[论文解读] Observation of the prior earthquake effect on the flux of environmental neutrons, gamma-radiation, and on the local electric field in Tien Shan mountain

Н. М. Салихов, A. L. Shepetov+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 29, 2013

Earthquake Detection and Analysis参考文献 20被引用 5

一句话总结

本研究通过在天山宇宙射线观测站监测环境中子、伽马辐射和局部电场，探究地震前兆。在2011年5月1日发生5.4级地震前3天内，识别出中子通量、伽马辐射和电场强度的关联异常，表明地震前兆信号具有可观测的一致性，支持采用多参数方法进行短期地震预测。

ABSTRACT

A search for the possible precursors of an earthquake and its effect on the data series of diverse geophysical parameters has been made in the mountain of Northern Tien Shan. The complex installation included the NM64 type neutron supermonitor, detectors of the environmental low-energy neutrons, the scintillation gamma-detector, the sensor of the local electric field, a seismograph, and a weather-station. The specialized data filtration methodic was elaborated with an enhanced sensitivity to the transient signals of seismic origin. On the eve of, and after a 5.4 magnitude earthquake the fine features in temporal behavior of the intensity of low-energy neutron and gamma-radiation background, so as irregularities of the local electric field were observed which seem to be in a close correlation with each other. These results may be an evidence of the possibility of experimental identification of earthquake's precursors in the time up to 2-3 days before the beginning of a period of intensive tectonic activity.

研究动机与目标

• 通过多参数监测检测并分析强地震的潜在地球物理前兆。
• 研究地震发生前环境中子通量、伽马辐射和局部电场变化之间的相关性。
• 评估利用这些地球物理参数中的瞬态信号进行短期地震预测的可行性。
• 验证地壳应力积累会引致低能中子和辐射通量以及大气电场可测量变化的假设。

提出的方法

• 在天山山脉部署多传感器系统，包括NM64中子超监测仪、低能中子探测器、NaI闪烁伽马射线探测器、电场传感器、地震仪和气象站。
• 应用专门的数据滤波技术，以增强对地震起源瞬态信号的敏感性。
• 使用50点移动平均滤波，从中子强度数据中提取昼夜振荡包络。
• 将滤波后中子信号的自相关函数与地震事件时间进行比较，以检测信号一致性。
• 同步监测电场脉冲和伽马辐射下降，以识别地震前异常。
• 对电场脉冲进行高分辨率分析，以区分其与雷暴或大气干扰信号。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否能在大地震发生前几天检测到环境低能中子通量、伽马辐射和局部电场的异常？
• RQ2 这些异常与地震活动开始时间的时序相关程度如何？
• RQ3 观测到的中子和伽马辐射异常是否在地震前与局部电场变化呈现一致的模式？
• RQ4 这些地球物理信号能否与自然大气或宇宙背景变化区分开来？
• RQ5 是否存在一个稳定的时间窗口（如2–3天），在此期间这些异常在重大地震前出现？

主要发现

• 在2011年5月1日5.4级地震前2–3天，观测到低能中子通量和伽马辐射强度显著下降。
• 滤波后中子信号的自相关函数在主震前瞬间显示出约0.65的峰值相关系数。
• 在地震前阶段检测到单向、正极性电场脉冲，每次持续3–5秒，振幅约为典型闪电放电的六分之一。
• 这些电场脉冲在主震前40分钟停止，仅在最强余震期间重新出现，表明与地震活动存在强烈时间关联。
• 中子通量、伽马辐射和电场的异常高度同步，最强电活动与最低中子和伽马辐射水平同时发生。
• 地震前期间未观测到次声波或雷暴活动，排除了大气干扰作为电场脉冲来源的可能性。