MT/CSELF视电阻率影响系数及各地层贡献的初步研究

为研究地下介质电阻率随时间的变化,对水平分层均匀电阻率结构,研究了MT/CSELF视电阻率影响系数和各层对视电阻率变化的贡献,研究显示:各层电阻率的变化对MT/CSELF视电阻率的变化都有不同程度的贡献,贡献的大小与影响系数成正比,而各层影响系数都随电磁场源的周期变化;对于易受干扰的近地表层,其影响系数及对MT/CSELF视电阻率变化的贡献随周期的增加快速下降,在特定的短周期段只有近地表层对观测到的视电阻率变化有贡献而之下各层无贡献;近地表层之下各层的影响系数及对视电阻率变化的贡献则是随周期起伏变化;通过影响系数和各地层贡献分析,选择在合适的长周期段观测,可以使近地表层对视电阻率变化的贡献忽略不计,视电阻率变化主要反应深部各层的电阻率变化。研究结果对MT/CSELF观测频段的选择具有指导意义。

关于人工源极低频电磁波发射源的讨论——均匀空间交流点电流源的解

大功率人工源极低频电磁波(Control Source of Extremely Low Frequency method,CSELF)技术中,辐射天线由布设在高大地电阻率区的接地长导线源构成,通过接地点向大地注入数百安培的强电流.目前有关强电流在大地中的流动特性和分布规律,尚未完全弄清楚.本文提出一个新思路,将CSELF发射天线分解为两部分:交变的接地长导线源和接地处的交流点电流源,二者响应的叠加构成总场.本文重点讨论了均匀空间下交流点电流源的求解,对比研究了交流点电流源响应、直流点电流源响应之间的差异.结果表明,在小范围内(场源距几十、几百米以内),均匀空间下交流点电流源场和直流源场差别较小,可相互近似,但在大范围内,交流点电流场比直流场的衰减要快得多.由于CSELF辐射天线跨度上百公里,场源距很大,其电流分布规律遵循交变场规则,不能近似为直流场.

人工源极低频电磁波场空间分布的计算

文中对人工源极低频(CSELF)电磁波的空间传播特征进行了较为细致的研究。CSELF电磁波的空间传播区域可划分为近区、远区和波导区。在近区和远区,CSELF电磁波的传播理论与CSAMT相似,文中整理、验证了已有文献中的场强计算公式;在波导区,借鉴无线电通信技术成果,给出了地球-大气层-电离层球形谐振腔模型的CSELF电磁波近似计算公式,并在此基础上设计了可视化软件,实现了3种坐标系下CSELF电磁波场的计算;此外,依据计算结果分析了CSELF在近区、远区、波导区的空间传播特征。研究表明:CSELF电磁场在近区和远区衰减很快,而在波导区衰减较慢;电场比磁场更早进入波导区;在地球模型下,在场源对极点波导区场强存在局部极大值,显示了与水平层状模型完全不同的电磁波传播特征。同时,在基于水平电偶极子源的频率域电磁测深中,远区测深主要依赖于磁场而非电场。文中研究为CSELF的应用提供了理论和计算方面的支持。

首都圈极低频电磁台网区地下电性结构探测

开展极低频电磁(CSELF)台网区、台站的地下背景电性结构探测对于发挥其在地震预测预报研究中的作用具有重要意义。文中在首都圈CSELF电磁台网的每个台站附近布设了一条短的宽频带大地电磁剖面,共完成了60个测点的数据采集,对数据进行了处理与分析。首先,通过大地电磁一维反演获得每个台站和测点下方的电阻率结构;然后,利用二维反演技术获得每个台站沿剖面的地壳电性结构;最后,对整个台网区的台站数据进行三维反演,获得台网区三维地壳电性结构。结果表明,华北北部阴山-燕山造山带、中部的太行山地区和东部的胶-辽地块的地壳电性结构主要表现为高阻特征,华北平原和山西断陷区域表现为相对低阻;太行山重力梯度带与郯庐断裂带两侧的电性结构差异明显,表现为电性边界带;台网区的电性结构特征与区域地质构造、地震活动性特征具有明显的相关性。首都圈CSELF台网区地下电性结构探测为区域的孕震环境、地震电磁异常信号的产生机理以及地震预测预报研究工作提供了重要的参考资料。

极低频台站同震电磁信号特征分析

文中对景谷台站记录到的7次同震电磁现象及2次较强地震在周围几个极低频台站引起的同震电磁现象进行了研究,发现了总体形态与地震波相近的电磁波,其幅度远大于地球感应产生的背景信号,且垂直磁场强度约为水平磁场的10倍。对于同一台站记录到的多次同震电磁信号,幅值与震级在对数域基本满足线性关系,同时也受震源深度与震中距影响。在同一地震中,震中距越大,台站记录到的同震电磁信号出现的时间越晚,持续时间也相对较长,但信号的幅值不仅受到震中距的影响,还与观测点的近地表介质有关。通过小波能量谱可以看出,同震电磁信号的主要频率为1~2Hz,在同震信号初始阶段高频成分较多,并表现出随震中距增加频率降低的特点;同时相对于电场,磁场记录的高频信息更加丰富。2014年景谷M6.6地震发生时,在距离震中很近的台站记录到比同震信号更强的尖峰信号,其在地震波到达之初出现。推测偶然的电磁强干扰与地面震动互相叠加是引起电磁信号强烈变化的原因。