水平层状大地中任意方向偶极源激发的电磁场

目前已存在多种物理模型用于解释地震前兆电磁异常,不同机制下产生电磁波场的源可等效为不同类型偶极源(磁型/电型)的组合.针对不同偶极源激发的电磁响应特征的研究对地震孕育过程中观测的电磁信号的提取与解释具有重要意义.基于此,本文推导了一套正演算法,可用于研究任意方向(方位角和倾角)、大小和位置的一个或多个偶极源在地壳或岩石圈-大气圈-电离层(Lithosphere-Atmosphere-Ionosphere, LAI)模型中产生的电磁波场的传播特征.基于多源组合,该算法可进一步拓展到线电流源和面电流源的电磁响应的计算.本文给出了水平、垂直和倾斜电偶极源响应计算的实例,并针对不同类型的偶极源激发下的地中、地面以及空间电磁场响应特征进行了初步分析.模拟结果显示,相比于单纯水平或垂直的电偶极源,地中倾斜电偶极源激发的电磁响应在地表的各场量辐射花样虽然仍可反映偶极子的方位角和空间位置,但不再具有对称性,其模式更复杂.本文提出的正演算法可用于地中低频电磁辐射源的正演模拟和反演定位.     

基于二次耦合势的广域电磁法有限体积三维正演计算

与可控源音频大地电磁（CSAMT）相比,广域电磁法通过采用全区视电阻率定义,突破了卡尼亚视电阻率所需的远区条件限制,极大拓展了可控源电磁观测区域和探测深度.考虑到电偶源激发场的三维特征以及地下复杂三维结构,为提高广域电磁数据解释精度,本文实现了基于二次耦合势的广域电磁法三维正演计算.该算法利用Helmholtz定理将麦克斯韦方程转化为库伦规范下的磁矢势和电标势耦合方程,有效改善了离散所得大型线性方程组的谱性质,并通过强加散度条件来消除电场伪解的影响.此外,采用散射场方法,其中一次场使用准解析法求解,二次场使用有限体积法求解,克服了局部激发场源奇异性问题.通过与一维层状模型下电偶源产生的电磁场准解析解对比,验证了本文算法的正确性.在此基础上,利用本文的正演算法对比分析了广域电磁法与CSAMT对典型三维目标体的探测能力,结果表明在相同的观测条件下,广域电磁法能够更准确地反映地下目标体信息,拥有更优的分辨能力.     

孕（发）震期间震源体的电磁信息与电磁传感器的接收

结合ＭＤＺＱＹ－１型地震前兆预测仪监测的实例，剖析了震源体在孕震、发震期间的电磁信息特征，建立了电磁波仪器接收不同电磁信息使用不同传感器的模式。     

震前深井电磁短临前兆信息的观测和研究

本文应用大量震例研究了地震前深井电磁波短临前兆信息。研究结果表明，在１．９和２７ｋＨｚ信道上，地震前２－４个月和１０－６０天，可观测到短临型，短期型和临震型三种电磁波信号。电磁信号增强时段与孕震区小震频度增强同步，表明这些信号可能与孕震区微破裂有关。本文还利用信息源偶电体模型定量计算了组成变化的电磁场的准静场，感应场，辐射场随观测距离及方位的变化，据此对观测结构进行了初步解释。     

三维CSAMT法非结构化网格有限元数值模拟

考虑到可控源音频大地电磁法(CSAMT)电偶极发射源与地下介质的三维结构特点,本文采用非结构化网格剖分技术,开展了三维CSAMT方法有限元数值模拟研究,将三维电磁场的背景场和异常场分别求解,避免了电偶极发射源的奇异性问题,并减小了计算区域.推导了三维异常电场遵循的有限元方程,加入散度条件进行约束以消除电场伪解;对非结构化网格单元采用高斯加权平均算法,得到了精度较高的异常磁场.针对层状介质模型,与积分方程法对比,验证了有限元算法的正确性;计算分析了典型三维地质模型的电磁响应,异常体反映明显.结果表明本文算法正确、可靠,适用于三维地质模型的CSAMT方法正反演研究.     

利用电磁台站观测数据推算汶川MS8.0地震等效电偶矩

本文利用地下电偶极子产生的电磁场模型, 尝试模拟和推算地震前地面电磁台站观测数据所需震源深度处等效电偶矩。 结果显示, 在观测频率为1 Hz, 地下平均电导率取7.0×10^-4 S/m 时, 2008年汶川M_S8.0地震前电磁异常高潮期, 距离震中1440 km 的高碑店台NS测向观测到1.3 mV/m的电场强度所需震源深度处等效电偶矩量级为10¹³A·m; 若考虑地震主破裂长度150 km, 则产生的地电流量级为10⁸ A。 同时, 这一等效电偶源在地面产生电场的2D分布图显示出很强的方向性(或不均匀性); 信号强度和电流源方向存在着密切的关系, 且电磁场值随观测距离增大而衰减迅速。 这部分地解释了地震相关电磁异常信号的方向性(或不均匀性)的观测事实; 如果观测点位于非强信号区, 即使在有效的探测范围内也可能记录不到异常信息, 这对地震监测台网仪器选址和布置提出了要求, 具有现实的指导意义。     

