馮麗麗 王 粲 陳 斌 袁潔浩

1）中國(guó)北京100081中國(guó)地震局地球物理研究所

2）中國(guó)西寧810001青海省地震局

引言

地磁場(chǎng)由主磁場(chǎng)、巖石圈磁場(chǎng)、變化磁場(chǎng)和感應(yīng)磁場(chǎng)等4部分組成.從地磁場(chǎng)中減去主磁場(chǎng)，再消去變化磁場(chǎng)和感應(yīng)磁場(chǎng)，剩余部分稱為巖石圈磁場(chǎng)，又稱為地殼磁場(chǎng)或地磁異常場(chǎng).巖石圈磁場(chǎng)的異常分布是由巖石圈物質(zhì)磁化強(qiáng)度的不均勻分布所引起的，具有空間分布極其復(fù)雜、而時(shí)間上卻異常穩(wěn)定的特點(diǎn).在地震過(guò)程中巖體受力產(chǎn)生形變直至破裂，巖石磁性會(huì)伴隨這一過(guò)程發(fā)生變化，并表現(xiàn)為巖石圈磁場(chǎng)的變化.若這種變化引起的量級(jí)能夠被地面儀器觀測(cè)到，則可以利用這種效應(yīng)（地震磁效應(yīng)）獲知震源巖體的受力狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)過(guò)程，進(jìn)而可以根據(jù)巖體應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)并結(jié)合地體條件預(yù)測(cè)地震（丁鑒海等，2011）；巖石圈磁場(chǎng)能夠反映地殼和上地幔的結(jié)構(gòu)特征和物質(zhì)組成，可為地球物理構(gòu)造研究提供依據(jù)（車(chē)自成等，2002；吳招才等，2011）；根據(jù)磁異常并結(jié)合地質(zhì)及地球物理資料可以圈定巖體和劃分不同巖性區(qū)，推斷斷裂、破碎帶及褶皺位置及產(chǎn)狀，并圈定和劃分成礦區(qū)（熊光楚，1994；管志寧，1997；李才明，李軍，2013）.

巖石圈磁場(chǎng)一直是地磁學(xué)中的重要研究對(duì)象.得益于美國(guó)、德國(guó)、前蘇聯(lián)和丹麥等國(guó)家陸續(xù)發(fā)射的多顆磁測(cè)衛(wèi)星，對(duì)全球范圍的地磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了高密度連續(xù)觀測(cè).現(xiàn)有大部分全球地磁模型都是基于衛(wèi)星資料建立的，如Pomme模型（Maus et al，2010）和綜合磁場(chǎng)（magnetic field，簡(jiǎn)寫(xiě)為MF）模型（Maus et al，2008）等.美國(guó)和英國(guó)的科研人員將衛(wèi)星、航空、海洋和地面磁測(cè)數(shù)據(jù)綜合匯編，建立了分辨率達(dá)到56km的NGDC-720模型及增強(qiáng)模型（enhanced magnetic model 2010，簡(jiǎn)寫(xiě)為EMM2010）（Maus，2010）.該模型是利用球諧分析法描述巖石圈磁場(chǎng)精度最高的模型之一.利用上述全球模型提供的球諧系數(shù)可以計(jì)算中國(guó)地區(qū)的地磁場(chǎng)強(qiáng)度.

基于實(shí)際需要，我國(guó)地磁科研人員開(kāi)展了大量關(guān)于中國(guó)區(qū)域地磁場(chǎng)模型的研究工作.1950—2000年期間，每10年繪制出版一次中國(guó)地磁圖，2000年以后每5年繪制出版一次中國(guó)地磁圖.目前最新一代中國(guó)地磁圖為《2010.0年代中國(guó)地磁圖》，該地磁圖及與其相配套的2010.0年代中國(guó)地磁參考場(chǎng)（Chinese geomagnetic reference field on 2010epoch，簡(jiǎn)寫(xiě)為CGRF2010）模型描述的是2010.0年代地球主磁場(chǎng)和巖石圈磁場(chǎng)在中國(guó)地區(qū)的分布狀態(tài).

