0、引言

20世纪70年代，苏联地震学家对地震前出现的电磁扰动进行观测和实验研究，试图寻找较好的观测方法和短临预报指标及产生该现象的物理机制。其后，日本等国家也在相继开展了地震电磁扰动观测的研究。观测频段最先是从高频段开始的，经过多年实践和信号产生传播机理上分析，认为高频不易从地下传播上来，所以，目前的观测大多集中在0-20Hz的超低频段。地震孕育和发生过程中会产生低频电磁扰动，监测低频电磁信号异常，已成为一种重要的短临地震预测方法。

我国在1966年河北邢台7.2级地震时，就注意到了震前的电磁异常现象；1976年唐山7.8级大地震前出现的大量电磁辐射异常现象，1994年后，在全国范围内建成了一批观测台，取得了大量较强地震的震例资料。李美等分析了中国232个地震前电磁扰动异常变化的震例，统计显示电磁扰动异常主要为连续密集脉冲，地震较大时一般异常时间较长，其异常信号比较连续和密集。目前，关于汶川地震的超低频(ULF)电磁扰动研究已有报道，认为震中距200Km范围内的金河电磁扰动超低频段震前出现了明显脉冲异常信号。

1、地震电磁波辐射的模型设想

地震电磁辐射现象是指伴随着地震孕育过程中产生的电磁辐射源释放出某种电磁信号的过程。在对岩石样品加压直至破裂的大量实验中，普遍观测到伴随着岩石破裂的电磁辐射信号。

地震发生前和发生过程中产生电磁波辐射的主要原因是压电、压磁效应等，亦即在岩石所受载荷超过其破裂强度产生破裂时，因岩石晶格被破坏，产生电位跳跃辐射出电磁波信号。

结合目前地震电磁波的观测现状，设想如下的电荷击穿模型，这只是一次击穿的模型，孕震区及相关地区有很多这样的模型。

电磁波产生的两个条件:电荷迅速积累达到一定量级(充电阶段)，产生击穿(放电阶段)。

两个阶段的辩证关系:两个阶段是相互联系、缺一不可的。充电阶段是产生电磁波的基础，放电阶段是产生电磁波的必要条件。电荷积累过程必须迅速，否则将会缓慢的释放，产生不了击穿效应。电荷击穿产生电磁效应以多种形式在一定范围的前兆区域内出现，电磁能的一部分以电致伸缩和震动、欧姆损耗的形式，转化为机械能和热能。

大量微破裂形成的过程也是电荷积累的过程。这些破裂在相互作用下扩展聚集，为大规模的电荷击穿提供部分通道(另一部分破裂是直接由电荷击穿产生的)，加剧源区应变和破裂的过程，从而促进主震的发生。

2、综合震前电磁波异常的特征

我国的很多省份相继开展了电磁扰动观测，积累了较多的观测资料。由于电磁扰动是直接来自震源的信息，且多在地震孕育后期出现，目前已成为重要的前兆监测手段。

鉴于此，通过对淮南及邻区电磁扰动观测数据的分析，开展对观测数据跟踪分析：

(1)电磁波异常以脉冲的形式出现，具有明显的不连续性、阵发性；

(2)每一次地震前的脉冲数大都经历从低到高，再到低，或从高到低的过程；脉冲频次的高低与震级大小相关。一般震级越大，异常的频次也越高；

(3)从异常出现的最多时间算起到发震，一般在5—30天；

(4)电磁波的前兆信息主要是近震的短临反应。

如在安徽省阜阳市颍东区2015年 “3.14”4.3级地震发生时，原先1路值在40.8mv上下波动，从3月10日至5月4日起，数据较前几个月相比开始缓慢上升，2路、3路值在3月1－5日同步出现成组较大脉冲。该地震发生后，成组脉冲明显减弱，并在阜阳“3.14”地震后，恢复其年变规律，故应关注其趋势性异常变化。

