垂直电场观测试验及数据初步分析

地震发生前的电磁异常现象已被地面、卫星等多种观测手段观测到．目前,我国已经建成了100多个水平地电场观测台站,然而对于垂直电场的观测仍是一个空白．自2009年4月开始,在甘肃天祝地震前兆科学台阵的红沙湾、黄羊川、松山建立了3个垂直电场观测试验站,进行垂直地电场的试验观测,在我国专门的垂直地电场观测试验研究尚属首次．通过近1年的观测试验,取得了有价值的观测资料．从数据的初步结果来看,垂直电场的日变化形态清晰,黄羊川和松山观测数据的日变幅度在16 mV/km左右,红沙湾观测数据的日变幅度在8 mV/km左右;垂直电场日变化周期的主要成分是24小时的全日波,其次是12小时周期的半日波．      

中强地震前后地电场观测数据变化研究

地电场观测对象为天然地电场,包括源自外空的大地电场和源自地下的自然电场两个部分.我国最早开展模拟地电场观测在1966年邢台地震之后.数字化地电场观测始于"九五"以后,目前已经建成了由110个台站组成的覆盖各主要地震危险区和重点监视区的地电场观测台网.地电场台网记录到了大地电场日变化和地电暴等周期性或同步背景变化.     

新沂台和马陵山台地电场日变化及潮汐响应初步分析

基于江苏省新沂台和山东省马陵山台同(近)场地观测的地磁场、地电场和分量应变观测数据,详细分析了两台站地电场日变化的波形、变幅、相位和优势周期成分以及日变幅的季节效应和台址电性条件对其的影响,并在此基础上分析了地电场日变化的机理.结果显示:① 两台站地电场日变化主要为两次起伏变化,主相起伏集中在当地午前午后时段,且起伏波形与磁场日变化的起伏波形大致相同,存在相位差,但主相起伏时段与磁场对时间的偏导曲线上的日变化起伏时段大致对应;地电场变化与磁场正交分量的变化显著相关,且与同方向的分量应变显著相关;地电场日变化波形与分量应变日变波形有很大差异;② 两台站地电场、地磁场日变化的优势周期为12 h,8 h,24 h,最显著周期为12 h,其中12 h和24 h周期成分是应变分量的优势周期;③ 两台站同方向地电场日变化的波形高度相似,但同台正交分量之间的日变幅有方向性差异;朔望月时段的日变幅大于上下弦月时段,日变幅有夏季大于冬季的季节效应;台址电导率越低,日变幅越大.地电场日变化既表现为广域性特征,又表现为局部性特征.地电场日变化机理分析认为,地电场日变化是由月日潮汐力和太阳风引起的电离层活动所导致,同时还受到季节、台址电性条件等多因素的影响.      

安徽省数字化地电场特征初步研究

本文基于安徽省现有的蒙城和嘉山数字化地电场数据,辅以其他地区一些典型地电场台站的数据,通过日变形态、变幅、相关性和频谱分析等方法对数字化地电场的基本特征进行研究,发现多台地电场变化既具有普遍的相似性又各有差异,体现了地电场的全球性和区域性。     

山西大地电场弱日变分析

通过分析山西5个地电场观测台站的弱大地电场日变化现象,认为其与电极的稳定性密切相关,这在代县台、临汾台、夏县台大地电场中表现比较明显;其次背景噪声大是造成山西大地电场弱日变的另一主要原因,这在大同台、太原台大地电场表现比较明显。此外,山西大地电场弱日变化与各台地下电性结构、季节变化等因素有密切的关系。     

山东地区地电场观测资料分析研究

介绍了山东地区7个地电场观测台的概况,选取各台2007～2011年的观测数据,从资料的完整性、内在质量(包括相关系数和归零差值)、数据变化及受干扰情况等几个方面进行了分析和探讨。结果表明:各台地电场观测资料保持了较好的连续性和完整性,数据能够满足分析预报使用的要求。从数据质量来看,郯城、菏泽、陵阳和大山台的数据较好,其相关系数大于0.95,更换电极后归零差值控制在1mV/km左右,可为地震预测研究提供可靠的数据资料。在数据变化形态方面,山东地区地电场变化形态多数属于潮汐型地电场,日常观测中,主要受到了地电暴、雷电及外线路故障等干扰。     

地电场观测可靠性分析——基于瓜州台的解析研究

应用时间序列的时频域分析方法处理了瓜州台两种地电场仪器型号的长程观测数据,分析了该台地电场观测质量和数据可靠性。结果如下:(1)同方向长短极距测道观测数据的相关系数R基本上均优于0.9,差值D优于1 mV/km,表明该台长短极距测道观测的地电场变化高度吻合;(2)计算了2015年2月和2019年2月两种仪器观测的地电场最大日变化幅度A,不同仪器之间不同时段的长、短极距测道A的比值接近1;(3)2014—2016年该台SN向、EW向观测数据的FFT频谱均显示12 h、8 h、24 h的优势周期,与中国大陆地电场日变化的优势周期一致。上述结果表明:瓜州台地电场观测资料可靠准确,能满足对地震预测和地球电磁场监测及研究的需求。     

