2008年汶川MS8.0与2010年玉树MS7.1地震前电磁现象研究*

范莹莹 解 滔 安张辉 杜学彬谭大诚 刘 君 陈军营

1) 中国兰州730000中国地震局地震预测研究所兰州科技创新基地2) 中国兰州730000中国地震局兰州地震研究所3) 中国北京100045中国地震台网中心

2008年汶川MS8.0与2010年玉树MS7.1地震前电磁现象研究*

1) 中国兰州730000中国地震局地震预测研究所兰州科技创新基地2) 中国兰州730000中国地震局兰州地震研究所3) 中国北京100045中国地震台网中心

应用全局小波能谱法对2008年四川汶川MS8.0地震、 2010年青海玉树MS7.1地震前地电、 地磁场变化情况进行了分析研究. 结果表明： ① 在汶川地震震中周围的台站观测到震前地电、 地磁场全局小波能谱值增大的现象; ② 青藏高原东北缘的代乾等3个地电、 地磁台站在玉树地震前均发生显著的小波能谱增大的现象， 震后恢复; ③ 对于上述两次大震周边地区的不同台站的不同测道， 在震前多次出现谱值时间上同步增大或减少的现象; ④ 距玉树地震震中距离相同的山丹和古丰地电场台站， 北南、 北西测向长极距在地震前后能谱值的变化几乎一致． 基于上述分析， 初步研究认为震源孕育激发的电磁辐射是造成震前电磁异常现象的主要原因．

汶川MS8.0地震 玉树MS7.1地震 地电场 地磁场 变化

引言

电磁场是宇宙中最重要、 最普遍的物理场， 是地球基本物理场之一， 是联系空间、 地表、 地下各圈层信息的基本场量． 地球电磁场包括地电场和地磁场， 地电场由大地电场和自然电场两部分组成． 大地电场、 变化磁场是固体地球外的空间各种电流体系在地球介质内部感应产生的， 自然电场是地壳中的物理、 化学过程引起的局部稳定的电场． 国内外学者很重视地电场、 地磁场观测在地震与火山监测中的应用， 报道了被认为是前兆现象的地电场、 地磁场变化， 包括自然电场、 地磁场、 大地电场的时间域和频率域的变化(Varotsos， Lazaridou， 1991; Michel， Zlotnicki， 1998; 赵和云等， 2002; 李宁等， 2007)， 并在地电场、 地磁场前兆现象的生成机制、 传播机理方面做了大量加载试验、 理论研究的工作(郭自强等， 1988; Yamadaetal， 1989; Enomoto， Hashimoto， 1992; 钱书清等， 1996， 1998; Huang， Ikeya， 1998; Ishido， Pritchett， 1999; Adleretal， 1999; Huang， 2005)， 证明了地震电磁场前兆现象的可观测性．

2008年5月12日汶川MS8.0大震及其强余震发生在青藏高原东缘的NE向龙门山构造带(卢华夏等， 2008)， 地震前的2008年3月21日新疆于田MS7.3地震发生在青藏高原西缘的昆仑山、 阿尔金山与东昆仑山构造带的交汇区(李志海等， 2009)． 2010年4月14日青藏高原巴彦喀拉地块南的甘孜—玉树—风火山断裂带发生了玉树MS7.1地震． 青藏高原东缘、 东北缘和北缘分布有中国地震局建设的几十个电磁观测台， 其中包括地电阻率、 地电场、 地磁场、 电磁扰动和极低频电磁场观测． 除此之外， 在青藏高原东北缘的甘肃天祝地区还分布有中国地震局兰州地震研究所与法国国家科学研究院克莱蒙费朗地球物理观象台合作建设的3个地电场、 地磁场同场地观测台． 研究人员对汶川MS8.0地震、 玉树MS7.1地震及其强余震前后地电阻率变化、 极低频电场、 磁场同震变化现象等进行了大量研究(钱复业等， 2009; 汤吉等， 2010; 杜学彬， 2010; 范莹莹等， 2010; 高曙德等， 2010; 安张辉等， 2011; 刘君等， 2011; 解滔等， 2013)． 本文作者考察了汶川MS8.0地震和玉树MS7.1地震前后周围地电场、 电磁场综合台的观测结果， 在主震前观测到了具有一定规律性的地电场、 地磁场信息的短临变化， 这些变化在以往的研究中从未遇到．

