Conditions for the geomagnetic induction relationship

A sufficient condition for the linear relationship between the vertical and horizontal components of the time-varying geomagnetic field is that the primary field can be expressed as a linear sum of two fields, each of which has a consistent morphology. This is approximately fulfilled if local induction is predominant and the primary field is approximately horizontal.     

The theory of geomagnetic induction

The theoretical basis of electromagnetic induction methods in geophysics is considered with special reference to the interplay of physical ideas and mathematical arguments. The design of mathematical problems to elucidate observed physical phenomena, and methods of solving them, are discussed. Earth models suitable for various types of investigation are considered. The importance of getting the correct physical interpretation of the solution of a mathematical problem is stressed.     

Numerical solution of the two-dimensional inverse geomagnetic induction problem

Summary An effective numerical approach to the solution of the two-dimensional inverse geomagnetic induction problem using the linearization method is presented. The numerical realization of the inversion is based on Marquardt's algorithm, for which the solution of the direct problem and the partial derivatives of this solution with respect to the electrical parameters of the medium are computed by the finite difference method. Theoretical models are studied and numerical results are presented.     

利用大地电磁站间阻抗估算磁暴引起的大地电场

由磁暴引起的地下感应电场(geomagnetic induction electric field,GIE)会影响电网的安全稳定运行,GIE的大小取决于磁暴时磁场的变化率和周围地下介质的电性结构.本文利用在地表观测的磁场与电场数据,首先求得频率域实际地下三维大地电磁站间阻抗,再结合磁暴时段的磁场数据,计算GIE的频谱,最后通过傅里叶反变换,得到GIE时间序列.本文以日本地区三个长期观测的电磁电台站为例,讨论了站间阻抗的长期稳定性,并选取一次典型的磁暴事件,对本文方法进行了验证.结果表明,合成的GIE与实测数据基本一致,说明利用大地电磁站间阻抗,结合地磁台站数据,可以高精度合成GIE.本文方法有助于定量评价磁暴发生时产生的GIE对电网可能造成的破坏作用.     

地磁台站建设中磁测异常现象分析

地磁台建设磁性跟踪测试工作很重要,通过对跟踪磁测中发现的一个异常现象的分析,计算了不同重量、距离的铁磁性物质对磁房建筑场地磁场的影响,讨论了排除施工现场磁性干扰的一些办法,并得出各种重量铁磁性物质与磁房建筑物的安全距离,还讨论了地磁台部分建筑材料的选择问题。     

地磁房湿度对地磁观测的影响及解决方案

地磁房湿度变化较快或过大都易引起地磁数据的异常变化,且室内湿度不易控制,地磁房、磁通门磁力仪探头湿度智能在线分析监控系统可以实时显示监控地磁房、磁通门磁力仪探头湿度的变化,超过湿度阈值则发出报警信号,进而可以采用科学的方法控制探头观测环境的湿度,提高观测数据的稳定性、可靠性。本文介绍了该系统的设计思路和主要功能。     

华北地磁感应矢量时空特征分析

在验证了Robust方法求取地磁转换函数的可靠性之后,将之应用于华北13个台站超过5年的地磁数据中,得到了地磁感应矢量的时间变化序列.结果发现,在各个台站及其不同周期的地磁感应矢量时间变化序列中,都不同程度地存在明显的年变背景特征;使用谐波拟合法提取了其中的长期背景(大于6个月)成分.重点分析了640s周期的地磁感应矢量时间变化序列,结果发现大多数台站的长期背景变化相位一致,显示出较明显的季节性变化特征;根据对其统计分析得到的特征量在空间上的分布特征推断,华北盆地在壳内可能存在一相对高导层;去掉其长期背景成分后的频谱分析显示,地磁感应矢量存在大约一个月的周期特征,这可能与地磁活动的太阳自转周期(27天)变化有关.     

云南地磁台地震前地磁谐波振幅比分析

采用云南永胜和通海地磁台2010年1月至2018年12月记录的地磁分钟值数据,计算谐波振幅比随时间的变化,分析发现:2014年8月3日鲁甸6.5级地震、2018年9月8日墨江5.9级地震前,谐波振幅比曲线有2次明显下降—转折—恢复异常,分别于第1次异常恢复上升过程和第2次异常转折过程中发震,异常持续时间分别为3年和2年多,持续时间越长,震级越高;距震中较近的地磁台站谐波振幅比曲线出现不同步现象,即YZHx(NS)向与YZHy(EW)向的不同步及长短周期不同步。     

The reliability of aeroplane attitude determination using the main geomagnetic field with application to tensor VLF data analysis

The attitude angles of an aeroplane used for geophysical measurements are necessary in order to calculate field components in a fixed reference frame. In this paper it is shown analytically how the measurement of static magnetic field components can be used to determine the attitude angles. Error analysis shows that when magnetic anomalies are small to moderate (less than 5% of the total field), the attitude angles can be determined to within a few degrees at high latitudes. For a given area the maximum error is linearly related to the magnitude of the anomaly. The technique is illustrated on a tensor VLF data set from an area in Sweden with local magnetic anomalies less than 1% of the regional total magnetic field. Attitude errors propagated into tensor VLF transfer functions are of the same order as their random errors.     

