与大电流信号有关的华北东部地区地电场空间变化特征的研究

在地震电磁学研究中,电流在地下的流动特征与构造关系是一个非常重要的问题.大范围观测站的分布和强电流源存在的格局为我们研究这个问题提供了机会.本文通过对青岛换流站接地极向地下注入2100~3004 A大电流时华北东部地区21个地电场台站观测的研究,深入认识了地电场信号变化实质.研究表明：①沿着郯庐断裂带方向、跨过郯庐断裂带西南方向、跨过郯庐断裂带北西方向能够记录到地电流信号的特征变化非常大,存在着明显方向性特征和“穴位”现象.②注入大地的电流强度越大,则在观测点记录到的地电流信号强度也越强.③本文研究区域里地电场信号的均匀度并不遵循均匀介质条件下的一般规律,说明地下介质电性非均匀性和各向异性特征明显.④大电流注入地下时能够较正确地反映信号源方位的台站较少,只有安丘台、大山台和新沂台所观测到的方位线可用于确定信号源的位置.本文从点电流源与台站测线布局构成的装置系统、大区域介质非均匀性、台站测区以及附近地区的介质细结构的影响三个方面,通过数值模拟,对上述特征进行了较深入的分析和解释.     

电法在基桩桩长检测中的应用

应用地下单点电极(或多点电极)与无穷远电极向地下供电产生电场分布的特点,通过检测地表电位差的分布,可以确定地下单点电极(或多点电极)的埋深,从而达到检测混凝土管桩桩长的目的.结合工程项目,对预应力管桩的实际桩长进行了检测,电测井测试对比检验说明检测是成功的.用电法检验工程桩桩长,弥补了低应变反射波法难于有效、精确检测多节预应力管桩实际桩长的困难局面,可有效发现工程质量隐患.     

聚焦电流法隧道超前探测导电纸模拟

为了解决传统直流电法隧道超前探测易受旁侧影响的问题,文章根据侧向测井的电极系布置,研究和提出了三种聚焦电流法隧道超前探测电极布置方式。在导电纸实验中,通过不同的电极排列方式和实验参数设置,研究和分析了聚焦电流法隧道超前探测效果的影响因素及其探测曲线特征。导电纸实验表明：聚焦电流法具有较好的超前探测效果,并且数据处理解释简单。     

南北地震带大地电流分布与地震活动关系探讨

利用中国南北地震带38个固定地电场台站观测数据,研究该区大地电流场流线和电流矢量的分布特点,分析了大地电流矢量场的涡度和散度,并联系动力学机制讨论了大地电流与南北地震带的关系,探讨地震活动与电流涡度时变的对应性。这是首次应用空间密度较高的地电场台站开展这方面的研究工作。结果表明:(1)大地电流线走向和汇聚特点与构造地块的运动特点具有某种一致性,在构造边界上大地电流矢量存在汇集及分异的现象;(2)大地电流汇聚和发散等现象与断裂构造相关,一般表现为流线沿断裂带走向汇集或发散,在断裂交错地区表现出较复杂的形态;(3)大地电流场涡度分布特点可作为大构造块体运移的电性指示,涡度随时间变化可能为某种地震前兆。     

海洋分层介质中雷电电流源的水平辐射电场传播特征研究

随着我国海洋战略的持续推进,海上各类固定及移动的工作平台均需进行更加有效的雷电防护。海上防雷工作中深入了解雷电电流源水平辐射电场(Er),在海洋分层介质中的传播特性则是一项十分重要的工作。本文就能够对海上设施产生较大影响的地闪进行研究,因此选取具有代表性的正地闪首次回击电流源(PS)及Nucci电流源(TLS),通过时域的方法对两种雷电电流源的水平辐射电场在由空气、海水及洋壳所组成的海洋分层介质中的传播特征进行对比分析。结果表明:(1)在海面及其以上的高度(h≥0 m),当距雷电电流源水平距离r=0 m时,两种雷电电流源产生的Er均为正值;其中PS产生的Er是随时间呈对数增加,而TLS的则随时间呈单峰正偏态分布;当r0 m时,两种雷电电流源产生的Er与r=0 m时的基本呈反位相。(2)当r=0 m,h介于0~50 m及100~500 m之间,PS于雷电发生后10μs的Er值则分别介于3.273 3×10~6~1.177 1×10~7v/m及1.035 1×10~7~1.155 3×10~7v/m之间,而TLS的Er峰值则分别为9.274 7×10~5~2.887 6×10~6v/m及2.688 7×10~6~2.854 2×10~6v/m之间。(3)当h=10 m,r介于50~500 m之间,PS于10μs的Er值则介于-1.1216×104~-7.027 9 v/m之间,而TLS的Er峰值则介于-2.478 4×10~3~1.385 9 v/m之间;当h=10 m,r=1 000 m时,TLS的Er峰值为9.482 6 v/m。(4)在海面以下(h0 m),r介于50~1 000 m之间,两种雷电电流源的Er主要为正,且随时间均呈单峰正偏态分布;当h=-5 m及-10 m时,PS与TLS的Er值于两个深度的差分别介于5~53 v/m与2~28 v/m之间。     