在建立地磁場(chǎng)模型過(guò)程中，由于地磁場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)源不同，以及建立地磁場(chǎng)模型所選用方法不同，可能導(dǎo)致不同地磁模型存在較為顯著的差異.因此，在開(kāi)展研究工作時(shí)，根據(jù)實(shí)際需要選擇適當(dāng)?shù)牡卮艌?chǎng)模型十分重要.本文首先分別計(jì)算了第六代綜合模型MF6及EMM2010模型在中國(guó)大陸地區(qū)內(nèi)（18°N—54°N，73°E—136°E）內(nèi)巖石圈磁場(chǎng)各要素，研究了垂直分量ΔZ的強(qiáng)度及其分布特征；然后對(duì)MF6模型、EMM2010模型及CGRF2010模型的巖石圈磁場(chǎng)分布特征進(jìn)行了對(duì)比，指出3個(gè)模型的差異，并分析造成差異的可能原因；最后分析了各模型的優(yōu)點(diǎn)和不足，以便根據(jù)研究的實(shí)際需要選擇適當(dāng)?shù)哪Ｐ瓦M(jìn)行計(jì)算.

1 建模理論

1.1 高斯球諧分析

高斯在1837年將球諧分析法應(yīng)用于對(duì)地磁場(chǎng)的數(shù)學(xué)描述中.地磁場(chǎng)B是一個(gè)位場(chǎng)，其位函數(shù)可以用一個(gè)標(biāo)量函數(shù)U來(lái)描述，即

在地表與電離層底部之間的自由空間，地磁位U滿足拉普拉斯方程，即

在球坐標(biāo)系下展開(kāi)拉普拉斯方程：

則式（3）的解可寫(xiě)為

式中中括號(hào)內(nèi)有兩項(xiàng)，第1項(xiàng)表示內(nèi)源場(chǎng)，第2項(xiàng)表示外源場(chǎng).地球表面地磁場(chǎng)的絕大部分來(lái)源于地球內(nèi)部，地磁場(chǎng)中內(nèi)源場(chǎng)部分為基本磁場(chǎng)，其相應(yīng)的位函數(shù)為

將式（5）代入式（1）得

式中：Br＝－Z，Bθ＝－X，Bλ＝Y(jié)；X，Y和Z分別為球坐標(biāo)系下地磁場(chǎng)北向分量、東向分量和垂直分量；λ和θ分別為球坐標(biāo)系中經(jīng)度和余緯；a為地球參考半徑（a＝6 371.2km）；r為離開(kāi)地心的徑向距離；Pmn（cosθ）為締合勒讓德函數(shù)；n為球諧級(jí)數(shù)的階，m為球諧級(jí)數(shù)的次；gmn和hmn為球諧系數(shù).

1.2 曲面樣條擬合

在磁異常擬合中，常用曲面樣條函數(shù)擬合，即

式中：x和y分別為待擬合點(diǎn)的空間橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)；xi和yi分別為第i個(gè)原始測(cè)點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)；a，b，c和Fi為曲面樣條擬合系數(shù)；為待擬合點(diǎn)（x，y）與第i個(gè)原始測(cè)點(diǎn)的距離；N為原始數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)；ε為曲率因子，控制曲面擬合數(shù)值與原始數(shù)值的最大差值.Harder和Desmarais（1972）首次將該方法用于地表離散數(shù)據(jù)的插值，安振昌和徐元芳（1981）將該方法引入到中國(guó)地區(qū)地磁場(chǎng)模型計(jì)算中.

2 模型簡(jiǎn)介

2.1 全球模型

近年來(lái)日益發(fā)展的近地表磁測(cè)（地面、海洋和航空磁測(cè)）以及衛(wèi)星磁測(cè)積累了大量的地磁場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù).其中，衛(wèi)星磁測(cè)手段對(duì)地磁場(chǎng)研究作出了突出貢獻(xiàn).衛(wèi)星磁場(chǎng)測(cè)量的顯著優(yōu)點(diǎn)是能夠在地表以上數(shù)百千米的高度對(duì)地磁場(chǎng)進(jìn)行高密度掃描式的測(cè)量，可獲得國(guó)境線以外地區(qū)及自然條件惡劣地區(qū)的地磁測(cè)量數(shù)據(jù)，彌補(bǔ)了其它地磁觀測(cè)手段所不能覆蓋的監(jiān)測(cè)空白.以高斯理論為基礎(chǔ)并結(jié)合大量地磁場(chǎng)實(shí)測(cè)資料，已建立了多種全球地磁場(chǎng)模型.