张量感应测井视值解释方法的改进

三轴张量感应测井可探测地层电导率各向异性,Zhdanov et al.利用在横向各向同性均匀介质中测井响应的低频渐近式给出了由张量感应测井响应提取地层各向异性电导率和井孔倾角与方位角信息的解析公式,为张量感应测井资料解释奠定了基础.但是,他们给出的井孔倾角公式存在双值解的不确定性,其各向异性电导率解也不是最佳近似解.本文以更为简洁的推导和分析方法,给出了单值的井孔倾角解以及近似程度更好的各向异性电导率解,并通过数值模拟实例加以说明.本文的结果可为张量感应测井资料的视值解释提供更好的选择.     

短周期地磁扰动的时空分布特征研究

本文对2008—2010年隆尧地磁台站的地磁水平分量H和磁偏角D的秒数据进行了短时快速傅里叶变换,按连续型地磁脉动Pc2—Pc6所对应的频率范围对频谱进行了频段划分,在此基础上研究了各频段频谱总幅值即短周期地磁扰动的时空分布特征.在时间变化上,同一年中不同频段的幅值具有相似的变化规律,每年的幅变特性与该年对应的Vr指数的时间分布也具有一致的变化形态,仅仅在变化的幅度上存在差异.磁偏角D的幅值和VrD均呈现出显著的季节变化特征,而水平分量H的幅值和VrH却不显著.在空间变化上,各频段幅值均随地磁纬度的增加而增大,随地方时变化呈现出双峰双谷的特征.     

地磁场大尺度变化特征分析

利用20世纪50年代至21世纪初中国出版的7次《中国地磁图》资料, 根据构造磁效应和震磁相关性研究了地质构造(构造微动态)、 强震活动与中国地磁图等变线每个不同年代动态演化图像的关系, 从大区域尺度的角度分析了中国大陆及其邻近地区的7级以上强震与地磁分量等变线轴线方向的变化特征。     

成都地磁台绝对观测系统分析

对成都地磁台绝对观测仪器的配置情况作了简要介绍。对数字化地磁绝对观测仪器(DI磁通门经纬仪)和模拟观测仪器(GSI)的理论与实际观测精度作了对比分析。认为CTM—DI磁通门经纬仪与GSI一等磁力仪观测结果一致性较好。数字化仪器优于模拟仪器，并对DI仪的工作状况作了总结。     

短周期地磁扰动的时空分布特征研究

本文对2008—2010年隆尧地磁台站的地磁水平分量H和磁偏角D的秒数据进行了短时快速傅里叶变换,按连续型地磁脉动Pc2—Pc6所对应的频率范围对频谱进行了频段划分,在此基础上研究了各频段频谱总幅值即短周期地磁扰动的时空分布特征.在时间变化上,同一年中不同频段的幅值具有相似的变化规律,每年的幅变特性与该年对应的Vr指数的时间分布也具有一致的变化形态,仅仅在变化的幅度上存在差异.磁偏角D的幅值和VrD均呈现出显著的季节变化特征,而水平分量H的幅值和VrH却不显著.在空间变化上,各频段幅值均随地磁纬度的增加而增大,随地方时变化呈现出双峰双谷的特征.     

响应比法的地磁异常分析

将加卸载响应比的理论应用于地磁方法中，取太阳日照为加载，地磁垂直分量Ｚ为响应，应用马陵山地震台１９９３年１月～１９９５年１１月对相观测资料计算其响应比值。得出结果：响应比的变化在１９９５年９月２０日苍山５．２级地震前明显异常显示，分析认为，这一异常变化是苍山地震的前兆异常。     

Analysis of diurnal dynamics of the geomagnetic field variation spectrum

A statistical analysis of the variations of three components of the Earth’s magnetic field obtained at Almaty during 2008 is performed. It is found that in the daytime and nighttime periods, a distinct difference in the spectra of variations with periods corresponding to acoustic-gravity waves is observed. An explanation of this difference is proposed. It is based on the mechanism of change in the acoustic-gravity wave spectrum caused by the interaction of atmospheric gas with solar radiation.     

张量感应测井资料处理中若干问题的研究

在横向各向同性（TI）介质中,张量感应测井响应与地层的水平和垂直电导率σh和σv、井眼斜角α、仪器方位角φ同时有关,其资料处理和解释相当复杂,一般采用先定出φ,然后在井眼坐标系中同时反演σh、σv和α的资料处理方式.我们发现将测井响应变换到井眼坐标系时实际上无法确定其交叉分量的符号而只能确定其绝对值,这个问题尚未引起重视.本文给出了无需确定φ就可由测井响应直接计算井眼坐标系磁感应张量的公式,此方法简单,所得结果不受φ提取精度的影响.在此基础上本文给出了利用井眼坐标系的磁感应张量的交叉分量曲线提取地层纵向边界和判别相邻地层电导率高低的一种特征识别方法.本文还给出了大斜度井中TI介质的电导率视值的一种简化近似公式.     

