0 引言

岩石圈磁场是地磁场的重要组成部分之一，地下的磁性矿物、岩石性质等决定了地壳岩石圈的磁性（Thébault et al，2010），岩石圈磁场反映了岩石圈内部的岩石磁性结构、温度与压力状态、地质构造运动与演化过程等地球动力学信息（杜劲松等，2015），地震即发生在地球岩石圈层内，因此岩石圈磁场成为震磁研究的重要对象之一。

近年来，国内地震地磁研究者对汶川M_S 8.0地震、九江—瑞昌M_S 5.7地震、洱源M_S 5.5地震前后的岩石圈磁场特征变化开展了相关分析（顾春雷等, 2010, 2012；倪喆，2014）。结果表明，岩石圈磁场异常空间分布与中强地震的发震地点间具有一定对应关系。虽然不同区域的异常变化各有其特点，但是孕震区与非孕震区相比具有显著磁场差异的特征，这可能是地震孕育过程中改变了区域磁场原有正常的分布，利用这种特征可以为研判发震地点提供岩石圈磁场异常的事实依据（樊文杰等，2021；冯丽丽，2019；冯丽丽等，2022）。苏树朋等（2017）对大华北地区岩石圈磁场空间分布和地震特征进行了详细归纳和总结，结果表明，大华北地区岩石圈磁场具备较强的局部异常特征，历史地震多发生于一些特殊的岩石圈磁场部位。本文在前人研究的基础上，拟对南北地震带地区岩石圈磁场空间分布和地震的特征进行系统归纳和总结。选用2016—2020年南北地震带地区流动地磁矢量观测资料，结合测区范围内M_S ≥ 5.0地震，对监测区岩石圈磁场空间分布与地震的位置特征进行了分析和讨论，以期归纳出南北地震带地区岩石圈磁场的磁异常分布特征及其与历史地震间的关系，进而优化流动地磁震磁信息的提取和辨识工作，以进一步增强流动地磁这一重要监测手段对于各级震情会商工作的支撑和服务能力。

1 资料选取及数据处理

野外测量中主要的观测对象是测点所在位置的地磁场矢量，包括地磁场总强度F、磁偏角D、磁倾角I的绝对观测，利用这3个已测要素可计算出其他4个要素，它们分别为地磁场N向分量X、E向分量Y、水平分量H、垂直分量Z（丁鉴海等，2011）。

使用2016—2020年南北地震带地区（21°—38°N，97°—110°E）连续5年流动地磁矢量观测资料，1年1期重复观测（上半年观测完成）。在实际的数据处理过程中，为了获得合理可信的结果，将相邻2期中点位发生变化和孤立异常点均进行了剔除处理。

为了得到监测区岩石圈磁场成分，需要对外源变化场，即主磁场长期变化、主磁场等地磁场成分进行逐层剥离。流动地磁数据处理过程如下：

（1）日变通化改正。为消除流动地磁观测数据中所包含的地磁场日变化等外源场成分，使用“地磁台网泰勒多项式空间参考场”方法（Su et al，2022），利用测点周边的地磁台网连续观测分钟值数据对野外观测数据进行日变通化改正，获取该年度测量日变通化数据集，日变通化零日尽量选用接近观测时段中间的磁静日。

（2）长期变改正。为消除流动地磁观测数据中所包含的地球主磁场长期变化成分，采用IGRF-SV长期变模型（Alken et al，2021），对日变通化数据集进行长期变化通化改正，获取测区长期变化改正数据集（陈斌，2011）。

（3）对上一年度长期变化改正数据集进行差值计算，获取测区岩石圈磁场变化数据集。

（4）对地磁矢量资料处理结果应用曲面样条方法进行空间插值，获取0.1°×0.1°数据点阵，并计算磁场变化水平矢量H，制作监测区岩石圈磁场各要素变化量的空间分布图像（顾左文等，2006）。

