0 引言

20世纪50年代，卡拉什尼科夫卡开始进行震磁关系理论研究；六七十年代，Stacey（1964）和Nagata（1972）对该研究理论进行发展，提出“压磁效应”说，之后，祁贵仲（1978）在震磁关系研究中提出地震的“膨胀磁效应”，李钧（1979）提出“感应磁效应”。随着研究的深入，林美等（1982）在分析1976-1979年云南地磁台垂直分量整点值空间相关性时发现，其相关系数在地震预报中有一定实际意义。近些年，地磁空间相关法得到推广，广泛应用于地磁资料质量评估、观测台站缺失数据填补和地震预报（朱兆才，1989）。冯志生等（2000）研究认为，异常台站分布与该区域构造走向、余震震中和极震区展布有一定相似性。虽然存在地磁台站分布不均匀的客观事实，但该现象为研究地磁异常分布与构造之间的联系提供了素材。地磁空间相关法发展至今，积累了许多研究震例，例如1976年唐山7.8级地震（曾小苹等，1992）、2010年玉树7.1级地震（王必显等，2013）、2013年前郭5.7级地震及2013年岷县-漳县6.6级地震（李鸿宇等，2017）等。

地磁总强度F每日一值空间相关异常、地磁垂直分量加卸载响应比异常、地磁低点位移以及地磁日变化空间相关异常是捕捉地震地磁前兆异常的重要手段，但地磁场总强度F每日一值一阶差分在空间上不同步变化现象，是地震地磁观测数据异常分析重要手段之一，且及时准确挖掘出F每日一值数据变化异常，也能为地震监测预报提供重要的依据。

自2010年10月以来，河南及邻区地震活动水平较高，相继发生2013年湖北恩施M_L 5.1、2014年湖北宜昌M_L 4.1和M_L 4.3、安徽六安M_L 4.3、湖北十堰M_L 4.0、2015年安徽阜阳M_L 4.3、2016年山西盐湖M_S 4.4、2017年湖北秭归M_S 4.3、湖北巴东M_S 4.1、2018年河南淅川M_L 4.3、河南固始M_L 4.0、湖北秭归M_L 4.1和M_L 4.5、2019年河南淅川M_L 4.1等显著地震。文中选取豫南及邻区6个地磁台站地磁总场F日值数据，进行相关分性析，判断地震前后地磁台站是否存在空间相关异常，若存在异常，分析其异常特性变化特征。

1 地质构造背景

豫南及邻区涉及华北断块、秦岭断褶系和扬子断块区3个大地构造单元。该区域在喜马拉雅运动以前漫长的地质历史中，主要处于近NS向水平挤压应力场中，区域构造线大致呈NWW向展布，主要活动构造有华北断块区南缘断裂、栾川-鲁山-漯河-太和断裂、白河-谷城断裂、青峰断裂、新安-郏县断裂、许昌-鄢陵断裂、兰田-朱阳关-南阳-信阳断裂、封门口-五指岭断裂。在区域地震构造环境中，华北断块区南缘断裂、兰田-朱阳关-南阳-信阳断裂、栾川-鲁山-漯河-太和断裂、丹凤-西峡断裂对豫南及邻区地震活动具有重要影响。地质构造见图 1。

2 资料选取

在豫南及邻区周边300 km范围内，信阳、卢氏、金寨、钟祥、十堰、应城6个地磁台站运行率较高，地磁观测仪器运行较稳定，台址受外界干扰较小，且整体分布较为均匀，台站分布见图 2。

2018年，豫南及邻区发生2次4.0级及以上显著地震事件，分别为2018年2月9日河南淅川M_L 4.3地震、2018年7月10日河南固始M_L 4.0地震。因此，以2018年前后地磁总场强度F作为研究数据，分析研究区各地磁台相关性异常。为了确保计算结果的准确性和可信性，按照以下原则筛选F值：①在研究时间段内，地磁台站数据资料在全国地磁台网月评比中成绩优良（60分以上）；②在数据曲线上，地磁数据变化稳定，不存在多次突跳或台阶变化。据以上原则，信阳、卢氏、金寨、钟祥、十堰、应城6个地磁台站F值数据达到要求，可以进行空间相关性计算。

选取以上6个地磁台2017年10月1日-2018年10月8日地磁总场F日值，以红山、泾阳、高邮、会昌地磁台为参考台（图 2）（4个参考台站近几年在全国地磁台站观测资料评比中较为优秀，观测数据较为稳定，可信度较高），通过空间相关性分析，提取各台站地磁相关性异常。

