CN1135401C - 探测地壳变动的方法 - Google Patents
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Abstract
精确预测诸如地震这样的地壳变动发生的位置，规模以及发生时间等的方法和装置，不受各种自然界的或人为的噪声的影响。利用简单而客观的判断方法，以及使用简单而经济的装置，便能将本发明适当地付诸实际应用。在诸如地震这样的地壳变动发生时，电离层中会暂时形成等离子体异常区域，当超过估计线的甚高频电波经由等离子体异常区域时，它作为异常传播被探测到。据此，可以判断在这个等离子体密度异常区域之下发生的地壳变动的地点、规模、发生时间等。
Description
本发明涉及探测地壳变动的方法，以及为此设计的装置，并且尤其涉及判断大规模的地壳变动的方法，例如，通过探测接近地壳变动的地表上产生的电荷团的静电感应作用导致的高层大气圈中电离层的变化来判断地震的发生，或者通过探测地壳发出的电磁波或类似的放射来探测地震的发生。
通常地，众所周知，在大规模的地壳变动的过程中，例如地震，火山爆发，或者类似现象，在地层之间的压力和/或岩浆的压力逐渐增加，使得在地震或火山爆发之前，在地层中高度增加的压力立即导致了压电效应的产生，或者由于化学现象，动电学现象或者其他现象产生的强烈的电磁波，强的地电流，强的静电学效应，或者其他现象。
在这样的情况下，不同的方法应用于预测地震的发生，例如把测量地壳的扭曲变形，探测地壳中产生的电磁波和地电流的变化这类地震发生的征兆以及类似方法作为预测地震发生的方法。
关于在地壳中发出的电磁波，众所周知，由于在断层处附近挤压产生的压力和摩擦产生的压力异常增加，以及由于基性岩的断裂产生的外层电子，导致从地震中心，即震源附近的区域发出电磁波和放出地电流。
作为探测电磁波或磁力线的变化来预测地震的方法，建议用一个装有乙醚或类似的蒸发气体的云室装在人造卫星之上，以便肉眼观测或拍摄从地壳内部发出的电磁波(微粒子射线)或磁力线通过时导致的线性漂白的那部分气体，(日本国专利申请公开出版号133174/197，日本国专利申请公开出版号103388/1979，日本国专利申请公开出版号13802/1980)。
另外，建议在地下埋入大量的电极以便在地震前立即探测地电流的特殊变化，以此来预测地震的发生(日本国专利申请公开出版号3758/1983)。
前一种建议的方法通过视觉观察或拍摄观察来实现，因此在判断震源，震级和类似特征中产生误差和错误，缺乏客观性。另外，它有另外一个缺点，无法判别究竟是地震真实发生的预测还是由仪器所处的环境导致的各种电磁波噪声的影响所引起的失灵，特别地，在那些运行着诸如飞机、汽车等的大型发动机以及充满了电气设备和电子设备的现代都市，这种方法在其市区、市郊和工业区等地区无法表现出令人满意的实用性。
同样地，前面所述的在卫星上安装电磁波传感器的方法，在指定地壳变动发生的位置及其规模、时间方面基本上是失灵的，因为即使有俘获电磁波的能力，但卫星距离地壳变动的位置过于遥远。同时，由于将卫星送入太空以及控制、通讯和维护的费用导致成本大量增加，因而从经济的观点来看这种方法缺乏实用性。
进一步而言，后面所述的方法适用于进行电测量和电子信息处理，因此比前一种方法具有更高的客观性。然而，在那些嵌入了许多消耗大量电力的设备的电极的现代市镇及其郊区和工业区等地区，这种方法使得许多不需要的复杂的电噪声进入电极，导致实际应用的失败。
发明者在自己的天文学观测站进行了多年的天文观测。特别地，他利用从距离足够远以至无法接收直接电磁波的调频广播电台发出的甚高频(VHF)广播电波进行了连续的流星观测，由于流星闯入大气圈导致在高层大气圈形成电离层柱，因而引起甚高频广播电波异常反射被观测到，或发生异常传播的调频(FM)广播电波被接收到，之后，用于分析数据，以便观测流星。
在观测流星的过程中，发明者发现一种长时间异常传播现象，时间持续从几个小时到三天，长一点的达四至六天，而临时的由于流星侵入所引起的甚高频异常传播现象时间不超过1秒，因而，发明者注意到异常接收数据和地壳变动如地震等现象之间的关系。
发明者对甚高频广播电波的异常传播的数据和此现象发生前后约两年的地震信息进行研究和分析。作为一个结果，证明，异常传播现象的发生和在调频广播发射站和接收点之间发生的地震的信息完全重合，并且，接收数据的特征与震级及其形成和平息高度相关。
