0 引言

大陆岩石圈是地球圈层结构的重要组成部分之一，其物质组成与结构、性质是认识地球形成演化的重要途径。岩石圈磁场是反映地下岩石圈结构的重要物理场，其异常变化与地下介质磁化率结构密切相关（陈斌等，2011）。地下介质磁化率变化蕴含一定震磁信息，如：在地震孕育及发震过程中，地下介质磁化率随地下地质体的温度及应力变化而发生改变（黄平章等，1990；郝锦绮等，1992；李海燕等，2005），该特性被广泛应用于地震监测及预报研究，并取得丰富成果，如：顾左文等（2006）、顾春雷等（2010）利用流动地磁观测数据进行分析，发现地震前后岩石圈磁场会发生显著的异常变化；倪喆等（2017）以洱源M 5.5地震为研究对象，发现地震发生前，地下介质磁化率在岩石圈浅表地区与深部地区具有不同的变化特征；宋成科等（2017）发现岩石圈磁场异常变化与岩石圈结构密切相关；李博等（2017）通过对滨州—青岛地磁剖面地下磁性结构分析，发现磁场曲线在断裂分布较复杂处有较剧烈的起伏波动，且磁化率结构呈高磁化率团块分布。

文中以2017年8月冀鲁豫交界区地磁总强度观测网观测资料为基础，经地磁日变通化、长期变化改正、主磁场剥离等数据处理，获得岩石圈磁场数据模型，并利用重磁软件（GMS3.0）进行解析延拓，获得岩石圈磁场的浅表及深部异常场，研究其异常空间分布及地下介质磁化率结构特征。

1 测区地质概况及观测资料

冀鲁豫交界区在构造分区上主要属于华北板块的河北平原沉降区，东、西分别与太行山断块隆起区和鲁西隆起相邻，形成“两隆加一堑”的构造格局。沉降区为第四系地层所覆盖，区内构造样式复杂，断裂体系发育，以NNE—NE向为主，并伴有NWW向断裂活动（徐志萍等，2017）。该区为中国地震活动较强地区，历史上发生多次6级以上地震，如1937年菏泽7级地震等。测区主要分布邯郸断裂、磁县—大名断裂、安阳断裂、临漳—楚旺断裂、永年断裂、广宗断裂、馆陶西断裂、临清断裂、冠县断裂、堂邑断裂、聊城—兰考断裂和元村断裂等，其中邯郸断裂、磁县—大名断裂为第四纪活动断裂，为该区地震发生的集中地区。

冀鲁豫交界区流动地磁总强度加密网（114.0°—116.2°E，35.8°—37.2°N）由35个测点构成，测点间距约35 km，呈矩形均匀分布（图 1）。各测点环境良好，无电磁干扰，观测数据质量较好。流动地磁总强度野外观测使用GSM-19T标准质子旋进磁力仪（分辨率0.01 nT，精确度0.2 nT），以交换同步测量方法进行测量，具体步骤如下：①使用2套GSM-19T标准质子旋进磁力仪分别置于主桩和副桩，进行同步测量，各读取3组数据，每组10个有效数据；②交换主桩和副桩仪器，重复进行3组同步测量，每组10个数据；③求得每组数据的算术平均值，得到地磁总强度数据；④根据《流动地磁测量基本要求（试行）》及规范性附录，对数据进行质量检查，并形成地磁总强度标准观测数据集。

2 数据处理

野外观测地磁场是由外源变化场、地球主磁场及长期变化和岩石圈磁场等不同源磁场成分叠加而成的混合场（康国发等，2000）。因此，为了研究岩石圈磁场的空间分布，在数据处理过程中，通过地磁日变通化、长期变化改正、主磁场剥离，获取岩石圈磁场数据，并进行解析延拓，获得岩石圈磁场的浅表及深部异常分布。

2.1 数据通化

（1）地磁日变通化改正。地磁日变通化改正以距测点最近为原则，采用单台参照法，利用观测区周边地磁台站连续观测分钟值，对野外流动地磁测量数据进行日变通化改正，消除流动地磁观测数据包含的外源变化场成分。本次数据处理选用隆尧红山台和泰安台作为通化地磁台，通化零时为北京时00:00—03:00的平均值。

（2）长期变化改正。采用“1995.0—2015.0中国地区地磁场基本场长期变化6阶NOC非线性模型”，对经日变通化改正数据进行长期变化改正，以消除地球主磁场长期变化成分。通化日为观测时段内磁场变化相对最平静日，通化时间为北京时间2015年1月1日00:00。

（3）主磁场剥离。地球内源场包括地球主磁场和岩石圈磁场，获取岩石圈磁场需要从地球内源场中剥离核幔边缘流体主磁场（王青华等，2017）。文中以第12代国际地磁参考场IGRF-12为观测区域地球主参考场模型，将长期变化改正数据减掉相同空间坐标主磁场数据，即得到岩石圈磁场模型数据。

2.2 岩石圈磁场数据解析延拓

使用重磁勘探系统软件GMS3.0，对岩石圈磁场异常模型进行向上延拓，分离为岩石圈磁场异常的浅表及深部部分，延拓深部一般选取15 km，即0—15 km为浅表岩石圈磁场异常，大于15 km为深部岩石圈磁场异常。向上延拓的计算公式（管志宁，2005）如下

$ \Delta T'\left({{X_i}, - h} \right) = \frac{h}{{\rm{ \mathsf{ π} }}}\sum\limits_{k = 1}^{n - 1} {\frac{{\left({{X_k} - {X_i}} \right)}}{{{{\left({{X_k} - {X_i}} \right)}^2} + {h^2}}} \cdot \Delta T\left({{X_k}, 0} \right)} $

