2021年青海玛多MS7.4地震前变频磁扰动信号分析

1 研究背景 地震预测预报仍然是当今人类面临的难题之一,科学家从各种角度开展了大量研究工作.其中,科学家对地震前电磁异常现象的关注始于20世纪90年代,如:Fraser-Smith等(1990)通过对Loma Prieta地震前地磁场能量变化进行分析,发现在震前3小时,一个震中距较小地磁台的地磁场,在频段0.01 Hz附近能量明显增强;Hayakawa等(2000)在研究Biak地震时,发现在震前约1个月,地磁场能量在0.005—0.03 Hz频段出现增强现象;Han等(2011)和Chen等(2012)在分别研究日本和中国台湾地区地震时均发现,在固定频段0.01 Hz附近,地磁场出现明显异常,而且Chen等(2020a,b)发现,地震前存在变频地壳共振信号,且临近地震发生,信号频段从低频逐渐向高频移动.另外,Chen等(2021)研究微震和地磁场扰动关系发现,地面微震动可以诱发磁扰动.     

郑州地震监测中心站连续重力仪背景噪声水平分析

选取2009—2019年郑州地震监测中心站连续重力观测数据,结合地震频段观测数据精度,分析中心站背景噪声水平,结果发现：①潮汐和气压等因素对重力观测数据的亚地震频段和潮汐频段的平均功率谱密度值(PSD)影响较大,在地震频段影响较小;②通过对月地震噪声等级值(SNM)的分析,发现较小值多集中在每年2月(农历春节前后);③在研究时段内,地震频段噪声等级SNM值范围在(3.107—3.268)×10^-16 (m·s^-2)²/Hz,重力固体潮汐观测精度P_L范围在(0.130—0.278)×10^-8(m·s^-2)·(Hz·s)^-1/3,与gPhone-1相对重力仪相比,PET重力仪观测数据存在一定漂移,其P_L数值略大,表明观测环境和仪器性能共同制约着重力观测精度。     

DEMETER卫星监测的极低频和超低频电磁场数据分析

分析了DEMETER卫星上测量的极低频(ELF, 3—30 Hz)和超低频(SLF, 30—300 Hz)水平磁场. 其统计变化规律与地面上实测的此频段大气噪声变化规律一致, 并且数值差异也符合电波传播规律, 说明卫星上监测的电磁场来源于地面. 同时对DEMETER卫星上测量的ELF和SLF归一化波阻抗进行了深入地分析, 由电子密度与离子密度计算出的归一化波阻抗与由实测电磁场计算出的归一化波阻抗均有差异. 现有观测资料并不完全“自洽”, 尚有问题需深入研究.      

河南及邻区宽频带地震仪大震前地脉动信号分析

选取2008年4月27日—5月13日河南及邻区宽频带地震资料,对全球3次M≥7.0地震前地脉动时域、频域、幅值进行分析,发现地震前2.4—3.6天地脉动出现低频异常,幅值与震级、震中距有关;前两次地震前低频异常优势频率分布在0.20—0.30Hz,而汶川8.0级地震前两个频段显示异常,分析认为,0.18—0.25 Hz频段异常与台风扰动有关,0.11—0.18 Hz频段异常与汶川地震相关。分析近海台风对地脉动的影响,发现台风期间,0.15—0.25 Hz频段地脉动显示异常,幅值变化与台风过程基本同步。     

西昌流动地震台阵背景噪声特征分析

利用西昌流动地震台阵2013年1月至4月观测的垂直分量的地震连续波形数据,计算了各台站评价环境噪声的功率谱密度概率密度函数,对地震台站环境背景噪声特征进行了分析。计算结果表明,西昌流动地震台阵多数台站环境的噪声水平较低,平均噪声水平在0.01~10 Hz频段低于全球新高噪声模型(NHNM)的参考值,不同台站在0.1~1 Hz频段的噪声水平基本相同,更接近于全球新低噪声模型(NLNM)的参考值。当地震计架设在基岩上并采用密封措施后,可以有效防风和保温,并且降低了气压变化对地震计的干扰。     

淮南地震台电磁扰动异常分析

2010年6月28日至8月20日淮南地震台电磁扰动低频1-20 Hz(二、三通道)出现较多脉冲,超低频0.01-1 Hz未出现明显变化.对脉冲的时间和空间特征进行分析,结果发现:自2008年观测以来,每年6-8月,二、三通道均有类似的脉冲增多变化.对电磁扰动日均值与淮南市日用电量荷载进行相关分析,发现淮南市用电量与电磁...     