1 观测数据与处理方法

距汶川MS8.0地震和玉树MS7.1地震1000 km范围内共有几十个电磁场台站， 由于仪器运行状况、 观测环境等一些原因， 导致部分台站数据可信度不高． 1994年10月法国国家科学研究院克莱蒙费朗地球物理观象台与中国地震局兰州地震研究所合作在天祝“地震空区”建设了松山(SHN)电磁场综合观测台； 2000年10月， 在甘肃天祝县的西北部建设了第二个电、 磁综合观测台， 即代乾(TIA)台． 地电场观测沿NS、 EW方向各布3个测道， 极距几十米至375 m， 使用法国产的固体不极化电极和测量仪器， 电极埋深2 m以下． 电场外线路埋深80 cm， 为了保证外线路对地绝缘和不断线， 外线路加套了PVC管． 地磁场观测X、Y分量， 仪器工作电源为太阳能板， 两个台站有人看护、 无人值守， 观测场地为牧民草场地， 地势开阔、 平坦， 无灌溉， 周围几十千米范围内无工厂和大型电器设备等电磁干扰源， 电磁环境优越． 2008年10月对两个观测台进行了改造， 改造后采样率由0.1 Hz变为0.5 Hz． 因数据量大， 本文应用10 s均值采样周期分析大震前后地电场、 地磁场的变化． 除上述中法合作两个观测台站外， 本文还采用甘肃山丹、 武都、 古丰3个地电场台站在两次大震前后的观测数据. 该数据产出周期为1 min， 即每天产出1440个观测数据， 具体震中和台站位置分布见图1． 据已有的研究， 地电场、 地磁场主要反映了地震短临信息(Michel， Zlotnicki， 1998; 赵和云等， 2002; 李宁等， 2007; 范莹莹等， 2010; 刘君等， 2011)， 所以研究中选取观测资料的时段一般为震前4个月左右至震后一段时间． 个别台受装置系统、 观测环境等的影响， 选取资料的时段为震前少于4个月．

图1 震中(红色圆)和台站(黑色三角)分布图Fig.1 Distribution of epicenters (red circles) and stations (black triangles)

图2 2009年12月3日古丰台地电场变化曲线图 (a) 原始数据分钟值曲线图； (b) 滤波后的曲线图Fig.2 The curves of geoelectric field change for Gufeng station on December 3， 2009 (a) The minute value curve based on original data； (b) The filtered minute value curve

2 震前地电场、 地磁场变化

研究地电场、 地磁场变化需要特别关注磁情影响， 本文考虑Kp指数和Dst指数．Kp指数用来描述行星3小时平均地磁活动强度， 在0—9内取值. ∑Kp指数表示每天的8个Kp指数之和， 如果∑Kp>30， 则认为当天的地磁活动强烈(Hattorietal， 2002; 曾中超等， 2009)． Dst指数系统监控了全球环电流感应场的强度， 普遍认为当Dst指数低于-50 nT并持续2 h以上时， 表示磁暴可能发生(Gonzalezetal， 1994; 刘君等， 2011)． 考察2008年1月1日—6月30日汶川MS8.0地震发生期间、 2009年12月1日—2010年5月31日玉树MS7.1地震发生期间Kp指数和Dst指数， 发现2008年2月29日、 2008年3月27日、 2010年4月5日、 2010年4月6日∑Kp指数均超过了30， Dst指数在2008年3月9日、 2008年3月27日、 2010年2月15日、 2010年4月6日、 2010年4月12日、 2010年5月2日、 2010年5月3日和2010年5月29日均低于-50 nT并持续2 h以上． 所以认为上述10天地磁活动强烈， 在利用小波能谱计算地电场、 地磁场观测数据时删除了这10天的数据．

2.1 汶川地震前地电、 地磁场变化

SHN台距汶川MS8.0地震震中683 km， 建在海原—六盘山断裂的破碎带上. 2000年10月在其以西约80 km处建设TIA台， 地质构造上TIA台位于海原大断裂破碎带， 距离汶川MS8.0地震震中约669 km． 岩石实验证明, 这种特殊构造位置应力扰动敏感(马瑾等， 1995)， 宜观测到地震短临前兆信息(杜学彬等， 1997)． 2008年10月对SHN和TIA台改造时发现地电场个别测道出现了外线路故障， 经仔细检查， 认为SHN台E1E2、 N1S1测道和TIA台N1S1、 N1E1、 S2S3测道电场数据可用．

图3为SHN台磁场X、Y分量和电场E1E2， N1S1测道的全局小波能谱图(数据的采样频率是10 s，X分量表示南北测向，Y分量表示东西测向)， 横坐标表示日期， 纵坐标表示谱值. 从图3a, b可以看出, 在于田地震之前的2008年1月5日SHN台地磁场X、Y分量均出现了不同程度的全局小波能谱值增大现象， 至汶川MS8.0地震发生前约5天能谱值变小. 这段时间最大能谱值大于7(nT)2， 最大增幅大于600%. 汶川MS8.0地震发生后， 能谱值普遍小于1(nT)2． 图3c, d为SHN台地电场E1E2测道和N1S1测道全局小波能谱图(E1E2测道表示EW测向， N1S1测道表示NS测向)， N1S1测道在于田MS7.3地震发生前约5天出现谱值增大现象， 至汶川地震发生前约5天谱值增大现象消失． 仔细观察可以发现, 图3a, b中地磁场X、Y分量能谱值增大或减少几乎同步; 图3c中E1E2测道在4月30日左右小波能谱值出现迅速增大现象, 几乎在同一天, 图3d中N1S1测道小波能谱值迅速减少． 图4为TIA台电场N1S1， N1E1， S2S3测道2008年3月1日—6月17日全局小波能谱图. 由图4a可见， N1S1测道地电场4月16日开始全局小波能谱值增大， 持续时间约18天， 其中最大谱值大于5(mV/km)2， 其它时段的能谱值几乎为0. N1E1测道地电场小波能谱值无长时间增大现象. 图4c中小波能谱值从6月4—17日连续14天谱值增大. 考察SHN和TIA台站周围环境和仪器工作状态等， 在上述时间段内均正常， 磁情指数也较低. 与表1进行对比发现, SHN和TIA台全局小波能谱值的变化在时间上与于田MS7.3、汶川MS8.0地震及其强余震的发生紧密相关， 所以认为上述两台能谱值的变化不是随机、 人为干扰所致．

