地震电磁信号的数值模拟和野外观测的对比研究

Numerous field observation studies have confirmed the objective existence of seismo-electromagnetic signals. Previous studies indicate the seismo-electromagnetic signals have potential application in the recognization and understanding of the fault rupture process, the prediction of natural earthquakes and some other significant areas. The electrokinetic effect, one main cause of the seismoelectric effect, is one of the most reasonable and likely mechanism for the generation of seismo-electromagnetic signals. During the last 20 years, the numerical theoretical studies of seismoelectric effect have made some important progress. However, the numerical theoretical conclusions have not been compared with the real field observation results. Basing on the numerical technique for the simulation of the seismo-electromagnetic signals associated with the fault rupture process, which was recently developed by the applicant, this project plans to carry out the comparison study of the seismo-electromagnetic signals between the numerical theoretical results and the real field observation results. The principal character of the seismo-electromagnetic signals will be respectively concluded from the two results. The common and different points will be found out. The cause of the differences will be analysed. Then we will try to provide possible condition or mechanism according with the real earth model, which can make the numerical simulation results fit the field observation results better.

大量的野外观测研究已经证实了地震电磁信号的客观存在性。研究表明，地震电磁信号在认识和理解断层的破裂过程、天然地震预报等方面具有潜在的应用价值。作为震电效应主要原因的动电效应是合理的且最有可能的地震电磁信号的产生机制之一，近20年来基于数值模拟的震电效应理论研究取得了重要的进展，但是目前尚未开展关于震电效应理论研究和实际野外观测资料对比分析的研究。本项目计划在申请人所发展的断层破裂过程中地震电磁信号的数值模拟方法的基础之上，开展数值模拟结果和实际野外观测结果的对比分析研究，总结两种结果中地震电磁信号的特征规律，找出其中的异同点，分析差异产生的根源，进一步研究能否从物理模型方面找到可能与真实地球介质模型相符合的补偿机制，使得理论的数值模拟结果和实际的野外观测结果能够更吻合。

地震电磁信号被认为有可能应用于天然地震预警和油气水等流体资源的勘探。但是，由于理论研究进展缓慢，目前对地震电磁现象的理解和认识还相当有限，这一现状极大地制约了震电资料的实际应用。申请人基于动电效应发展了一套伴随断层动态破裂过程的地震电磁信号的数值模拟方法，并开展了相应的数值模拟研究。在研究过程中，发现数值模拟结果和实际观测结果在某些方面还存在差异，这是申请人计划开展对比研究的直接原因。. 地震电磁信号是由孔隙介质中的地震波诱发的，本课题组首先通过数值模拟分析了层状孔隙介质中地震波的传播特征；随后，本课题组通过进一步的震电波场数值模拟以及与实际观测结果的对比分析等工作，发现接收点位于地表时，数值模拟得到的磁场水平分量和实际观测结果明显不符，因此提出了一种面电荷假设，它可以使得数值模拟的磁场水平分量表现特征与实际观测结果相符合，并且通过和汶川地震余震观测实例的对比，估算了地表面电荷密度可能的参考范围。. 以往地震电磁研究中所采用的纯孔隙介质模型与地球中存在固体介质这一实际情况是不符的，所以，本课题组对固体-孔隙分界面上的震电转换进行了细致的数值模拟和理论分析，由此获得了一项新认识——震电转换可以产生隐失电磁波。而进一步的数值模拟以及与观测结果的对比表明：隐失电磁波也有可能是同震电磁信号的主要成分，此外，敏感性分析表明它在探测浅层地下流体方面具有潜在的应用价值。. 本课题组提出的基于动电效应和面电荷假设的数值模拟可以较好地解释实际的地震电磁观测结果。震电隐失电磁波是一项新的理论发现，它为地震电磁现象的理解和认识以及震电勘探方法的实际应用提供了更加完善的理论依据。