地震预测极低频电磁新技术(CSELF)和首个观测台网

地震预测极低频电磁新技术(CSELF)和首个观测台网国际地球物理和大地测量联合会(1999)指出,地震前的电磁异常现象被大量的观测到,地震之前的电磁效应是确实存在的。对于“电磁法是最有可能首先取得地震预测突破性进展的方法之一”逐步取得共识。 自20世纪末以来,中国地震局地质研究所赵国泽团队等研发和提出了具有发展潜力的地震预测人工源极低频电磁新技术(CSELF)。其中,利用先进的地质和电磁地球物理综合技术进行选址勘察,确定了我国第一个超低频/极低频发射台台址和场地,在建成国际先进的发射台当中起到了决定性作用。通过中俄以及国内多部门、多单位的合作,利用人工源极低频电磁技术(CSELF)开展了地震监测预测连续观测试验,记录到地震前的电磁场异常现象。在中国地震局等的支持下,建成了第一个人工源极低频电磁观测台网,在国家自然科学基金会(41074047,41374077)、公益性地震行业专项(200808010)等支持下,研发了适合CSELF技术场源传播以及观测数据处理的新技术,先后获得中国地震局防震减灾优秀成果二等奖(2005)、部队科技进步一等奖(2010)和第一届中国地球物理学会科学技术进步二等奖(2012)。 一、CSELF技术的特点和先进性 1966年河北邢台地震后,我国开始把电磁法用于地震预测研究中。利用传统的电法、磁法建立了地震观测台站,取得了大量数据和研究进展。但是传统的电法、磁法多关注电、磁场的恒定成分的异常变化,对于电磁场与频率有关的交变成分的变化研究较少。 自20世纪50年代初大地电磁法(MT)问世后,交变成分电磁场在地球物理中的应用获得快速发展。1966年邢台地震后,我国开始对大地电磁法进行研究,研制仪器,发展观测和数据处理分析技术,在地球动力学演化研究和资源勘探中发挥了重要作用,同时在地面和卫星观测研究中也发现了大量地震前的异常现象,引起广泛关注。但是,随着社会经济的发展,电磁法观测资料面临越来越严重的干扰,观测试验研究也表明,突破地震预测难关,不能仅利用个别或少数台站的资料,需要在较大的区域范围进行台网式同步观测和综合分析,捕捉电磁异常的时、空分布特点。 20世纪90年代,俄罗斯科学院等提出与我国开展合作,利用在科拉半岛的大功率发射台产生的电磁信号,开展地震预测等领域的应用研究,并于1999年进行了用于地震监测的合作连续观测试验。之后我国专家又开展了大量的观测和方法技术研究,取得超出预期的成果,基于理论研究和观测结果,提出了人工源极低频电磁技术(Control Source Extremely Low Frequency,简称CSELF)。 人工源极低频电磁技术(CSELF)的发射源建在具有一定面积、一定地层厚度的高电阻率地区,发射源天线采用十字型分布,天线长度数十公里以上,发射电流百安培以上,以此产生很强的电磁场信号。信号频率范围为300Hz~0.1Hz,包括了超低频(SLF,300~30Hz)、极低频(ELF,30~3Hz)和部分特低频(ULF,<3Hz)频段。电磁场信号在波导层中可辐射至数千公里之外,因此特别有利于在很大区域的台网同时观测可控的、信噪比高的电磁场信号,进行地震、环境等监测预测。基于其先进性和潜在的巨大应用 研究价值,在中国地震局、国家发改委等支持下,分两批在我国一些地震活跃区建立了CSELF地震监测台网,用于地震预测研究。 地震监测台网可同时观测相互正交的CSELF技术产生的人工源电磁场各分量,而且每天也连续观测更宽频带的(1000~0.001Hz)的天然源电磁场分量,突破了传统电、磁技术仅观测电场或磁磁场、主要关注电磁场的恒定成分的弱点。CSELF技术既可观测研究地震震源区以及地壳的结构及可能的变化,也可观测研究大气层中电磁波传播及异常变化,还可以与卫星观测数据进行对比分析,有利于实现地震等灾害性事件的立体监测。 二、可喜的观测试验成果 利用不同形式的人工源电磁信号进行地球物理探测研究已经有不少 经验 班主任工作经验交流宣传工作经验交流材料优秀班主任经验交流小学课改经验典型材料房地产总经理管理经验 ,但是观测数千公里外特大功率的电磁场信号进行地球物理探测研究尚无经验。俄罗斯科学院提出合作研究该项技术后,中国研究团队提出要在北京地区接收6500km外科拉半岛发射台信号,并提出明确的试验目标,要在具有一定干扰背景的地震台站进行连续观测,监测电磁场异常现象,探索和可能发生的地震之间的关系。 1999年在北京、天津等地区的5个台站、测点的试验观测发现,不仅能接收到6500km外发射的信号,而且信噪比高达1个数量级以上。更出人意料的是,在宝坻地震台的连续观测期间,碰巧在距台站约100km 的迁安发生了4.2级地震,观测资料显示,在地震前两天,观测信号中电、磁场的功率谱、视电阻率和阻抗相位都出现了异常,地震后逐渐回复。这是我国第1次利用CSELF技术进行连续观测,也是国际上第一次利用CSELF技术开展地震电磁异常连续监测试验。 