单室无膜微生物电解池中阴极生物膜的电活性

降解有机质的电产甲烷(electromethanogenesis)技术在生物能(CH4)的生产、废水处理、地下水和土壤(及沉积物)生物修复等领域有着巨大的发展潜力。寻找简捷的方法获取高活性的生物阴极是该技术当前发展面临的一个突出问题。以最有应用潜力的单室无膜微生物电解池(SCMMEC)为反应器,对以葡萄糖为可发酵物质代表的SCMMEC阴极上生物膜的评估表明,可利用SCMMEC处理含葡萄糖的废水来富集电活性生物阴极。当外压为0.8V时,富集的2个生物阴极的电流密度可分别达到0.59A/m~2和0.62A/m~2。但该法获得的生物阴极活性仍然比较低,是阴阳极中的电流限制电极。进一步的介体影响评估表明,生物阴极的电活性不受溶液中可能存在的电子介体的影响。在低剂量缓冲盐(6 mmol/L的磷酸盐)下的长期运行显示,0.8V外压下生物阴极的活性在62d和153d时持平,到275d时已有明显下降。长期直流通电单向极化导致的离子浓缩,甚至盐沉积,可能是生物阴极活性下降的主要原因。     

电离层ELF/VLF电磁波激发研究

调制电离层激发ELF/VLF电磁波为深海潜艇通信提供了一种可能的天线产生方式.本文介绍了国外电离层ELF/VLF电磁波激发理论的研究情况和实验结果,引进了HF电磁波加热电离层理论和物理模型并介绍了相应的实验结果,讨论了加热系统的激发效率提高问题.展望了该领域的未来研究方向,并提出了在我国的地理条件下激发电离层ELF/VLF电磁波需要解决的问题.     

2004年11月磁暴期间环电流的演化过程——TC-2卫星中性原子成像仪观测结果

本文通过对TC-2卫星上搭载的中性原子成像仪(NUADU)在2004年11月发生的一次大磁暴期间观测到的一系列中性原子(ENA)图像的分析,试图给出环电流在磁暴期间的演化模式.研究表明,南向的行星际磁场(IMF)分量在离子从磁尾向内磁层注入和随后的环电流增长过程中起着关键的作用.IMF转为北向后,离子注入随即很快停止.在离子注入增强期间,离子的漂移路径是开放的,以致大量环电流离子从黄昏侧注入后快速地损失在黄昏至正午的磁层顶.所以,环电流往往在离子漂移路径从开放变为封闭后才达到最大强度,而不是在这之前,尽管那时的离子注入强度更大.在该磁暴主相期间,离子注入发生在17∶00~22∶00 LT范围内,形成极其不对称的环电流分布形态.而在恢复相期间,由于受大的IMF B_y分量的影响,离子注入区的地方时分布范围东向扩张.对称环电流在磁尾对流减小、离子漂移路径变为封闭形态之后形成.在磁暴恢复相后期,从ENA图像看环电流基本衰减到平静时期的水平,而Dst指数仍然显示较强的磁扰动,这说明越尾电流对Dst指数有很重要的影响.     

伴随着高速流的磁尾电流片拍动观测研究

磁尾电流片在磁尾动力学过程中起着重要作用.卫星观测表明磁尾电流片经常处于拍动状态.但磁尾电流片拍动的特性和产生机制至今仍然没有被完全弄清楚.本文主要利用欧洲空间局Cluster卫星数据,研究一个伴随高速离子流的电流片拍动事件.该电流片拍动事件具有很强的周期性.拍动的周期约是2min,磁场振荡幅度约为20nT.能量电子和离子的通量具有周期性增强和减弱的特征.电流密度X和Y分量也具有周期性的振荡,并且振荡周期与磁场振荡周期一致.通过对粒子流速矢量与电流矢量的分析,发现粒子运动具有涡旋的特征.因此可以推断,该磁尾电流片的拍动不是由磁尾等离子体片高速流产生的,而是与局地等离子体不稳定性有关.     

岩体通信技术研究中应注意的几个问题

岩体通信是通信信号在地层中的传播与接收,属无线电通信的一个分支。阐述了电流场通信的概念;指出电流场通信在煤矿应用的安全性不仅与信号功率有关,而且与信号频率相关;提出了岩体通信设备研制中频率确定的基本原则和岩体通信领域需要进一步研究的问题。