2018年冀南地区岩石圈磁场变化分析

王朝景，李博，苏树朋，张海洋，刘德强，赵慧琴，毛丰龙

(河北省地震局保定中心台，河北保定 071000)

0 引 言

岩石圈磁场是地球磁场的重要组成部分，地壳介质、地质构造活动、温度与压力的变化等均影响着岩石圈磁场的变化[1-3]。近年来岩石圈磁场空间变化及震磁异常的相关研究取得了良好进展[4-7]。冀南地区断裂带发育，地质构造复杂，是华北克拉通地块的一个重要构造带，太行山隆起与华北平原坳陷区在此交汇[8-11]。区域断裂带以北东向、北北东向为主，主要分布有太行山山前断裂带、晋县断裂带、广宗断裂带、明化镇断裂带及馆陶西断裂带等；次级断裂带以北西向、北西西向控制为主，主要发育有横贯东西的磁县—大名断裂带，及永年断裂带、隆尧断裂带、油坊断裂带等(图1)。

图1 冀南地区流动地磁测点分布

冀南地区历史上强震频发，1830年磁县发生7.5级地震，1966年邢台发生7.2级地震。近年来冀南地区中小地震频发，冀南地区是地震工作者与相关领域专家的重点关注区域。采用2018年春、秋两期的流动地磁矢量资料，经过日变通化、长期变改正、消除主磁场等处理得到冀南地区的岩石圈磁场变化模型。在之后半年左右的时间内冀南地区发生了两次≥3.0级的地震，分别为2018年10月30日河北省隆尧县3.0级地震和2019年4月21日河北省临漳县3.6级地震(以下简称隆尧3.0级地震、临漳3.6级地震)，通过对该区岩石圈磁场变化和两个震例的震磁异常特征的研究，总结了震磁异常规律。

1 资料选取与处理

本文收集了2018年冀南地区的流动地磁矢量资料。华北地区每年进行春、秋两期测量工作，冀南地区的测量工作分别于3～4月与8～9月完成。研究区内(35.95 °～38.75 °N,113.25 °～117.00 ° E)共计26个流动地磁矢量测点(图1)。在测量过程中严格按照相关规范进行测量，两期测量的全部测点资料符合规范要求，处理过程中全部采用。

地球磁场可分为内源磁场和外源磁场，内源磁场可分为主磁场和源于地壳及上地幔物质磁性的岩石圈磁场。由于地幔的大部分和部分下地壳的温度高于岩石磁性矿物的居里点温度而处于无磁性状态，岩石圈磁场由地壳物质的磁性产生[12]。为了得到岩石圈磁场模型，对外源变化场、主磁场长期变化、主磁场等地磁场进行消除即可获得监测区岩石圈磁场的数值模型[13]。

数据处理分为3个步骤：①日变通化改正，其目的是为了消除地磁观测数据中的日变化等外源场部分，采用单台参照法，参照台站为隆尧地震台(LYH)、静海地震台(JIH)、太原地震台(TAY)和泰安地震台(TAA)，两期通化日分别选取为2018年4月16日与9月7日。②长期变化改正，为消除观测数据中所包含的地球主磁场长期变化成分，采用中国地区地磁基本场长期变化的6 阶自然正交分量(NOC)的非线性模型[14-15]，通化至2016.0地磁年代。③减去主磁场，从内源场中减去第12代国际地磁参考场(IGRF12)模型的计算值，即得到岩石圈磁场模型，将两期处理数据进行差值计算，便得到岩石圈磁场变化模型。

2 岩石圈磁场变化

在2018年4～9月的磁偏角D变化中(图2a)，冀南地区主要为正值区域所控，区域的东、西呈负值，冀南地区D的幅值在-0.7′～0.4′之间。区域的东南与西南均出现负值的高梯级带，冀南地区较其周边区域磁偏角变化相对平稳、幅值变化较小，且以正值为主。隆尧3.0级地震位于正值区域，在等值线0.2′～0.3′之间的区域，在冀南地区处于高值区，临漳3.6级地震位于负值区，靠近零值线的位置，且其西南有一负值的高梯级带。