江苏地区地电场变化特征与差异性分析

处理、分析了江苏省4个台的地电场日变化资料,结合地磁场水平分量H、线应变理论固体潮,研究了地电场日变化特征和差异,得到：（1）4个台地电场日变化明显,主要以12小时的半日波成分最强,8小时周期和全日波成分次之;（2）地电场日变化存在地磁场和固体潮影响。靠近海边及湖泊的台站,受固体潮的影响较为明显,各方向还具有明显的固体潮半月波,但没有像固体潮一样大小的波;而远离江、海、湖的一些台站观测到的地电场日变与地磁水平分量比较相关,其差异性与台站的位置、电性结构有关系。     

海南翁田台地电场数据质量及频谱分析

地电场观测系统的观测对象是地电场强度矢量,其目的是通过观测地表的地电场强度,探索地震前地电场的变化,获得地下电性结构及其变化规律,开展孕震过程中大地电场的变化特征研究。本文对翁田台地电场自建台以来的数据进行了详细的梳理,通过计算差值和相关系数来分析数据自运行以来的质量情况,总结数据质量较好的原因,并对下一步如何提高数据质量给出一些建议。翁田台地电场观测数据曲线存在明显1峰1谷的日变形态,对其进行频谱分析,优势周期为24、12、6 h,以24 h为主。运用优势方位角的方法计算发现,2017—2018年优势方位角存在收窄和偏转现象,对该异常进行了分析与探讨。     

中国大陆地电场日变化特征及影响因素

作为地电场最重要的背景变化组成成分之一,地电场日变化普遍存在。本文选取中国大陆10个地电场台站观测数据,应用时序迭加和谐波分析方法,研究地电场日变化的时间域和空间域基本特征。地电场日变化大多呈现"两峰一谷"或"两谷一峰"的变化特征,日变化特征一年四季基本相同,但是幅度、相位略有差异。此外,利用地磁、地貌、电性结构等资料,对地电场日变化的复杂性及与空间电磁活动、地下电性结构及潮汐相关性进行分析,认为地电场日变化特征本质是受空间电磁活动和地下介质电性结构、水文、地质等因素共同作用的结果。     

山西地震台站地电场变化特征及映震能力初探

从地质构造、日变形态、数据内在质量、干扰、映震能力方面对山西5个地电场台站进行综合分析,结果表明,山西5个地电场台站电场数据普遍受到雨雪、雷电、电磁暴的干扰,部分台站还受大风、农田灌溉干扰;多数台站数据表现为弱日变,与电极的稳定性、背景噪声、地下电性结构、季节有密切关系;各地电场台站自观测以来映震能力普遍不好.     

大地电场台站日变幅年度变化趋势分析

为了直观展示大地电场日变幅年度变化趋势,获取多年尺度下数据变化形态及特征,选取2012-2015年,4个地电台网8个存在潮汐地电场变化的地电台站观测数据,进行去除台阶、异常数据及滤波处理,计算地电场日变幅。结果显示：①2012-2013年大多数台站存在春冬低、夏秋高的日变幅趋势性特征;②2014-2015年存在几种不同日变幅年度变化趋势,同时同一台站不同测道间日变幅变化趋势存在差异性,该变化趋势和差异性的存在可能与地下介质结构变化和介质的非均匀性有一定关系。     

地电场多测向日变波形相位关联特征

本文以电磁环境、装置系统、日变波形均具有代表性的海安、平凉、瓜州等7个台站为对象,基于大地电场潮汐机理和裂隙水(电荷)渗流(移动)模型,应用快速傅里叶变换和矢量分析方法,研究这7个台站在2009—2015年多个时段、多个测向的地电场日变波形的相位关系及影响因素.结果显示:多方位地电场观测的日变波形之间具有同相或反相的相位关联特征; 当观测地电场的电极与仪器的连接方式确定后,不同测向地电场日变波形的相位关联即由场地岩体裂隙优势方位所决定,且这种相位关联特征具有相对稳定性.      

区域地电观测网地电场日变化模型研究

应用泰勒多项式和曲面样条函数法建立了我国地电场观测台网中华东、 华北两个区域台网的地电场日变化(K_p≤5)模型,并对拟合结果进行了对比分析. 结果表明: ① 尽管地电场变化复杂,但用这两种方法建立的日变化模型相当吻合,模型曲线随时间的变化符合样本曲线随时间的变化; ② 用模型曲线可以描述其它年份同农历日期、 同等磁情时实测的地电场日变化; ③ 用模型曲线描述实测地电场日变化时,低磁情时得出的结果要优于高磁情时的结果; ④ 用多日样本曲线得到的模型曲线更能清晰地展示出地电场日变化的两次起伏波形、 幅度以及极值集中在午前午后等变化特点. 今后建立全国各区域台网不同磁情、 不同农历日期的地电场日变化模型可定量评价区域台网的地电场观测资料的质量,同时根据该模型能够分离出地电场的非正常变化,进而研判真实的异常,以服务于地震等灾害事件的预测以及地球电磁环境变化的监测等方面.      