本发明着力解决现有技术的问题，同时注意上面所述事实。本发明的目的是提供一种地壳变动探测方法以及这种装置，此装置能不受各种人为的和自然的噪声影响而在预测诸如地震等地壳变动现象的发生位置、强度、时间等特征时提高精度，并能通过简单客观的判断过程以及利用结构简单、费用低廉的设备而得到有效的实际应用。
根据本发明，提供了一种探测地壳变动的方法，此方法包括以视距外甚高频广播电波异常传播形式探测在地震等地壳变动的过程中发生的电离层等等离子体密度变化，由此判断等离子体密度分布异常带下的地壳变动位置及其规模、时间等。根据本发明，提供一种探测地壳变动的装置，其中包括甚高频广播电波接收单元，该单元包括中央调谐电路以及与其连接的输出单元，在地壳变动过程中发生的电磁现象导致的电离层等离子体密度分布变化，以甚高频广播电波的异常传播的形式被接收到这是采用视距外甚高频广播电波的微弱反射，因而，等离子体密度分布异常带下的地壳变动被探测到。
在高层大气圈，电离层作为自然界的产物而存在，其中自由电子和离子被散射。在大气中产生的电磁波，只有长波能被电离层大部分反射，因而能传播到远达数百至数千千米的远处。但是，属于甚高频波段和超高频(UHF)波段的微波实质上会穿透电离层，因此，通常无法通过电离层反射接收微波。并且，由于地球表面是球形的，因此，超过100至150千米远的地方，即便具有平坦的地表形态，也无法接收直接传播的电波。
尤其是，距离足够遥远得无法接收直接传播的甚高频广播电波的地点，无法接收直接传播的电磁波作为正常信号载体，尽管能够接收少量由大气中轻微衍射效应形成的直接传播波和由时刻存在的普通电离层反射形成的少量反射波。
在这样的甚高频广播电波传播环境中，诸如气象变化等大气环境变化，不会引起广播电波衍射效应的实质变化，因此，能引起接收条件实际变化的一个因素准确地说是甚高频广播电波由高层大气圈的电离层的构造或其性质的变化，即电离层中等离子体密度变化(分布异常)所引起的异常传播(频率调制等)。
电离层的构造和性质也不是恒定处于正常状态，由于太阳活动或诸如从宇宙太空侵入的大量高能粒子等因素导致电离层的构造和性质随时间经常变化。这种变化发生在全球规模的范围内，而不会以数十至数百千米的直径范围内的点状异常反射层(等离子体密度分布异常带)的形式出现。
发明者的研究阐明了一种接收机理，它与从距离遥远得无法接收直接电波(或“视距之外的甚高频广播电波”)的地点发出的甚高频广播电波的异常接收相联系，接收的数据指示了一种特殊趋势，接收的数据是由于异常传播例如是电离层中形成的点状或暂时异常反射层导致的调频或其他现象(包括一系列这些断断续续的现象)，或由于等离子体密度分布异常，而反射层的构成和性质与地震等地壳变动紧密相关。同时，研究发现，接收数据恰好反映了那些事实。因此，对于反射电波的接收数据的分析可以判断地震等地壳变动的位置、规模、时间等。
本发明能够收集反射的广播电波的接收数据，使用了至少一个可以通过商业活动买到的普通调频接收单元(包括一个调频调谐器和一个中央调谐仪)用来接收位于甚高频广播电波波段的调频广播电波，一个与中央调谐仪相连的输出单元，不需要特殊的接收单元和分析设备。
中央调谐仪的接收设定频率与接收的甚高频广播频率多少有些差异，因此能利用广播电波的频率调制来探测等离子体密度的变化。接收频率调制与时间一起被记录在诸如与中央调谐仪相连的笔式记录仪的记录图表上，因此，接收回波扰动发生的时间，幅值/强度，接收电压值的变化，持续时间等被记录下来，因此能够判断甚高频广播电波发射站和接收站之间的地壳变动，及其规模、时间。
上述接收调频方法的探测和显示可以利用不同于笔式记录仪的输出单元进行，例如，象阴极射线管(CRT)之类的电子图象设备。同样地，判断过程也可以将接收数据输入计算机处理，以数字化数据，符号、图表等形式输出数据，然后阅读数据。
已经阐明的是上述反射甚高频广播电波的接收中断或其特性依赖于在电离层中等离子体密度分布异常带的位置及其密度，或者说是在反射层中，诸如离子、电子等带电粒子的不均匀性/散布，存在着一种接收状态扰动方式的固定模式。因此，阅读这种模式就可以分析电离层中等离子体密度分布异常带的发生/消失及其特性/变化。
应当考虑到电离层中等离子体密度分布异常带的发生也与流星等侵入大气层，太阳活动的激化等有关。但是，流星侵入等只是暂时现象，太阳活动造成的白天和晚上反射强度的变化也没有影响。因此，可以认为预定的反射特性与白昼、黑夜无关而持续数天的异常传播现象只是由于等离子体分布异常带下的地壳变动的能量的影响而发生。
