中强以上地震发生前，地磁垂直分量日变化形态容易发生畸变异常（丁鉴海等，1994；冯志生等, 2000, 2009；李琪，2007；丁鉴海等，2009；陈化然等，2009；艾萨·伊斯马伊力等, 2018, 2020）。为了有效提取地磁垂直分量日变化相位畸变，地震学家提出地磁低点位移方法，1966—2008年的震例表明，该方法对预报6级以上地震效果较好（丁鉴海等，2009）。地磁垂直分量日变极值出现时间（简称低点时间）一般在地方时12时前后，如果过多偏离此时间，则认为单台低点时间发生位移，大区域中多台低点时间在空间分布上的异常即为低点位移现象（丁鉴海等，1994；丁鉴海等，2004）。低点位移判别标准如下：①在中国大陆或某一个大区域内，低点时间可划分为2个（或者3个）区域；②每个区域内低点时间基本相同或误差在2 h以内；③2个区域之间低点时间相差2 h以上，中间有一条明显的突变分界线，或低点区域形成闭合圈。地震预测规则具体如下：①一般只预报6、7级左右强震，但在少震和测震台网密度较大地区，有时可预报5级地震；②发震地区在突变分界线附近；③发震日期一般在异常后第27天或41天（±4天）。上述低点位移判定规则和地震预测规则为丁鉴海等（1994）对1994年前的震例统计基础上提出的，随着震例积累及地磁低点位移研究的深入，上述规则有可能修正或完善。

据中国地震台网测定，2017年6月3日18时11分，在内蒙古自治区阿拉善盟阿拉善左旗额尔克哈什哈苏木（37.99°N，103.56°E）发生5.0级地震，震源深度15 km，震中烈度为Ⅵ度。此次地震发生在宁夏石嘴山至内蒙古杭锦后旗附近，震中附近主要断裂为哈什哈断裂和头道湖水—马三湖断裂（戴勇等，2016）。本文将在地磁低点位移方法基础上，采用克里格方法，勾绘地磁Z分量低点时间等值线，重点研究此次阿拉善左旗5.0级地震发生前中国大陆地磁Z分量低点时间空间分布特征，归纳更符合地磁日变化异常物理机理的地球物理异常特征，并尝试给出地磁低点位移异常判别的新建议，该方法比传统的人工勾绘分界线更加客观且具有物理意义，同时为自动寻找低点位移分界线提供可能。

经“十五”项目和背景场项目建设，目前全国共有186个地磁台站，可为地磁异常研究提供丰富的数据资料。由于仪器故障等原因，不同日期所分析的地磁台站数量略有不同。为便于数据处理，将传统的××:××（hh:mm）表示方式统一转为××.××h，例如：将低点时间12:30转为12.50 h。

2017年4月21日中国大陆出现地磁低点位移异常，异常出现后43天，于6月3日在低点位移分界线（图 2中白色线，位于100°—105°E之间）附近发生阿拉善左旗5.0级地震。文中选取连续率较好的地磁台站Z分量数据作为研究对象，为了获取该地震前地磁Z分量低点时间（Z分量最小值对应时间）异常分布特征，选取Z分量低点时间分布的正常日和异常日进行对比分析，将正常日选取在2017年4月7日（记录台站84个），异常日选取在2017年4月21日（记录台站85个），地磁低点时间均采用北京时。在此说明，对于配备几套观测仪器的地磁台站，文中仅选取其中一套仪器地磁Z分量低点时间作为分析对象。

图 2(Fig.2)

图 2 2017年4月21日地磁垂直分量低点时间分布 Fig.2 Distribution of low-point time of vertical component of geomagnetism on 21 April 2017

采用克里格方法（吴长祥等，2008；朮洪亮等，2010），对地磁Z分量低点时间数据进行空间插值处理，位于地磁台网内部区域的采用内插算法，位于地磁台网外部区域的采用外推算法，经插值生成地磁低点网格数据文件，其中，经向点数和纬向点数均为301个，经向和纬向点间距均为0.05°（戴勇等，2019），最终获取地磁Z分量在正常日和异常日的低点时间分布，结果见图 1、图 2。

图 1(Fig.1)

图 1 2017年4月7日地磁垂直分量低点时间分布 Fig.1 Distribution of low-point time of vertical component of geomagnetism on 7 April 2017

2017年6月3日阿拉善左旗发生5.0级地震，而发震前中国大陆地区于4月21日出现地磁低点位移异常。为分析此次地震发生前后Z分量日变化低点时间时空演化特征，选取地磁低点位移正常日（2017年4月7日）和异常日（2017年4月21日）中国大陆地区实测低点时间，对比分析二者的空间分布，以期发现Z分量日变化低点时间与此次阿拉善左旗5.0级地震的关系。

图 1给出2017年4月7日正常日期间实测低点时间空间分布特征，可见低点时空变化平缓、低点时间大致沿经度自东向西逐渐后移，具有空间上的相关性和延拓性，低点等值线分布均匀，在震中附近不存在时间变化高梯度区，受地质、构造、经纬度等因素的影响，实际观测的低点时空分布与理论低点分布存在一定差异性（戴勇等，2017）。

图 2给出2017年4月21日中国大陆地区实测低点时间空间分布特征，结果显示：①中国大陆存在显著的低点时间高梯度带，阿拉善左旗5.0级地震震中位于高梯度区域边缘；②低点时间为13 h的等值线呈近NS走向，将中国大陆分为2大区域，等值线以东低点时间均在11—12时，等值线以西区域低点时间在13—15时，分界线两侧低点时间相差2 h以上，若选用低点时间为13 h的等值线作为低点位移分界线（简称分界线），则新采用的分界线穿过阿拉善左旗5.0级地震震中。