在磁倾角I变化中(图2b)，冀南地区主要为负值所控，在区域的北部有一范围较大正值区，南部有一范围较小的正值区域。冀南地区磁倾角I的幅值整体变化幅值较小在-0.3′～0.2′之间，呈现出平稳态势。隆尧3.0级地震位于负值区域，靠近负值的极值区。而临漳3.6级地震位于南部的正值区域内，该正值区域范围小且幅值较小，最大为0.1′，震中靠近零值线，在零值线的拐角的内侧。

图2 磁偏角(a)、磁倾角(b)和总强度(c)空间变化

在总强度F变化中(图2c)，区域的西北、东北有两个负值区域，西北的负值区范围较大且幅值变化相对较大，在-4～1 nT之间。冀南大部及其东南地区为正值所控，幅值在在1～3 nT之间,变化较小。隆尧3.0级地震位于正值区，震中附近F的变化幅值在1.7 nT左右。临漳3.6级地震位于正值区，震中附近幅值变化在3.1 nT左右。从总强度F空间变化上来看两个震例的震前异常较弱。

水平矢量H空间变化情况(图3a)，冀南地区整体H矢量较为散乱。可以看出研究区的东南部水平矢量指向西北，在向西逐渐过渡过程中，在中部地区被指向东北的一组矢量条带(即太行山山前断裂带中段与广宗断裂带、新河断裂带附近的H矢量)所阻断，再往西矢量方向则又指向西北，与东南区域的矢量有相似性。即由东往西，矢量方向的变化呈现“指向西北→指向东北→指向西北”的变化趋势。而中南部的指向东北的矢量条带在太行山山前断裂带的北缘附近，方向发生了改变。隆尧3.0级地震位于冀南中部指向东北的矢量条带中，且震中附近H矢量的量值相对较大。临漳3.6级地震位于中部矢量方向指向东北的矢量条带南缘，震中附近矢量方向出现转折与分化，且量值出现明显的相对弱化。

垂直矢量Z空间变化(图3b)，冀南地区Z矢量变化整体较为散乱，量值整体较小，局部明显弱化。相对整体而言研究区中部地区的Z矢量量值较小，且局部方向呈现反向，区域北部量值较大且矢量方向不一致。隆尧3.0级地震震中附近的Z矢量出现反向，且量值相对较小，有明显的弱化现象。临漳3.6级地震震中处于Z矢量由南向北量值减小的过渡位置，震中附近量值相对中部区域较大，震中北部出现Z矢量方向相向。

图3 水平矢量H(a)与垂直矢量Z(b)空间变化

3 讨论与结论

冀南地区岩石圈磁场的变化中各个要素呈现出不同的变化趋势，整体来看岩石圈磁场各个要素变化的量值较小，其中D、I、F要素幅值变化较小，总体较为平稳。冀南地区水平矢量H整体方向较为散乱，局部有明显的弱化。垂直矢量Z在变化中整体呈现出方向较散乱、量值较小和局部弱化的特征。岩石圈磁场变化总体量值较小可能跟累积时间较短有关，同时跟区域应力的集中与变化、构造活动以及地壳介质的性质等有着重要的联系，在后续的工作中将对冀南地区的地质构造、壳幔结构与岩石圈磁场的关系进行进深入的研究。

相关学者近年来的震磁异常研究发现，震中附近多出现磁倾角、磁偏角的零值线或高梯级带[16-19]。本文中的两个震例也出现类似的现象。隆尧3.0级地震位于磁偏角D等值线的正值高值区，位于磁倾角I等值线的负值高值区；震中附近H矢量量值相对较大，Z矢量方向反向且量值显著弱化。而临漳3.6级地震位于磁偏角D零值线附近，同时位于磁倾角I等值线的零值线附近，震中附近H矢量方向发生改变，且量值变小，呈弱化态势；震中处于Z矢量量值由大变小的过渡位置，且震中北部的Z矢量方向是相向的。不同区域有着不同的地质构造环境，岩石圈磁场的变化与区域的构造活动、应力变化等有着密切联系，不同时空的岩石圈磁场有着差异性与独特性，因此不同的时空环境可能是两个震例震磁异常有所不同的重要原因。希望通过对隆尧与临漳两个震例震磁异常的分析研究，能够为今后流动地磁在中小地震的监测预报工作中提供一定的支持。

致谢：感谢河北省地震局保定中心台流磁组一直以来的支持与帮助。