按照前面所述的观点，发明者分析了前两年发生于日本的所有地震，以及地震前后的接收数据，以便研究地壳变动和甚高频广播电波的异常传播的接收数据之间的相关性。结果表明，二者之间存在着直接的经常的联系。因此，发明者发明了基于上述接收数据的判断方法。
尤其是，当甚高频广播发射站发射一种预定频率的广播电波，而接收站的距离足够远，无法直接接收甚高频广播电波(例如，相距为400千米，输出功率为5千瓦)，接收站无法接收电离层的异常反射波，接收电压值保持为正常的水平，因此，输出单元，例如笔式记录仪，表现为预定基准线上的单一连续直线。如果正常接收电压值保持不变，就表明甚高频广播电波发射站和接收站之间没有地壳变动的征兆。
当位于甚高频发射站和接收站之间的地区(边距为数十千米的沿着连接两地点的连线的平行方向延伸的带状区域)发生较弱的地壳能量释放，或小至3-4级(在下文里以“M”表示)微弱地震，从地震发生前的数天(2至5天)开始，电离层中的等离子体密度变化被接收到，其中接收频率变化值出现相对微弱变化，例如，当组成输出单元的笔式记录仪的笔离开基准线画出特征波形轮廓时，逐渐一点点地描述振动波形轮廓(图15(a)的波形)(这种波在下文中将被称为“地震前兆波”)。地震发生的规模能够在“地震前兆波”表现的频率的基础上和厚度的基础上作出准确地估计。
并且，在“地震前兆波”状态，当更强烈一些的地壳能力释放(中等规模M5-M6地震)发生时，在地震发生前数日(3到6日)电离层等离子体密度的更高频率的变化增加了，导致地震前兆波厚度和表现频率的增加。(在下文中被称为“中等规模地震前兆波”)(波形如图15(b)所示)
更进一步，当比“中等规模地震前兆波”更强的地壳能量释放发生时，(M8甚至更高的大规模地震)，从地震发生前数天(3到6天)开始，电离层等离子体密度的更高频率的变化增加了，通过波形合成达到白噪声状态，导致基线变厚。(在下文中称为“大规模地震前兆基线宽度异常)(波形如图15(c)所示)
更进一步而言，当M6和M6以上的强烈地震的震中和震源距甚高频接收站的距离相对于发射站更远，在地震发生前数日(3到6日)，电离层的等离子体密度变化引起接收频率发生实质上的变化，因此，电离层的等离子体的密度的更高频率的变化增加了，导致波形合成，形成一种白噪声状态，引起基线变得很厚，因此，大规模地震前兆基线宽度异常被描述了出来。在这种情况下，在可探测的区域在接收站的覆盖发射站的方向上，导致比发射站更远的伸长的椭圆形区域。然而，在发射站的反方向上的包括接收站的可探测区域随着甚高频广播电波的发射输出功率的变化而不同。
一般而言，当接收站和发射站的距离大幅度提高时，标定出地震区域的位置的准确度降低了。但是，可探测距离随着发射站发出的广播电波的电场强度变化而不同。
而且，本发明可建成如下形式，许多甚高频广播电波发射站和接收站在探测区和/或包围其外围区域的范围内分散地以许多对的关系和合适的间隔分散地安排，而不是一对的关系，因此形成一个接收网络，允许一个接收站和任何其他接收站共享至少一个发射站，因此，各个接收站接收的数据可以比较，从而使地壳变动区域可以被更准确地探测出来。
图1是用于本发明的接收方法的接收单元实施例的示意框图；
图2是表明调频广播发射站和接收站的位置关系的实施例的日本国局部地图；
图3是由笔式记录仪记录输出的图表，表示一个流星接收回波的例子；
图4是由笔式记录仪记录输出的图表，表示一个接收数据的例子；
图5是由笔式记录仪记录输出的图表，表示一个接收数据的例子；
图6是由笔式记录仪记录输出的图表，表示一个接收数据的例子；
图7是表示一个基线宽度异常的年度变化的图示；
图8是表示一个基线宽度异常的年度变化的图示；
图9是表示1994年于日本国发生的地震且利用本发明探测到预兆的示意图；
图10是表示1994年于日本国发生的地震且利用本发明未探测到预兆的示意图；
图11是表示向网络发展的本发明的实施例的示意图；
图12是由笔式记录仪记录输出的图表，表示一个大洋板块类型地震的接收数据的例子；
图13是表示一个等离子体密度异常带发生的机理的例子的图解；
图14是图13所示机理的平面图示；
图15是由笔式记录仪记录的与地震的规模相应的波形模式的图示。
现在，本发明将与其实施例相连系，在下文中更加详尽的描述。但是，本发明不仅限于实施例。本发明包括通常由熟练技术人员作出的任何变化和修改。
参照图1，表示了本发明的探测方法中使用的甚高频广播电波的接收单元。接收单元1包括一个商业上可得到的调频调谐器，这种调频调谐器具有一个中央调谐器3，用来输出以电压值的形式表示的频率调制值，这个值处于甚高频广播电波特征频率范围及其频率漂移范围内，还包括一个天线4。参考号数5表示与中央调谐器3相连的笔式记录仪，作为输出单元。
