中国大陆地电场变化的时空分布研究

In China, the fixed-site, long-term and continual observation of the geoelectrical field, which measures up to the geoelectrical technical specification, is performed by the largest observation network in the world. At present, 109 stations are in operation in the mainland China. Furthermore, 12 other stations will be estabilished in the mainland China by the end of 2013; And a China-France electromagnetic observation network with the 20 Hz sampling rate, at which the geoelectrical and geomagnetic fields are observed, is established in Gansu China by the international co-operation between the applicant and the France scientists in the Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand, France National Centre for Scientific Research. We intend to research the spatial-temporal distribution characteristics of the geoelectrical field variation in the time and frequency domains using the observation data of the above-mentioned networks. The main research contents include the three aspects such as: (1) The studies on the spatial-temporal distribution of both the diurnal variation and geoelectrical storm of the geoelectrical field in a wide, regional and local areas; (2) The mathmatical model to describe the spatial-temporal distribution will be developed based on the theoretical and physical explanations; (3)The studies on the vortex distribution phenomenon of the telluric current field in an regional and local areas and the vortex drawing. Our research results are to serve for the prediction for such natural disaster events as earthquakes and so on, and the studies on the earth's electromagnetic environments. And the results will be applied to other fields, such as the national economic construction, the maintenace for the lifeline systems，and so on.

中国实施了世界上最大空间范围、固定位置、长期连续、规范化的地电场观测，目前全国运行109个每分钟产出数据的地电场台，2013年底前将增建12个台。其次，申请人与法国国家科学研究中心克莱蒙费朗地球物理观象台CNRS-OPGC合作，在中国甘肃建立了20 Hz 采样率的地电、地磁场同场地观测网。本项目拟应用上述台网的观测数据，研究中国大陆地电场时/频域变化的时空分布规律：（1）研究地电场日变化、地电暴的广域性、区域性和局部性时空分布；（2）建立描述日变化、地电暴时空分布的数学模型；（3）研究大地电流场的区域性、局部性涡旋现象，产出大地电流涡旋场图像。研究成果服务于地震等自然灾害事件的监测预报、地球电磁环境研究，以及国家经济建设、生命线工程运维等领域。

用中国大陆20°~49°N、79°~127°E范围109地电场台站2008~2016年共9年每台站6个测道的分钟值观测数据，研究了地电日变化、地电暴、短周期地电微变化等时域和频域特征。主要结果为：证明了我国观测的地电场、变化磁场低频（准直流频段）变化成分的统一性，我国地电场观测总体上满足地球电磁学、地震电磁学等领域对低频成分研究和应用的需求，但观测技术和数据质量仍需提高；修正了国际上通用的大地电场频谱分布图(Serson，1973；William，2005)；对地电场变化（日变化、地电暴和微变化）的时频域特征及其广域性、区域性分布以及经纬度效应、潮汐响应和季节、台址局部条件影响等获得了相比目前国内外更全面的认识；创造性地提出了用地电场界定电磁活动水平的方法GEI和地电活动指数，与地磁活动指数互补可更准确地量化界定电磁活动水平；引入流体力学中关于速度场的描述，基于稳定电流场与位场相似的思路和旋/散度、通量密度等概念，获得了对中国大陆、区域性大地电流矢量分布和流场涡旋现象及其时变性的创造性认识，电流汇集、分异的区域和局部性特点吻合主要活动块体间的构造脉络，电流矢量分布还反映块体运动状态；研究了区域性地电日变化模型及建模方法，今后建立全国各区域台网模型，用模型与实测曲线的偏离度量化非正常变化，可定量评价台网观测质量，并应用于灾害事件的监测和预测前兆信息识别。最后，建立地下介质电性各向异性模型、空间等效环电流模型、海岸电导模型和地电场潮汐响应裂隙渗流模型，由模型讨论了日变化、地电暴、微变化以及大地电流分布和涡旋现象及时变性的机理。研究成果在今后地电场观测数据应用方法、地球电磁环境监测、大地构造研究、活动构造监测和命线工程防损、地震火山等地质灾害事件监测预报等多领域有重要意义。