长周期地电场变化特征及机理——以都兰地震台为例

地电场是重要的地球物理场,长周期地电场是地球电磁场的重要组成部分。文中针对2015—2022年青海省都兰地震台较长时间尺度的地电场观测数据资料,采用小波分析、中值滤波、卷积滤波及线性拟合等多种方法和途径,对长周期地电场及其变化特征进行提取和分析。研究结果显示:1)都兰地震台地电场观测数据具有比较强的长期平稳性和变化可靠性,同测向日相关系数的算术平均值≥0.98,日变化差值的算术平均值≤0.2mV/km;2)FFT频谱分析结果表明,数据除包含24h、12h、8h和6h等中短周期变化外,同时也包含年周期、半年周期及3月周期等长周期变化成分;3)地电场观测值的日变化幅度呈现夏高冬低的季节性变化,显著性变化包括年周期、半年周期、4月周期、27日周期及半月周期等;4)观测值的趋势性变化呈现比较典型的周期性年变化特征,变化形态近似正弦波,且每年的极值点和变化幅度基本相当;5)玛多M_(S)7.4地震前后地电场观测值出现了较为明显的破年变化异常畸变现象。机理分析显示,在地球围绕太阳公转及自转过程中,太阳直射点的往复改变是长周期地电场变化的重要激发机制。综合分析认为,都兰地震台较长时间尺度的地电场观测数据变化具有比较优良的客观性、可靠性及长期变化平稳性,能够充分反映长周期地电场的基本变化特性,具有较高的研究和应用价值。

电气化铁路对平凉地震地电观测干扰的实验研究

详细介绍了宝中电气化铁路通车前后，平凉地电台自然电场及地电阻率的实测试验。结果表明，电气化机车通过平凉地电台测区时，产生强烈的交流干扰，致使自然电场和地电阻率观测无法正常进行。

用正向供电技术提高视电阻率观测精度

定量地实验研究了在采用不同观测方法时相同干扰对视电阻率测量的影响。结果表明，采用正反向供电方法可大幅度提高视电阻率的观测精度。同时还在ＺＤ８地电仪上实现了这种观测方法，试验结果与理论推算值基本相符。

ZD9大地电场仪

本文介绍了作者研制的一种新型的专用大地电场测量仪器──ＺＤ９大地电场仪，着重介绍了该仪器的主要技术指标、工作原理、主要功能及技术特点等。该仪器可用于大地电场常规观测及运用大地电场张量法进行深部电阻率探测，还可以用于其它需要多路数字采集的场合。经过各种性能试验和地震现场长期使用，该仪器能够满足大地电场观测的需要。

ZD8T地电阻率观测装置稳定性检测仪

介绍了 96 - 91 3重中之重课题研制的 ZD8T装置稳定性检测仪的工作原理和所采用的几项关键技术 。

潮汐地电场特征及机理研究

以中国大陆一百个地电场台站的数据为分析基础,将潮汐地电场分类为近正弦形的TGF-A型和近梯形的TGF-B型.TGF-A型地电场与固体潮汐密切关联,基本分布在大面积水域附近,并与附近水域面积和距离、岩性结构、构造活动等因素有关.TGF-B型地电场与气潮作用产生的空间S_q电流关系密切,并与岩石饱和度、渗透率等有关.TGF-A型波形畸变揭示了岩石所受应力可能出现变异,导致岩石裂隙水周期性渗流突变;TGF B型背景值跃变可能是岩石微破裂加剧导致地下水向破裂区渗流.两类潮汐地电场变异的机理可能是地电场数据应用于强震短临分析的理论基础.

潮汐地电场谐波和各向波形的影响要素

潮汐地电场表现出近正弦形态,形态持续全天属TGF-A型,只在午前午后出现属TGF-B型,两类潮汐地电场前5阶谐波周期分别是23～24、12、7.9、6、4.8 h.不同场地的潮汐地电场振幅谱可能有差异,周期变化的径向、切向月球潮汐力的振幅谱也存在差异.岩石裂隙面分布不同,则各向潮汐力对裂隙的作用效果不同,这可能是导致潮汐地电场振幅谱差异的因素.同场地,岩石裂隙优势走向可能会导致潮汐地电场各向波幅、稳定性特征出现较大差异,沿裂隙优势走向的潮汐地电场波幅大、稳定,垂直裂隙优势走向的波幅小、稳定性差,网络状裂隙易使潮汐地电场各向波形特征接近.利用潮汐地电场波形特征及振幅谱,可能判断出岩石裂隙水渗流方位、裂隙面方向,在数个场地裂隙优势走向的分析结果与应用区域应力场或局部应力场的分析结果一致.