肥乡地震台地电场勘选结果研究分析

根据背景场探测项目要求及全国地电台站规划,在肥乡地震台新建大地电场观测项目,对该台进行了非工频干扰测试、工频干扰测试和电测深测试,结果显示,该台具备新建地电场观测项目的条件。     

榆树地震台地电场观测系统运行评价

详细介绍榆树地震台地电场观测系统的运行状况,从数据完整率、静日、扰日变化形态以及相关系数、差值等方面对观测系统运行进行综合评价,结果表明:榆树地震台地电场观测系统运行稳定可靠,能够记录到震前地电场异常变化,可以为地震预测预报研究提供一定依据。     

东部沿海地区地电场半日波变化特征研究

选取位于东部沿海的高邮、新沂、陵阳、昌黎4个台站2011年全年12个月的地电场分钟值观测资料,利用小波变换法计算其半日波,与位于内陆的大同、石嘴山、古丰台进行对比,分析沿海地区地电场半日波日变幅的变化规律,研究得到:(1)高邮等4台在2011年部分月份单月发生2次半日波日变幅增大、减少的现象,同一台站不同月份此现象的发生时间几乎一致(阴历日期),不同台站同一月份此现象的发生时间不同,而位于内陆地区的地电场台站未观测到此现象。(2)通过研究台站测区及周围环境与半日波日变幅变化的相关性,初步分析认为位于沿海地区的台站是否容易观测到半日波日变幅周期性变化可能与测区是否紧邻大型水系有关;而位于沿海地区的台站观测到地电场半日波日变幅每月2次增大、减少的发生时间可能与台站的地磁经度有关。(3)探讨了引起东部沿海地区半日波日变幅周期性变化的可能原因。     

乾陵地震台地电场日变化特征及干扰因素分析

该文对陕西乾陵地震台地电场日变化特征和常见的干扰因素进行分析。研究结果表明,地电场静日变化具有较为典型的单峰双谷形态,在发生地电暴时,高频成分明显增加,日变幅比静日有较大幅度的增加;存在的干扰主要是高压直流输电干扰、工业游散电流影响等;也有大风、降雨和雷电自然因素干扰;高压直流输电影响幅度的大小与入地电流的大小、距离及地下介质等因素有关;其他方面的干扰,是局部、短时间内电磁环境的变化而影响地电场的变化。     

甘肃嘉峪关、瓜州地电场日变化与地电暴差异机理分析

通过甘肃省嘉峪关台地磁场观测资料,研究嘉峪关台、瓜州台磁静日地电场日变化的时频特征波;由地电场分钟值观测数据的时序叠加残差方法,研究嘉峪关、瓜州山的地电暴变化。结果表明:(1)两台地电场静日变化以两次起伏变化为主,无相位差,但两台之间日变幅差异较大;(2)地电场分量变化与地磁场正交分量变化显著相关;地电场与地磁场日变波形不同,极值时间有差异。2个台存在很明显的高频成分,在去除了高频变化后,其优势周期也相同,从大到小依次为12 h、8 h、24 h。地磁场H分量因存在磁暴影响,故高频变化较多,在去除了磁暴影响后,其优势周期从大到小依次为24 h、12 h、8 h;(3)当电磁暴扰动剧烈时,两台可以较清晰地记录到地电暴的完整变化。在发生电磁暴时,地电场与地磁场的相关性明显降低,且不同台、不同测向之间的变化幅度也不尽相同。两台东分量E_Y暴日的日变幅较静日明显增大,磁暴期间Y分量变化率与地电场东分量E_Y观测数据显著相关,由此说明:两台日变幅的不同与台站台址电导率有关,太阳风引起的电离层活动是引起了地电场日变化主因。引起电暴的原因可能不同于引起日变化的原因,主要是两台之间及不同测向之间的浅、深层电阻率和地质构造等诸多因素的结果。     

基于地电场的裂隙水主体渗流方向两种计算方法及意义

地电场是重要的地震前兆物理场,其观测数据包含了自然电场、大地电场和干扰成分.自然电场源于地下介质的物理、化学过程,通常具有相对稳定性;大地电场则来源于空间电流和潮汐力,较稳定的日变形态主要表现出TGF-A、TGF-B两种波形.依据地电场的潮汐机理,邻近大水域的场地,潮汐力作用于岩石裂隙,易使裂隙水周期性渗流,产生周期性过滤电场,形成TGF-A波形地电场;空间Sq电流在地表的感应电场易引起裂隙水周期性渗流,进而产生大地电流场,使地表出现TGF-B波形地电场.以层状介质为例,设上层介质电阻率为p1,厚度为h1;水渗流层的电阻率为ρ2,厚度为h2;下层是不导电介质.