图3 2008年汶川MS8.0地震前后SHN台站地磁场、 地电场全局小波能谱图 (a) 地磁场X分量; (b) 地磁场Y分量; (c) 地电场E1E2测道; (d) 地电场N1S1测道Fig.3 Wavelet power spectrum of geomagnetic field and geoelectric field at the station SHN before and after the Wenchuan MS8.0 earthquake (a) X component of geomagnetic field; (b) Y component of geomagnetic field; (c) Measuring channel E1E2 of geoelectric field; (d) Measuring channel N1S1 of electric field

图4 2008年汶川MS8.0地震前后TIA台站地电场全局小波能谱图 (a) 地电场N1S1测道; (b) 地电场N1E1测道; (c) 地电场S2S3测道Fig.4 Wavelet power spectrum of geoelectric field at the station TIA before and after Wenchuan MS8.0 earthquake (a) Measuring channel N1S1; (b) Measuring channel N1E1; (c) Measuring channel S2S3表1 2008年3—6月四川汶川周围发生的MS≥4.0地震Table 1 MS≥4.0 earthquakes around Wenchuan from March to June of 2008

年⁃月⁃日地点MS年⁃月⁃日地点MS2008⁃03⁃21新疆于田7．32008⁃06⁃10青海海西5．42008⁃05⁃12四川汶川8．02008⁃06⁃11陕西宁强4．32008⁃06⁃07四川广元4．62008⁃06⁃11四川汶川5．02008⁃06⁃08四川青川4．72008⁃06⁃17陕西宁强4．52008⁃06⁃08四川北川4．82008⁃06⁃17四川平武4．02008⁃06⁃09青海海西5．02008⁃06⁃18青海治多县5．42008⁃06⁃09四川彭州5．02008⁃06⁃18青海古拉山地区5．02008⁃06⁃10青海海西5．52008⁃06⁃29西藏班戈县5．52008⁃06⁃10青海海西5．1

山丹台和武都台为“十五”期间建设的地电场台站， 山丹台位于河西走廊主干大断裂上， 距离汶川MS8.0地震震中约880 km， 观测场地的地质岩性为砂岩， 地表为戈壁滩， 几乎没有植被， 观测环境良好， 周围无人为干扰． 武都台位于南北地震带中段， 天水—武都—文县地震带上， 距离汶川MS8.0地震震中约300 km． 由图5可见， 2008年1月6日山丹台出现谱值同步增大现象， 6个测道最大时增大幅度均超过500%， 4月30日左右谱值增大现象同步消失． 图6d显示了武都台NS测向短极距从2008年2月初发生的谱值增大现象， 汶川MS8.0地震发生后该谱值增大现象基本消失. 其它5个测道无明显的长时间全局小波能谱值增大现象的发生． 总的来看， SHN台地磁场、 山丹台地电场和武都台地电场NS测向短极距全局小波能谱变化相似， 特别是汶川MS8.0大震前能谱值增大的时段很吻合．

本文研究了汶川MS8.0地震周围1000 km范围内的地电场台站， 由于环境干扰、 数据缺测等原因， 只有上述2个电磁场综合观测台和2个地电场台站共19个测道的数据基本可信， 无明显干扰源． 19个测道中有11个测道的全局小波能谱值在2008年5月5日附近出现增大或减少的现象， 占总测道数的57.9%. 这种现象在以往的研究中从未遇到， 其原因将在“讨论”中进行叙述．

2.2 玉树地震前地电场、 地磁场变化

TIA台为中法合作台站， 距离玉树地震震中约710 km． 图7为玉树MS7.1地震TIA台地电场全局小波能谱图， 由于数据缺测、 场地干扰等原因， 选择观测数据的时间段为2010年1月9日—5月7日. 由图7可见， 在4月2日左右出现全局小波能谱值增大的现象， 特别是N1S1测道， 4月8日能谱值达到最大， 最大增幅超过400%, 玉树MS7.1地震发生后， 能谱值减小． 图7c在1月24日、 27日出现谱值突然增大的现象， 其它5个测道均未出现此类现象. 经仔细考察分析， 台站周围无明显干扰源， 认为可能是由于电极或者线路不稳定造成的．

山丹台距离玉树MS7.1地震震中约740 km， 图8为玉树地震山丹台地电场全局小波能谱图， 时间为2009年12月—2010年5月． 由图8可见， 2010年2月3日开始出现能谱值缓慢间断性的增大现象， 4月7日能谱值增大现象最为明显， 最大增幅超过400%．

古丰台位于甘肃省古浪县古丰乡， 海拔2274 m， 2007年5月架台， 远离市区， 周围无人工干扰源， 布极方向为NS、 EW测向， 采用固体不极化电极， 为无人值守台站， 距离玉树MS7.1地震震中约740 km， 与山丹台震中距相同． 图9为2009年12月—2010年5月古丰台地电场全局小波能谱图. 由图9可见， 2010年2月3日开始出现6个测道全局小波能谱值间断性增大现象， 玉树地震前6天能谱值达到最大. 4月14日玉树地震发生后， NS测道长、 短极距和NW测道长极距能谱值逐步恢复变小， 但其它3个测道能谱值仍持续增大, 分析认为可能是由于地电场的季节性变化引起的(Краев， 1951)．

