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《中国地震局地球物理研究所》 2000年
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小波分析及地震磁效应

李琪  
【摘要】:公众对地震预报寄以厚望,而地震是否能预报,却是一个长期争论的科学问题, 关键是地震前有没有明显的、可靠的、与地震相关的前兆现象,以及这些前兆现象能 否被有效地检测出来。 很早以前,人们就注意到地磁异常现象和地震的关系。地球磁场具有谱成分丰富、频 带较宽的性质。地震过程是一种非线性的变化过程,获得强震前地磁异常信号的突变 时刻及突变时刻所对应的频率成分,是地震监测中亟待解决的关键科学问题之一。对 很多信号来说,傅里叶变换是很有用的,因为信号的频率成分有很重要的意义。然而, 傅里叶交换有一严重的缺陷。由于傅里叶变换的积分作用平滑了非平稳过程的突变成 分,不能反映突变成分在局部区域上的特征。因此傅里叶变换用于研究地震磁效应, 很难获得满意的谱分析结果。而小波变换是一种能同时在时间域(或空间域)和频率 域内进行局部化信号分析的新方法。其主要优点在于它在时间域(空间域)和频率域 都有良好的局部化性质。小波分析能够对低频成分采用逐渐加宽的时间域采样步长, 而对高频成分采用逐渐精细的时间域(空间域)取样步长。可以聚焦到信号的任意细 节,这是它优于傅里叶变换的特点。原则上讲,凡是使用傅里叶变换的运算均可用小 波变换代替,而且不受短时窗的局限。正源于此,小波分析在现今各个学科得到前所 未有的广泛的应用。 在地震发生之前,已经观测到地下电导率的变化。根据电磁感应原理中的“趋肤 效应”,即不同波长的电磁场在导电介质中传播时有不同的穿透深度(波长越长,穿 透越深)。因而由不同频率段的变化磁场的电磁感应,可以获得地下不同深度电导率 的信息。换言之,地下电导率的改变,将引起地磁感应场的变化。尽管震中区从孕震 到发震过程中能量在不断积累,地磁效应变化会逐渐增强,但它的强度是非常微弱的, 原始记录数据受到各种噪声的干扰,以致单从原始记录数据无法观测到地磁效应的明 显变化。为了从原始记录中提取出真正有价值的信息,利用小波变换,将地磁前兆信 号在不同频率段内进行分解分析。若地下某一深度处电导率发生变化,在相应的频率 段内就能观察到地磁场的异常变化。鉴于上述想法,希望利用小波对微小变化的放 大作用及精细辨析,找出强震前地磁场的谱结构异常现象,及其与地震发生的关系。 在本文中,以发生于1998年1月10日的张北地震为例,用小波变换分析了1997 年10月至 1998年3月的呼和浩特(hh)、北京(bj) 、昌黎(cl)、大连(dl)、新乐 (xl)、太原(ty)6个台站的地磁场垂直分量Z、磁偏角D、水平分量H的数据,从 分析结果找出了与张北地震有关的地磁前兆现象。 结果表明,在张北地震前三个月内Z分量出现明显异常,而地磁场H和D分量 无异常。而且,异常现象出现的频率随着离发震时间越近而越来越高。一个很有意义 的现象是,6个地磁台异常现象出现的频率与其所处的方位有关系。其中离张北最近 的地磁台北京和呼和浩特在震前(1997年12月至1998年1月10日)异常现象出现 的频率远远高于其它4个地磁台,同时也远高于其它时间段。1998年1月10日张北 地震后,所有6个地磁台异常现象出现的频率突降到几乎趋于零值。 如果用这6个地磁台出现异常时间一频点所对应的振幅值绘出等值曲线,则可以 行出地震前的等值图线是稳定的四象限分布,而震中基本上位于0刁m的等值线上;, 从本文的工作结果来看,把小波分析方法用于分析地磁数据是有效的,也从一个 侧面证明了地震磁效应的存在。
【学位授予单位】:中国地震局地球物理研究所
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2000
【分类号】:P315.721;TP14

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【引证文献】
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【参考文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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1 杨焱麟;基于小波变换理论与比值分析法的变压器励磁涌流识别的研究[D];山东科技大学;2010年
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6 郑伟光;基于小波变换的信号调制方式识别方法[D];长春理工大学;2010年
7 任泉;基于光纤传感的细纱小张力检测技术研究[D];浙江理工大学;2010年
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【同被引文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【二级引证文献】
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2 王向磊;丁硕;苏牡丹;;UKF在基于地磁场的自主导航中的应用[J];测绘科学;2011年06期
3 乔玉坤;王仕成;张金生;王哲;;基于相关分析的飞行器地磁匹配算法仿真研究[J];地球物理学进展;2009年02期
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2 符照森;方波磁光调制检偏方法理论与实验研究[D];西北大学;2011年
3 张秋阳;无人机姿态测算及其误差补偿研究[D];中南大学;2011年
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中国期刊全文数据库 前10条
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【相似文献】
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中国重要报纸全文数据库 前10条
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2 亚宁;凝聚党员的力量[N];中国新闻出版报;2001年
3 狄妍 于俊龙;重返灾区忆注事[N];中国社会报;2000年
4 本报记者 尹晓燕;我们与春天有个约会[N];工人日报;2001年
5 夏俊生;闪光的红十字[N];北京日报;2002年
6 本报记者 范志斌 通讯员 樊宪跃 王革新;以人为本企业兴[N];河北经济日报;2000年
7 ;宣传法规 推进救助 展示人道[N];内蒙古日报(汉);2001年
8 本报记者 陈国琦 何伟;一身正气 廉而生威[N];人民日报;2000年
9 本报记者 毛磊 何伟;一心为百姓[N];人民日报;2000年
10 记者 赵蓓蓓;中华慈善总会7年募集款物9.8亿元[N];人民日报;2002年
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1 张红;D-InSAR与POLinSAR的方法及应用研究[D];中国科学院研究生院(遥感应用研究所);2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 李琪;小波分析及地震磁效应[D];中国地震局地球物理研究所;2000年
2 武敏捷;基于震源机制解的地震序列及区域应力场特征研究[D];中国地震局地震预测研究所;2006年
3 李悦;地震导致的井—含水层系统应变与地下水位变化关系研究[D];中国地质大学(北京);2011年
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