地震电磁波前兆台站观测学问手册

地震电磁波前兆台站观测

学问手册

江苏省地震监测中心

2007-10-9

第一章地震电磁辐射现象及我国探讨工作概况

第一节我国历史上对地震电磁辐射现象的视察

及古人震兆阅历的记载

依据《地震光》一书中所收集的资料表明，早在我国两『七百多年前的周幽王二年间，陕西

岐山曾发生大地震。《诗经》吧述了这次地震前大气中的发光现象：当年的十月“炸炸震电，不

宁不令。白川沸腾，山冢萃崩。岛岸为谷，深谷为陵。”描述宸前发生地光似如宸电。继后发生

地震，大地猛烈颠簸，山体随然倒塌。高岸移为谷地，深谷变成了丘陵。1920年海原大地震后，

宁夏隆德县县志还记述了我国古人将这种现象作为震兆阅历，曰：“夜半晦黑，天突然开朗，光

明照射，无异日中，势必地震。”依据这一阅历说：深夜，天很黑暗的状况下，突然发起光来，

就象中午的日光那样光明，看样子定会发生地震。类似的历史记载，真实地描述了我国历史上一

些大地震前的异样发光现象。而且这种震前发光现象有肯定的重复性，因此才能在古人的长期遭

遇中形成震兆阅历。这种伴随地震而产生的大气发光现象也是由于电磁效应所引起的。依据近几

年国内外的试验探讨结果已初步揭示了它的奥密，其缘由主要是由于岩石裂开时产生电子放射，

此时外逸电子激发震中区四周的气体而产生光辐射。我国有关震前地光的文字记载比国外最早期

的历史上的发觉还要早半个多世纪。因此从某种意义上说，讫今为止我国是世界上最早发觉并记

载地震电磁辐射现象及其震兆阅历的国家。但由于震前发光现象的“时间提前量”甚短，而且很

不简洁被记录下来。因此，详细应用现今的地震预报是比较困难的。

其次节近代新发觉和十几年来我国所进行的观测及探讨工作概况

随着科学技术的发展，各类电器及电子设备在世界各地普遍运用。而且电子设备的工作频率

覆盖范围越来越宽敞，对外界电磁信号的感受实力也越来越灵敏。这些电子设备的放大器输入端

的外接天线或金属导体处于地震电磁辐射场内便接收到。“异样信号”，这些“异样信号”会对电

子设备的工作状态造成干扰，于是就会表现出“非正常的状况”。因此，国内外有关地震前各类

电器及电子设备遭遇干扰以致不能正常工作的诸种怪异现象越来越多地被震区的人们所发觉。例

如，在临震期间发觉收音机无故突然出现杂音干扰甚至讯号中断；晶体管闹钟无故停摆；有线电

话串线（瘫痪）；甚至及市电网络脱离的口光灯管自动起辉……等等数不胜数。1977年江苏深水县

发生Ms4.1级地震前，在震中区水田里插秧的几位妇女，偶而直起腰来休息时，竟然发觉她们

的头发蓬了起来。相互对望，正在惊诧之间便发生了地震。她们却不知道当时自己的头发上已积

累了不少的电荷。震后，一场乂都复原了正常。

很多调杳事实还表明，这些现象具有较好的重现性，表明它们并不是某种非震因素及地震事

务之间在时间上的巧合。例如，我国1966年河北邢台7.2级大震前一天晚上有人在极震区宁晋

县耿庄桥值夜班时发觉收音机短波段出现四、五次收不到电台信号；震前几分钟又曾有人发觉收

音机突然出现猛烈干扰。此后，在1969年山东渤海（7.4级）、197（）年云南通海（7.7级）、1973

年四川炉霍（7.9级）、1974年新疆玛曲（7.1级）和1976年唐山（7.8级）大震前，震中区都发

觉了收音机遭遇猛烈干扰的现象。同时在人口稠密地区发生中强震前也发觉类似现象。例如，1970

年10月29日江苏金湖县发生4.2级地震前两小时，震中区一位自场工人发觉家中正在收听着

电台节目的收音机突然受到猛烈干扰无法找寻电台，震后即复原了正常。1974年4月22EJ江苏

漂阳发生5.5级地震前约两小时，在震中区旁边也有人发觉收音机受到猛烈干扰的现象。

对各种类型的电子设备在地震前无故受扰的状况进行分析，还发觉震前电磁辐射干扰信号的

频谱是很宽敞的。从工作在超低频频段的测量设备直到工作在微波波段的广播通讯设备都曾有过

震前受扰的例子。例如，在一些自然电位测量系统中，在工作频率远小于一个赫兹的状况下在震

前发觉电场扰动异样；在很多采纳离散读数的地电测报点上，曾发觉震前表针出现不规则的摇摆

和来回频度大约相当于几个赫兹的拌抖幌现象。这是属于在超低频段的反应。而收音机受扰频段,

则从几百千赫兹直到几十兆赫兹。甚至直到微波通讯也有受扰事例。

上述现象一般都出现在震前几小时到几天的时间内。

这些新的发觉，示意我们：临震阶段可能有某种及地震有关的较高电平和较宽频谱的异样电

磁辐射信号出现。为了考查震前电磁辐射现象及地震之间的客观联系进而探讨利用这种现象进行

地震预报的可能性，七十年头中期以来的几十年间，我国曾有十几个省市的专业及地方地震部门

的科研、观测人员相继开展了较广泛的观测及探讨工作，是属于世界上进行此项开拓探讨比较早

的国家之一。七十年头中期，我国正处于本世纪第四个地震活动的高潮期中，不仅我国西部多地

震地区相继发生了大地震，而且在我国东部人口稠密地区相继发生了一系列的中强地震乃至猛烈

地震。惨重的地震灾难曾一度激起社会各界对地震预报的猛烈关注。我国专业及地方地震科技人

员和我国各手段的同志们一样怀着对地震预报问题的事业心，为了不断提高我国短临预报的科学