山丹台和古丰台距玉树MS7.1地震震中区距离相同. 图8中山丹台全局小波能谱值增大的时间与图9中古丰台能谱值增大开始的时间相同， 特别是山丹台与古丰台NS测道长极距全局小波能谱值的变化几乎一致. 为了能够更清楚地描述玉树地震前山丹台和古丰台地电场变化， 选取2010年4月7日(震前7天)—15日上述两个台站NS测道长极距数据，分别绘制了分钟值原始曲线(图10a, b)及应用小波变换滤波后曲线(图10c, d)． 由图10可见， 在玉树地震发生期间(2010年4月7—15日)， 虽然山丹台和古丰台地电场强度不同， 但是日变化波形及小波变换滤波后数据变化几乎一致． 其原因将在“讨论”中进行详细叙述．

2.对生物多样性和特异性的认识，以及对基因重组作为生物变异主要来源的认识，为知识的灵活应用奠定了基础。

图5 2008年汶川MS8.0地震前后山丹台地电场全局小波能谱图 (a) NS测道(长极距); (b) EW测道(长极距); (c) NW测道(长极距); (d) NS测道(短极距); (e) EW测道(短极距); (f) NW测道(短极距)Fig.5 Wavelet power spectrum of geoelectric field at the station Shandan before and after Wenchuan MS8.0 earthquake (a) NS measuring channel (long distance); (b) EW measuring channel (long distance); (c) NW measuring channel (long distance); (d) NS measuring channel (short distance); (e) EW measuring channel (short distance); (f) NW measuring channel (short distance)

图6 2008年汶川MS8.0地震前后武都台地电场全局小波能谱图 (a) NS测道(长极距); (b) EW测道(长极距); (c) NW测道(长极距); (d) NS测道(短极距); (e) EW测道(短极距); (f) NW测道(短极距)Fig.6 Wavelet power spectrum of geoelectric field at the station Wudu before and after Wenchuan MS8.0 earthquake (a) NS measuring channel (long distance); (b) EW measuring channel (long distance); (c) NW measuring channel (long distance); (d) NS measuring channel (short distance); (e) EW measuring channel (short distance); (f) NW measuring channel (short distance)

图7 2010年玉树MS7.1地震前后TIA台地电场全局小波能谱图 (a) N1S1测道; (b) N1E1测道; (c) S2S3测道; (d) S2E2测道; (e) N1S3测道; (f) WE2测道Fig.7 Wavelet power spectrum of geoelectric field at the station TIA before and after Yushu MS7.1 earthquake (a) N1S1 measuring channel; (b) N1E1 measuring channel; (c) S2S3 measuring channel; (d) S2E2 measuring channel; (e) N1S3 measuring channel; (f) WE2 measuring channel

图8 玉树MS7.1地震前后山丹台地电场全局小波能谱图 (a) NS测道(长极距);(b) EW测道(长极距); (c) NW测道(长极距); (d) NS测道(短极距); (e) EW测道(短极距); (f) NW测道(短极距)Fig.8 Wavelet power spectrum of geoelectric field at the station Shandan before and after Yushu MS7.1 earthquake (a) NS measuring channel (long distance); (b) EW measuring channel (long distance); (c) NW measuring channel (long distance); (d) NS measuring channel (short distance); (e) EW measuring channel (short distance); (f) NW measuring channel (short distance)

图9 玉树MS7.1地震前后古丰台地电场全局小波能谱图 (a) NS测道(长极距); (b) EW测道(长极距); (c) NW测道(长极距); (d) NS测道(短极距); (e) EW测道(短极距); (f) NW测道(短极距)Fig.9 Wavelet power spectrum of geoelectric field at the station Gufeng before and after Yushu earthquake (a) NS measuring channel (long distance); (b) EW measuring channel (long distance); (c) NW measuring channel (long distance); (d) NS measuring channel (short distance); (e) EW measuring channel (short distance); (f) NW measuring channel (short distance)

图10 2010年4月7—15日山丹台(a)、 古丰台(b)地电场变化曲线 和山丹台(c)、 古丰台(d)小波变换滤波后曲线Fig.10 The curves of geoelectric field changes for the stations Shandan (a) and Gufeng (b) as well as the filtered curves of geoelectric field for the stations Shandan (c) and Gufeng (d) using the wavelet transform from April 7 to 15， 2010

3 讨论

电磁现象起因于电荷、 电流的激发以及交变电场与磁场的相互激发． 地震孕育发生过程中岩石介质破裂的物理过程是产生地震电磁前兆现象的根本原因， 岩石破裂生电而激发低频电磁现象及其可观测性已为岩石破裂实验所证实(郭自强等， 1988)． 岩石破裂实验揭示的电磁效应主要有压磁效应、 压电效应、 感应电磁效应、 动电效应、 热磁效应等．