装配了接收单元1和笔式记录仪5的接收站，建造在Yatsugatake的南坡的脚下，在图2中此位置用◎表示(发明者所拥有的天文观测站的位置)，并且FM Sendai(示于●)被选作连续发射预定频率的甚高频广播电波的接收站(一个调频广播站)，接收站和发射站之间的位置关系被确定，使得从广播站发出的广播电波在视距外的甚高频广播电波发射站被接收到，也就是说接收站只有在等离子体密度分布异常产生异常传播的情况下，接收站能够接收到信号。
在上述的接收站中安装的接收单元1和作为输出单元的笔式记录仪5，以及从调频广播站发出的电波的详细内容叙述如下：
1.调频广播站的预定条件：
广播站的名称 位置 相距距离 发射频率 发射功率主要站①FM Sendai Sendai城 约500千米 77.1MHz 5.00KW
仅仅影响流星反射的邻近发射站的例子如下：
广播站的名称 位置 相距距离 发射频率 发射功率
②FM Nagoya Nagoya城 约200千米 77.8MHz 10.00KW
2接收的条件：
接收设定频率：77.2MHz
接收单元：
FM调节器(Pioneer电子公司生产的FM立体声调节器TX-7600)
顶部安装式5段Yagi天线
输出单元：笔式记录仪(Matsushita电子工业有限公司生产的VP-6710A笔记记录仪)
接收时间段：
每天上午0:30-5:30连续进行接收。这样选择接收时间是为了消除白天太阳活动对电离层的影响以及防止接收站直接接收从广播大学发出的与接收设定频率相近的调频广播电波(77.1MHz)的直接波。
在正常的电离层环境下，上述的接受条件禁止接收单元1接收从上面所述的FM Sendai站发出的直接电波。但是，当电离层中的等离子体密度分布异常带发生，引起从Sendai站发出的甚高频广播电波到达接收单元1，中央调谐器3在预定频率无法对接收电波进行反应，而仅仅接收到接收允许范围内的一部分频率偏移，从而指示了相应于接收电压强度的接收回波。
尤其是，尽管本发明利用调频广播电波，但是，本发明的一个特点是，当接收电压到达接收单元时，它探测其强度和频率解调，以便通过防止接收设定频率与调频广播电波预定发射频率强烈相关以及将与广播电波接近的频率作为接收目标而得到所需数据，导致能够探测到等离子体异常分布带的存在及其特性，和其行为的变化，即在所获得数据的基础上反过来可以推知等离子体密度的变化。
图3所示的是1994年1月4日在上述接收条件下，当电离层处于正常状态，即等离子体密度分布异常带不存在时，利用笔式记录仪5记录的接收回波的一部分数据输出。
没有到任何接收回波的状态下，即没有接收到任何一个调频站的异常传播，笔式记录仪5描绘与记录纸的运动方向平行的直线基线Y，表示一个基线水准(零水准)。
在基线Y左边记录的接收回波A表示从调频Nagoya站发射的由于流星侵入接收站和调频Nagoya站之间高层大气所产生的电离层柱的反射到达接收站的异常传播回波。右边的接收响应B表示接收站和调频Sendai站之间的情况。在每一种情况下，回波时间是同时的，特别是不超过1秒。
在基线Y两边同时记录的接收响应C表明由于流星引起的调频广播电波的异常传播回波。这是由于从调频Sendai站和调频Nagoya站发出的广播电波的反射造成的。接收站位于二者之间，因此，它表明从两个广播站发出的经由接收站上空的电离层柱反射的异常传播回波。
接收响应P以一个波纹样的形状记录下来，它包括三个互相毗连的突起，是由通过接收站和调频Sendai站之间的天空的飞机的异常反射造成的。这种回波维持了大约2分钟。
相反地，图4、图5、图6在同一接收条件不同时间记录的接收回波表示的频率调制所表现的性质和特征与由飞机或流星造成的短暂的异常传播现象明显不同。
图4所示的接收响应，是1994年3月11日至17日发生的“Izu Oshima岛附近海域的一系列地震”期间得到的一部份记录，其基线Y不是直线形式，而是随着时间的推移向两侧波动。基线这种异常的发生引起调频波形断续出现大约5至10分钟的时间，这种现象经常持续数天时间。
基线Y强度变化与基线Y不稳可以区别开。尤其是，直线状态的基线的厚度，原则上是不变的，但是，图4中还包括了与前面所述的“地震前兆波”相应的参考特征E表示的部分，与前面所述的“中等规模地震前兆波”相应的图4中的G表示的部分，G的一部分在幅值和密度上都有增加，这相应于“中等规模地震前兆波”现象的增加，此部分在图4中用D表示。
