国际大地测量学与地球物理学联合会(IUGG)创立于1919年,由7个独立的国际组织组成:国际大地测量学协会(IAG)、国际地震学和地球内部物理学协会(IASPEI)、国际地磁学和高空物理学协会(IAGA)、国际气象学和大气科学协会(IAMAS)、国际火山学和地球内部化学协会(IAVCEI)、国际水文科学协会(IAHS)、国际海洋物理科学协会(IAPSO)。每4年召开一次IUGG大会,同时上述的7个协会开展学术讨论会; 而在这4年中间的2年中,IUGG的7个协会各自召开科学大会,交流讨论相关的成果与研究进展。

在过去20年中,海峡两岸举办过多次有关地质科学领域的研讨会。1995年3月在中国台北召开了海峡两岸地质学术研讨会,与会人数达400余人,开启了两岸开放人员往来以后地球科学领域的大规模学术交流活动。其后自1999年8月起,陆续在北京、美国斯坦福大学、香港大学、南京大学、台湾龙潭科学园区、内蒙古赤峰市以及四川成都理工大学分别举行了7次世界华人地质大会,使全世界地球科学领域的华人学者有了一个常规性的交流通道。2015年在中国台湾台北举办了第八届世界华人地质大会,开展了学术交流讨论与合作研究,推进了地球科学的新进展。

本文概述了2015年6月22日～7月2日在捷克首都布拉格举行的第26届IUGG大会与2015年6月14～18日于中国台湾台北市召开的第八届世界华人地质大会,展示了在这两次大会上震磁研究的新进展与新动态,讨论并展望了今后的研究前景。

第26届IUGG大会于2015年6月22日～7月2日在捷克首都布拉格举行。陈运泰院士和吴忠良研究员在7月1日闭幕式上接受了IUGG授予的会士(Fellow)称号,中国共有6位科学家成为IUGG的会士。

这次大会的中心主题是未来的地球科学与环境科学。来自88个国家的4 288名专家学者出席了这次IUGG大会。在这次大会上共有202个研讨会与工作会议(分为639个学术专题),产生5 381篇报告论文与展示论文,充分显示了地球科学与空间科学的新成果与新进展。

2015年6月14～18日,第八届世界华人地质大会在中国台湾台北市召开。这次大会是由中国地质学会、台湾中央研究院地球科学研究所、中国地球物理学会、国立中央大学地球科学学院、国立台湾大学地质科学系联合主办的,共有300余人出席了会议,其中大陆代表200余人。该会议还开展了台湾地区的野外地质考察。

第八届世界华人地质大会研讨了13个专题:亚洲大地构造演化与岩浆作用,边缘海演化与大洋岩石圈研究,板块作用与成矿及矿产资源勘探,青藏高原特提斯地质演化,汶川地震地质研究最新成果,台湾海峡两岸地震合作研究成果,活动构造、地质灾害与防治,地震震源研究,地震前兆研究,地球深部结构与高压实验研究,工程地质、环境地质与能源,岩石学、矿物学与地球化学,地层古生物与生物地质学。会议还专门设立了“尼泊尔最新地震研究”专题,对2015年4月25日尼泊尔M_S8.1地震进行了研讨。

这次大会为世界各地的华人提供了学术交流与讨论的平台。在这次大会上,有2个大会报告。在上述13个专题讨论会上,共展示了163篇论文报告和103篇论文,内容十分丰富。

在2015年IUGG大会中,国际地震与火山电磁研究工作组(EMSEV)主持了“地震前后的物理过程与地震前兆的可靠性”和“火山活动的地球物理成像与监测”两个专题讨论会(Astafyeva et al,2015; Zlotnicki et al,2015),展示了包括震磁研究在内的地震与火山电磁研究的新进展。在IAGA与IASPE的专题中,也有震磁研究的报告。