技术水平，纷纷利用各地的地震现场开展地震电磁辐射的观测探讨工作。到八十年头中期的卜年

间，我国相继建立了50多个地震电磁辐射观测试验点。它们主要分布在我国华北地区的京、津、

河北；华东地区的江苏、安徽、山东：西南地区的云南、四川及山西等地。我国多数探讨单位早

期所选用的观测频段都以超低频频段为主并逐步发展为多频段观测。我们及国外相比，是比较早

地留意超低频电磁辐射现象并开展观测探讨的国家。而且较早地取得一批Ms6级左右地震的超低

频观测记录资料。如1979年江苏裸阳（6.0级）、1981年河北隆尧（5.8级）、1983年山东荷泽

而变更的电荷及电流存在，就能激发起电磁渡。理论和实践都已证明，电磁波的能量是可以脱离

波源而向远处传播的。存在有随时间而变更的电荷及电流的地方就存在电磁波“源”或电磁辐射

“源”。因此在第一章里所介绍的岩石裂开试验中所发觉的电子放射现象，就证明白岩石裂开过

程中会产生电磁辐射。因为有电子放射就必定有电荷的变更及电流出现。

天线：

凡是用来放射或接收电磁波的器件都称为天线。在我们的日常生活中对广播电台的各类放射

天线和收音机、电视机的接收天线都已经比较熟识的了。但是我们在进行地震电磁辐射观测过程

中往往遇到一些干扰，例如雷电干扰、工业干扰等等。这些干扰信号乂是从什么天线上放射出来

的呢?原来那些犬牙交织的输电线、电力接地线等等以及雷电的放电通道都可以放射出电磁波。

甚至各种不同形态的导体都可以作为放射天线。只是不同长度、不同形态的天线在不同频率及不

同的天线电流状况下所放射的电磁波的强度也不相同吧了。放射天线及接收天线是完全可以互易

的。即，全部可以用来放射电磁波的器件，都可以用来接收电磁波。假如接收机的灵敏度很高，

或四周的电磁波场强很强，这时，即使不在接收机的输入端外接任何特地的接收天线，仅仅依靠

输入端的袒露（未屏蔽的）金属导体（如连接在放大器输入端的连接导线和元器件等等）都可以充

当这个接收机的接收天线，于是就有可能使接收机（或放大器）的输出端出现明显的输出信号。我

们在第一章中所举出的电器及电子设备在大地震前受扰现象中，如晶体管闹钟停摆等现象，其产

生的缘由很可能就在于此。虽然它们都没有什么外接天线，但猛烈的地震电磁辐射信号在它们内

部放大器、振荡器的输入端的袒露导体和元器件上感应出干扰信号，使其工作频率产生了变更。

当其工作频率偏高时，就表现为无故加快；反之亦然。当其工作频率完全紊乱时，就可能造成无

故停摆。举出上述例子，是为了使大家对“天线”的理解方面不要因为日常生活中已经熟知的专

用天线而受到局限。这样，在观测工作中对于我们分析干扰来源是有帮助的。

天线的方向性因子及方向性图：

是指接收天线没有对准放射天线时，在接收天线上所感应的信号电压就会减小，其减小的程

度及收〜发两点间的连线及接收天线的天线轴之间的夹角大小有关。定量描述这种关系的数学关

系式称为天线的方向性因子。

例如，在自由空间中接收天线上的感应电动势（信号电压）的理论关系式为：

其中，邑一接收点的场强值；G—天线的增益;

此一天线的输入电阻；A一波长

尸（仇中）即为天线的方向性因子。对于不同形式的天线，它就有不同的数学表达式。现在我

们暂不去涉及上面公式中的G、七等参数的意义。只希望对以上关系式，特殊是对方向性因子

尸（仇中）逐步有个定性的了解。以便在今后进行来波方位测量时，才能正确地测定来波方位角。

图2T中AA'表示磁性大线（按轴向东四，水平放置）,用一台固定放射功率的放射机在距

接收天线等距离的状况下围绕接收天线从①经©始终到。移动一圈。（收〜发两点之间的距离足

够大）。放射机位于不同的点位时，在接收天线上的感应电动势的大小由图中的（放射状）线段的

长短来给以表示。由于在⑨〜。号点位状况下的结果分别及放射机处于。、燧、①、©、③号

位置时的结果完全一样，因此在图2T中省略了有关的表示图像。

图2T

将12个点位的测量结果列表如下:

表2—1

放射点位123456789101112

6角（度）90603003060

接收天线1.00.70.500.50.71.00.70.500.50.7

感应电动势

表2—1中的。角是指接收天线所在的水平面内，收、发两点的连线及接收天线的轴线之间

的夹角，而且只取锐角。表中所列出的天线感应电动势，全部取相对值。用最大感应电动势的数

值去遍除以各点位感应电动势的值就得到表中所列的相对值。不难看出，在我们所举的例子中的

。角及接收天线中感应电动势的相对值之间是按sin。的关系变更。夕=90°F(①)时，接收天

线的感应电动势最大，8=0°时最小。在此状况下，天线的方向性因子/09)=sin6L

假如把图2—1中各条放射状线段的端部连结成图形，就得到了天线的方向性图。各种不同

类型的天线，具有不同的方向性图形，有的图形很尖锐，甚至分成很多瓣。

假如我们将放射机沿着垂直于AA'的平面以相同的方式围绕天线轴移动一圈便可得到

尸(①)的图像。在不考虑地面影响的状况下，对于我们的磁性天线来说产(①)=1。

表2-2无线电频段的划分

频段名超低频极低频甚低频低频中频高频甚高额超身额

称(ULF)(ELF)(VLF)(LF)(MF)(HF)(VHF)IUHF)