总的来说，异常天数与震级大小总体上呈现震级愈大，异常出现越早且异常天数愈长的特点；但是电磁辐射异常信息量与震级、震中距的关系存在着较大的差异性，这可能与区域差别有关。对某一区域来说，观测台距震中愈近，电磁异常累计总量愈大；震级增大，异常累计总量也相应的加大。电磁波脉冲的优势频段为超低频段，甚低频段次之；异常信号在频段上的出现存在着差异性，而且在同一频段信号的强弱也主要与区域差别相关，这可能起因于传播介质和途径的不同，另外，接收电磁波也存在盲点和敏感点。

3、地震前兆电磁波观测中的现象

（1）对各观测台电磁波异常不同步性的解释

对于同一地震，各台出现异常信号的时间不同步；同一台站不同频段的信号出现也不同步；对于同一地震，在一定范围内所有观测点只有几个台在震前观测到异常的电磁信号，有些接近震中的观测点无异常，而另一些远离震中的观测点却有异常。据统计，MS4.5～6.2地震400km范围内的台站，一般有异常的台站不足总台站数的一半。

在地震学中，一般不同频率的同种弹性波速度是相同的，因此，它在均匀介质中是恒速传播的；而在导电介质中，不同频率的电磁波其波速是不同的，这是其波形发生畸变的主要原因。

模拟实验和实际观测都表明复杂的地质构造对电磁波传播会产生影响。黄清华等都做过类似实验，证明地震电磁信号遇到莫霍面的情况，表明莫霍面对电磁波传播产生了反射作用和干扰效应。对不同频率的电磁波产生不同的影响，当低频段电磁波通过间断点后，电场强度反而增强，而高频段电磁波通过间断点后，电场强度却有所减弱。由此可见，复杂的地质构造对电磁波有选择性，在观测上即表现为不同步的现象。

（2）对电磁波异常出现“震前平静”的解释

孕震开始时，虽然电荷积累到一定量级，但由于大量的微破裂大多数是孤立的，产生的击穿效应也是孤立的，只在局部地区满足产生地震电磁波的条件。但随着大量电荷的不断产生，满足条件的地区逐渐增多，电磁波脉冲出现的频度增大，脉冲幅值也增大。而我们所观测到的“震前平静”现象，是因为随着击穿通道越来越多，裂隙中充满矿化水，从而导致地电阻率改变，岩石中电荷还没积累到一定量级，就被释放，产生很小的电磁脉冲或者无法产生地震电磁波脉冲。

（3）对地震电磁波干扰背景的解释

日常观测环境中出现各种电磁波的干扰源，有天电干扰和人工干扰源。在干扰背景信号中，雷电干扰波形的特点是脉冲型，脉冲与雷电同时出现，高频、低频的观测仪器都能接收到；日光灯的开与关能产生单个脉冲干扰，但低频无反映，高频有反映；电火花干扰波形为间断张弛脉冲，包含有高、低频成分；铁器的移动产生的干扰（行驶的车辆），在低频0.1-10赫兹最敏感。

城市大规模生产生活用电，也是低频重要的干扰源，淮南市地震台曾在这方面的做过研究。首先对台站周边1km范围进行了走访，重点对台站内观测环境进行了排查，对空调的室外机进行了检测，研究结果显示淮南地区生产生活用电产生的低频干扰，与淮南地震局电磁波观测的背景值相关性极高。

4、讨论与结论

地震电磁波异常现象与地震活动有着较为密切的关系，电磁波观测是一种捕捉临震信号较为有效的手段，有希望成为很有前途的地震短临预测方法之一。随着国家对地震观测工作的深入研究和探讨，未来将会有更多的电磁波观测设备投入运行，并收集到更为丰富完善的相关数据，对分析震前电磁波波形、脉冲频次、脉冲幅值、震中判定、异常持续时间等特征更为直接的佐证。进一步弄清地震电磁波与地震之间的物理联系，更好的为短临监测预报服务。