由于地震孕育的复杂性,地震预测一直是一个难以攻克的世界性难题。而任何事件都有其规律可循,地震预测也不例外。世界地震学者普遍认为地震电磁前兆观测有望成为一种有效的短临地震预测方法,但由于现实电磁环境干扰较多,给基于电磁观测的地震预测方法的实际应用带来困扰。舒曼谐振作为一种新的地震电磁前兆现象,因其比较强的抗干扰能力而备受关注。目前有关震前舒曼谐振异常的震例非常有限,地震前兆舒曼谐振异常的机理还不成熟,本课题旨在观测、分析地震与舒曼谐振异常之间的关系,探索震前舒曼谐振异常的产生机理,为进一步的地震预测提供基础。本文的主要研究内容归纳如下:　　首先,为了得到有效的震前舒曼谐振异常观测数据,设计并研制了监测舒曼谐振磁场分量的高灵敏度磁力计。针对舒曼谐振磁场为弱信号问题,着重对磁力计的传感器进行了优化设计,并对电路的噪声性能进行了估算和测试,最终实现磁力计的最小可测磁感应强度和转移系数指标满足对舒曼谐振磁场分量的测试要求。依据现有震例的观测站与震中的距离范围,在山东威海和云南地震频发地带布设了舒曼谐振地面观测站,得到了长期稳定的舒曼谐振磁场观测数据。　　进一步统计分析了舒曼谐振参数变化规律并建立了研究舒曼谐振参数日变化的机理模型,为进一步的地震前兆舒曼谐振异常特征的提取提供前提。针对目前舒曼谐振动态变化规律的分析模型中只考虑雷暴源变化的缺陷,建立了地-电离层谐振腔内电导率昼夜不对称和雷暴源位置迁徙双重影响条件下分析舒曼谐振日变化机理的新模型,得到了实际观测数据的验证。　　在舒曼谐振参数背景变化研究的基础上,首次联合多个观测站的观测数据,对2011年3月11日东日本大地震前的舒曼谐振异常信息进行了提取。通过与统计标准差和正常天参数变化的对比,发现震前第3天南北和东西向两个磁场分量1~4阶谐振出现不同程度的异常增强。进一步对地震前后雷暴活动、地磁扰动、太阳活动以及其它干扰因素进行了分析排查。结论表明,震前第3天舒曼谐振两个磁场分量的异常变化为311东日本大地震的前兆。　　针对Hayakawa等人的舒曼谐振异常机理模型的局限性,包括利用舒曼谐振电场分量的仿真结果来分析实际观测到的磁场分量异常以及对震前电导率变化分析不足等问题,建立了以震前电离层离子密度疏密异常的观测现象为依据的震前舒曼谐振磁场分量异常的机理模型。在电离层底部大气空间的离子密度变化与电离层中高部的变化具有连续性的假设下,采用基于球形腔的时域有限差分法,对多起震例震区附近电导率的异常变化引发的舒曼谐振异常现象进行了分析,分析结果验证了机理模型的有效性。进一步对东日本大地震震前舒曼谐振异常的分析表明,在与震前电离层异常变化符号一致的前提下,得到的舒曼谐振异常的发生时间和表现与实际观测到的异常现象基本吻合,进一步验证了本文提出的震前舒曼谐振异常机理模型的有效性。　　最后,依据建立的地震前兆舒曼谐振异常计算模型,以东日本大地震为例分析了舒曼谐振磁场分量异常在全球的分布,为进一步的全球联合布站观测提供了理论依据。分析表明:舒曼谐振异常的具体分布与大气电导率的扰动分布、激励源分布等参数密切相关;舒曼谐振异常的分布是全球性的,不是按照距离震中远近来衡量的,修正了Hayakawa等人的舒曼谐振异常只发生在地震周围空间的结论。并依据震前舒曼谐振异常与电离层异常的密切相关性,对震前舒曼谐振异常的概率进行了定性分析。