孔隙介质中震电波场的数值模拟研究

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大量研究发现,许多地震孕育过程中震中附近区域会表现出不同程度的电磁辐射异常现象。为了加深对天然地震过程中地震电磁现象的认识,本文利用最近开发的孔隙介质震电波场算法开展了数值模拟研究,重点探讨不同结构模型中双力偶点源以及有限断层面源作用下产生的地震波及其伴随的电磁信号的时域和频域特征;考察了不同震源时间函数类型对震电波场数值模拟结果的影响,并以Ricker子波为例讨论了震电波场的频率响应特征;研究了不同介质参数对地震电磁信号时域特征的影响,并利用近似理论公式进行验证;最后通过分析具体模型,考察电磁场和位移场之间的相关性。  结果表明地震电磁信号的波形、振幅和持续时间等都不同程度受到模型结构的影响,结构越复杂,波形也越复杂。不同震源(双力偶点源与有限断层面源、震源时间函数类型、Picker子波峰值频率)产生的位移场和电磁场在波形和频谱响应方面整体上呈现相似的特征,但在波形和频谱的幅度和复杂程度方面存在一定差异。  不同介质参数(流体摩尔浓度、流体粘滞系数、固体体积模量)对地震波和伴随电磁信号的影响存在显著不同,主要体现在地震电磁信号的辐射强度上的差异。不同介质参数对地震电磁信号的到达时间、相位以及持续时间也有不同的影响。  通过对具体模型进行定量分析,得到地震电磁信号在时间域相关性和地震波拟合电磁波的吻合程度随模型而不同;经细小频段滤波后电磁信号和地震波的相关度整体上有所提高。利用先分频段拟合、再叠加预测方法后,得到的电磁信号预测值与理论值吻合程度更好,误差较时间域直接拟合小。这一结果与汶川地震余震的处理结果相一致。
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