脉冲源时间域电磁响应三维正演计算

为了应用时间域电磁法进行深部勘探,需要计算大尺度模型的晚时时域响应.本文将待求解的电磁响应分解为一次场和二次场之和,实现了波形为拟高斯脉冲的大功率脉冲源激励的一次场的计算.对于三维异常体产生的二次场,采用基于非均匀步长交错网格的时域有限差分(FDTD)和非等时步长的迭代算法求解,在层状介质模型的上阶跃响应计算结果对比以及与积分方程计算的瞬断响应结果对比验证基础上,实现了大功率脉冲源激励下晚时时域电磁响应的计算.通过设计一个简单异常体的三维模型,采用电偶极源脉冲电流激发,计算的时间域响应很好的揭示了大功率脉冲源激励的场在地中随时间扩散,以及三维异常体产生的异常场并二次扩散的过程.     

瞬变电磁晚期场资料的一维反演

本文研讨了由垂直磁偶源和水平电偶源所激发的瞬变电磁晚期场的垂直磁场时间偏导数及其视电阻率的性态特征。探讨了其一维反演的某些问题，研制出了对该时间域电磁响应函数的一维实用化反演程序，表明具有较好的使用效果。     

苏联中亚地区地震试验场地电阻率和大地电场的观测现状

为了研究地电阻率和电场的变化与地震活动性之间的关系,近年来苏联在中亚地震预报试验场进行了实地测量和多方面的探讨,现将其观测结果介绍如下。 一、地电阻率的变化与地震活动性关系的观测结果 1.1偶极电测深 1983年,苏联科学院高温研究所电磁方法试验考察队在伏龙芝地震预报试验场用偶极测深法,采用AB=620m的供电极距,对地壳上部岩层电阻率的变化进行了研究。     

电偶源频率电磁测深激发极化效应研究

本文研究含激电效应(IP)电偶源频率电磁测深问题.首先,通过对电偶源频率电磁测深电磁场分量分辨率的分析,提出利用电场Ex分量提取IP信息的合理性;然后,给出了同时存在激电和电磁效应时的理论计算公式和算法,对一些典型地电断面进行理论计算并对计算结果进行分析;最后,提出提取IP信息的几种可能方案.这些工作不仅为野外实测资料...     

海洋拖曳式水平电偶源数值模拟与电场接收机研制

海洋天然气水合物资源调查中,电磁法已成为地震勘探最有效的补充手段之一,而我国海洋水合物电磁探测中的拖曳式电场接收机此前是空白.本文从方法原理、仪器设备和海洋试验等方面,对海洋拖曳式水平电偶极-偶极方法进行研讨.建立三维电阻率模型,进行数值模拟,讨论收发距、发射频率、拖曳装置离海底高度等参数与电场异常响应的关系,针对特定模型给出了最佳观测参数以指导仪器硬件设计与海洋测试.在此基础上,采用高级嵌入式计算机的智能化控制、前端低噪声斩波放大、高精度同步采集等技术,研制了由拖体、承压舱、采集电路、低噪声电场传感器等组成的海洋拖曳式水平轴向电场接收机,其系统噪声达到2 nV/√HZ @(1~100Hz).将自主研制的电场接收机用于国内首次拖曳式电偶极-偶极方法的海洋试验与评估,并对海试资料进行了处理与分析.研究结果表明,所研发的仪器达到了设计指标,能够用于海洋天然气水合物调查.     

新型坐底式海洋可控源电磁发射系统及其海试应用

利用拖曳式海洋可控源电磁发射系统在探测埋藏较浅的天然气水合物资源时,会遇到一些新问题.如拖曳式轴向发射偶极源不能贴紧海底,发射偶极源和海底间海水的电磁衰减,使得10 Hz以上的相对高频能量难以导入至海底以下介质;发射偶极源有可能出现水平或垂向摆动;拖曳式发射时,时间窗口内叠加的数据有限;拖曳路线可能与海底构造走向平行,不利于揭示探测目标体的异常形态.新型坐底式发射系统有望解决上述问题.坐底式发射系统的硬件部分包括甲板端供电和监控单元、长距离电力和数据通信单元,以及水下发射机主体.新型坐底式发射系统的发射电极紧贴海底,没有海水层衰减,有利于相对高频的人工源电磁信号经过海底以下介质传输至接收端;通过超短基线信标更容易精确定位发射机拖体,利用姿态方位参考系统确定发射电极的供电方向,可以精确校正电偶源水平偏角的影响;增加单点供电时间,提高接收信号信噪比;提供两对电偶极源,从两个相互垂直的方向对异常体进行人工源激发.2015年海洋试验的结果表明,坐底式与拖曳式发射系统联合作业,可从多角度对海底异常体进行宽频带电磁激发,为数据采集提供丰富的场源信息.     