频率范F<30Hz几Hz3〜30〜0.3〜3〜30〜300MHz

围〜3。也30KHz300KIIz3MHz30MHz300MHZ〜3GHz

对于无线电频段的划分边界，各种资料及书籍之间可能有肯定的区分。尤其对于超低频频段,

甚至有的教科书中根本就没有列上这个频段。或许是因为现代无线电领域中对这个频段的探讨尚

近乎是空白。

横电磁波(TEM波)：

电磁波的磁场矢量和电场矢量所在平面垂直于其传播的方向(传播方向X、电场矢量E及磁场

矢量H三者相互垂直)，这叫横电磁波。同时也是沿X方向传播的平面电磁波。X、E、H的空间关

系如图2-2所示。

H

X

图2-2

假如地震电磁辐射信号是属于横电磁波，我们就可以用通常的方法来测最它的来波方位。假

如有的状况下它不属于横电磁波，那么依据•般的方法就难以精确测量其来波方向。此外,观测

室的环境，如天线四周金属物体对电磁波的汲取，也将使来波方位测量结果出现较大的偏差。在

观测频率不高•的状况下，由于电磁波的绕射作用。因此一般建筑物的反射作用的影响不很明显。

准静态电磁场：

当电磁场以很缓慢的速度变更，以致于它的辐射效应可忽视，这时的电磁场称为准静电磁场。

在电磁辐射理论中，一般把接收点到辐射源间的距离小于一个波长的区域称为准静电磁场，对于

超低频信号，即使以10Hz为例，它的波长便等F1（）"米除以10（电磁波的传播速度频率/=

波长4）,为1万公里。因此，对超低频观测来说都是处在准静态场区。准静态场场区的特征之

一，是它的信号场强随距离哀减得很快。

信噪比：

是指电路中某一测试点上的信号功率及噪声功率之比。假如是在电路（或接收

机）的输入端测试出信号及噪声功率所得到的信噪比则称为该电路（或某接收机）输入端的信噪

比。若是输出端测试的结果处称为它的输出端的信噪比。以此类推（这里所指的噪声，一般都是

指接收机内部噪声）。

接收机的灵敏度：

对于接收机的灵敏度，只有在规定的信噪比下才有意义。否则就失去了好用价值。例如，有

甲、乙两台接收机，甲机的“灵敏度”开到1（尸微伏量级，而乙机只开到KT1微伏量级。但甲机

的内部噪声电压大于信号电压，而乙机的内部噪场电压远小于信号电压，究竟如何来评价这两台

机子的灵敏度呢?乍看起来甲机“灵敏度”很高，但甲机的输出端的噪场远远大于信号强度，根

本无法正常工作，有何意义.因此•般都要求接收机输出端的信噪比要达到6分贝甚至更高的状

况下来衡量其灵敏度。对DUFT型观测仪器的灵敏度，点频可以用多少微伏/米，超低频多少纳

特表示。

由于地震电磁辐射观测及探讨是一门新的学科和领域，涉及的理论和技术问题比较广泛，很

多课题也尚处于探讨过程中，还有很多有关学问须要我们去学习、驾驭和思索。

其次节基本观测原理

在上一节中，事实上我们已牵涉了若干有关观测原理方面的问题。现在，我们再来分析第

一章中所提到的大震前电子设备及收音机受干扰现象。它们是否都是因为在其内部的放大电路输

入端接收（或串入）了地震电磁辐射信号而出现异样的呢?并非完全如此。例如收音机在震前无故

找寻不到电台信号，这并不肯定是电台信号被地震电磁辐射信号所沉没，有时可能是电台所放射

出的电磁波在震中所在地的空间被反射、折射而达不到原来的接收点了。这种现象是由于传播路

径上的介质电性质发生变更而引起的。因此，对于地震电磁辐射异样现象，依据其详细产生的缘

由可以分成两类：一类是电磁波的“传播异样:一般是指在地面上两点之间发送电磁波传递信

息（如广播、电报、电视、导航信息……等）的状况下，由于伴随地震活动可能出现地下电离的，

带有放射物质微粒的气体逸出，甚至有电子干脆逸出等缘由而显著变更了电磁波传播介质空气的

折射指数，使得电磁波不能按正常的路径传播。于是在接收端出现广播通讯信号无故中断等等异

样现象。另一类为临震电磁辐射异样现象。它是指伴随地震活动而产生的电磁辐射源辐射出某种

电磁信号，被接收机或某种申子设备所感受到了而引起的异样反应。我们杷它叫作“辐射异样

这两类异样的起因都及地震有关而且都是来自地震电磁效应。但其表现形式不同。前者是变更了

电磁波的传播介质的电特性，引起了传播异样；后者是接收设备干脆接收到了异样辐射信号。

针对上述两种异样的不同状况，其观测原理、方法就有所区分。对传播异样的观测，往往是