2005年,利用我国自建的演示验证发信台信号进行了第2次观测试验,在云南的巧家、东川等台站的连续观测期间,在距台站100km内的桃源发生了3.6级地震,观测数据显示,在地震前一天电磁场开始出现异常,并持续到地震后。而在距地震约2000km的河北怀来等台站的观测,因距震中区较远,信号一致很平稳,没有出现异常。 2009年,团队利用我国已建的分布在12个省市自治区的12个地震台站和我国的试验发射台,再次进行连续一个月的观测试验,每天观测人工源信号也观测天然源信号。数据清楚显示,人工源信号的在一个月期间稳定,最大波动幅度不超过10%,但是天然源信号的波动幅度可达1个数量级以上,充分显示利用人工源信号的CSELF技术进行地震监测预测研究的巨大优势。 三、突出的创新点 “地震预测极低频电磁新技术(CSELF)研发和观测台网建设”作为高新技术项目,在实施过程种实现了多方面的创新。 1. CSELF近区、远区、波导区场强分布计算 以前的天然源电磁法一般仅研究波导区的电磁场特征,其它人工源电磁法一般仅研究近区或远区的电磁场特征。CSELF技术则要研究全部三个区的电磁场,因此团队研发了适用于三个区的电磁场的计算方法 和软件,并基于我国发射台实际天线和地电阻率等参数计算了我国大陆地区的电磁场分布。研究结果表明,三个区之间的衔接处分别存在过渡区,随着离开发射源距离的增大,电场比磁场较早进入波导区。这些结果对于发射台和观测台网建设具有重要的实用参考价值。 2.研发了CSELF的数据处理技术和软件 不仅研究开发了远离发射台时弱人工源信号的提取方法,提出了两步自适应滤波技术,还研发了当人工源信号和非人工源信号并存时极低频电磁场信号处理技术。通过对实际资料的处理表明,该技术不仅可有效提取人工源信号,而且当不知人工源发射信号开始和结束时间情况下,可以准确获得这些时间,能有效检测出在天然源背景上的不同频率的人工源信号,在电磁异常监测和通信等领域有重要的应用价值。 3.首次接收6500km外的极低频信号及地震监测试验 1999年、2005年和2009年的观测试验不仅在我国,而且在世界上也是首次进行CSELF技术的连续观测试验,并取得超预期的成果。在油气资源勘探领域的试验观测也证明了CSELF的应用价值。 4.我国首个超低频/极低频发射台选址勘察和建设 发射台是发展CSELF技术的关键,建设大功率发射台的关键是寻找适合的发射台天线和发射台的场地,团队用MT/AMT,TEM,DC等技术开展了大地电阻率等的测量和分析,历时约4年,测量面积约11万km2,测点数2000多个。经过不同地区、不同预设发射天线方位的测量和计算对比分析,最终确定了发射台天线的走向及发射台场址,使我国的发射台在地理位置、电阻率性能等方面达到最佳,使发射天线区的性能、信号辐射效果总体上优于美、俄的发射台。 5.我国地震预测极低频电磁台网建设 为了尽快使CSELF技术在地震预测中得到应用,在中国地震局的支持下,首先在12个省、市、自治区的12个己有地震台,建设了CSELF观测手段,初步形成极低频电磁观测网。之后,研究团队提出新建包括30个台站的地震预测观测台网的建设项目,被列入了“十一五”国家重大科学技术基础设施项目,称为“极低频探地 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 ”。项目提出,要建造基本覆盖我国国土和领海区域的高信噪比电磁波信号,开展地震预报和地下资源探测等方面的探索性研究和工程试验研究,为相关领域的前沿科技研究提供新的技术手段和开放性的公共服务平台。 四、广阔的应用前景 CSELF技术的研发和应用不仅开拓了电磁地球物理学的新领域,而且在我国率先建设了大规模观测台网,具有巨大的科学和应用价值以及国际影响力。项目研发涉及发射台原理、数据处理技术研究、观测试验和发射台及观测台网建设等,在研发工作逐步深入的同时,研究成果循序渐进得到应用。 CSELF技术不仅在地震和环境监测等领域可得到广泛的应用,而且可在资源勘探领域得到应用,克服仅用天然源信号易受干扰、用其它人工源信号时存在近场影响等弱点,也可以为通信领域增加新军,提升活力。 需要指出的是,我国是地球电磁法研究应用的大国,其中20多种分支技术几乎都正在被研究和应用,每年开展的各种探测工作量比其他各国的总和还要多,但尚没有提出有重要国际影响的新的学科分支, CSELF技术的研发为我国走向电磁地球物理研究和和应用强国提供了机会。 该项技术的成功发展是多部门、多领域众多专家共同努力的结果,中国地震局地质研究所地球电磁探测研究中心、地震动力学国家重点实验室电磁组成员付出了长期艰辛的努力,中国科学院马宗晋院士、中国工程院陆建勋院士等老一代科学家一直给予多方面的指导和帮助,中国舰船研究院、中国科学院地质与地球物理研究所等单位专家在其中发挥了重要作用。研究实践中在核心期刊发表 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 17篇,完成3篇研究生论文。被SCI收录论文3篇,总被引用75次(SCI引用38次)以上。