除此以外， 在孕震后期阶段， 力学过程加剧， 在加-卸载过程中， 微裂隙数目雪崩式增长、 并优势取向， 在微裂隙发展过程中产生电荷分离、 积累而形成大量定向的局部电流单元， 同步激发一系列延续不断的非稳态电流而激发电磁辐射． 一般震源区变形尺度很大(几十千米至几百千米)， 所以产生了低频强电磁辐射． 这是另一种产生电、 磁场变化的机制， 即微裂隙机制．

上述介质过程可能发生在震源区及附近的地下介质的变形过程中， 介质内部的微裂隙非线性发展、 定向排列或优势取向的作用是产生电磁现象的重要因素． 参考“多点场”观点(马宗晋， 1980)， 这种介质过程也会发生在震源区周围的其它地壳部位(如活动断层上及其附近)， 所以震源区以外的地壳特殊部位也会发生类似震源区的介质过程而激发宏观电磁现象．

本文研究发现玉树MS7.1地震期间山丹台与古丰台NS测道长极距全局小波能谱值的变化几乎一致， 2010年4月7—15日两台站分钟值曲线的波形变化及小波变换滤波后的数据变化几乎相同． 山丹台和古丰台距离玉树地震震中距相同， 都为740 km， 布极方式相同， 都为NS、 EW、 NW测向长短极距共6个测道， 电极都为不极化电极， 山丹台距古丰台217 km． 汶川地震周围4个地电场、 电磁场综合观测台19个测道的观测数据中有11个测道出现全局小波能谱值在时间上同步增大或减少的现象. SHN台地磁场、 山丹台地电场及武都台地电场NS测向短极距在汶川大震前全局小波能谱变化极为相似， 山丹台与武都台间隔距离最远， 相距700 km． 因台站间距较远， 两次大震前观测到的同步电磁异常不可能是由于测区环境干扰造成的． 就出现异常的时间看， 该结果与以往地震电磁前兆现象的研究结果类似(李宁等， 2007; 范莹莹等， 2010; 安张辉等， 2011; 刘君等， 2011)， 分析认为汶川MS8.0、 玉树MS7.1地震前SHN台、 TIA台、 山丹台、 武都台和古丰台地电场全局小波能谱值的变化可能是由于于田MS7.3、 汶川MS8.0、 玉树MS7.1地震的孕育和发生引起的， 这一结果与地震波相对应的地震同震电磁信号存在于所有的电场和磁场记录分量中的理论基本吻合(汤吉等， 2010)． 上面1—3段叙述的地下电磁异常现象引起的可能原因， 认为震前观测到的地下电磁异常可能是由于震源区激发的电磁辐射通过特定的导电通道传播到台站引起的. 但是台站所在地下介质局部激发的宏观电磁辐射也不能忽略(Huang， Ikeya， 1998; Duetal， 2002)．

4 结论

本文研究了2008年汶川MS8.0地震、 于田MS7.3地震及2010年玉树MS7.1地震发生期间地电场、 地磁场变化， 得到以下几个方面的认识：

1) 在2008年四川汶川MS8.0地震、 新疆于田MS7.3地震及其强余震前， 青藏高原东缘及东北缘的SHN和TIA电磁综合观测台及山丹、 武都地电场台站均观测到了不同程度的全局小波能谱增大的现象. 在此期间地磁活动较弱， 相距最远的两个台站为山丹和武都台， 相距700 km， 能谱值增大的现象不应是人为干扰或磁暴等造成， 分析认为可能是震前电磁异常现象．

2) 2010年青海玉树MS7.1地震及其强余震前， 位于青藏高原东北缘的TIA电磁综合观测台、 山丹和古丰地电场台站均观测到了显著的小波能谱增大的现象； 玉树地震发生后， 能谱值逐渐恢复变小．

3) 研究汶川地震周围1000 km范围内的2个电磁综合观测台和2个地电场台站共19个测道的观测数据， 其中有11个测道的全局小波能谱值在时间上出现同步增大或减少的现象， 占本文研究总测道数的57.9%， 并且SHN台地磁场、 山丹台地电场及武都台地电场NS测向短极距全局小波能谱在汶川地震前变化极为相似．

4) 山丹与古丰地电场台站距玉树地震震中区距离相同， 均为740 km. 山丹台与古丰台相距217 km， 二者在震前全局小波能谱值同步增大． 研究发现， 山丹台与古丰台NS测道长极距的能谱值变化几乎一致．

5) 在本研究过程中， 多次出现小波能谱值同步增大或减少的现象， 分析认为可能是由于震源区激发的电磁辐射通过特定的导电通道传播到台站引起的. 但是台站所在地下介质局部激发的宏观电磁辐射也不能忽略．

6) 本文在几次大震前观测到了全局小波能谱值显著的相对变化， 虽然具有一定的规律性， 但仍缺乏一定的理论支持， 无法肯定这种显著的相对变化是由地震的孕育和发生引起的．

地震的孕育和发生是一个极其复杂的过程， 对震前地电场、 地磁场资料的研究和认识仍十分有限， 希望本文能对地震预测和预报提供一些有益的信息．

感谢审稿专家对本文提出的修改意见和建议．

安张辉， 杜学彬， 范莹莹， 刘君， 谭大成， 陈军营， 解滔. 2011. 汶川MS8.0级大震前天基与陆基电场资料联合应用研究[J]. 地球物理学报， 54(11): 2876--2884.