(1)

式中，ΔT和ΔT′为延拓前后岩石圈磁场数值，单位nT；h为向上延拓高度，单位km；X_i和X_k为各测点的投影距离，其中X_i为给定数值，X_k为可变数值；n表示测点总数。

3 岩石圈磁场异常分布特征

通过对岩石圈磁场数据的解析延拓，获得冀鲁豫交界区岩石圈磁场浅表异常及深部异常分布特征，进而对比分析地下介质磁性结构差异特征，结果见图 2。

由图 2可见：①冀鲁豫交界区岩石圈磁场异常整体分布较为破碎，正、负磁异常呈块状相间分布，幅值在-180—160 nT变化，即岩石圈磁场相对不稳定，或许与该区地下岩石圈结构分布不均匀和地下介质磁性结构不单一有关；②研究区正异常集中分布于西北部的邢台以东和中部的邱县范围内，此外小范围分布在南部及东北部。负异常主要集中于研究区东南部的冠县、西南部的安阳及北部的平乡范围内；③冀鲁豫交界区岩石圈磁场分布特征与构造对应关系为：磁县—大名断裂、邯郸断裂及馆陶西断裂为正、负异常分界线，且中部沿NE走向的广宗断裂分布一条正异常条带。

本研究以岩石圈深度15 km为界，对冀鲁豫交界区岩石圈磁场数据进行解析延拓，其中：0—15 km为岩石圈浅表磁异常，见图 3(a)，15 km以下为岩石圈深部磁异常，见图 3(b)。

由图 3(a)可见，冀鲁豫交界区岩石圈磁场浅表异常分布形态与岩石圈磁场异常分布形态基本一致，但研究区西北部和东南部存在较大差异。该区岩石圈浅表磁场幅值在-90—150 nT范围内变化，西北部由正异常核心转变为负异常核心，东南部负异常范围变小。磁县—大明断裂依然为正、负异常分界线；NE向邯郸断裂切割研究区西北部负异常条带；NE向馆陶西断裂由负异常区延伸至正异常区。

由图 3(b)可见，冀鲁豫交界区岩石圈磁场深部异常分布形态与岩石圈磁场异常分布形态具有较大差异性。该区岩石圈深部磁场幅值在-100—150 nT范围内变化，西北部为正异常核心，并向东南逐步过渡为负异常，中部沿广宗断裂分布正异常消失，成为正、负异常交界区。近EW向磁县—大明断裂由正异常区延伸至负异常区；NE向邯郸断裂由负异常区延伸至正异常区；馆陶西断裂为正、负异常分界线。

4 磁化率结构分析

岩石圈磁场由地下介质磁化强度产生的磁场构成，异常分布与地下介质磁化率结构密切相关。冀鲁豫交界区西北到东南剖面约260 km，为岩石圈磁场分布变化复杂地区，也是研究区磁化率结构变化复杂区域。沿该剖面绘制冀鲁豫交界区岩石圈磁场、浅表及深部磁场异常剖面，见图 4，图中D指冀鲁豫交界区西北至东南剖面的距离。由图 4可见，岩石圈磁场异常分布是岩石圈浅表磁异常与深部磁异常综合叠加结果，且浅表与深部磁化率结构具有较大差异。结合图 2、图 3，发现冀鲁豫交界区岩石圈磁场异常分布与区内构造对应关系较好，且受断裂控制呈分段性特征。

在邯郸断裂以西，岩石圈与深部磁场异常显示一致，均为正异常，而浅表磁异常呈负异常，说明该区岩石圈浅表与深部具有性质相反的磁化率结构，且岩石圈磁场主要受深部地下介质磁化率结构影响。

在邯郸断裂以东及馆陶西断裂以西，岩石圈与浅表磁场异常显示一致，均呈正异常条带，深部磁异常具有正异常向负异常逐渐过渡趋势，说明该区岩石圈浅表及深部磁化率结构具有一定相似性，岩石圈磁场主要受浅表地下介质磁化率结构影响。

在馆陶西断裂以东及聊兰断裂以西，岩石圈磁场浅表与深部磁异常基本相似，均呈负异常，说明该区岩石圈浅表及深部磁化率结构基本一致。

在聊兰断裂以东，岩石圈与深部磁场异常显示一致，均为负异常，而浅表磁异常呈正异常，说明该区浅表与深部岩石圈磁化率结构性质相反，且岩石圈磁场主要受深部地下介质磁化率结构影响。

5 结论

岩石圈磁场异常分布特征体现了地下磁化率结构、地下构造的差异性。冀鲁豫交界区岩石圈磁场异常分布整体表现出破碎和不均衡特征，可能与岩石圈结构复杂及地下介质磁性结构并不单一有关。

冀鲁豫交界区岩石圈磁场浅表与深部异常分布具有明显的差异性特征，说明研究区岩石圈浅表与深部磁化率结构性质不一致。受断裂控制，由西北到东南，岩石圈磁场分布受地下介质的深部磁化率结构—浅表磁化率结构—浅表及深部磁化率结构—深部磁化率结构影响。

地下磁化率结构与地下介质温度及岩性具有密切关系，可进一步研究地下介质结构的温度变化，探讨地震孕育及发生时的地热变化，为地震分析预报工作提供更精准的基础信息，推进地震预测预报研究工作，为国家防震减灾事业服务。