通过比较地磁正常日和异常日低点时间空间分布特征（图 1，图 2），发现：在正常日，低点时间空间变化平缓，未出现显著的大范围高梯度带；在异常日，低点时间空间变化在某些区域内变化剧烈，形成显著的高梯度带。

地震前地磁垂直分量日变化异常主要表现在幅度、相位及形态特征的变化上。地磁低点时间因受到太阳活动、行星际空间、磁层、电离层、地壳、地幔以至地核中发生的与电磁有关的各种物理过程的影响，而偏离正常时间或形态的异常现象，即为日变化异常（丁鉴海等，2009；胡久常，2011）。选取沿分界线（图 2中白色线）分布的山丹、湟源、嘉峪关等20个地磁台站数据，分析2017年4月21日异常日期间地磁Z分量日变特征，结果见图 3、图 4、图 5。

图 3(Fig.3)

图 3 低点位移分界线左侧震中距500 km以内台站地磁Z分量日变化曲线 Fig.3 Diurnal variation curve of geomagnetic Z component at stations within 500 km of epicentral distance on the left side of the demarcation line of low-point displacement

图 4(Fig.4)

图 4 低点位移分界线右侧震中距500 km以内台站地磁垂直分量日变化曲线 Fig.4 Diurnal variation curve of geomagnetic Z component at stations within 500 km of epicentral distance on the right side of the demarcation line of low-point displacement

图 5(Fig.5)

图 5 低点位移分界线两侧震中距500 km以外台站地磁垂直分量日变化曲线 Fig.5 Diurnal variation curve of geomagnetic Z component at stations beyond 500 km of epicentral distance on both sides of the low-point displacement demarcation line

（1）震中距500 km以内地磁台站Z分量异常变化。山丹（240 km）、湟源（250 km）、嘉峪关（500 km）、黄羊台阵（80 km）、寺滩综合台（90 km）、英鸽台阵（110 km）、中卫黑嘴山（160 km）、兰州（210 km）、银川（240 km）、固原海子峡（320 km）、天水中心台（440 km）、乌加河（470 km）等12个地磁台，Z分量日变形态在异常日出现日变畸变、低点时间偏移、分界线两侧形态不一致等现象，结果见图 3、图 4。其中：①位于分界线左侧的嘉峪关、山丹和湟源台日变化曲线在异常日呈“V”字形，低点时间有所偏移（图 3），震中距较小的山丹和湟源台低点时间较正常滞后，震中距相对较远的嘉峪关台出现低点时间提前现象；②位于分界线右侧的其他9个台日变形态在异常日均出现明显畸变，形态由“V”字形转为“W”形，大部分低点时间有所提前（图 4）。分析发现，“V”、“W”形日变形态区域分界线与低点位移分界线走向基本一致，该现象与前人研究结果具有一致性（陈绍明，1987；陈绍明等，1997；冯志生等，2009；胡久常等，2009）。

（2）震中距500 km以上地磁台站Z分量异常变化。沿地磁低点位移分界线分布的成都（790 km）、道孚（800 km）、西昌（1 130 km）、石门坎（1 240 km）、永胜（1 300 km）、通海（1 550 km）等6个地磁台，异常日Z分量日变形态与正常形态相似，除部分台站地磁低点时间偏移外，分界线两侧Z分量日变形态差异性较小（图 5）。

（1）2017年4月21日中国大陆出现地磁低点位移异常，在100°—105°E存在显著的低点时间高梯度带，阿拉善左旗5.0级地震即发生在梯度最大区域边缘。地磁低点位移时间13 h的等值线呈近NS走向，若选取13 h等值线作为低点位移分界线，则该分界线穿过阿拉善左旗5.0级地震震中。本文采用等值线作为低点位移分界线，比传统的人工勾绘分界线更加客观且具有物理意义，同时为自动寻找分界线提供可能。

（2）对存在地磁低点位移异常的2017年4月21日中国大陆地区地磁垂直分量日变形态进行统计，发现：①对于震中距小于500 km台站，地磁垂直分量存在显著分区特征，区域分界线基本沿低点位移分界线走向分布，在低点时间大于13 h的区域内，地磁日变化形态基本呈“V”型，在低点时间小于13 h的区域内，地磁日变化形态主要呈“W”型特征；②对于震中距大于500 km的台站，地磁垂直分量日变形态在低点位移分界线两侧存在差异，但差异性相对较小。冯志生等（2009）对地磁低点位移异常日垂直分量日变形态特征及产生原因进行了分析与讨论，根据地磁低点位移现象和毕奥—萨伐尔定律（赵凯华等，1978），推测在地磁低点位移线下方有引起地磁垂直分量日变畸变的电流通过，该电流产生的磁场在低点位移分界线两侧方向相反，当该电流发生变化时，在低点位移分界线两侧产生的变化磁场为反相位（戴勇等，2019）。在地方时13时左右，当上述电流产生的变化磁场与低点位移一侧的地磁垂直分量方向一致时，该侧地磁垂直分量日变化曲线一般呈显著的“V”型，另一侧由于二者方向相反，日变化曲线一般呈“W”型。

（3）地磁日变化的相位依赖于地方时，随经度变化发生延时，变化率为4 min/（°）（祁贵仲，1975；徐文耀等，1994），说明低点时间有经度效应。该效应给低点位移分界线自动识别和提取带来难度，对中国大陆不同区域的低点位移异常，所选取的作为低点位移分界线的低点时间等值线不同，若低点位移异常位于120°E附近，则选取低点时间为12 h的等值线较为适宜，若低点位移异常位于105°E附近，则选取低点时间为13 h的等值线较为合适。