An Z H， Du X B， Fan Y Y， Liu J， Tan D C， Chen J Y， Xie T. 2011. A study of the electric field before the WenchuanMS8.0 earthquake of 2008 using both space-based and ground-based observational data[J].ChineseJournalofGeophysics， 54(11): 2876--2884 (in Chinese).

杜学彬， 刘耀炜， 倪明康. 1997. 强震地下水动态中短临异常空间特征研究[J]. 地震学报, 19(4): 426--433.

Du X B， Liu Y W， Ni M K. 1997. On the spatial characteristic of the short-term and imminent anomalies underground water behaviors before strong earthquake[J].ActaSeismologicaSinica， 19(4): 426--433 (in Chinese).

杜学彬. 2010. 在地震预报中的两类视电阻率变化[J]. 中国科学: D辑， 40(10): 1321--1330.

Du X B. 2010. Two types of changes in apparent resistivity in earthquake prediction[J].ScienceinChina:SerisesD， 40(10): 1321--1330 (in Chinese).

范莹莹， 杜学彬， Jacques Zlotnicki， 谭大成， 刘君， 安张辉， 陈军营， 郑国磊， 解滔. 2010. 汶川MS8.0大震前的电磁现象[J]. 地球物理学报， 53(12): 2887--2898.

Fan Y Y， Du X B， Zlotnicki J， Tan D C， Liu J， An Z H， Chen J Y， Zheng G L， Xie T. 2010. The electromagnetic phenomena before theMS8.0 Wenchuan earthquake[J].ChineseJournalofGeophysics， 53(12): 2887--2898 (in Chinese).

高曙德， 汤吉， 杜学彬， 刘小凤， 苏永刚， 陈彦平， 狄国荣， 梅东林， 詹艳， 王立凤. 2010. 汶川8.0地震前后电磁场的变化特征[J]. 地球物理学报， 53(3): 512--525.

Gao S D， Tang J， Du X B， Liu X F， Su Y G， Chen Y P， Di G R， Mei D L， Zhan Y， Wang L F. 2010. The change characteristics of electromagnetic field before to after WenchuanMS8.0 earthquake[J].ChineseJournalofGeophysics， 53(3): 512--525 (in Chinese).

郭自强， 周大庄， 施行觉， 马福胜， 席道瑛， 程纯杰， 周志文. 1988. 岩石破裂中的电子发射[J]. 地球物理学报， 31(5): 566--571

Guo Z Q， Zhou D Z， Shi X J， Ma F S， Xi D Y， Cheng C J， Zhou Z W. 1988. Electron emission during rock fracture[J].ChineseJournalofGeophysics， 31(5): 566--571 (in Chinese).

李宁， 杜学彬， 谭大诚. 2007. 松山观测台地震短临电磁现象[J]. 地震， 27(增刊): 103--111.

Li N， Du X B， Tan D C. 2007. Imminent electro-magnetic phenomenon related to earthquakes recorded at the Songshan station[J].Earthquake， 27(Suppl): 103--111 (in Chinese).

李志海， 马宏生， 曲延军. 2009. 2008年3月21日新疆于田7.3级地震发震构造与震前地震活动特征研究[J]. 中国地震， 25(2): 199--205.

Li Z H， Ma H S， Qu Y J. 2009. Study on seismogenic structure and seismic activity characteristics before the YutianMS7.3 earthquake on March 21， 2008， Xinjiang[J].EarthquakeResearchinChina， 25(2): 199--205 (in Chinese).

刘君， 杜学彬， Jacques Zlotnicki， 范莹莹， 安张辉， 解滔， 郑国磊， 谭大成， 陈军营. 2011. 几次大震前的地面和空间电磁场变化[J]. 地球物理学报， 54(11): 2885--2897.

Liu J， Du X B， Zlotnicki J， Fan Y Y， An Z H， Xie T， Zheng G L， Tan D C， Chen J Y. 2011. Changes of the electric and magnetic fields on the ground and in the ionosphere before and after several great earthquakes[J].ChineseJournalofGeophysics， 54(11): 2885--2897 (in Chinese).

卢华夏， 贾东， 王良书， 王胜利. 2008. 关于汶川地震发震机制[J]. 高校地质学报， 14(2): 133--138.

Lu H X， Jia D， Wang L S， Wang S L. 2008. On the triggering mechanics of Wenchuan earthquake[J].GeologicalJournalofChinaUniversities， 14(2): 133--138 (in Chinese).

吕品姬， 赵斌， 陈志遥， 张燕， 李正媛. 2011. 小波分解-STFT方法在地形变观测数据中的应用[J]. 大地测量与地球动力学， 31(5): 136--140.

Lü P J， Zhao B， Chen Z Y， Zhang Y， Li Z Y. 2011. Application of wavelet-decomposition and STFT method in continuous deformation observation analysis[J].JournalofGeodesyandGeodynamics， 31(5): 136--140 (in Chinese).

马瑾， 马胜利， 刘力强. 1995. 地震前异常的阶段性及其空间分布特征[J]. 地震地质， 17(4): 363--371.

Ma J， Ma S L， Liu L Q. 1995. The stages of anomalies before an earthquake and the characteristics of their spatial distribution[J].SeismologyandGeology, 17(4): 363--371 (in Chinese).