自然电场的区域性变化特征

以场源为分类原则,地电场E由自然电场ESP和大地电场ET构成.ESP起源于地下介质物理、化学作用,通常其变化及稳定性具有明显的局部场地特征;ET起源于空间电流系和潮汐力,在日变波形、频谱特征上表现出广域性.在形成微观机理方面,ESP和ET能够具有部分相同的机理过程.2008—2013年,在南北地震带附近13个代表性场地,多数ESP不具有清晰的年变波形,其稳定性也受区域、场地、方位、构造活动等因素影响.在这些地区,ESP较平稳的持续升降、快速跃变、突跳等现象常见,同一主断裂带附近或局部区域内,这些大幅变化的趋势转折点多具有时间同步或准同步性,同一时段数据稳定性可能类似,但形态变化存在场地因素而不具相关性.ESP较平稳期间,应用潮汐地电场频谱特征计算的裂隙水主体渗流方位α易处于相对稳定状态,而在其剧烈变化期间的α常会明显变化.以潮汐地电场频谱特征逐日计算α值,可能揭示场地裂隙、裂隙水渗流、主压应力的逐日变化信息,进而可解析ESP、ET宏观变化的微观机理过程.

青藏高原中强地震前的地电场变异及构成解析

青藏高原及邻区的地电场常态波形存在场地的选择性现象,场地的岩石结构、裂隙及裂隙水、构造活动等因素影响地电场的常态波形,较大湖泊有助于附近出现TGF-A波形,在第四纪沉积层较厚、岩石含水度高和透水性强的地区多出现TGF-B波形,而构造活动剧烈的基岩山区易出现无日变形态的地电场.该地区中强地震前,地电场的短临异常存在时间上或同步或有十余天差的丛集现象,而在空间上可分布于该区多个断层附近,表现出离散现象,这种时间上丛集、空间上离散的现象是该区域地电场短临前兆特征.引入Σ-Δ求和方法从地电场观测数据中解析出自然电场通常的稳定性,说明了中强地震之前部分地电场的背景值跃变是一种自然电场变化现象;建立潮汐谐波振幅比TA值的概念及计算方法,从定量角度说明了青藏高原地区TGF-A、TGF-B和无日变波形的潮汐影响在逐次降低;使用一阶差分ΔE方法,解析出地电场分钟数量级的高频电磁成分,通常这种高频突跳表现出一定程度的随机性、有限性.三种不同的分析方法,从地电场的构成中解析出自然电场、大地电场和高频电磁成分的特征,为地电场的物理解析提供了理论和方法上的基础.

地电场观测技术研究

在概要分析地电场及地电场观测系统的基础上 ,从地电场测量原理出发 ,着重研究地电场观测系统的各个关键技术环节 (包括 Pb- Pb Cl2 固体不极化电极、 ZD9A地电场仪等 )的工作原理、技术指标、工作方式以及系统连接等 ,并对地电场试验观测台网产出的数据进行了相应的分析。地电场是一个重要的地球物理场 ,已获得的各种观测资料表明 ,基于“ZD9A地电场仪”的地电场观测网 ,真正记录到了地球表面的地电场及其时空变化。地电场观测系统将为进一步开展地球电磁学的综合观测和研究提供技术上的支持。

利用大样本岩石破裂实验模拟扩容-扩散孕震模式的某些结果(一)

用采自现场的５００ｍｍ×５００ｍｍ×１０００ｍｍ的天然灰岩，在注水条件下模拟扩容－扩散（Ｄ－Ｄ）孕震模式，并以多种监测手段追踪受载岩石样品从变形、微裂到大破裂全过程有关的物理场的时空演化特征．分析视电阻率结果表明：①受载岩石从微裂到大破裂全过程与电阻率前兆的时空演化进程基本吻合；②电阻率前兆的时间进程具有“阶段性”，空间分布具有“差异性”；③岩石大破裂前观测到明显的“趋势”异常和“短期”前兆，并发现部分似可被确认为“临震”异常的电阻率前兆．电阻率的变化和分布特征似乎显示了与岩石样品受载过程的膨胀现象有某种内在联系．但未找到岩石膨胀的直接证据．最后，从理论上探讨了受载岩石样品电阻率变化的机理．

地电场观测中的工频干扰抑制方法研究

在地电场观测中,由电力系统产生的工频干扰是一种普遍存在的电磁环境干扰。文章在简要概述地电场观测方法的基础上,对影响地电场观测的工频干扰的产生原因、干扰方式和影响机理进行了比较详细的分析,对干扰抑制方法及其特殊性进行了系统的研究,并结合实际观测,对工频干扰的抑制效果进行了初步讨论。研究认为,随着国民经济建设的飞速发展,电力环境日益复杂,工频干扰对地电场观测的影响日趋严重,进一步开展抗干扰方法和技术研究,对促进地电场观测、应用和发展,具有比较大的现实意义和作用。

