑。今后應(yīng)當(dāng)加強地震活動區(qū)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(guān)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(jiān)測與預(yù)測地震活動性的研究。

感謝高孟潭研究員的指導(dǎo)與支持及詹志佳研究員的寶貴意見。

陳斌，顧左文，狄傳芝，等.2011.2009～2010年大華北巖石圈磁異常分布及其變化特征［J］.云南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，33(5):548－553.

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

顧春雷，張毅，顧左文，等.2012.華北地震區(qū)巖石圈磁異常場零值線與中強震震中分布關(guān)系［J］.西北地震學(xué)報，25(2):174－179.

顧春雷，張毅，徐如剛，等.2010.地震前后巖石圈磁場變化特征分析［J］.地球物理學(xué)進展，25(2):472 －477.

倪喆，陳雙貴，袁潔浩，等.2014a.蘆山7.0級地震前后巖石圈地磁變化異常研究［J］.地震研究，37(1):61－65.

倪喆，袁潔浩，王粲，等.2014b.2014年云南魯?shù)?.5級、永甸5.0級地震前巖石圈局部磁場異常特征分析［J］.地震研究，37(4):537－541.

倪喆.2014c.洱源5.5級地震前后地磁場變化異常特征分析［J］.地震研究，37(3):426－432.

閆素萍，張毅，張有林，等.2010.東大別構(gòu)造帶地震地磁監(jiān)測試驗區(qū)巖石圈磁場特征分析［J］.地球物理學(xué)進展，25(5):1599－1604.

袁潔浩，顧左文，陳斌，等.2013.地震與火山電磁研究的國際學(xué)術(shù)交流與合作［J］.地震研究，36(1):132 －140.

張毅，顧左文，黃媛，等.2009.蘇、魯、豫、皖交界及南黃海地區(qū)地磁監(jiān)測與分析［J］.地震，29(2):133－140.

Bleier T.，Dunson J.C.，Lemon J..2014.Recent Experiences Operating a Large，International Network of Electromagnetic Earthquake Monitors［C］.San Francisco，USA:2014 AGU Fall Meeting，NH31B－3861.

Chen B.，Glen J.M.G.，Klemperer S.L.，et al..2014.Progress in evaluating potential EM earthquake precursors:comparison of independent Ultra Low-Frequency Electro-Magnetic(ULFEM)systems［C］.San Francisco，USA:2014 AGU Fall Meeting，NH31B －3863.

Fraser-Smith A.C.，Bernardi a.，McGill P.R.，et al..1990.Low-frequency magnetic field measurements near the epicenter of the M7.1 Loma Prieta earthquake［J］.Geophys.Res.Lett.，17:1465 －1468.

Fraser-Smith A.C.，Bernardi a.，McGill P.R.，et al..1994.Ultra-low frequency magnetic field measurements in southern California during the Northridge earthquake of 17 January，1990［J］.Geophys.Res.Lett.，21:2195－2198.

Hattori K.and Han P..2014.Statistical analysis of ULF seismo-magneticphenomena at Kanto，Japan，during 2001 － 2010［C］.San Francisco，USA:2014 AGU Fall Meeting，H31B －3860.

Lee L.，Lin C..2014.Integrated monitoring of pre-earthquake signals in Taiwan［C］.San Francisco，USA:2014 AGU Fall Meting，NH21C－01.

Niu A.，Yan W.，Li Y..2014.Possible precursory observations relevant to the 2013 Lushan MS7.0 earthquake，China［C］.San Francisco，USA:2014 AGU Fall Meeting，NH31A －3847.

Yuan J.，Gu Z.，Chen B.，et al..2014.The lithospheric magnetic field along the Nishan － Guyang profile，China［C］.GP33A － 3693，San Francisco，USA:2014 AGU Fall Meeting.