地震前兆舒曼諧振異常機(jī)理研究.pdf

1、由于地震孕育的復(fù)雜性,地震預(yù)測(cè)一直是一個(gè)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(yù)測(cè)也不例外。世界地震學(xué)者普遍認(rèn)為地震電磁前兆觀測(cè)有望成為一種有效的短臨地震預(yù)測(cè)方法,但由于現(xiàn)實(shí)電磁環(huán)境干擾較多,給基于電磁觀測(cè)的地震預(yù)測(cè)方法的實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)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(qiáng)的抗干擾能力而備受關(guān)注。目前有關(guān)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(jī)理還不成熟,本課題旨在觀測(cè)、分析地震與舒曼諧振異常

2、之間的關(guān)系,探索震前舒曼諧振異常的產(chǎn)生機(jī)理,為進(jìn)一步的地震預(yù)測(cè)提供基礎(chǔ)。本文的主要研究?jī)?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(cè)數(shù)據(jù),設(shè)計(jì)并研制了監(jiān)測(cè)舒曼諧振磁場(chǎng)分量的高靈敏度磁力計(jì)。針對(duì)舒曼諧振磁場(chǎng)為弱信號(hào)問(wèn)題,著重對(duì)磁力計(jì)的傳感器進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),并對(duì)電路的噪聲性能進(jìn)行了估算和測(cè)試,最終實(shí)現(xiàn)磁力計(jì)的最小可測(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度和轉(zhuǎn)移系數(shù)指標(biāo)滿足對(duì)舒曼諧振磁場(chǎng)分量的測(cè)試要求。依據(jù)現(xiàn)有震例的觀測(cè)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(shè)了舒曼諧振地面觀測(cè)站,得到了長(zhǎng)期穩(wěn)定的舒曼諧振磁場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)。
　　進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)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(jī)理模型,為進(jìn)一步的地震前兆舒曼諧振異常特征的提取提供前提。針對(duì)目前舒曼諧振動(dòng)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(dǎo)率晝夜不對(duì)稱(chēng)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(jī)理的新模型,得到了實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證。
　　在舒曼諧振參數(shù)

4、背景變化研究的基礎(chǔ)上,首次聯(lián)合多個(gè)觀測(cè)站的觀測(cè)數(shù)據(jù),對(duì)2011年3月11日東日本大地震前的舒曼諧振異常信息進(jìn)行了提取。通過(guò)與統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差和正常天參數(shù)變化的對(duì)比,發(fā)現(xiàn)震前第3天南北和東西向兩個(gè)磁場(chǎng)分量1~4階諧振出現(xiàn)不同程度的異常增強(qiáng)。進(jìn)一步對(duì)地震前后雷暴活動(dòng)、地磁擾動(dòng)、太陽(yáng)活動(dòng)以及其它干擾因素進(jìn)行了分析排查。結(jié)論表明,震前第3天舒曼諧振兩個(gè)磁場(chǎng)分量的異常變化為311東日本大地震的前兆。
　　針對(duì)Hayakawa等人的舒曼諧振異常機(jī)理

5、模型的局限性,包括利用舒曼諧振電場(chǎng)分量的仿真結(jié)果來(lái)分析實(shí)際觀測(cè)到的磁場(chǎng)分量異常以及對(duì)震前電導(dǎo)率變化分析不足等問(wèn)題,建立了以震前電離層離子密度疏密異常的觀測(cè)現(xiàn)象為依據(jù)的震前舒曼諧振磁場(chǎng)分量異常的機(jī)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(shè)下,采用基于球形腔的時(shí)域有限差分法,對(duì)多起震例震區(qū)附近電導(dǎo)率的異常變化引發(fā)的舒曼諧振異?，F(xiàn)象進(jìn)行了分析,分析結(jié)果驗(yàn)證了機(jī)理模型的有效性。進(jìn)一步對(duì)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(hào)一致的前提下,得到的舒曼諧振異常的發(fā)生時(shí)間和表現(xiàn)與實(shí)際觀測(cè)到的異?，F(xiàn)象基本吻合,進(jìn)一步驗(yàn)證了本文提出的震前舒曼諧振異常機(jī)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(jì)算模型,以東日本大地震為例分析了舒曼諧振磁場(chǎng)分量異常在全球的分布,為進(jìn)一步的全球聯(lián)合布站觀測(cè)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(dǎo)率的擾動(dòng)分布、激勵(lì)源分布等參數(shù)密切相關(guān);舒曼諧振異常的分布是全