3 方法原理

选用地磁日值空间相关分析法，提取6个地磁台地磁总场异常。

设2个地磁台站，记为A、B，其记录的地磁总场F分别记为F_x、F_y，其线性相关关系为

$ {F_{yi}} = b{F_{xi}} + {a_i}\;\;\;\;i = 1, 2, \ldots, n $

(1)

式中，i为序号，a、b为常数。

利用相关系数r，可衡量F_x、F_y两个量的相关程度，关系式如下

$ r = \frac{{{l_{xy}}}}{{\sqrt {{l_{xx}} \cdot {l_{yy}}} }} $

(2)

其中

$ \begin{array}{l} {l_{xx}} = \sum\limits_{i = 1}^n {F_{xi}^2} - \frac{1}{n}{\left({\sum\limits_{i = 1}^n {F_{xi}^2} } \right)^2}{\rm{ }}\\ {l_{yy}} = {\rm{ }}\sum\limits_{i = 1}^n {F_{yi}^2} - \frac{1}{n}{\left({\sum\limits_{i = 1}^n {F_{yi}^2} } \right)^2}{\rm{ }}\\ {l_{xy}} = {\rm{ }}\sum\limits_{i = 1}^n {{F_{xi}}{F_{yi}}} - \frac{1}{n}\sum\limits_{i = 1}^n {{F_{xi}}{F_{yi}}} \end{array} $

r满足0≤|r|≤1。|r|越接近0，F_xi与F_yi之间的相关性越小；|r|越接近1，F_xi与F_yi之间的相关性越大。

4 异常提取

按照以下步骤提取异常：①选用世界时18时（北京时间02时）的预处理数据作为日值原始计算数据。此时地磁观测环境较为平静，所受外部干扰较少；②选取东、西、南、北4个方位的邻省台站（江苏高邮台、陕西泾阳台、江西会昌台、河北红山台）作为参考台；③阈值设定为相关系数r低于2倍均方差；④异常成立标准为，使用不同参考台，2个及以上参与计算的台站相关系数在同一时段出现连续低于阈值的现象，持续10天以上，且异常出现在最近3个月以内，台站位于豫南边界300 km范围内。

据以上步骤，采用公式（2），计算信阳台、卢氏台、金寨台、钟祥台、十堰台、应城台6个地磁台与陕西泾阳台、江西会昌台、河北红山台、江苏高邮台4个参考台的相关系数，筛选异常台站，筛选条件为：在豫南边界300 km范围内，台站地磁总场F日值在最近3个月以内，出现同步相关性异常现象，且持续10天以上。分别以陕西泾阳台、江西会昌台、河北红山台、江苏高邮台为参考台，对6个地磁台进行相关性异常统计，结果见表 1-表 4和图 3。

由表 1-表 4可见，以4个地磁台为参考台，信阳台、卢氏台、金寨台、钟祥台、十堰台、应城台均出现日值相关系数低于阈值的现象，且异常集中出现在2018年7月5日-23日（图 3）。

结合研究区2016年1月1日-2018年10月8日地震活动性做进一步分析。豫南及邻区地震活动集中分布在研究区东南的金寨-霍山地区和研究区西南的三峡库区，南襄盆地周边地震活动也较为频繁。统计发现，研究区M_L 4.0以上地震均发生在上述3个区域。通过对豫南及邻区02时F值空间相关性分析，发现震前确实存在相关系数低值异常。由图 3可见，橙色低值区域为异常时段，2016年1月1日-2018年10月8日各地磁台的相关系数较平稳，尤其是震前，空间相关系数处于稳定时期。2018年7月5日-23日，各地磁台相关系数同步降低，7月中旬前后出现极值，且达到异常判据指标，8月出现“恢复-降低”的过程，并在此过程发震，后空间相关系数出现短期同步变化，9月后基本恢复各自变化形态，并出现单台非地球物理异常的低值变化（部分台站变化疑为干扰）。异常演化过程可以理解为在震源影响下的趋同效应。地震发生后，应力得到释放，震源影响降低，各台站不再出现较为强烈的同步变化。

5 结论

以陕西泾阳台、江西会昌台、河北红山台、江苏高邮台为参考台，对信阳台、卢氏台、金寨台、钟祥台、十堰台、应城台6个台站2017年10月1日至2018年10月8日地磁总场F日值相关性异常进行分析，结果显示：①在地震发生前，6个地磁台站存在空间相关系数低值异常，且异常平均持续23天；②异常幅度在一定程度上随着震中距的增大而减小；③在异常持续过程中，异常最低值时间基本统一，异常时间平均持续约55天，从异常结束至发震平均间隔约34天，该异常具有短期物理效应。

感谢中国地震局台网中心叶青老师和中国地震局地球物理研究所张素琴老师对本文创作的指导与帮助。