2 测区岩石圈磁场空间分布与历史地震

利用2016—2020年南北地震带地区流动地磁矢量观测资料，进行计算后绘制了磁偏角D、垂直分量Z、水平矢量H等3个要素的相邻2年岩石圈磁场变化分布图（图 1—4）。图 1—4中等值线间隔值分别为Z—2 nT、D—0.2′。

岩石圈磁场稳定，随时间的变化缓慢（徐文耀等，2008），这为考察中强以上历史地震震中在岩石圈磁场中的位置提供了便利。2017年6月1日至2021年6月30日，测区内共发生M_S ≥ 5.0地震24次（表 1）。将其投影到监测区岩石圈磁场空间年变分布图（图 1—4）中，可以获取每次地震震中和地磁要素的异常位置特征，统计结果详见表 2。

由表 2可见，在南北地震带岩石圈磁场年变分布图中M_S ≥ 5.0地震震中所处的几个常见的特殊位置（对于磁偏角D、垂直分量Z、水平矢量H）主要包括：局部核心异常区、“0”值线附近（“0”值线附近两侧约为40 km范围内）、高梯度带、H矢量幅值弱化、H矢量转向。从单一要素—岩石圈磁场来看，大部分地震均具有明显的位置特征，无上述位置特征的地震数量极少（其中，磁偏角D有0个，垂直分量Z有0个，水平矢量H有4个）。3个要素均无位置特征的地震数为0，仅具有单一要素位置特征的地震数为1，3个要素全部具有位置特征的地震数为19，占比大于70%。由此可见，绝大多数地震均具有明显的多要素位置特征。

为进一步判定各特征位置的出现频率，对各个特殊位置的发震数量进行分类统计（表 3）。由表 3可见，在南北地震带地区磁偏角D、垂直分量Z、水平矢量H等3个要素的岩石圈磁场中，磁偏角D、垂直分量Z的“0”值线附近和高梯级带位置的地震数明显多于局部异常核心区，表现出明显的分化性。并且磁偏角D“0”值线附近位置的地震数占比高达85%，高梯度带位置（高梯度带指定为震中处的要素取值大于2倍测区均值）的地震数占比为54%。水平矢量H幅值弱化位置（幅值弱化是指震中处的H矢量模值低于测区均值）的地震数占比高达65%，而转向位置的地震数占比为46%，也近50%。因此，对于“0”值线附近、高梯度带、H矢量幅值弱化、转向等位置需要格外关注，这些现象在流动地磁异常研判工作中具有较好的应用价值。

3 结论和讨论

选取2017年6月1日至2021年6月30日发生在南北地震带地区的M_S ≥ 5.0地震，对测区流动地磁岩石圈磁场磁偏角D、垂直分量Z、水平矢量H等3个要素进行了深入研究。结果表明，大部分M_S ≥ 5.0地震在岩石圈磁场中表现出较明确的位置特征，尤其是“0”值线附近、水平矢量幅值弱化这2个位置，是中强以上地震的易发部位。对于高梯度带、水平矢量H转向等位置需要格外关注。希望该结论能够作为异常识别的判定依据，进而优化流动地磁震磁信息的提取和辨识工作，进一步增强流动地磁这一重要监测手段对于各级震情会商工作的支撑、服务能力。受测点密度的限制（平均约70 km），南北地震带地区岩石圈磁场的空间分辨率相对较低，更精细的区域岩石圈磁场特征研究有待相关测量工作的进一步推进。

本文使用的流动地磁数据由中国地震局地球物理研究所、河北省地震局、云南省地震局、甘肃省地震局、中国地震局第一监测中心、安徽省地震局、内蒙古自治区地震局、青海省地震局、四川省地震局、福建省地震局、新疆维吾尔自治区地震局、吉林省地震局、黑龙江省地震局等单位共同处理完成，中国地震局地球物理研究所陈斌研究员给予大力指导与帮助，固定地磁台站数据来自中国地震局地球物理研究所国家地磁台网中心，在此一并表示感谢。