地震地磁数据处理方法研究-硕士论

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1、分类号密级单位编号85401中国地震局地球物理研究所硕士学位论文地震地磁数据处理方法研究研究生：韩鹏学科专业：防灾减灾工程及防护工程研究方向：地震地磁数据处理指导教师：修济刚研究员黄清华教授学位级别:硕士二○○九年六月分类号密级单位编号85401中国地震局地球物理研究所硕士学位论文地震地磁数据处理方法研究MethodologyofSeismo-magneticDataProcessing研究生：韩鹏学科专业：防灾减灾工程及防护工程研究方向：地震地磁数据处理指导教师：修济刚研究员黄清华教授学位级别:

2、硕士二○○九年六月摘要地震的孕育和发生过程是一个多物理过程，大量观测与研究表明该过程中伴随有电磁场的变化。从电磁观测资料中有效地提取出地震电磁信号，将有助于加深对地震电磁现象的认识和理解，而且可进一步发挥观测资料在防震减灾中的应用价值。在已有的方法中，具有较强时频分析能力的小波分析方法和通过分离不同的信号而能较有效地从背景中提取较弱信号的主成分分析方法是相对新颖且极具前景的地震电磁数据处理方法。因此，本文着重对这两种方法进行尝试和探讨。为了能够对我们所使用的上述两种方法进行对比和检验，文中选用已有

3、震磁报道的日本1997年鹿儿岛地震及2000年伊豆群岛群发地震为例，对相关的磁场数据进行分析和处理。首先，应用db5小波基对伊豆群岛群发地震前后地磁场水平和垂直分量数据分别进行六层小波变换，提取其中周期为100秒左右的细节信号，计算其日均值以考察该细节信号随时间的变化特征。并选取参考台站对比以排除那些可能与磁暴等强地磁活动有关的干扰。结果表明在地震发生前地磁场的上述细节信号发生了明显的波动，进一步的研究证实了该异常是地震活动的一个可能前兆。将上述分析处理应用于1997年日本鹿儿岛地震相关磁场数据，

4、得到了类似的结果。然后，将主成分分析方法和地磁日变分析方法相结合，对2000年日本伊豆群岛群发地震震中附近地磁观测台阵（包含三个观测台站）数据进行分析处理。先利用调和分析方法得到了各台基于多次谐波拟合的地磁日变，进而将主成分分析方法应用于上述拟合地磁日变结果，得到了各主成分及其所占能量比的时间变化，结果表明在地震前一个月左右第二主成分所占能量比开始出现显著增加。进一步分析显示地震前检测到的地磁日变异常可能与台站附近地下电阻率的变化或孕震过程中产生的电磁信号存在一定关系。上述两种分析方法所得结果与前

5、人用其它方法得出的结论具有较好的一致性，从而在一定程度上验证了两者在提取地震电磁信息中的有效性，同时也证实了震磁效应的客观存在。另外，将地磁日变这种主要的地磁变化和有潜力的主成分分析方法结合起来为地震电磁信息的提取提供了一种新的思路，对已有的分析方法具有一定的补充，在实际应用中可能具有参考价值。I关键词：小波分析，主成分分析，地磁日变，ULF震磁信息，地震IIAbstractTheULFgeomagneticphenomenonisoneofthemostpromisingearthquake-r

6、elatedelectromagneticanomalies.Oneofthekeyproblemsofseismo-magneticstudyishowtoidentifytheearthquake-relatedsignalsfromothernoises.Inthispaper,wemainlydealwithsuchproblembywavelettransformanalysisandprincipalcomponentanalysis.Wavelettransformhasastron

7、gcapabilityoftime-frequencyanalysis.FirstweperformedsimulationstudyondetectingULFsignature,andtheresultsshowthatwavelettransformhasanadvantageoverspectralanalysisbasedonFFT.Then,weappliedthewaveletmethodtothegeomagneticdataassociatedwiththeIzuIslandse

8、arthquakeswarmasatestofourmethod.Theresultsshowedthatthereweresomeanomalouschangesbeforetheearthquake.Ourresultsareconsistentwiththoseobtainedfromthepreviouscasestudies,whichmaysuggestourmethodiseffective.Wealsodidsomeresearchongeomagneticdiur