Tsutsui(2014,2015)根据电磁(EM)波的观测资料,获到了地震的电磁前兆现象。为测定EM波,应用2个传感器系统,其传感器是由3轴磁探测线圈与垂直电场天线组成的,分别安装于地下100 m深的井孔中和地面上。2013年4月13日,在离该EM观测点115 km处发生了 M_S6.3地震,在地面上的传感器系统首先观测到磁分量的脉冲,13 s后观测到在井孔中的另一个磁脉冲。这可能是由压电效应引起的。另一个与地震有关的电磁脉冲,是在离该电磁观测点24 km 处发生的M_S3.9地震前7小时观测到的。根据地震的激发机制,这种EM脉冲可能是地震的前兆信息。

Stanica等(2015)认为,电磁信号与地震的关系在科学上还有不同看法与争论,确定电磁信号与地震的关系还需要新的可靠信息。为此,Stanica等(2015)应用3-D电磁成像技术来加强地球动力学模型与地震发生机制的联系。Stanica等(2015)还考虑了地震发生之前在震源区的应力、应变、流体、电导率等因素的变化。他们分析与研究了Provitade Sus地球动力学台站的ULF电磁数据,该台站与Vrancea地震活动带相距约100 km。对 0.001～0.016 Hz频带的电磁数据,应用FFT带通滤波分析法,分析了电磁参量B_zn的变化; B_zn=B_z / B_p,其中B_z为地磁场垂直分量,B_p为垂直于走向断裂面的地磁分量。结果表明,B_zn的异常变化与2014年在Vrancea 地区发生的M_S≥4地震具有如下关系:地震发生前,B_z值为最大; B_z异常变化的时间为地震前 1～30天。

为监测地震活动性,在中国南北地震带开展了流动地磁三分量测量。陈斌(2011)应用自然正交分量(NOC)方法,对2010年以来南北地震带发生的多次M_S≥5.0地震(其中最大的为2013年芦山M_S7.0地震)前后的地磁测量数据进行了分析研究,得到了10余次地震前的局部岩石圈磁变化异常,这些岩石圈磁变化异常及其变化的高梯度附近是较易发生地震的地方。该局部地区的岩石圈磁变化异常的方向和异常幅度不一致,则可能是一种震磁前兆。根据该结果,在地震监测预报工作中,Chen等(2015)圈定了岩石圈磁异常区(通常为半径50 km的圆圈),而实际发生地震的震中在圈内或在所圈定的岩石圈磁异常区10 km范围内。

Kopytenko和Ismaguilov(2015)研究了甚低频地磁扰动(f<1 Hz)的梯度与相速值的强震短期前兆。该梯度与沿地表的相速是应用3个地磁台来测定的,各台都安装了高灵敏的三分量地磁梯度仪相邻地磁台的距离为5 km。这些地磁梯度仪可给出甚低频地磁扰动的梯度矢量与相速矢量。分析研究表明,强震前2～3个月,该地磁梯度与相速出现异常。而且,异常地磁梯度的矢量方向指向将要发生地震的震中,但异常地磁相速矢量的方向却背离将要发生地震的震中。Kopytenko和Ismaguilov(2015)还研究了2011年3月11日日本M_S9地震前11年中的地磁长期变化异常,发现在这11年中有4个地磁长期变化的局部异常,其中3个局部异常出现在该大地震前0.5～1年。另一个局部异常为最大,发生于该大地震前3年。

Yuan等(2015)对中国的乌兰—长治1 500 km剖面、汶川—吴旗950 km剖面和惠农—玛沁1 100 km剖面的地磁总强度测量资料进行反演获得了南北地震带的北部地区岩石圈磁场与地下磁化率结构。分析结果显示,岩石圈磁场与地质构造有良好的对应关系; 从地下磁化率的反演方差、居里面深度、磁化率结构模型数值、构造块体和地震活动性等方面的分析表明,反演得到的磁化率结构是较可靠的; 该岩石圈磁场和地下磁化率结构是比较复杂的。