我国地震地电学的研究现状和发展趋势

阐述了地震地电学中的地电阻率自然电场，大地电磁测深，大地电流场和电磁辐射，大气电位等方法的国内观测现状，以及今后发展趋势中的几个主要问题：高精度自动化数学地电测量仪器，电磁多参数综合观测及其资料的综合处理。     

矿井瞬变电磁法超前探测合成孔径成像研究

在矿井瞬变电磁超前探测数据处理和解释中,为了更好地识别巷道前方含水体电性分界面,利用扩散场与波动场间的函数关系,将矿井瞬变电磁法超前探测中瞬变电磁波场转换为拟地震波场,实现波场转换.同时,为了解决波场转换后信号幅值偏弱,以增加信噪比利于解释,利用雷达的合成孔径方法对波场转换后的拟地震信号进行相关叠加处理.将矿井瞬变电磁法巷道超前探测的同一测点不同探测方向的数据作为孔径数据进行合成孔径成像,以突出弱异常而提高信噪比,结合应用实例验证了方法的效果.研究表明,矿井瞬变电磁法合成孔径成像方法能够提高电性界面信息的信噪比和界面几何分辨率,对矿井瞬变电磁法精细超前探测含水构造具有重要的理论意义和应用价值.     

数字电磁资料在地震监测中深入应用的讨论

电磁学方法是国内外公认的有良好发展前景的地震监测预报方法之一。本文提出并讨论了“地震电磁动态特征研究”课题的具体思路,供大家讨论、指正,即：通过对其全国地电场、地磁场、地电阻率、地震电磁波和GPSTEC等数据的汇集,进行数据处理方法研究,分析地震电磁场动态演化特征,定期形成“动态演化”数据产品,为相关部门分析预测地震提供背景信息;同时,积累资料和震例分析经验,为开展前兆分析方法和地震电磁效应机理等研究提供依据。     

层状多孔介质的地震电磁异常数值模拟方法研究

本文针对电激发模型在各向同性分层介质中利用传播矩阵方法对电磁异常产生过程的数值模拟.层状模型中一部分为饱和多孔介质,另一部分为普通线弹性介质,数值模拟过程中将固体场作为主要场单独进行计算,而将其形变作为等效流体源计算耦合电磁场.模拟结果显示,地震波在经过饱和多孔介质边界的时候会产生电磁场,而其在流体层内部传播的过程中则未产生电磁异常.模拟结果可以用于解释一些伴随地震产生的电磁异常,包括地震发生时以及地震波到达时所产生的电磁异常现象,另一方面对于前震及其它一些无感地震所产生的电磁异常的解释也具有一定的参考价值.      

谐变磁偶极激发下层状介质中球的电磁响应

本文在前人基础上,从理论计算角度研究了两层大地下球形导电体的偶极激发音频电磁场。探讨了电模式、磁模式场的耦合及其意义,并列出了剖面数据和频率响应数据,以适应移动源音频电磁法的实际需要。     

岩石圈地震前兆异常机制

对于电磁卫星所观测到的地震震前电磁异常现象的机制,即电磁异常如何从岩石圈穿过大气层耦合到电离层及其以上空间,目前仍是尚未解决的问题.本文主要介绍目前大量有关地震岩石圈异常的机制研究,力图从卫星地震电磁异常的源头—岩石圈地震来获得相关认识.岩石圈地震前兆异常包括：地表变形、水位变化、悬浮薄雾、超低频（ULF）电磁异常、山脊或山顶发光闪电、卫星红外图片大范围数度温度异常、磁场高于地磁偶极场的0.5%、电离层等离子体密度变化、动物奇异行为等.人们提出了许多试图解释各种异常现象的假说,如热耦合假说、气泡运移假说、边界位错充电假说、离子空穴运移假说等.本文希望通过对以上各种假说提出的基础、物理机理以及异常现象解释的探讨,促进对岩石圈地震前兆异常现象机理认识,从而为地震电磁异常的正确认识提供更有力的帮助.     

瞬变电磁法拟地震成像研究进展

瞬变电磁法是工程地球物理勘察中应用较多的一种勘探方法之一,瞬变电磁法拟地震成像方法研究是当前电磁探测理论与应用研究的热门.文中详细叙述了瞬变电磁法拟地震成像的两种不同思路,一种是建立时间—频率转换经验公式,把TEM数据转换成平面波数据,借鉴大地电磁法拟地震解释思路进行成像,另一种是通过积分变换,把扩散场变成虚拟波场,把电磁衰减信号变成拟地震子波,然后按照地震解释法进行解释,并分析了各自存在的的问题.指出下一步研究的方向.     

震前深井电磁短临前兆信息的观测和研究

本文应用大量震例研究了地震前深井电磁波短临前兆信息。研究结果表明，在１．９和２７ｋＨｚ信道上，地震前２－４个月和１０－６Ｏ天，可观测到短临型、短期型和临震型三种电磁波信号。电磁信号增强时段与孕震区小震频度增强同步，表明这些信号可能与孕震区微破裂有关。本文还利用信息包源偶全体模型定量计算了组成变化的电磁场的准静场、感应场、辐射场随观测距离及方位的变化，据此对观测结果进行了初步解释。