岩石失稳破裂前激发极化效应的初步研究

本文介绍了在压应力作用下观测岩石失稳破裂前激发极化效应的实验方法和主要结果。重点研究了沉积砂岩、矿化灰岩和部分橄榄岩的激发极化特征及其变化规律,讨论了岩石的脆柔性质与破裂前兆的关系。实验结果表明:(1)在压应力作用下,岩石的激发极化效应十分明显,规律性强,变化幅度大;(2)随着压应力的增大,极化率出现以下降为主的有规律性的变化,其幅度可达百分之几到百分之几十;(3)普遍记录到了岩石失稳破裂前的极化率前兆特征——加速下降和急剧上升,其变化形态与岩石的脆柔性质有关。最后,本文对岩石激发极化压应力效应的机理及其在地震预报研究中的应用作了初步探讨。

频率细化技术在超低频/极低频电磁信号检测中的应用

离散快速傅里叶变换算法在频谱分析中得到了广泛的应用,这种算法得到的计算结果是在整个频段上的频谱信息.在一些应用中,需要了解的仅仅是某一窄带内的频谱精细结构,要求频谱的分辨率较高.而要得到一个较高分辨率的频谱,直接采用快速傅里叶变换计算则会导致参加快速傅里叶变换运算的数据点数的增加,从而引起计算量和存储量的急剧增大,这样,快速傅里叶变换算法就不能满足要求了.本文介绍了基于复调制的频率细化技术的原理及其在超低频/极低频电磁接收机研制中的应用,阐述了采用这种技术如何实现高分辨率频谱的计算,并给出了理论数据和实际观测数据的计算结果.

相关检测在甚低频电磁信号检测中的应用

介绍了在甚低频电磁接收机研制中如何利用有关软件以相关检测方法来检测甚低频电磁信号的幅度信息,并给出了理论和实际的检测结果。

地电阻率多极距观测中的最佳布极方式

对如何确定地电阻率多极距观测中的最佳布极方式,包括极距个数和各极距长度的确定进行了研究。确定最佳布极方式的主要依据是地下各层介质的响应系数随观测极距的变化规律以及采用不同观测极距对反演精度的影响。以宝坻台为例,讨论了在电性剖面参数已知的情况下,如何确定多极距观测中各极距长度。最后,利用提出的最佳布极方式确定的装置系统对宝坻台模拟多极距观测资料进行了处理。结果表明,用最佳布极方式确定的多极距观测系统可精确计算出地下各层介质的真电阻率变化。

SLF/ELF电磁接收机研究及观测试验

大功率、人工源的超低频/极低频电磁波技术已经成为当今国际地球物理学界瞩目的一个新兴研究领域,采用此方法计算获得的地下介质电性结构具有很高的精度和稳定性,特别适用于地震预测等需要精确观测数据的研究。在中国,从20世纪90年代末开始,开展了基于大功率人工源超低频/极低频技术的方法研究,也开展了该方法在地震监测领域的应用研究,然而对于适用于地震监测应用的观测系统的研究进展比较缓慢。文中介绍了专门用于地震监测应用的超低频/极低频电磁接收机的研发,详细说明了仪器的硬件系统组成、主要技术指标及其关键技术。试验观测结果表明该仪器能满足目前0.1～300Hz频段人工源电磁信号观测的需求。

一种消除地电阻率观测中随机误差的新方法

在前人研究的基础上 ,提出了一种消除地电阻率观测中随机误差的新方法———变周期供电法 .详细介绍了该方法的原理和实施步骤 .从计算机模拟和实验室模拟

大地电磁场的两种大震短临异常

根据中法电磁合作台运行6年的资料,在年变形态对比的基础上合理地选取有效测道值构建了相应的时间序列图。从中发现昆仑山口西8.1级大震前一个多月时间中,正常大地电磁场中叠加间歇性畸变干扰,按形态分为'阶跃突跳'、'单尖突变'两种类型。简略地讨论了产生两种异常现象的可能机制。

大地电场测量系统中的特殊抗干扰技术

简要介绍国内最新研制的大地电场观测仪器“ＺＤ９Ａ地电场仪”的工作原理，通过分析其工作过程中可能存在的干扰因素及其对系统工作的影响，提出了基于最新技术成果的集散式供电、光电耦合、信号回路虚地、多级浮地等一系列特殊抗干扰技术，并对这些抗干扰技术的应用实效进行了简要说明。