对于2013年4月20日四川芦山发生的M_S7.0地震,Ni(2015)分析了该地震前后岩石圈局部磁场的动态变化特征:地震前岩石圈磁场各要素均呈现出异常特征,震后异常消失; 该地震前后岩石圈磁场的水平矢量异常分布,在孕震过程中其空间范围约为125 km; 孕震过程中岩石圈磁场垂直矢量方向的反向与龙门山断裂的构造运动较一致,这可能与该地震的类型为纯逆冲型有关。

Wang(2015)应用地磁三分量的测量资料,分析研究了2005年九江—瑞江M_S5.7地震与2008年汶川M_S8.0地震前的岩石圈磁异常,这两个地震的震中区都位于相应岩石圈磁异常的偏角零线与倾角零线附近,而且其岩石圈磁异常的形态相似。

在第八届世界华人地质大会中,顾左文等(2015)报告了关于岩石圈磁场及其相关的问题。岩石圈磁场对研究区域构造与局部构造活动都具有重要作用。依据近年来所开展的研究工作,包括中国大陆及周边地区地面流动地磁测量和相关模型计算,对岩石圈磁异常及其与地震的相关性进行了分析和解释,并着重讨论了岩石圈磁异常在地震预报实践中的进展与有待深入研究的问题。袁洁浩等(2015)报告了中国大陆地区的流动地震地磁监测与研究进展。2009年以来,中国地震局在华北地区、南北地震带和南北天山地区开展了新模式下的流动地震地磁监测工作,并取得了重要进展。该新模式即在监测区内准均匀布设测点网络,以地磁场矢量为监测物理量,以岩石圈磁场的局部异常变化为研究对象,重复测量周期为12个月。所采用的数据处理流程为:野外测量数据和同步台站测量数据的质量控制,地磁日变化通化,地球主磁场长期变化改正,区域岩石圈磁场剥离,区域岩石圈磁场年变化提取。数据产品为:区域岩石圈磁场年度变化的等值线图,区域岩石圈磁场年度变化的矢量图(要素为H矢量、Z矢量)和区域岩石圈磁场的年度变化率图(地磁要素为总强度F、垂直分量Z、磁偏角D和磁倾角I)。研究结果表明,监测区内岩石圈磁场局部异常变化的空间分布与该地区的地震活动性具有良好的相关性,在中国大陆地震活动年度危险区的研判中提供了重要的震中位置信息,获得了发震地点预测的较好效益。

中国台湾地区是地震活动区。观测研究与构造应力变化相关的地磁变化异常,是台湾地区地震预报研究计划的组成部分。为此,1988年在台湾岛内布设了8个地磁台站(表1),LP台处于地震平静区,故在分析与研究震磁前兆信息中以LP台为参考台,另7个台站处于地震活动区。应用G-856磁力仪记录地磁总强度,G-856磁力仪的灵敏度为 0.1 nT,精度为0.5 nT。LP台的磁力仪每5 min记录一次地磁总强度,另7个台的磁力仪每10 min记录一次地磁总强度。每2个月到各个台站收集地磁总强度的数据,维护这8个台站的仪器设备(Tsai et al,2006; Liu et al,2006)。

Tsai等(2006)研究了1999年9月20日M_S7.6 集集地震的震磁异常的前兆现象。Tasi等(2006)分析了表1所列的8个台站的地磁总强度数据。由于LP台处于地震平静区,故以LP台为参考台,将另7个台站与LP台同步观测的地磁总强度相减,得到了这7个台站的相应地磁总强度差值ΔF。结果表明,离1999年9月20日M_S7.6 集集地震最近(50 km范围内)的LY台的地磁总强度差值异常最明显,该地震前后的地磁总强度差值的异常变化高达200 nT。而在1999年9月22日M_S6.2 池义地震后,其异常变化消失(Tsai et al,2006)。