接收基线的扰动，波形及其宽度增加是由于长时间内接收频率的调制变化引起的。这是由接收站和调频FM广播站之间天空中的电离层的等离子体密度分布异常引起的，换句话说，这反映了与等离子体密度分布异常带的形成和消失以及特性相关的地表发射能量的变化，如下文中所述。
1995年1月12日、13日得到的接收回波由图5表示，1995年1月14日得到的记录由图6表示，这二者记录了相当于中央调谐器3的接收允许范围的三分之一的频率变化。这与前面所述的“大规模地震前兆基线宽度异常”的较低水平相当，表示频率变化的基线实质上是变化的。它反映出从地表释放出稳定的强烈的电荷，这与等离子体密度分布异常带的形成和消失以及特性等有关，如下文所述。
1995年1月15日和16日所获得的接收回波详尽地记录了在一个增加的时间段的接收频率飘移，这种接收频率飘移达到中央调谐器3接收频率允许范围一半的大小。这种情况与上文所述“大规模地震前兆基线异常”的较高水平相应，反映出等离子体密度变化值不正常地增加，导致更高频率的等离子体密度变化的增加。
换句话说，这种情况反映出从地表更大地释放出稳定的大量的能量，这与异常反射层的形成和消失以及特性有关，如下文所述。
在前面所述的观测到的数据中，1994年1月1日至1995年2月24日之间得到的数据，绘制出每天得到的基线宽度最大值.结果如图7和图8所示。Sendai广播站被用作与接收相关的FM广播站。在图7、图8中，纵坐标表示基线宽度(mm)，横坐标表示日期。
资料表明，接收数据和所发生地震之间存在着精确的相关性。尤其是，发现了下述明显的特征：
(1)1994年3月中旬连续出现的扰动与在Izu Oshima岛附近海域的一系列地震相对应。这被记录为“中等规模前兆波”。
(2)1994年6月29日，基线宽度中一个1.2mm(地震前兆波)的峰值被记录下来时。同一天，在Chiba县的南部于11:01发生了M5.2的地震。
(3)1994年8月29日，基线宽度中一个2.5mm(大规模地震前兆基线宽度异常)的峰值被记录下来，同一天，在Kurile群岛于03:27发生了M6.3的地震。
另外，在Kunashir岛附近，同一天的18:07发生了M6.5的地震
(4)1994年10月16日，基线宽度中一个2.0mm(大规模地震前兆基线宽度异常)的峰值被记录下来，同一天，在Etorofu岛于14:30发生M6.9地震。
(5)1995年1月15日和17日，基线宽度中一个2.5mm(大规模地震前兆基线宽度异常)的峰值被记录下来。在Hyogo县南部于1995年1月17日，05:45发生了M7.0至M7.6的地震。
在一些情况下，与大规模地震发生相联系的一些显著的接收响应未被发现，例如，如下的地震：
1994年10月4日和9日在Hokkaido东部海岸外发生的M8.1和M7.3地震；
1994年12月10日在Miyagi县海岸外发生的M5.1地震；以及
1994年12月28日在SanriKu海岸较远处发生的M7.5地震。
这种情况的出现可能是因为这几次地震震中或震源在海沟或洋底，因此在足够远的一部分高层大气发生的电离层的等离子体密度的变化不允许从FM Sendai站发出的广播电波作为反射波被探测到。但是，本发明能探测到发生在海洋板块，如下所述，甚至是海沟类型的大规模地震(M6甚至更强)。
进一步而言，1994年1月至1994年12月，频率调制被记录为“地震前兆波”的水平。记录信息和记录后发生的有感地震的关系被研究，结果是，能被本发明预测的地震在图9的日本国地图中标示出来。(数据取自于气象社地震火山部发行的“有感地震-地震火山形势”。)
结果表明，建立了接收站的Yatsugatake(★)探测到的“地震前兆波”水平的接收信号位于Sendai和接收站的连线的左部和右部边缘，信号集中于Yagi天线指向的范围，安装在接收站的顶点安装式Yagi天线的前部指向东部，接收站位于Yasugatabe的南脚。
并且，根据受地震影响的电离层等离子体密度分布异常带的形成范围及其性质，大规模地震经常被接收站探测到，尽管它发生于探测领域之外。这样，如上所述，本发明能够预测发生在Hyogo县南部和Kurile群岛和Kunashir附近的大规模地震。这样本发明能预测发生在探测领域内3M或更强的地震，能预测领域外的M6甚至更高级的地震。
图10是依据与图9一样的数据，表明根据本发明未能探测到的从“地震前兆波”到“大规模地震前兆基线宽度异常”的任一级别的有感地震的数据。
