基于GPS和DEMETER卫星数据的地震电离层电子浓度异常变化研究-论文.pdf

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1、第7期中国地震局地质研究所2013届博士论文摘要(Ⅱ)45的东侧，总体的构造活动较弱，但仍会受到巴彦喀拉块体向东运动的影响，龙门山断裂带北东段三条断裂晚更新世晚期以来仍有活动是这种影响的体现。因而龙门山断裂带北东段及其毗邻的汉中盆地地区发生特大地震的构造条件较弱，但具有发生中强地震的可能。关键词汉中盆地；秦岭；发育机制；构造演化；断裂活动性；隆升模式(作者电子信箱，王明明：dannywang9O88@yahoo．corn．cn)基于GPS和DEMETER卫星数据的地震电离层电子浓度异常变化研究闫相相(中国地震局地质研究所，北京10OO29)中图分类号：P315．

2、72；文献标识码：A；doi：10．3969／j．issn．0235—4975．2014．07．013地震电磁现象的观测与研究是认识地球内部物质特性、地震孕育发生过程以及空间信号传播和介质特性变化的重要途径。空间对地观测技术的发展，推动了地震电磁信号在大气层、电离层的传播与耦合机制的研究。从2O世纪60年代发现美国阿拉斯加大地震震中区上空出现电离层异常扰动现象以来，有关地震空间电磁、电离层扰动的现象引起了广泛的关注，成为地震电磁学领域一个新的研究热点。研究表明，在地震孕育发生过程中，地下介质由弹性变形进入非弹性形变阶段，原有微裂隙扩展、新生微裂隙发育并定向排列，

3、体积膨胀，水溶液进入和重新分布等物理过程，产生压磁、压电、动电、感应电磁、热磁效应等物理电磁效应的同步和定向激发，从而引起在距离震源一定范围内可观测的明显地震电磁前兆现象。大量的震例和统计分析显示，大地震和火山喷发前几天到几小时内，对应孕震区、火山喷发区上空大气层、电离层存在电磁异常扰动现象。主要包括：①LF／VLF／1~LF／ULF信号相位、振幅异常变化；②电离层电子浓度总含量(totalelectroncontent，TEC)和电离层Fz层临界频率foF。异常③电离层等离子体参数变化；④高能粒子扰动；⑤热红外辐射异常等。全球定位系统(GlobalPositi

4、oningSystem，GPS)作为当前探测电离层的有效手段已经得到广泛应用，通过其获取的电离层TEC则是揭示电离层时空变化规律和特征的重要物理参量。2000年以来，俄罗斯、美国、法国、乌克兰等国先后发射了地震电磁卫星，尤其是法国DEMETER卫星，其科学数据被广泛地应用于地震电离层扰动研究，取得了极大进展。中国的地震电磁监测试验卫星(ChinaSeismo—ElectromagneticSatellite，CSES)计划已经列入“十二五”立项。本论文依托地震电磁立体观测体系发展思路，配合中国地震电磁卫星计划的推进，开展了基于DEMETER卫星和GPS数据的地震

5、空间电磁电离层扰动现象的研究。本文研究内容主要可分为3大部分：①研究GPS测量电离层TEC的原理，掌握电磁卫星数据处理方法和异常提取技术；开展DEMETER卫星各载荷数据处理及异常提取方法研究。②分别针对汶川地震、日本地震和玉树地震开展了震前电离层扰动的多参数分析，研究和对比了3次强震国际地震动态前电离层异常的特征；分别利用DEMETER卫星数据和GPS数据统计分析了全球7．0级以上强震和中国境内6．0级以上强震期间的电子浓度异、常变化规律；针对我国西南地震多发区，开展伴随着多次地震的电离层TEC长时间序列分析，深化对地震电离层异常扰动的研究。’③调研租总结目前

6、地震电离层耦合模拟的最新成，详细阐述孕震区扰动电场('seiso'mo-genicelectrostaticfield，SEF)的计算过程，分析其对电离层的效应。本文研究工作获得以下主要认识：(1)汶川地震的电离层扰动多参数分析结果表明，震前多种参量都出现了一定程度的扰动现象，不同参数在时间和空间上的扰动特征并不一致，但这些参数之间存在相应的联系。利用GPSTEC、DEMETER卫星和NOAA／AVHRR卫星的观测数据，系统梳理了汶川地震前多种参数(包括电离层TEC、Ne、Ni、Tb、Ti以及高能粒子通量等)的变化特征，探索总结了汶川地震前大气层一电离层响应。结

7、果表明，电离层电子浓度在5月6—10日有连续的负异常现象，5月9日则明显增强；异常的范围主要位于震中南部区域，南北向约1100～1670km，东西向约16O0～3700km，扰动的峰值距震中约700～900km。NOAA／AVHRR卫星数据得到汶川地震前5月7日和8日出现了显著的热红外亮温异常，而DEMETER卫星的原位探测则发现5月9曰离子温度有明显增高，幅度约12．59／6；以上异常区域都位于震中西北，范围约100～300km。此外，DEMETER卫星IDP探测器高能粒子数据结果显示5月6日夜间1O0～600KeV能谱段出现明显增强，增幅达6o；这与前人得到

8、的异常电场增强时间相一致