震前极低频电磁异常及其频谱特征

大量的观测研究结果表明，近场地震发生前极低频电磁异常信息既丰富又强烈．为探索对其规律性认识，本文通过对地震电偶极子的形成及传播规律研究后指出，震前垂直向极低频电场异常具有穿透能力强、干扰少、信息突出及易于提取和接收等优点，是探索地震可靠短临前兆信息的重要方面；进而通过对极低频准静场观测资料的频谱分析结果得出，近场地震前电磁异常的频谱大都集中在周期为数分钟至数十分钟的极低频段，异常信息频谱与震中距存在一定的相关关系，且震前极低频电磁异常与孕震区的空间分布范围存在明显的相关关系，地震渗滤电场异常信息及频谱的幅度与震级大小无明显相关．      

以2008年汶川8.0级地震为例研究地震波低频信号及其构造解释

以2008年汶川8.0级地震震中所在区域的9个固定台站的连续地震波形数据及震中区中国地震科学台阵记录的远震事件波形数据为研究对象,在对连续地震波形低频异常信号进行提取的同时,利用远震事件波形中的P波及其尾波数据探测震中区域部分台站地下结构信息,试图对主震发生前后出现的低频异常信号进行构造解释。研究结果显示:(1)9个固定台站提取出的地震波低频信号在2008年4月17日至2008年4月19日同步出现持续约40小时的先升后降异常形态,同时伴有间断性突跳并在震后密集呈现;(2)震中附近研究测线在不同时段内岩石圈结构出现变形,且在震中附近,位于发震断裂上的台站与非发震断裂上的台站相比,其地下结构变化更明显。震中附近研究测线的岩石圈结构在不同时段变形现象是使用与提取低频异常信号相同频段(0～5Hz)的数据所得到的,反映地震连续波形中记录到的低频异常信号与震源区地下结构变形密切相关。     

极低频背景变化及在地震监测中的应用

利用我国极低频台站观测到的天然场电磁数据,对极低频(0.1-800 Hz)电磁场随季节和纬度的背景变化进行初步分析,并以云南通海地震台观测到的震前电磁异常为例,阐述震前异常特征.     

临震电磁幅射信号的准一静电磁场场强理论计算

本文应用班尼斯特和迪尤布水平电偶极子准—静电磁场的工程表达式,利用1979年7月9日溧阳六级地震和1984年5月21日南黄海6.2级地震临震电磁波超低频观测结果,估算了这两次地震电磁发射的峰值电流矩IL,其量级分别为10~7—10~8安米(溧阳)和10~9安米(南黄海)。与按地壳波导原理所估算的结果吻合。     

一种用于TEM高灵敏度感应式磁场传感器设计

瞬变电磁法(TEM)作为地球物理非地震探勘主要电磁方法之一,广泛应用于油气、矿产等地下资源探测.本文分析TEM磁场传感器频率响应特点,采用欠阻尼匹配拓展传感器线性响应频率范围;分析磁传感器各类噪声源分布,提出不同频段上影响磁传感器性能的主要因素.最终研制一款高磁导率磁芯的TEM感应式磁场传感器,工作频段为10 mHz~1 kHz,等效输入噪声水平为4pT/√Hz@1Hz, 15fT/√Hz@200 Hz,传感器直径为50 mm,长度800 mm,重量3.2 kg,相比现有TEM接收磁场传感器,体积小、重量轻、工作频段低.实验测试与生产作业表明:最新研制的高灵敏度TEM磁场传感器更加适合大深度、3D阵列电磁勘探.     

乌加河地震台、乌力吉地震台台基噪声特征对比分析

利用2020年5月1—7日乌加河地震台、乌力吉地震台波形数据,应用噪声功率谱概率密度(PDF)方法,计算2个台站的台基噪声,分析了2种观察环境下的台基噪声特征及影响因素。结果显示,在小于0.1 Hz频段乌力吉地震台台基噪声值明显大于乌加河地震台,说明地震计在小于0.1 Hz 频段受环境温度影响的特征较显著;在大于1 Hz频段2个台站台基噪声值均有台阶性升高频段,这是由在该频段台基噪声受人为活动影响所致。     

DZB-1B型自动标定器的幅度测量与标准

关于地震模拟信号自动标定器输出幅度的测量与校准是一个需要解决的问题。从前我们一直未进行这项工作,国内计量部门也无法解决地震系统常用的超低频信号(0.01Hz—10Hz)的测量与校准问题。我们经过不断探索、研究及反复实验,较好解决了这一问题。     

多通道相关分析用于宽频带地震仪自噪声检测

将多通道相关分析方法用于宽频带地震仪的自噪声检测,测量分析了Reftek 130、130 B和130 S三种地震数据采集器的自噪声检测结果以及14套Reftek 130 S连接Guralp CMG-3T地震计的自噪声一致性检测结果,同时给出了地震计的三轴正交性估计.结果表明:Reftek数据采集器设置为普通增益时在0.3 Hz以上频段自噪声高于Guralp CMG-3T地震计自噪声,设置为32倍高增益时在测量频段远低于地震计自噪声;测量的多台Guralp CMG-3T地震计自噪声结果在不同频段一致性差异较大,垂直向分量0.3 Hz以下频段可作为一致性比对参考频段,采集配置选择普通增益时0.3~2 Hz频段可作为数据采集器一致性比对参考频段;Guralp CMG-3T地震计三轴正交性误差估计平均在0.5°以内.     

