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超低频段地震电磁场观测技术研究

作　者: 宋艳茹
导　师: 席继楼
学　校: 中国地震局地震预测研究所
专　业: 固体地球物理学
关键词: 超低频地震电磁场不极化电极磁感应传感器极差归一化变换
分类号: P319.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

地震电磁学源于地球电磁学，基于地球电磁学的理论基础和方法技术，探索与孕震过程有关的电磁现象以及地球介质的电磁性质的变化规律，为地震预报以及孕震过程的理论研究提供服务。我国在1976年唐山大地震后开始进行地震电磁扰动（又称电磁辐射、电磁波等）现象的观测研究，到目前为止，我国全国范围内建立了大约200个电磁扰动试验观测台站，主要是对0.1Hz10Hz的电磁场信号进行测量，一般采用背景变化与事件变化相结合的方式获取超低频段地震电磁场扰动变化信息，已经有着30多年的实践和应用研究，在地震监测预测中发挥了一定的作用。本文结合我国地震电磁扰动观测研究的现状与进展，开展一种新的超低频地震电磁场观测方法和观测技术研究。该研究以高采样率数据采集技术为依托，利用宽频带、高精度、高灵敏度的电磁传感器，对地球表面的0.1Hz几十Hz之内的天然电场和磁场及其随时间变化序列进行同步测量，期望获取较宽频带的电场和磁场在时间域和频率域的变化特征和有关事件信息。电场测量电极是将连接大地和金属测量线路的导电装置，用于传导地表电场强度及其随时间变化信息。我国目前地震电磁扰动测量中以使用不锈钢电极和金属铅电极为主，也有利用井下套管作为电极的测量方式。论文对一种Pb-PbCl2不极化的原理、实现方法及其主要性能进行了分析和研究，并对其在超低频电场测量应用中的可行性进行讨论。磁感应传感器又称感应式磁传感器，感应式磁传感器中的感应线圈是测量电磁场变化最方便、最简单、最古老的磁接收器，可以探测从极低频到音频段（0.0001Hz~10KHz）的微弱磁场，磁感应线圈传感器种类很多，广泛应用在大地电磁法、可控源大地电磁法、可控源电磁法、瞬变电磁法、海洋可控源电磁法等各种电磁技术中。论文着重对提高无源感应式磁传感器的灵敏度等方面做了一定的研究工作。论文对基于高采样率数据采集技术的数值分析、信号处理和信息提取方法开展了一定的研究工作。引入了极差归一化变换法对时间域的事件变化进行分析和提取；对于无源感应式磁传感器的灵敏度参数的非线性变化，利用多次曲线拟合方法，对地磁观测数据的频谱特性进行效验和修正。在十三陵地震台和怀来地震台开展了超低频段地震电磁场观测试验。2012年4月1日到5月31日期间的观测数据的分析结果发现，四个分量（电南北、电东西、磁南北、磁东西）从4月10号开始在时域和频域均出现了较大变化，该现象可能与5月28日唐山4.8级地震有关。

全文目录

摘要  7-9
Abstract  9-11
第1章引言  11-15
  1.1 超低频地震电磁场观测  11-12
  1.2 国内外现状  12-14
    1.2.1 国外研究现状  12-13
    1.2.2 国内研究现状  13-14
  1.3 论文主要研究目标和研究内容  14-15
    1.3.1 研究目标  14
    1.3.2 研究内容  14-15
第2章一种 Pb-PbCl2 不极化电极试验研究  15-23
  2.1 电场测量原理  15
  2.2 不极化电极的基本原理  15-16
  2.3 不极化电极主要影响因素分析  16-17
  2.4 一种 Pb-PbCl2 不极化电极技术实现  17-18
  2.5 Pb-PbCl2 不极化电极技术性能测试  18-21
  2.6 在超低频地震电磁场应用的可行性分析  21-23
第3章一种感应式磁传感器研究  23-34
  3.1 磁感应传感器工作原理  23
  3.2 提高感应式磁传感器技术性能的主要途径  23-26
    3.2.1 提高磁感应传感器的灵敏度指标  24-25
    3.2.2 拓宽磁感应传感器频带范围的主要方法研究  25-26
  3.3 一种磁感应传感器设计  26-34
    3.3.1 磁感应传感器主要技术性能测试与分析  27-34
第4章超低频地震电磁场观测技术  34-40
  4.1 超低频地震电磁场观测技术主要构成  34
  4.2 高采样率数据测量  34-36
  4.3 时域数值分析方法  36-38
    4.3.1 长周期背景变化分析  36-37
    4.3.2 事件的识别  37-38
  4.4 频谱分析与灵敏度修正  38-40
    4.4.1 快速傅里叶变换(FFT)  38
    4.4.2 快速傅里叶反变换(IFFT)  38-39
    4.4.3 频域灵敏度修正  39-40
第5章观测试验研究  40-55
  5.1 台站试验观测系统  40-42
    5.1.1 试验台站  40
    5.1.2 装置布设  40-41
    5.1.3 观测系统架设  41-42
  5.2 观测数据处理  42-55
    5.2.1 数据产出  42-43
    5.2.2 试验数据分析  43-55
第6章结论与展望  55-57
  6.1 研究结论  55
  6.2 研究展望  55-57
参考文献  57-62
致谢  62-64
个人简历、在学期间发表的学术论文与参与科研项目  64-65
  个人简历  64
  发表的学术论文  64
  主要参加科研项目  64-65
附件  65

超低频段地震电磁场观测技术研究

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