将接收机固定调准在某•已知电台的频率上，监视其信号场强、相位等等有无明显变更，国内早

期曾有的单位采纳过这种观测方式。他们通过观测本地或外地某一广播电台的开机信号有无明显

的涨落变更来判别弁样，但因为所用的方法过于简化，相对说来影响因素比较多些，因此目前

很少采纳。另外就是采纳接收导航台、授时台的高稳定信号以观测其相位有无明显畸变的方法。

相对说来这种方法受工业等因素干扰的可能性较少。对这种方法，在国内南京紫金山天文台有同

志曾利用该台的观测资料作过分析。在国外，如苏联目前在采纳。利用导航台信号进行监视测量,

只能判别收-发两点之间传播路径上有无异样的位置。在另一方面，乂难以做到面上的覆盖。总

的来说，这种方法解除干扰的实力相对较强。但是传播介质的折射指数也会受到大气的温、湿、

压变更的影响。

辐射异样的观测方法，H前在我国被普遍采纳。在国外也大体如此。进行辐射异样观测时，

主要应考虑以下几个方面：

一、为了取得较满足的观测结果，须要合理地选择观测频段

1.依据各类电子设备在大震前的受扰现象分析•，在很宽的频段范围内选取观测频段，在原

则上是可行的。

很多岩石样品试验的结果也表明岩石裂开电磁辐射的频谱较宽。但是来自地震电磁辐射源的

辐射信号在地卜.有损介质中传播时，由于介质的电导率显著增大，传导电流所引起的损耗明显增

加。同时，频率越高，衰减越大。因此从电磁辐射信号幅值在传播过程中的衰减因素考虑.选择

超低频频段作为观测频段是比较有利的。我们以「二10Hz的超低频信号为例，取岩石的平均电导

率为ICT's//〃（西/米）计算其穿透深度。

次二%乃，%0）=502〃左右。即是说，10Hz的信号在电导率为10一5$/,〃的岩石层中

传播50Km后,其信号幅度值大约只降为原来的1/2.72。而对于f=1000Hz的信号，则。=5Km,

相当于f=10Hz信号的穿透深度的1/10。因此，超低频电磁辐射信号从地下传播到地表，在理

论计算上是易于被人接受的。

另•方面也必需指出，天线的辐射功率是随电磁波的频率的二次方而增加的。因此，超低频

信号的辐射实力是很低的。只有当辐射源具有很大的功率时才可望有足够的能量被辐射出去。这

部分被辐射出去的能量由于其传播损耗很小，可以传到很远的距离。当辐射源泉功率不很大时，

我们的观测仪器就主要按准静场的特征来拾取信号。其信号强度将随观测距离的三次方而快速减

小。这可能就是为什么很多超低频观测结果表明，在•些远大震前出现的异样很明显，而对•些

中距离的中等地震异样反应并不是想象的那样显著；而在近距离的中小地震发生前却又能观测到

明显的异样的缘由。总的来说，选取较低频率作为观测频段是有利于接收干脆来自地下的震前电

磁辐射信号的。

2.从干扰方面考虑，在选择观测频段时应尽可能避开所选取的频段跨入无线电广播、通信

等频段。此外，一般来说工作频率越高，抗工业干扰的实力也强。经测量及理论分析表明,工业

干扰频谱的电压幅度是及频率成反比的。因此，在低于广播波段的范围内适当提高观测频率是有

利于抗工业干扰的。

3.我们开展电磁轴射观测的目的，是为了从地震电磁辐射现象中提取短临前兆信息，以便

应用于地震预报。而经过长期的实践表明，假如不能测量出辐射源的位置，就会明显地限制电磁

辐射方法在地震预报应用中的效果。也就难以在目前阅历预报的基础上将预报水平进一步提高。

因为很多观测事实表明：观测距离很近时，即便是较小的地震有时所观测到的信号和远一些的大

一些的地震异样信号强度没有多大区分；甚至，有时它们的信号持续时间也基本相当；当地震震

级较大时，利用观测网的资料也难以对震中范围做出牢靠的预料。……等等。即便取得很可信的

异样资料，在供应应综合分析部门时，往往仍不能充分发挥电磁辐射方法的优势。对于电磁辐射

信号来说，无论它是来自什么源，甚至是经过反射、折射……等等，在它达到接收点时总是有来

波方位的。因为它是矢量场，方向是明确的。即便是弥散源，在肯定距离上也是能测量出它的大

体方位范围的。只有当信号是从接收点的四周四面八方传来时才会无从确定来波方向。这种状况

不是不行能，但可能性较少。因此只要能测出来波方位，总是能进一步探讨它们及震源（或震中）

位置的关系。测量辐射源的位置，可能有各种不同的途径。其中，比较普遍的方法是利用接收天

线的方向特性.为此，观测频率应当尽可能地选得高一些.