马宗晋. 1980. 华北地壳的多(应力集中)点场与地震[J]. 地震地质， 2(1): 39--47.

Ma Z J. 1980. Multipoints (concentrated) stress field and earthquake in North China crust[J].SeismologyandGeology， 2(1): 39--47 (in Chinese).

钱复业， 赵璧如， 钱卫， 赵健， 何世根， 张洪魁， 李世愚， 李绍坤， 严谷良， 汪成民， 孙振凯， 张东宁， 卢军， 张平， 杨国军， 孙加林， 郭纯生， 唐宇雄， 徐建明， 夏坤涛， 鞠航， 殷邦红， 黎明， 杨东生， 起卫罗， 和泰名， 关华平， 赵玉林. 2009. 汶川8.0级地震HRT波地震短临波动前兆及HRT波地震短临预测方法[J]. 中国科学: D辑， 39(1): 11--23.

Qian F Y， Zhao B R， Qian W， Zhao J， He S G， Zhang H K， Li S Y， Li S K， Yan G L， Wang C M， Sun Z K， Zhang D N， Lu J， Zhang P， Yang G J， Sun J L， Guo C S， Tang Y X， Xu J M， Xia K T， Ju H， Yin B H， Li M， Yang D S， Qi W L， He T M， Guan H P， Zhao Y L. 2009. Impending HRT wave precursors to the WenchuanMS8.0 earthquake and methods of earthquake impending prediction by using HRT wave[J].ScienceinChina：SerisesD， 39(1): 11--23 (in Chinese).

钱书清， 任克新， 吕智. 1996. 伴随岩石破裂的VLF、 MF、 HF和VHF电磁辐射特性的研究[J]. 地震学报， 18(3): 346--351.

Qian S Q， Ren K X， Lü Z. 1996. Experimental study on the characteristic of VLF， MF， HF and VHF seismo-electromagnetic radiation with rock burst[J].ActaSeismologicaSinica， 18(3): 346--351 (in Chinese).

钱书清， 吕智， 任克新. 1998. 地震电磁辐射前兆不同步现象物理机制的实验研究[J]. 地震学报， 20(5): 535--540.

Qian S Q， Lü Z， Ren K X. 1998. Experimental study on the mechanism of non-synchronism of seismo-electromagnetic radiation precursors[J].ActaSeismologicaSinica， 20(5): 535--540 (in Chinese).

汤吉， 詹艳， 王立凤， 董泽义， 赵国泽， 徐建朗. 2010. 汶川地震强余震的电磁同震效应[J]. 地球物理学报， 53(3): 526--534.

Tang J， Zhan Y， Wang L F， Dong Z Y， Zhao G Z， Xu J L. 2010. Electromagnetic coseismic effect associated with aftershock of WenchuanMS8.0 earthquake[J].ChineseJournalofGeophysics， 53(3): 526--534 (in Chinese).

解滔， 杜学彬， 刘君， 范莹莹， 安张辉， 陈军营， 谭大成. 2013. 汶川MS8.0、 海地MS7.0地震电磁信号小波能谱分析[J]. 地震学报， 35(1): 61--71.

Xie T， Du X B， Liu J， Fan Y Y， An Z H， Chen J Y， Tan D C. 2013. Wavelet power spectrum analysis of the electromagnetic signals of WenchuanMS8.0 and HaitiMS7.0 earthquakes[J].ActaSeismologicaSinica， 35(1): 61--71 (in Chinese).

曾中超， 张蓓， 方广有， 王东峰， 阴和俊. 2009. 利用DEMETER卫星数据分析汶川地震前的电离层异常[J]. 地球物理学报， 52(1): 11--19.

Zeng Z C， Zhang B， Fang G Y， Wang D F， Yin H J. 2009. The analysis of ionospheric variations before Wenchuan earthquake with DEMETER data[J].ChineseJournalofGeophysics， 52(1): 11--19 (in Chinese).

张元生， 郭晓， 钟美娇， 沈文荣， 李稳， 何斌. 2010. 汶川地震卫星热红外亮温变化[J]. 科学通报， 55(10): 904--910.

Zhang Y S， Guo X， Zhong M J， Shen W R， Li W， He B. 2010. The change of IR-brightness temperature about Wenchuan earthquake[J].ChineseScienceBulletin， 55(10): 904--910 (in Chinese).

赵和云， 阮爱国， 扬荣， 梁子斌， 韩德胜. 2002. 天祝大地电场异常与1995年永登5.8、 1996年天祝5.4级地震[J]. 西北地震学报， 24(1): 56--64.

Zhao H Y， Ruan A G， Yang R， Liang Z B， Han D S. 2002. The geoelectric field anormaly of Tianzhu and relationship with Yongdeng earthquake (MS5.8) in 1995 and Tianzhu earthquake (MS5.4) in 1996[J].NorthwesternSeismologicalJournal， 24(1): 56--64 (in Chinese).

郑兆苾， 张军， 何康. 2007. 地电场数据的功率谱和小波分析[J]. 地震， 4(1): 160--169.Zheng Z B， Zhang J， He K. 2007. Power spectrum and wavelet analysis of geoelectric data[J].Earthquake， 4(1): 160--169 (in Chinese).

