在城市噪声强烈的高度工业化地区,采用常规方法测量地解的电磁波辐射是无效的。所以有人提出了利用深测井中的钢管作为电极的方法。这种方法特别适合于测量地下电场的垂直分量,它可以削弱由闪电或其它天电效应造成的信号。这些信号在电离层和地面之间以‘波导’方式传播,这意味着它们在地下造成的电场主要是水平的。1989年3月底在筑波(东京东北60公里)设置了这种电极系统:一个电极是位于603 m深的测井内的一条钢管,另一个电极是一个接地的金属线构成的圆环,直径40米,埋深1米,围绕该井孔。虽然我们无法了解任意深度的钢管接地的精确程度,我们猜想地电阻率的有限值会造成部分接地。在筑波,前第三纪基底表面深400米。地表附近,电阻率为几十欧姆米,再往下,由于矿化水的盐度高,导电性增强。基底表面下的最低层,电阻率比较高,可达数百欧姆米。这种电阻率的垂直不匀性,使得上述的电极系统能灵敏地反应电场的垂直梯度。

我们从去年3月起,已在3个频带观测到了电磁波发射,这三个频带为:直流范围(约12 Hz),超低频(ULF)范围(0.01~12 Hz),特低频(ELF)和甚低频(VLF)范围(1~9 kHz)。采用我们的记录方法在ULF范围没有记录到异常,因而下述讨论只局限于ELF/VLF频带。ELF/VLF带的振幅包络记录在条带图上,异常辐射的判据是根据事件前后的正常图像研究尝试地选定的。

1989年伊东近海发生的地震震群和海底火山喷发期间,观测到了电磁波的最异常的前兆(从1978年以来,相模湾西部地区几乎每年都有震群活动)。去年夏季的震群活动是从6月底开始的,并在1989年7月5日当地时间2时28分于伊东附近发生了一次中强地震震级=4.9。在20时,辐射图像突然改变;辐射水平中的第一次突发持续了半小时,第二次突发大约持续了1小时。这两次突发分别发生在地震之前6小时和4小时6正常图像几乎完全是由短期留存的脉冲组成,它可能是天电活动的结果。

异常辐射的特征为持续半小时的零星的突发,并有许多大脉冲状的辐射。通过分析资料,我们发现脉冲的持续时间>50 ms,比由天电活动造成的脉冲持续时间(5 ms)大得多。脉冲一直延续到地震发生。在大岛的磁场资料中没有发现明显的异常涨落,该岛位于异常辐射生震群活动的附近。

在震群活动期间,7月9日11时9分发生了一个最大的浅震(M=5.5,震源深度17公里)。在该籐前10小时,间歇地发生了明显的零星的突发辐射,大约持续有半小时。由于在这一天记录到了108次地震(据日本气象厅),还不清楚这些突发是否与特殊地震有关。但是突发的规律性表明:这次异常辐射与这次最大的地震有关。

从7月4日到10日震群活动达到高潮,并且带有明显的地壳运动,正如采用全球定位系统(GPS)方法所观测到的那样。7月]1日发生了火山地震而无明显的地壳运动,这引起了日本各防灾部门的关注。我们的电磁辐射资料表明在7月13日喷发前一天从13时~17时有清晰的异常辐射图像。这个辐射图像明显地与正常状态的不同,并且与7月9日大震前的辐射也不同,该资料使人想到了1986年三原火山喷发前一天观测到的82 kHz的异常电磁辐射。这个异常信号大约持续了4小时,其脉冲与震前的脉冲相似,人们曾用此预测了那次火山喷发。

实验室的岩石试验表明:电磁辐射是由微细的破裂造成的。其它有关含石英岩样和不含石英岩样的实验表明:电磁波辐射是由张性微破裂的新表而上的正电荷积聚和负电荷放出造成的,该实验还表明这种电子放出的主要机制是由单个微破裂的张开造成的,而不是压电效应。如果我们把这种假说应用于解释籐前断续的零星电磁波辐射,则可预期微破裂的传播,会间歇地遇到地壳中坚固部分的阻挡。火山喷发前得到的持续长时间的电磁波辐射表明:张性裂纹是由岩墙侵入不断形成的。

地壳破裂前发生的微小过程(通常可观测到声发射或电磁发射)多少有点受滞弹性或非线性控制。通过电磁波辐射,将可检验这些过程以研究地震破裂和火山喷发的震源机制。

从我们开始观测,日本中部已发生过几次震级>5.0的地震。关于电磁波辐射和这些地震之间的统计推测关系表明:当地震发生在距离观测点的浅部0~60公里的内陆,或300公里以内的海底时,我们可在这些事件之前几小时到几天观测到明显的电磁波辐射。我们希望采用电磁波辐射资料能研究出一个可提前几天预测浅震的实用方法。在大岛已设置了一个与筑波仪器类似的测量仪器,这将会增加观测资料的置信度,并且使之有可能根据不同测点的电磁波辐射信号的相差来确定震源区。

[Nature,1990年9月]