地震前兆舒曼諧振異常機理研究.pdf

1、由于地震孕育的復雜性,地震預測一直是一個難以攻克的世界性難題。而任何事件都有其規(guī)律可循,地震預測也不例外。世界地震學者普遍認為地震電磁前兆觀測有望成為一種有效的短臨地震預測方法,但由于現(xiàn)實電磁環(huán)境干擾較多,給基于電磁觀測的地震預測方法的實際應用帶來困擾。舒曼諧振作為一種新的地震電磁前兆現(xiàn)象,因其比較強的抗干擾能力而備受關注。目前有關震前舒曼諧振異常的震例非常有限,地震前兆舒曼諧振異常的機理還不成熟,本課題旨在觀測、分析地震與舒曼諧振異常

2、之間的關系,探索震前舒曼諧振異常的產(chǎn)生機理,為進一步的地震預測提供基礎。本文的主要研究內(nèi)容歸納如下:
　　首先,為了得到有效的震前舒曼諧振異常觀測數(shù)據(jù),設計并研制了監(jiān)測舒曼諧振磁場分量的高靈敏度磁力計。針對舒曼諧振磁場為弱信號問題,著重對磁力計的傳感器進行了優(yōu)化設計,并對電路的噪聲性能進行了估算和測試,最終實現(xiàn)磁力計的最小可測磁感應強度和轉(zhuǎn)移系數(shù)指標滿足對舒曼諧振磁場分量的測試要求。依據(jù)現(xiàn)有震例的觀測站與震中的距離范圍,在山東威海

3、和云南地震頻發(fā)地帶布設了舒曼諧振地面觀測站,得到了長期穩(wěn)定的舒曼諧振磁場觀測數(shù)據(jù)。
　　進一步統(tǒng)計分析了舒曼諧振參數(shù)變化規(guī)律并建立了研究舒曼諧振參數(shù)日變化的機理模型,為進一步的地震前兆舒曼諧振異常特征的提取提供前提。針對目前舒曼諧振動態(tài)變化規(guī)律的分析模型中只考慮雷暴源變化的缺陷,建立了地-電離層諧振腔內(nèi)電導率晝夜不對稱和雷暴源位置遷徙雙重影響條件下分析舒曼諧振日變化機理的新模型,得到了實際觀測數(shù)據(jù)的驗證。
　　在舒曼諧振參數(shù)

4、背景變化研究的基礎上,首次聯(lián)合多個觀測站的觀測數(shù)據(jù),對2011年3月11日東日本大地震前的舒曼諧振異常信息進行了提取。通過與統(tǒng)計標準差和正常天參數(shù)變化的對比,發(fā)現(xiàn)震前第3天南北和東西向兩個磁場分量1~4階諧振出現(xiàn)不同程度的異常增強。進一步對地震前后雷暴活動、地磁擾動、太陽活動以及其它干擾因素進行了分析排查。結論表明,震前第3天舒曼諧振兩個磁場分量的異常變化為311東日本大地震的前兆。
　　針對Hayakawa等人的舒曼諧振異常機理

5、模型的局限性,包括利用舒曼諧振電場分量的仿真結果來分析實際觀測到的磁場分量異常以及對震前電導率變化分析不足等問題,建立了以震前電離層離子密度疏密異常的觀測現(xiàn)象為依據(jù)的震前舒曼諧振磁場分量異常的機理模型。在電離層底部大氣空間的離子密度變化與電離層中高部的變化具有連續(xù)性的假設下,采用基于球形腔的時域有限差分法,對多起震例震區(qū)附近電導率的異常變化引發(fā)的舒曼諧振異?，F(xiàn)象進行了分析,分析結果驗證了機理模型的有效性。進一步對東日本大地震震前舒曼諧振

6、異常的分析表明,在與震前電離層異常變化符號一致的前提下,得到的舒曼諧振異常的發(fā)生時間和表現(xiàn)與實際觀測到的異常現(xiàn)象基本吻合,進一步驗證了本文提出的震前舒曼諧振異常機理模型的有效性。
　　最后,依據(jù)建立的地震前兆舒曼諧振異常計算模型,以東日本大地震為例分析了舒曼諧振磁場分量異常在全球的分布,為進一步的全球聯(lián)合布站觀測提供了理論依據(jù)。分析表明:舒曼諧振異常的具體分布與大氣電導率的擾動分布、激勵源分布等參數(shù)密切相關;舒曼諧振異常的分布是全