从图10可以注意到的是，不能被本发明探测到的地震实际上都超出了本发明的可探测范围。并且，一部分在探测范围内发生的地震不能被探测到，但是，未被探测到的地震的比率是微小的。这种情况的一个解释是在数据采集期间的七月份和八月份的部时间，以及十月份，没有任何接收数据，主要是因为接收单元故障导致探测精度下降。
发明者进行了严格的公开测试，同时严格地只使用地震“规模”、它的“发生时间”和它的“发生地点范围”作为预报信息，为的是更客观地证明本发明的优点。为此目的，使用本发明的探测方法和装置进行了地震预报的实际测试，如下所述。
实验时期：
从1995年2月28日到1995年4月6日
所提供信息的来源：
①NHK Kofu广播电台
②Yamanash Nichi-nichi Shinbuv-sha
③Yomiuri Shinbun-sha预测地区：
整个Kanto地区，Yamanashi县东部，Shizuoka县，Niigata县的一部分，Izu岛观察地点：
Yatsugatake(Oizumi-mura，Yamanashi-县)南脚的天文观测台
除了上述的结论性公开数据，调频广播站的那些条件和上述的接收条件都被设置成实际测试中的探测程序的条件。
下表表示了在公开的实际测试中提供的预报信息和实际发生的地震之间的联系。
在预测时间内和预测区域及周围地区内发生的地震整体上被探测为一个预兆。
而且，预测于公布日早晨7时通过传真告知信息提供者。公布日期 预测内容 预测地区的结果2/28 预测日期：3/1-3/4 3/1 Izu岛南部
规模：3M M3.1，M3.4
3/2 东京湾
M3.4
3/3 Kashima海域
M4.03/08 预测日期：3/09-3/12 3/10 Chiba县北部
规模：M3-M4 M4.23/11 预测日期：3/11-3-15 3/12 Kanagawa县
规模：M3 M3.3
3/12 Chiba县东部海岸外
M4.73/18 预测日期：3/18-3/21 3/19 Kanagawa县中部
规模：M3 M3.33/22 预测日期：3/22-3/25 3/23 Ibaraki县西部
规模：M3 M4.63/25 预测日期：3/25-3/28 3/28 Izu岛东部以远
规模：M3-M4 M4.03/29 预测日期：3/29-4/01 4/1 Niigata县北部
规模：M4-M5 M6.04/02 预测日期：4/02-4/04 4/3 Niigata县北部
规模：M4-M5 M5.0，M3.94/03 预测日期：4/03-4/06 4/5 Niigata县北部
规模：M4-M5 M4.8，M4.7
Chiba县北部
M3.8
在实际测试期间，在预测地区，除了上述地震外没有发现任何M3.0或更大规模的地震发生。因此，可以注意到本发明已被证明为能相当准确和精确地预测所有实发地震，以及它们发生的时间和规模。
考虑到上述的许多公众传媒，同时进行了公开实际测试，预测内容和实发地震之间的校验及其确认，均由传媒发表的证据确证。
另外，接收站和调频广播站之间的位置关系完全不允许在超出接收范围的如下所示区域内发生的任何地震的前兆被捕捉到。而甚高频广播电波以电离层等离子体密度分布异常带为基础，在接收区域可被接收到。日期 地点和规模 日期 地点和规模3/01 Hokkaido 3/02 Ofunato
S*1 S23/02 Osaka湾 3/04 Tohohu地区(Miyako，Morioka)
M3.7 S23/05 Osaka湾 3/06 Hokkaido(Nemuro)
M2.8 S13/07 Nagano县西部 3/08 Kyoto
M3.6 S13/09 Oita县 3/10 Okhotsk海域
S1 M6.23/11 Iwate县海岸外 3/12 Nemuro
M4.8 S23/16 Iida，Nagano县 3/17 Nagano县西部
S2 M6.23/16 Tottori县东部海岸外 3/22 Aomori县(Hachinoche)
M4.6 S1
S*代表地震规模
在地震发生之前和之后，接收单元并不记录甚高频广播电波的异常传播。这样，会注意到，这些地震的规模不足以在接收站和调频广播站之间的天空形成等离子体密度分布异常带。