二、观测资料应能给出所检测信号的电、磁场量结果

电磁辐射信号本身，是完全可以依据无线电检测原理对其电场、磁场等参数进行定量测量的。

因此，对于地震电磁观测的最基本的要求，是所观测的数据应当能换算出天线所在位置的唁号场

强值。为了达到上述要求，所采纳的观测仪器必需解决系统标定问题。

三、目前国内采纳的几种观测方法

1.按所选取的观测频段可分为：超低频、极低频、甚低频和中频等几种观测方式。其中，

超低频观测方式比较普遍。其次是甚低频观测。少数单位采纳中频观测。

2.依据天线的置放环境的不同，可分为地面（包括浅表）、坑道及井下三种方式。

3.按所采纳的天线，可分为电天线和磁天线两大类。电天线中，可分为地面垂直（鞭状）天

线、井垂天线和埋地（电极）天线；磁天线包括空芯环天线和带磁芯的环天线。带磁芯的环天线又

包括工作频率较高的铁氧磁天线和超低频磁天线。

4.依据观测系统的终端输出方式，主要可分为连续笔绘模拟记录和计算机实时数字记录等。

四、不同频段的观测原理

1.超低频段的观测原理

在第一章里已经谈到过关于超低频观测问题。由于超低频信号的波长丸可以达到万公里以

上，观测距离所以是处于准静态场区。在这个区域，信号的幅值是随传播距离的三次方而

衰减的。另一方面，虽然它的辐射实力很弱，但总有一部分能量可以辐射出去，被辐射出去而以

超低频电磁波传播的那部分能量，其穿透实力很强，在地下传播路径上的损耗很小。但总的说来,

在超低频频段所观测的信号是以准静场占优势。而准静场及静电场、静磁场之间是有区分的。其

区分在于后者是可以分别以静电场合或静磁场而独立存在；前者（准静场）中的电场及磁场是相互

依存的。因此，它可以通过电磁感应的原理在超低频观测系统的磁（或电）天线上感应出信号电压

以实现观测记录。DUF-I型观测仪超低频所采纳的天线主要为小型轻巧超低频磁天线，它具有较

大的电感量以提高其信号电压合乎要求的频响特性和足够满足须要的灵敏度。为了降低磁暴、地

磁脉动等长周期地磁变更的影响。我们在10Hz以下适当地籽频响曲线向高端移动。在超低频段,

除间或的强干扰状况外，一般自然背景噪声电场大约为1亳伏/百米左右。而5〜6级地震前在

百公里距离上有可能观测到几亳伏到几十毫伏的信号电压。

由于超低频磁天线是利用电磁感应原理来拾取信号的，而且由于它的灵敏度比较高，所以当

磁天线四周的磁场有微小的扰动变更时就会在它的线圈两端出现相应的感生电动势（电压），经放

大后可记录到变更波形，据此原理，由F铁器、磁钢等等铁磁物体发生运动时，将会使其旁边的

磁场发生变更，于是也会在磁天线的线圈两端感生电动势从而登记干扰波形。假如将磁天线搬动,

就会因为磁天线的线圈切割地球磁场的磁力线而出现大幅度的人为因素的干扰。

国内常有一些运用超低频磁天线的观测点在震时记录到了地震波，及地震仪的记录波形特

征没有太大的区分，这属于正常现象。因为磁天线随地震波而作颠覆运动时切割地磁场的磁力线

自然会在磁天线里感生出信号电压来。这时不同方向的磁天线在地球磁场中运动时所感应的及地

震波运动有关的信号的大小，除及地震波运动的方式、震中方位有关外，还及当地的地磁偏角大

小有关。

2.甚低频段的观测原理

依据本章关于电磁辐射观测原理第1、第2方面的分析及要求，DUFT型观测仪甚低频选择

38KHz为的工作频率，以捕获临震电磁波前兆异样信号。依据一般的传播机制理论公式计算，数

十千周的电磁波信号是难以从地下深处传播到地面来的。但毡以下几方面的状况值得我们对地震

电磁辐射信号的低频成分的来源及其在地下的传播问题进行仔细思索：

(1)如前所述辐射功率是随频率的二次方而增加的，在肯定的频率范围内，辐射功率的增加

有可能弥补它的一部分衰减损耗。

(2)地震电磁辐射源是体源而不是埋藏在地下深部的点源。因此其辐射体有可能始终延长到

地壳的浅部，所以不肯定须要在地下传播很远的距离就可以溢出地表。

(3)依据地壳波导传播的机理，不太高的频率的电磁波是有可能沿地壳波导而传播并溢出地

表。

(4)孕震区内的电磁效应所产生的猛烈的电场变更有可能在震中上空激发二次辐射，干脆在

自由空间里以较小的衰减率而传播。

(5)很多观测结果证明在几千赫兹的频段上的确能观测到明显的地震电磁波辐射信号。一般

在一、二百公里的距离上可观测到5级左右地震前的辐射信号强度可达到IO?量级。

为了开展对电磁辐射源的位置监测，探讨震中预报方法，在这个频段上进行观测，是具有很

重要意义和好用价值的。关于低频段的自然及人工噪声背景问题，依据我们用干扰场强仪对不同

环境的低频干扰背景值进行测量的结果表明，在一般的农村环境下，自然背景噪声电场在数微伏

/米。在中等城市的郊区，甚至在一些大城市的郊县环境下所测得的噪声背影值在十几微状/米

到几十微伏/米之间，而在大城市的中心，则可达到百微伏/米以上。

由于DUF-I型观测仪点频部分的抗干扰实力明显优于场强仪，因此在实际运用DUF-I型观测

仪进行记录时的实际噪声背景明显低于上述测试值。在没有突出的干扰状况下，记录线条是平直

的。假如监测对象是以本地（lOOKm以内）的Ms5级以上的地震为主，那么在城市郊区及一些工矿

企业的文化、生活区环境内它是能够满足地工作的。

由于DUFT型观测仪点频的工作频率是38KHz,因此它所接收的信号的波长4=7.8Km,而我

们的观测点及地震电磁辐射源之间的距离R一般都在lOKm以上；即R>4。也就是说，它不是处

在准静场区是处在“波场区:它所观测到的来自地震电磁辐射源的信号是电磁波信号。在传播

路径上，其波幅是随距离的一次方而衰减的。因此它及超低频观测原理是有区分的。假如地震电

磁辐射源所辐射源所辐射出的电磁波基本上是符合平面电磁波条件的，那么，利用天线的方向性

是可以比较精确地测量出源的位置或范围的。当然，也必需看到，地震电磁辐射源定位问题还牵

涉很多困难的理论和技术问题。但就目前我们已经取得的观测资料来看，所测得的来波方位大都

及震中方位基本一样。这已初步表明，依据上述观测原理，是有可能为震中预报供应信息的。

五、终端记录设备

原江苏省地震局研制的DPJ和ULF观测仪的终端记录装置是配用DD-1地震记录仪，其优点

是比较直观，记录纸的空间利用率高。缺点是笨重，比较昂贵，修理麻烦等。现在DLF-I型观测

仪采集计算机作为记录终端，对观测数据实时进行数据处理和存储，其优点无疑是明显的，

但必需强调的是，对于一个观测系统来说无论它采纳什么终端设备，都必需有赖于传感器（或

接收机）在检测地震前兆异样信号方面的有效性。否则也就难以在实际的应用过程中取得如愿的

效果。

第三节地震电磁波波观测仪采纳的接收天线

一、超低频观测常采纳的天线

1.埋地天线（如图2-3）

这时，天线的“最大接收方向是在垂直于两接地网（或电极）连线的方向上。接地网的咋用是

保持良好地接地，要求它常年处于潜水位以下，两接地网之间的距离在数十米以上就可以了。图

中两个无极性电容的作用是限除各种因素引起的直流电位，而传递沟通信号。此种超低频观测的

优点是抗大气干扰的效果很好。而且由于在地面观测的状况下水平重量的电场大于磁场，加之

DUF-I型观测仪超低频通道的低噪声、低零飘及特殊抗干扰性能，若在适当选址的状况下，无震

背景记录可以相当干净。但易于遭遇电锯、近处工业电网的接地线等等干扰源的影响。同时难以

进行系统标定。这种观测方法在江苏曾长期普遍实行。用这种方法曾取得了一些较好的震例。如:

1979年沸阳6.（）级地震震例等其中漂阳6级地震前观测到超低频异样全过程。而且这种异样是

连续观测四年中唯一的一次。具有很高的可信度。对于某些流淌铁器干扰问题很突出而且又有二、

三十米以上的开阔场地，并能将接地网埋入常年潜水位以下的观测点。这时观测房必需放在办公

楼的底楼的一层，同时，埋地天线的馈线肯定不能漏电。

2.专用超低频磁天线（如图2-4）

一般观测仪器配接两根天线，它们可按东一西，南一北放置；也可按两个斜方向放置。DUF-I

型观测仪所研制的超低频磁天线体积和重量都比较小，而且具有足够高的灵敏度。及同类型的观

测系统相比，在无震观测记录背景相同的状况下，它的实际工作灵敏度较高。配接超低碳大线的

运用方法，优点在于可以很便利地进行系统标定。对地方震的反应也较好、安装也较简便.也便

于实现观测规范。而最突出的缺点是易受流淌铁器的干扰。

超低频接收

主机

图2-4

二、甚低频观测常采纳的天线

1.埋地天线（如图2-5）

技术要求及超低频观测中对埋地天线的要求相同，这种方式曾在江苏响水观测点采纳，这种

运用方法的优点是大气干扰影响比较小。缺点是无法进行来波方位扫描，也难以进行系统标定。

但可通过理论上的近似计算来求得系统的观测场强值。

图2-5

2.井垂天线（如图2-6）

井孔的深度在三、四十米以上就可以了。但天线部分必需在钢套管以下。天线长度在几米到

几十米左右即可。此种接收方法曾在江苏无锡柑桔所运用。优点是受地面干扰及大气干扰都比较

小。缺点是目前难以进行系统标定；并且无法进行来波方位扫描。但在有条件的地方可以协作地

面专用磁天线的接收方法来运用。

3.专用小型磁天线（如图2-7）

这种运用方法是我们普遍采纳的地面观测方法。在适当选址的状况下能取得较好的观则效

果。而且突出的优点是能利用天线扫描来检测来波方位。探计震中预报指标。并可以很便利地运

用标定仪进行系统标定。缺点是难以避开大气干扰。但大气干扰波形易于识别。

第三章台址选择

第一节台址选择

依据长期观测阅历及已知的理论分析及相识,对台址的选择主要考虑以下几个方面：即台址

所处的干扰环境及要求监控的地震下限、地质条件、生活、交通、通讯及供电条件等等。注往须

要综合兼顾各项要求.而且在相当一部分状况下是台址的选择范围已经受到客观条件的限制。在

此状况卜,须要因地制宜并在仪器安装尤其是对天线的放置环境上采纳合理的方式和必要的技术

措施。

一、尽可能选择环境干扰较小的观测场地

DUF-I观测仪，尤其是点频通道具有较强的抗干扰性能。在它们的信号处理电路中都实行了

特殊的抗干扰措施.因此在一般状况下用于地面观测，甚至在一些城市及工矿企业内适当选址也

能取得良好的效果。尽管如此，为了取得可信度更高的资料，以便在短临预报实践中取得新的甚

至有突破性的讲展，却要求夯分重视对台卅干扰环境的诜择。

在第一章里我们介绍了各类电子设备在大震前遭遇地震电磁辐射信号的干扰现象。对它们来

说，我们的有用信息却是一种它们所对以避开的干扰。反之，一切电子设备及工业用电器都会产

生或强或弱的辐射信号对我们的观测仪器造成干扰。尤其在大工业区，这种干扰辐射的频谱也是

比较宽的。一般来说，工、业干扰辐射信号在频率较低的部分比较强。所以随距离的衰减也比较快。

只要尽可能离开工业集中区域，其干扰程度就会有明显的降低。但终归不如偏僻的农村环境为佳。

依据接收天线离开各类人为（包括工业）T扰源的最小距离及它们可能受到干扰源影响的程

度，我们把台址条件划分为三类。由于DUF-I仪器的接收频率有两种，所以同一类别的台址，对

超低频通道和点频通道的要求是有区分的。现分别列表如下（见表3-1及表3-2）：

表37超低频通道观测台址干扰环境类别划分

一―台此券别及天线曲干扰源最小距离I类台址11类台址III类台址

各类有代表性的干扰铲_

最小距离（米）最小距离（米）最小距离（米）

铁路（火车运行时车体移动）1000800500

大型扩音设备300200100

马路（汽车移动）20010080

自行车干道805030

行、吊、铲车300200100

铁门303020

锄头302010

万用表（数字万用表除外）302515

其它流淌铁器参照以上距离

表3-2点频通道观测台址干扰环境类别划分

j一台址型々天线距干扰源最小距离I类台址11类台址III类台址

各类有代表性的3赢jJ

最小距离（米）最小距离（米）最小距离（米）

（工业电网干扰）

1万伏特高压输电线1005020

3万伏特高压输电线30010050

11万伏特以上高压输电线1000500300

大型变电站1000500500

电焊机800500300