Краев А П(著). 1951. 张可迁， 陈培光， 张志诚， 顾燕庭， 汪盛辉(译). 1954. 地电原理[M]. 北京： 地质出版社: 100--236.

Краев А П. 1951.GeoelectricsPrinciple[M]. Beijing: Geological Publishing House: 100--236 (in Chinese)．

Adler P， Mou⊇l L， Zlotnicki J. 1999. Electrokinetic and magnetic fields generated by flow through a fractured zone: A sensitivity study for La Fournaise volcano[J].GeophysResLett， 26(6): 795--798.

Du A M， Huang Q H， Yang S F. 2002. Epicenter location by abnormal ULF electromagnetic emissions[J].GeophysResLett， 29(10): 1455. doi:10.1029/2001GL013616.

Enomoto Y， Hashimoto H. 1992. Transient electrical activity accompanying rock under indentation loading[J].Tectonophysics， 211(1/4): 337--344.

Gonzalez W D， Joselyn J A， Kamide Y. 1994. What is a geomagnetic storm?[J].JGeophysRes， 99(A4): 5771--5792.

Hattori K， Akinaga Y， Hayakawa M. 2002. ULF magnetic anomaly preceding the 1997 Kagoshima earthquakes[C]∥Hayakawa M， Molchanov O A eds.Seismo-Electromagnetics:Lithosphere-Atmosphere-IonosphereCoupling. Tokyo: Terr Sc Pub: 19--28.

Huang Q H， Ikeya M. 1998. Seismic electromagnetic signals (SEMS) explained by a simulation experiment using electromagnetic waves[J].PhysEarthPlanetInter， 109(3/4): 107--114.

Huang Q H. 2005. Controlled analogue experiments on propagation of seismic electromagnetic signals[J].ChineseScienceBulletin， 50(17): 1956--1961.

Ishido T， Pritchett J W. 1999. Numerical simulation of electrokinetic potentials associated with subsurface fluid flow[J].JGeophysRes， 104(B7): 15247--15259.

Michel S， Zlotnicki J. 1998. Self-potential and magnetic surveying of La Fournaise volcano (Réunion Island): Correlations with faulting， fluid circulation， and eruption[J].JGeophysRes， 103(B8): 17845--17857.

Varotsos P， Lazaridou M. 1991. Latest aspects of earthquake prediction in Greece based on seismic electric signals[J].Tectonophysics， 188(3/4): 321--347.

Yamada I， Masuda K， Mizutani H. 1989. Electromagnetic and acoustic emission associated with rock fracture[J].PhysEarthPlanetInter， 57(1/2): 157--168.

Electromagnetic phenomena before 2008 WenchuanMS8.0 and 2010 YushuMS7.1 earthquakes

1)LanzhouBaseofInstituteofEarthquakeScience，ChinaEarthquakeAdministration，Lanzhou730000，China2)LanzhouInstituteofSeismology，ChinaEarthquakeAdministration，Lanzhou730000，China3)ChinaEarthquakeNetworksCenter，Beijing100045，China

This paper studied the changes of the geoelectric and geomagnetic fields before the 2008 WenchuanMS8.0 earthquake in Sichuan Province and the 2010 YushuMS7.1 earthquake in Qinghai Province using the wavelet power spectrum analysis. The results showed that: ① The increased wavelet power value of the geoelectric and geomagnetic fields were observed by the geoelectric stations and the geoelectromagnetic stations near the epicenter before the Wenchuan earthquake. ② The wavelet power value of the geoelectric and geomagentic fields significantly increased in the TIA station and so on in the northeastern margin of Qinghai-Tibet Plateau before the Yushu earthquake， which recovered after the earthquake. ③ The phenomena that the wavelet power value synchronously increased/decreased were recorded more than once at the different channels of different stations near the above two earthquakes. ④ The changes of the wavelet power value were almost same observed by the NS and NW channels of Sandan station and Gufeng station, which are at the same distance from the epicenter of Yushu earthquake. Based on the above analysis， we drew the conclusion preliminarily that the geoelectromagnetic anomalies were mainly caused by the electromagnetic radiation stimulated by the focal development.

2008 WenchuanMS8.0 earthquake; 2010 YushuMS7.1 earthquake; geoelectric field; geomagnetic field; change

中国地震局地震预测研究所基本科研业务费专项(2012IESLZ06)资助.

2013-02-03收到初稿， 2013-11-08决定采用修改稿.

e-mail: fyy416@163.com

10.3969/j.issn.0253-3782.2014.02.012.

10.3969/j.issn.0253-3782.2014.02.012

P315.72+1

A

范莹莹, 解滔, 安张辉, 杜学彬, 谭大诚, 刘君, 陈军营. 2014. 2008年汶川MS8.0与2010年玉树MS7.1地震前电磁现象研究. 地震学报, 36(2): 275--291.

Fan Y Y, Xie T, An Z H, Du X B, Tan D C, Liu J, Chen J Y. 2014. Electromagnetic phenomena before 2008 WenchuanMS8.0 and 2010 YushuMS7.1 earthquakes.ActaSeismologicaSinica, 36(2): 275--291. doi:10.3969/j.issn.0253-3782.2014.02.012.