地磁活动指数Vr的时空分布特征分析

本文使用2008—2010年三年内的国内41个地磁台站和国外4个地磁台站的地磁水平分量H和磁偏角D的分钟值数据,研究了H和D的Vr指数(以下简称VrH和VrD)与Kp指数的关系及其时空分布特征,发现在时间变化上,VrH和VrD均具有27天太阳自转周变化;VrD呈现出显著的季节变化,而VrH却无,但与太阳风速度(SWS, Solar Wind Speed)变化密切相关,其三年的相关系数分别是0.97、0.70、0.88;去除季节变化后的VrD也表现出与SWS的相关,相关系数分别是0.96、0.77、0.5(2010年相关系数低主要受3月份Vr指数不明原因异常变化影响).在空间变化上,在我国大陆范围内,VrH和VrD均随纬度的增高而增大,并且具有地方时效应和显著的晨-昏不对称性,这种地方时效应和晨昏不对称性可能与部分环电流和场向电流有关系.研究认为Vr指数可以反映地磁场的快速变化,并可以间接反映SWS、部分环电流和场向电流对地磁场变化的影响和控制作用.     

地面Sq磁场的分析和场向电流

地面Ｓｑ磁场的分析在一定程度上可揭示场向电流的存在。本文将Ｓｑ资料按１／２（夏－冬）的方法定性地显示了空间等效电流的分布。结果表明：在夏、冬季清晨由夏季半球流向冬季半球的场向电流特别明显，可是黄昏时的场向电流似乎不存在，踵时由冬季半球流向夏季半球的场向电流强度反而比清晨场向电流弱一些。     

Reduction of geomagnetic measurements at sea in the vicinity of the geomagnetic equator

Summary On the dayside of the Earth, a huge current system, the so-called equatorial electrojet, flows along the magnetic dip equator in the ionosphere, mainly in easterly direction. At the surface of the Earth it generates strong variations of the geomagnetic field which severely impair marine geomagnetic measurements. Independent of its changing intensity, the position of the current system is remarkably constant.For marine geomagnetic measurements in the South China Sea and the Sulu Sea the latitude dependence of the variations was determined from the data themselves, using an appropriate functional relation. By a digital filter it was taken into consideration that the slowly changing parts are less latitude-dependent. Thus, with one recording station, it was possible to reduce the variations to only 15% of their original size for distances up to 500 km.Using the comprehensive data set of two research cruises into the Dangerous Grounds area of the South China Sea, it is shown which statements on the structure of the crust are possible with the corrected data.

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Die Reduktion erdmagnetischer Messungen auf See in der Nähe des magnetischen Äquators

Zusammenfassung Entlang des magnetischen Inklinations-Äquators fließt auf der Tagseite der Erde in der Ionosphäre ein riesiges Stromsystem, der sogenannte Äquatoriale Elektroje. Es erzeugt an der Erdoberfläche starke zeitliche Veränderungen des erdmagnetischen Feldes, die seemagnetische Vermessungen erheblich beeinträchtigen. Die Lage des Stromsystems ist auch bei wechselnden Stromstärken bemerkenswert konstant. Für seemagnetische Messungen im Südchinesischen Meer wurde die Breitenabhängigkeit der Variationen unter Benutzung eines geeigneten Funktionsansatzes aus den Daten selbst bestimmt. Durch eine Filterung wurde berücksichtigt, daß langsam veränderliche Anteile weniger stark breitenabhängig sind. Dadurch gelang es, die Variationen unter Benutzung einer einzigen Registrierstation in Entfernungen bis 500 km auf nur 15% zu reduzieren.An Hand des umfangreichen Meßdatensatzes zweier Forschungsfahrten in das Gebiet der Dangerous Grounds im Südchinesischen Meer wird gezeigt, welche geowissenschaftlichen Aussagen über den Aufbau der Erdkruste nach der Verbesserung möglich werden.

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Réduction des mesures de magnétisme à la mer effectuées au voisinage de l'équateur géomagnétique

Résumé Du côté jour de la terre, un flux plasmatique puissant appelé électrojet équatorial s'écoule le long de l'équateur magnétique (champ total et composante horizontale identiques) dans l'ionosphère, principalement en direction de l'Est. Ce flux engendre à la surface du globe de fortes variations du champ géomagnétique, qui ont pour effet de perturber sévèrement les mesures de magnétisme à la mer. La position de ce courant est d'une constance remarquable, et indépendante de ses variations d'intensité.Pour les mesures de magnétisme effectuées dans les mers de Chine Sud et de Sulu, les variations en fonction de la latitude ont été déterminées à partir des données elles-mêmes, au moyen de relations fonctionelles appropriées. L'emploi d'un filtre digital a permis de tenir compte du fait que les éléments variables lentement sont moins dépendants de la latitude. C'est ainsi qu'avec une station d'enregistrement, il a été possible de réduire les variations à 15% seulement de leur valeur originale jusqu'à des distances de 500 km.En s'appuyant sur la collection très complète de données recueillies au cours de deux campagnes de recherche effectuées dans la zone des Hauts-fonds dangereux, au Sud de la mer de Chine, on montre les hypothèses qu'il est possible de formuler quant à la structure de la croûte, à partir des données corrigées.