表1 台湾磁力仪台站分布
Tab.1 Location of magnetometer stations in Taiwan

Liu等(2006)分析与研究了1998～2001年台湾地区M_S≥5.0 地震与表1的8个台站地磁总强度的日变化之间的关系。由于LP台处于地震平静区,故以LP台为参考台。分析的地磁参量为R_ij=ΔB_i/ΔB_j,其中ΔB_j为参考台LP台的地磁总强度日变化幅度,ΔB_i为另7个台的地磁总强度日变化幅度; 地震参量选离这7个台站50 km之内发生的M_S≥5.0 地震。在1998～2001年间,这7个台站周围50 km之内共发生了65个M_S≥5.0 地震,8个M_S≥6.0 地震,其中49个M_S≥5.0地震发生时或震前一个月呈现地磁参量R_ij异常,有7个M_S≥6.0 地震发生时或震前一个月发生了地磁参量R_ij异常。由此可得,对于M_S≥5.0 地震,其震前或震时出现地磁参量R_ij异常的几率为49/65=75.4%,对于M_S≥6.0 地震,其几率为7/8=87.5%。这说明,对于较大地震,出现地磁参量R_ij异常的几率较高。Liu等(2006)认为,这是由于震源区在地震孕育过程中地下电导率变化与电流变化引起的。

震磁研究是各国的专家学者十分关注的课题。多地震的国家,都坚持在地震活动区开展震磁前兆的观测与研究,在现场观测与研究(Oshiman et al,2001; Matsushima et al,2002; 顾左文等,2006; Gu et al,2006,2008; Hayakawa et al,2006; Johnston et al,2006; Nishida et al,2007; Mauro et al,2008; Yoshimura et al,2008)、方析方法(Parrot,2006; 陈斌,2011)、模型研究(Yamazaki,2011)等方面都获得了新的进展。

震磁观测与研究是地震预测探索的一个重要方面。目前,地震预测仍然是国际科学界所面临的难题(陈运泰,2009),攻克这个难题需要开展国际合作与国际学术交流。国际地震与火山电磁研究工作组(EMSEV)成立于2001年,一直致力于地震与火山电磁研究的国际学术交流与国际合作(袁洁浩等,2013)。2016年8月23～29日将在中国举办EMSEV学术讨论会,这将推进这方面的科研工作。

在地震活动区与构造活动带,已观测到了与地震活动、地质构造有关的岩石圈磁异常(张毅等,2009; 顾春雷等,2010,2012; 闫素萍等,2010; 倪喆,2014c)。2009年以来,我国的地震监测预报实践表明,岩石圈磁异常变化与地震震中在空间分布上有着良好的对应关系(倪喆等,2014a,b)。然而对于这一现象尚缺乏严谨的物理解释,今后应深入分析研究。分析岩石圈磁异常变化与地质构造的关系,研究与地震相关的构造活动所产生的岩石圈磁场变化特征,对分析震磁前兆信息与研讨区域地震活动性都具有重要意义。因此,分析岩石圈磁异常变化及其在地震监测预报中的实际应用是震磁研究中具有良好前景的探索途径。

参加2015年IUGG大会,展示了笔者的研究成果,充分了解了国际科研的新动态与新进展。与各国专家学者进行的充分交流与讨论以及建立的与国际专家学者的友谊有利于今后的学术交流与合作,从而将使研究水平更上一个台阶,有力地推进科研工作。

第八届世界华人地质大会加强了世界华人的学术交流与合作,进一步增强了海峡两岸的学术联系与科研合作,将为中华民族的科学发展做出更大的贡献!

岩石圈磁场及其异常变化的分析研究有重要的科学意义,在地震监测预报中也有重要的实际应用。今后应当加强地震活动区的地磁观测,深入分析岩石圈磁场及其变化,研究岩石圈磁异常变化与地震的关系,探讨其震磁信息与物理机制,不断推进岩石圈磁异常变化的地震监测预报研究。

感谢评审专家与詹志佳研究员的宝贵意见。