现在，对于在大洋板块发生的大规模地震(6M或者更高级)的征兆的探测将在下文中参考图12进行描述。在这样的情况下，使用甚高频(VHF)广播电波和图1所示的接收单元1进行探测，就象上文所述探测震中在陆地的地震一样。另外，使用距离接收台数千千米的增大输出发射站的探测以便可能俘获更高海拔处等离子体的变化。在这样的情况下，由笔式记录仪进行标示，使得基线大体是正常水平的直线，如图12(a)所示。相反地，在反块类型的海洋地震中，短周期(约60秒长短)的特征波形在板块类型海洋地震发生前几天(4-8天)被获得。在1995年10月11日探测到电波并且其后震中在菲律宾群岛附近的海洋板块的M6.7的地震于1995年10月18日发生在Amami Qshima岛附近的海域。然而，地震的前兆波未被接收单元探测到，这种接收单元的目的是接收来自发射站或调频(FM)Sendai广播站的广播电波，以探测震中在陆地的地震。
因此，尽管图12(6)所示的波形是相应于大洋板块类型地震的特定波形，它同样可作为那种类型地震的前兆波型。大洋板块类型地震引起的位于电离层的等离子体密度分布异常带非常宽，以致于需要在数千千米以上的范围构造一个探测网络来确定震中区域。
图11表示根据本发明的一种探测方法的实施例，其中许多甚高频广播电播发射站和许多接收站被安排用来构造网络，在网络中，相互毗连的两个接收站之间构成的扇形探测领域尽可能多地重复，该实施例的这样构造允许在增大的地区内发生的地壳变动的地点被清楚地确定并确保接收数据精确度提高，因而提高探测的可靠性。
图13和14均概要地显示了最可能的理论上的相关机理的因果关系，即存在于地壳变动期间的地壳能量释放和由于地壳能量影响而暂时出现在电离层的异常反射层(等离子体密度分布异常带)之间的相关机理。
关于被称为广播电波反射的现象，在电离层的反射是一种取决于该层等离子体密度梯度的逐渐折射广播电波的现象。因此，广播电波由于等离子体密度造成的折射系数变化使得反射角变化，而不象镜面反射那样在固体或液体表面的入射角和反射角互相相等。所以，这导致电波的散射和不规则反射。因而不能完全确保所有入射广播电波以一个方向前进。
在现有技术中已知，当地壳中出现压力升高，地电流、电磁波以及基于由地壳的摩擦和/或挤压造成的压电效应的强的静电作用便以从地壳中心(地震中的震中R)周围发出大量能量的形式而产生。通过静电作用产生的电荷，那些转移到震中R之上的部分在震中周围的地表集合在一起，因而形成一个更大区域的静电场S。
恒定存在于地表上方天空的正常电离层T内有自由电子和在其中早已散射的离子等离子体。然而，上述的地表强静电场S的产生导致极性相反于地表电荷的电荷在数量和密度方面集中，这个数量和密度相应于与地表静电场S相对的上层电离层T中的电荷，而介于地表静电场S与上层电离层T之间的是作为非导体的中低大气层U。从而，等离子体密度高于周围电离层的高密度电离层被部分形成，这导致在自然界中提供了一个巨大的电容结构。
考虑到这样一个电容器模型的形成，那么在距地表数百千米远的天空中的电离层里的等离子体的高度集中，也就容易理解了。尤其是，甚至当地表静电场V远小于全球规模和/或电离层远离地表时，电容器仍应当允许相应的静电场S，理所当然地形成。另外，静电场S的规模和等离子体密度值的变化，导致甚高频广播电波的频率漂移。
在那样一种情况下，一部分由甚高频广播电波发射站发射的广播电波，用箭头α指示，穿过电离层T到达一般密度电离层，另一部分广播电波到高密度电离层V。到达高密电离层V的这部分广播电波因在该层遭遇到复杂的不规则反射或散射，从而被向前散射并且另一部分在高密度电离层中被折射结果到达位于地表的接收站Z，用箭头β表示。
电波的一个频率在接收站Z被接收，而接收站Z是处在一个不能接收甚高频广播电波的直接电波的位置上的。这一事实说明，在接收站Z俘获到达该站的广播电波时，这些电波在受地壳变动的影响而暂时形成的等离子体密度异常带V中被反射。
同样地，中央调谐仪指示的数值恰恰相当于通过接收单元获得的反射电波的频移量或者电离层中等离子体密度的变化量。
因此，接收站Z收到从发射站W发射的异常频率调制广播电波这一事实说明，在地表相对位置，存在一个静电场S，而此静电场S会导致在发射站W和接收站Z之间的天空中的电离层里形成等离子体密度分布异常带，或者在该地表附近的地下积聚了足够导致地震等的地壳变动能量。
与上述电容器模型概念相反，可以考虑一种概念：电离层中等离子体的形成是缘于从地层内部发生的诸如电磁波、X-光和等高能粒子，从而引起甚高频广播电波的异常反射。然而，从地表与电离层之间的距离造成能量衰减的观点看，这一概念不被接受。同样地，距离因素将阻止从人工装置上产生的噪音能量到达电离层。更进一步地说，同样不考虑缘于太阳活动、流星等任何自然现象，在电离层的任何特定区域形成异常反射层的现象会恰好与上述的所有实际地震区域重合。
