極低頻探地工程(WEM)通過科技成果鑑定 為測地震預測提供服務

2020-12-04 儀器網

地震是地殼快速釋放能量過程中造成的振動,期間會產生地震波的一種自然現象。地球上板塊與板塊之間相互擠壓碰撞,造成板塊邊沿及板塊內部產生錯動和破裂,是引起地震的主要原因。地震常常造成嚴重人員傷亡,能引起火災、水災、有毒氣體洩漏、細菌及放射性物質擴散,還可能造成海嘯、滑坡、崩塌、地裂縫等次生災害。

"極低頻探地(WEM)工程"是國家發展和改革委員會批准的"十一五"國家重大科學技術基礎設施建設項目之一,用於資源探測和地震預測及其他前沿科學研究。極低頻電磁波能夠穿透較厚的地層和較深的海水,可以用於地層結構、地下資源和海底資源的探測、地震預測等領域的研究和應用。由我國通過跨學科交叉融合創新完成的國家大科學工程,整體技術性能處於國際領先水平,標誌著我國又一項創新科學平臺的誕生。

9月1日,極低頻探地工程(WEM)通過科技成果鑑定。在項目研發過程中,科研團隊攻克了極低頻電磁信號組網接收、數據處理反演等關鍵技術,實現對不同地層電性結構的三維探測;建立了極低頻數據工程中心,為資源探測、地震預測和其他前沿技術研究搭建了高性能的數據計算、共享服務平臺。

項目團隊還在首都圈和南北地震帶南端建成了首個可同時接收人工源和天然源極低頻電磁信號的地震監測臺網,同時開展了地震預測及地下礦產、油氣資源探測、大陸架探測等探索性科學試驗研究,取得多項突破性進展,為「深地、深海、深空」等相關領域的前沿科技研究提供了新的技術手段和平臺。

地震監測是在地震發生前後,對地震前兆異常和地震活動的監視、測量。地震監測主要有幾種劃分方法,一種是專業與群眾之分,指專業的地震臺站和一些群測點,前者主要用監測儀器,如水位儀、地震儀、電磁波測量儀等,用來監測地震微觀前兆信息;後者則主要靠淺水井、水溫、動植物活動異常等手段,來觀察地震前的宏觀異常現象。

地震臺網由各級地震臺、站所構成的觀測網絡。按其控制震級的大小分為微震臺網和強震臺網;按監視範圍分為全球地震臺網、國家地震臺網和區域地震臺網;按臺站儀器設置分為長周期地震臺網和短周期地震臺網;按信息記錄方式還可分為模擬地震臺網和數字地震臺網等。

地震臺網內觀測數據由各臺站定時發往地震數據處理及分析預報中心 中心負責數據的收集、整理、編輯和儲存以及對數據的綜合分析研究。為記錄不同震級和距離的地震 一般要設置短、中長和長周期地震儀;相應的記錄器也要有大、中、小的振幅類型 才能獲得適合於分析用的真實的記錄。

極低頻是指頻率由3Hz至3kHz波長,10000公裡至100000公裡的無線電波。在相關的磁層科學中,較低頻率的電磁振蕩(在3Hz以下發生的脈動)被認為是位於超低頻(ULF)範圍,因此也被定義為與ITU無線電頻段不同。ELF無線電波是由地球磁場中的閃電和自然幹擾產生的,所以它們是大氣科學家研究的課題。

由於建造可以輻射如此長的波的天線的困難,ELF頻率僅在極少數人造通信系統中使用。ELF波可以穿透海水,這使得它們可以與潛艇進行通信。美國,俄羅斯和印度是唯一已知建造ELF通信設施的國家。美國的設施在1985年到2004年之間使用,但現在已經退役。

地球大氣中的ELF電磁波的典型譜,顯示了由舒曼共振引起的峰值。舒曼共振是球形地球-電離層空腔的共振頻率。擊打導致腔體像鐘形一樣「振鈴」,從而在噪聲頻譜中引起峰值。50赫茲的功率峰值是由全球電網的輻射引起的。低頻噪聲的上升是由於地球磁層的緩慢過程引起的無線電噪聲。

由於它們的波長極長,極低頻波可以在大的障礙物周圍衍射,並且不被山脈或地平線阻擋,並且可以繞著地球的曲線行進。ELF和VLF波通過地球-電離層波導機制長距離傳播。地球在大氣層底部約60公裡處被大氣中的一層帶電粒子(離子)所包圍電離層,稱為反映極低頻波的D層。

導電的地球表面和導電的D層之間的空間充當平行板波導限制ELF波,允許他們長距離傳播而不會逃入太空。在對比VLF波,該層的高度比在ELF頻率之一波長小得多,這樣就可以在ELF頻率傳播的唯一模式是TEM模式在垂直極化,與電場垂直和磁場水平。

ELF波的衰減極低,每千米12dB使得單個發射器具有在全世界進行通信的潛力。ELF波也可以通過像「地球」和「海水」這樣的「損耗」介質傳播相當長的距離,這會吸收或反射更高頻率的無線電波。

新聞來源:中國船舶集團

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