（广播通讯干扰）

电话线503010

100千瓦以上大型广播放射台1000500300

大型电话交换台500300200

雷达站500300200

大型电动粉碎机、矿山采掘机之类1000800300

电锯、电动排灌机…等在型用电器500300200

由表3-2中的数据可以看出，点频通道对环境条件的要求是并不高的。其中特殊要留意离开

大型电动采掘、绞拌机械之类的电源开启、断路动作很常见的设备场所尽可能远一些为好。因为

这类干扰的脉冲波形相对比较集中。它们虽然可以识别，但总归是影响观测效果。对点频接收通

道来说，对观测记录的基本要求是要使无震背景记录线条平直。只有少量离散的脉冲或间或出现

很短时间的干扰波形（大气干扰是难于避开，但很简洁识别）。

当采纳超低频磁天线进行观测时，各类台址除按表3-2中所列举的参考数据进行选址外，尚

需加上.表3-2对各种移动铁器或带磁性物体的最小距离的限制（对少量固定不动的铁器•般不作

要求）。

假如超低频通道不采纳超低频磁天线而采纳埋地天线，则各类台址条件及点频通道（即表3-2）

的要求相同。但利用埋地（电极）天线进行超低频接收时：1.尚不便进行系统标定。其场强短暂

用近似计算方法。2.对场地另有要求（详见本章其次节）。

二、所期望的地震监控实力应及不同的台址条件相适应

在地震前兆观测工作中，每一次地震都是一次取得实践阅历及检验的好机会。一次较大的地

方地震事务，对观测者来说在一生中也恐难遇上多少次。尤其在地震活动频度相对较低，而人口

又较稠密的地区，一次有感地震就有可能引起社会较强的反响。因此，往往期望把前兆仪器的监

控震级尽可能降得低一些。也就是说希望仪器反应更灵敏一些。这在人口稠密而地震活动频度又

不高的地区的确是个现实问题。另一方面从DUFT观测仪的本身性能来看，它是具有较高的应震

实力和环境适应实力的。但是终归有肯定的限度。在不同类别的台址条件下，它们的监控震级下

限是不同的。不论在哪一类台址条件下，最基本的要求是必需保持无震背景下要求线条平直，只

是间或出现短时间的干扰图形，即认为是正常背景记录图。在此前提下酌情发挥其灵敏度.假如

希望超出环境条件而提高其应震实力，是不合适的。否则会降低观测资料的牢靠性及可信度，一

般状况下，对于I类台加，大体上可能对100公甲左右的多数Us3级以上地震有较明显的反应：

II类台址，大体上可能对100公里左右的多数Us4级以上地震有较明显的反应；II1类台址，大

体上可能对100公里左右的多数Ms5级以上地震有较明显的反应。这是对无震背景记录作比较严

格要求的状况下的参考数字。

三、从台址的地质条件方面考虑

依据我们曾进行的低频波地下放射试验（穿断层测试）的结果来看，处于断层旁边的观测点

所测场强值有显著的“增益”，因此将台址选在些主要断层带上或其旁边，是较有利的。假如

不采纳埋地（电极）天线，那么将台址选在有基岩出露的地方相对来说较选在第四纪覆盖层较厚的

地方更为有利。

四、综合考虑生活、交通、通讯及供电条件

生活、交通、通讯及供电条件，明显不涉及技术问题，但也是必需兼顾考虑的重要条件，对

此，各地都有很丰富的管理画历体会。

必需留意的是对于那些供电条件比较差，电源电压不稳或过高过低的观测点必需配备适当的

稳压电源（但切忌运用开关稳压电源，否则将造成严峻干扰）。

五、依据地区性监测台网的规划布局选择合适的观测场地。

第四章地震电磁波观测技术章程

第一节地震电磁辐射观测的基本任务

地震电磁辐射观测的基本任务是运用地震电磁辐射观测的专用仪器取得连续、牢靠、完整的

观测资料，为地震短临预报和开展科研工作供应精确的数据和其它资料，对资料的处理和报送，

做到精确刚好。

其次节地震电磁辐射观测台址选择

第一条地震电磁辐射观测台址，可分为I、II、HI类台址，各类台址的技术要求（请依据笫

三章的有关要求酌情选址）

其次条对于工矿企业的强干扰环境中建点选址，应将台址选择在厂内相对偏僻的地区并远

离高压输电线、变电站、行吊、火车、传送履带等较强的工业干扰源及运动机器等。大中城市选

址，应在尽可能远离工业干扰源的郊区或文化区选择观测场地。

第三条地震台一般满足电磁辐射的观测要求，为使观测得到志向的数据，观测点一般选择

台站较为偏僻的地方，避开及变压器、主要道路相邻，在安装仪器前应依据仪器的安装要求做好

规划，预先留好走线管道等。

第四条台址诜定后，需收集该台址所在地（包括市或县范围）的地质资料，包括第四纪覆盖

层厚度、岩性、主要构造及2公里范围内的大型工农业设施如工厂、排灌站等平面位置图建立台

站档案，标出台址的经纬度。

第三节仪器安装及维护