低频交流电法的试验和研究

本文介绍了关于低频交流电法的试验和研究结果: (1) 现场观测证实,低频交流电法与直流电法观测的电阻率数据(包括ρ,曲线变化)是同步的和相近的。(2) 交流电法的抗干扰(噪声)能力比直流电法有所增强。采用交流电法守将干扰(噪声)背景由通常的100μv压低到10μv,並可以完全消除风扰。(3) 采用交流电法可以提高观测精度,其观测精度为10~(-3)(直流电法精度为10~(-2),还可有效地分辨1—2%的地电前兆异常。(4) 探测同样深度,交流电法可比直流电法功耗减少一倍。     

内蒙古地倾斜观测主要干扰信号的功率谱密度特征

选取内蒙古地区地倾斜观测资料的正常背景和受大风、降雨、气压干扰及地震波影响的典型数据,采用功率谱密度(PSD)分析方法,对其正常背景和4种主要干扰信号的功率谱密度特征进行分析。结果表明,在正常背景下,每日PSD结果基本一致,秒采样较分采样数据可多获得8.3 mHz～0.5 Hz频段的高频信息;大风干扰对大于10^-3 Hz频段产生影响,并对秒采样数据会造成第二类地脉动噪声信号能量显著增加;降雨干扰主要影响低于10^-4 Hz频段,对秒采样数据的0.01～0.10 Hz频段还会产生一定影响;气压干扰影响的是10^-4～10^-3 Hz和0.01～0.10 Hz频段,对秒采样数据可能会引起第二类地脉动噪声信号能量的明显增加;地震波影响的频段范围、噪声变幅与观测仪器记录到的地震波最大振幅、持续时间呈正比。这4种干扰信号均表现为影响频段内背景噪声明显高于平静日。     

甚宽频带地震计自噪声测试方法对比

在河北红山巨厚沉积与地震灾害国家野外科学观测研究站,对JS-120型甚宽频带地震计采用2台和3台地震计同址比测法进行同址比测。选取连续600小时观测数据样本,基于分频带概率统计法,提取自噪声优势概率典型值,分析测试结果差异。结果表明,3台法可通过互功率谱之比校正地震计之间传递函数的差异,得到的自噪声水平比2台法更低,结果更加稳定;当比测地震计之间性能存在差异时,自噪声较高的地震计会影响记录的相干性,导致其他地震计自噪声结果偏高;由于安装过程中存在不一致性,在接近二类海洋噪声频段的0.1—1 Hz频带,地震计自噪声功率谱曲线形态发生变化,且2台法表现更明显;在0.04 Hz以下的低频段,地震计自噪声水平较高,与观测背景噪声接近,在进行低噪声科学实验观测场地遴选和背景噪声水平评估时,应考虑低频段地震计自噪声的影响。     

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。     

与地震有关的电离层扰动的甚低频/低频无线电探测

近期人们认识到,电离层对地震影响非常敏感,探测与地震有关的电离层扰动看来对地震短临预测是非常有前途的。我们提出可利用甚低频／低频（3～30kHz／30-300kHz）无线电探测进行地震-电离层扰动的探测。1995年神户地震明显发现电离层扰动现象之后,开始了利用低电离层甚低频／低频传播信号进行地震短临预测的简短历史。在说明先前的甚低频／低频结果之后,我们给出了最新的甚低频／低频发现：一个是电离层扰动与地震在统计上相关,第二个是2004年12月苏门答腊地震的实例研究,说明了这次地震电离层扰动的空间尺度和动力学原理。     

BBVS-60型和CMG-3ESPC型地震计性能及记录数据相干性分析

BBVS-60型和CMG-3ESPC型地震计目前在国内测震数字台网中广泛使用,但两种型号地震计在性能和各类指标上均存在差异。本研究分别在山洞和地表两类不同观测环境的台站上安装BBVS-60型和CMG-3ESPC型地震计,对同点记录的数据对比分析,计算相同分量间的相干函数值。结果显示,在比测台址观测环境下,两种地震计在0.02—40 Hz （垂直分量）和0.04—40 Hz （水平分量）频段内具有良好的相关性,其中,记录数据在高频（10—40 Hz）和长周期频段（10—50 s）的相关程度受环境因素影响较大。此外,在工作频段内,两种地震计所记录数据的相关程度与输入振动的强度有很大关系。本文分析结果可为设备选型、震相分析以及地震工程研究提供参考。