就此而言，本发明的目的不是在于从理论上阐明由于地壳变动引起的能量等与任何电离层中的异常之间的任何物理关系。本发明旨在确切地阐明作为结果现象的地壳变动的发生和熄止之间的关系，它的时间，以及发生地点，特性和规模与电离层等离子体密度分布异常之间的关系，并应用这样一种自然现象完成对地壳变动的探测和判断。
根据本发明的地壳变动探测方法，接收穿过电离层中形成的异常反射层(等离子体密度分布异常带)的甚高频广播电波，通过对接收数据进行模式分析，由此来精确判断在等离子体密度异常分布带之下的地壳变动的发生，及其能量的数额、生长发展的程度、能量释放时间等它们与等离子密度异常分布带的形成、特性和行为有关。
另外，本发明使得接收数据可被建立为定性的定量的判断模式，这一判断模式是基于与预先决定的甚高频广播电波的发射地点和等离子体密度分布异常带之间的关系。因而，地壳变动可以准确而容易地从地点、时间和规模方面进行预测。
因此，本发明排除了通过视觉观察的偶然探测中的不确定性和非客观性。排除了在利用任何电子设备测量地表或地下能量时，区分实际地壳变动与人为或由任何自然现象引起的各种噪声的困难。
进一步说，本发明能于地壳变动实际发生前几小时至3天前，预测诸如地震这样的释放地壳变动能量的活动的时间，在更早的情况下为4至6天，因此提供足够的时间去考虑防地震的措施和避免过早的提前撤离。
更进一步地，本发明允许用调频接收装置，笔式记录仪、个人电脑和类似的商业上可得到的仪器进行本发明中的探测，从而达到节约成本的目的。
另外，接收单元可构造成可移动或便携的形式，使得地壳变动的进程可实时地被探测到。因此，撤离和防止灾难的措施可以依据不同运输系统和设施和个人的不同情况而被迅速采取。
另外，通过遍布全国的发射站和接收站构成的网络的扩展能在标定地点的同时更精确地预计地壳变动的发生地点。尤其是，相互毗连的接收站如此安排形成网络，导致探测领域相互重叠从而覆盖整个区域。这样就使地壳变动发生地点被精确确定，并且避免错误信息。
此外，本发明的地壳变动探测方法利用环绕全球的高层大气圈中的电离层。因而，除了在远离大陆发生的深海地壳变动不能适用外，它作为邻先的预测全世界的诸如地震、火山爆发、及类似的大规模地地壳变动的方法是很有用的。
以在世界许多不同地方发生的内陆型大规模地震和火山爆发而让许多生命、财产受损的事实来看，本发明展现出无可限量的重要性。
Claims (6)
1、用于探测地壳变动的方法，包括以下步骤：将接收单元的接收设定频率设定在一个不允许所述接收设定频率与甚高频广播频率一致的频率漂移范围内；
以视距外的所述甚高频广播电波的异常传播的形式在如地震或其他类似的地壳变动发生期间检测电离层出现的等离子密度变化；
输出所述甚高频广播电波的异常传播接收日期；
藉此来判断位于等离子体密度分布异常带之下的地壳变动发生的地点、规模、和时间。
2、如权利要求1中所述的方法，其特征在于所述甚高频广播电波的异常传播接收数据在连接于所述接收单元的笔式记录仪中以基线电压值的变化的形式输出。
3、如权利要求1中所述的方法，其特征在于所述甚高频广播电波的异常传播接收数据是由连接于所述接收单元的计算机来分析，
所述计算机以电信号和/或字符/符号的形式输出分析结果。
4.如权利要求1中所述的方法，其特征在于，当所述甚高频广播电波的异常传播接收数据连续出现5分钟或更长时间并且被断续接收到，则判断为地壳能量释放发生。
5.如权利要求1中所述的方法，其特征在于，构造了一个用于判断地壳变动的规模的装置，从而以所述甚高频广播电波的异常传播接收数据的变化的幅值和所述变化的表现频率为基础判断出所述幅值和频率的增大表示了大规模地壳能量释放的发生的可能性。
6、如权利要求1中所述的方法，其特征在于：
许多甚高频广播电波发射站在需探测地壳变动的地区和/或其周围以适当的间距分散地排布和建造，以便于输出频率互不相同的广播电波；以及
许多甚高频广播电波接收站在需探测地壳变动的地区和/或其周围以相互适当的间距分散地排布，并且每个接收站的位置都不允许每个所述的甚高频广播电波接收站接收到任何一个所述甚高频广播电波发射站的直接电波；
每个所述甚高频广播电波接收站都在频率漂移范围内设定一个接收设定频率，此范围不允许所述接收设定频率与至少一个所述接收站的所述甚高频广播的频率一致，并且所述接收站形成一个接收网络以允许至少一个与接收相关的发射站与任何一个其它接收站的接收目标一致，从而在接收站分析接收数据同时相互比较数据。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20040121 Termination date: 20140405 |