第一条在仪器安装之前必需阅读仪器说明书而后按说明书上所述的操作步骤进行安装调

试。

其次条超低频天线•般须要埋地，其跟主机的走线距离•般不能超过7米，应做相应的测

量再施工，避开走线过长，以削减馈线损耗。超低频天线的位置尽量在远离变压器、主要道路。

第三条超低频天线埋地一般要求一米深，在山区或是覆盖层较浅的地区可以酌情处理。放

置超低频天线时应留意天线及通道的对应，定方位时应采纳地质罗盘定出地磁南北线，天线应各

自对正方向，两组超低频天线应严格按要求垂直。两组天线可以成“L”字形或是“T”字形，回

填土前应夏杳无误。

第四条点频天线可以及仪器主机同置于一间观测室内，也可以将天线置于户外或单独放置

在另外一间房屋内，以进一步减小人为干扰。

第五条仪器主机一般放在一楼的观测室内，当点频天线及仪器主机同置于一间观测室内时

应留意其尽可能远离计算机的显示器和其它电磁设备。仪器主机及计算机主机距离一般不超过2

米，以保证USB通讯的正常工作。

第六条当仪器主:机及计算机主机距离较远时可以选配USB延长器，最长不能超过5C米。

第七条施工时留意不要损坏引线，以免进水受潮，影响仪器正常工作。室外的走线应加套

管固定，不行以随意悬挂，避开风扰。

第八条安装后应刚好填写安装FI志并归档备查。

第四节日常观测

第一条DUF-1型临震电磁信息监测仪为实时记录仪器，其显示的波形为实时波形，观测人

员可以在计算机实时显示的波形中视察电磁信息的异样状况，日常观测时要求观测员应早晚各巡

查一次，视察实时波形，保证仪器正常工作，发觉仪器故障应刚好报修。

其次条观测人员必应在每天的12:00之前处理昨天的数据，刚好做好日志备查。一般步骤

为：

1.打开电磁波数据回放系统，仔细查看每一个小时的数据。

2.如发觉异样，刚好处理和分析，并将异样状况上报前兆台网值班室，并将异样部分的数

据截取下来，上传至।前兆网络上，供局里分析人员处理。

3.仔细依据要求填好日志报表，要求刚好和无涂改。

第五章地震电磁辐射现象在短临预报中的应用

江苏西北部地处郑庐大断裂中南段，为强地震监视区；扬铜地震带（包括茅山断裂和东部沿

海及其近海海疆）为中强地震活跃区。为了探讨震前电磁波辐射现象及地震孕育过程之间是否存

在客观联系，本章通过总结江苏及邻近地区的电磁波异样特性介绍了其在地震短临预报中的应用

的概况，及在时、空、强判据及预报实践中取得的进展。

第一节江苏及邻近地区电磁波台网对典型地震前后的电磁波异样特征

现将一些典型地震前后的电磁波异样特征分述如下（见表5T）：

用E口11电O内辐小TKH为

庭中震级异样震中异样侑号般大值⑪弁样出现异样结束至发观测fi

发找时间异样时间异样类型

至人数

也亢Ms台站Hikin顿道E成”或原始依表时间注

果用1979.7.96.0卫也80Ai7.5~7.6.7.19~10.4间断脉冲如车有坨加趋仍1~10mv/n3d21.4h3d2.2h1/1

解附212A,4.21.08:30连续脓冲10Uv/m23.6h23.4h

如港4.6支岗232A.4.20.18:57间断肽冲1d12.9h1d12.7h3/3②

金湖192A,4.22.07:01向断昧冲50B40m

A,10.l^U.3长周期波动一案柴k冲，4.4mv18d23h

南渡UtKRMAJ

1983.11.

B.10.2811.3间断肽冲0.58nv10d»*/c

荷泽0.9

7登港560“10.2C10.24唯甘75PV/B16d7.7h

C,10.30~11.5啜音267uv/m8d1.4h2d5h

A4.30'5.13连续肽冲3DV8d23.3h

由渡Z42}©

Bi4.30'5.12密集脓冲0.4mv9d8h

常熟122“5.12.17:50噪音312Uv/m9d8h二

A,5.8~5.12.5.16长期期波动一连续收冲、25«v13dl5hAd14h

利怵⑧

6.2M5.12.5.16.5.19长周期波动一连续k冲，小音41.5nv9d8h2d4h5/7

海除港7*J0A

Bi5.12连续脓冲0.22nv9d8h

Dz5.12连续脓冲263.2Pv/m9dRh

金湖248Ci5.12连续脓冲475pv/m9d5h

泾县3615.19,18:10-19:08连续脓冲2d3.5h2d4.5h

邯11987.2.1响水114&Bz21'23：07,2.9-2.14,2.16长冏期波动一连续脉仙15av8d18h」22.6h1/10

啕水70u.rn.52h57n

掂港13010.20'10.2114d21h

4JA10.31长周期波©4d18h

海安140

及ll.2'11.3南史脓加1d17.5h

东海