2.1.1 MF系列模型

MF模型是利用CHAMP衛(wèi)星數(shù)據(jù)構(gòu)建的系列模型.第1版MF1模型于2002年發(fā)布，用15—80階球諧函數(shù)代表巖石圈磁場(chǎng)的可見(jiàn)部分（Maus et al，2008）.隨著CHAMP衛(wèi)星磁測(cè)數(shù)據(jù)的不斷積累，陸續(xù)建立了新的MF系列模型.其中，MF6模型使用2004—2007年的觀測(cè)數(shù)據(jù)建立，最大截止階數(shù)提高到133階，所對(duì)應(yīng)的最小空間波長(zhǎng)為300km.該模型是第一個(gè)基于衛(wèi)星解決海底磁條帶方向的巖石圈磁場(chǎng)模型，可以揭示海洋地殼的年齡結(jié)構(gòu).由MF6模型計(jì)算得到的中國(guó)大陸及其鄰區(qū)巖石圈磁場(chǎng)如圖1所示.可以看出，其正負(fù)異常條帶似蠕蟲(chóng)狀相間分布，條帶寬度約為150—300km.

2.1.2 NGDC-720模型和EMM2010模型

NGDC-720模型是由地面、航空、海洋和衛(wèi)星磁測(cè)數(shù)據(jù)綜合匯編而成.該模型建立過(guò)程中使用了經(jīng)掃描數(shù)字化后的中國(guó)大陸地區(qū)航磁圖數(shù)據(jù).由于衛(wèi)星數(shù)據(jù)決定的長(zhǎng)波長(zhǎng)場(chǎng)更為可靠，故波長(zhǎng)大于330km的成分由CHAMP衛(wèi)星得到的地殼磁場(chǎng)所代替.最后，由最小二乘法反演求出地磁位的球諧系數(shù).NGDC-720模型提供了16—720階球諧級(jí)數(shù)展開(kāi)來(lái)表示地殼場(chǎng)，對(duì)應(yīng)于2 500—56km的空間波長(zhǎng)范圍.720階的截?cái)嚯A數(shù)相當(dāng)于角波長(zhǎng)為30弧分，即模型分辨率為15弧分.從此意義上看，該模型具有極高的空間分辨率.

作為EMM模型的前身，NGDC-720模型將不再進(jìn)行更新.以后的版本則稱為EMM2010模型.該模型包含1—720階的球諧級(jí)數(shù)，時(shí)間跨度為2000—2015年.其中2000—2010年的主磁場(chǎng)（1—15階）是由POMME7模型的前15階所代替.巖石圈磁場(chǎng)部分（16—720階）則來(lái)源于NGDC-720模型.由EMM2010模型計(jì)算得到的中國(guó)大陸及其鄰區(qū)巖石圈磁場(chǎng)分布如圖2所示.理論上該模型分辨率可達(dá)到56km，因此其所顯示的磁異常細(xì)節(jié)特征十分顯著，碎屑狀磁異常散布于整個(gè)區(qū)域.在大規(guī)模盆地及山脈地區(qū)，一般可出現(xiàn)較大尺度的片狀磁異常區(qū).

圖1 由MF6模型得到的中國(guó)大陸及其鄰區(qū)巖石圈磁場(chǎng)北向分量ΔX（a），東向分量ΔY （b）和垂直分量ΔZ（c）A—E分別為西域巖石圈、青藏巖石圈、松遼巖石圈、華北巖石圈和華南巖石圈地塊，下同F(xiàn)ig.1 The north componentΔX （a），east componentΔY （b）and vertical componentΔZ （c）of lithospheric magnetic field of Chinese mainland and its adjacent areas obtained by the model MF6 The capital letters A，B，C，D，Erepresent the Xiyu，Qinghai-Xizang（Tibet），Songliao，North China and South China lithosphere block，respectively，the same below

圖2 由EMM2010模型得到的中國(guó)大陸及其鄰區(qū)巖石圈磁場(chǎng)北向分量ΔX（a），東向分量ΔY （b）和垂直分量ΔZ（c）Fig.2 The north componentΔX （a），east componentΔY （b）and vertical componentΔZ （c）of lithospheric magnetic field of Chinese mainland and its adjacent areas obtained by the model EMM2010

2.2 2010.0年代中國(guó)區(qū)域地磁場(chǎng)曲面樣條模型

2008—2009年，中國(guó)地震局地球物理研究所承擔(dān)了中國(guó)大陸地區(qū)共851個(gè)野外地磁三分量測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量工作（陳斌，2013）.這些測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)是《2010.0年代中國(guó)地磁圖》的主要數(shù)據(jù)來(lái)源.除此之外，2002—2004年431個(gè)測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)也參與到《2010.0年代中國(guó)地磁圖》的編制過(guò)程中.另外，《2010.0年代中國(guó)地磁圖》還使用了鄰近海島及周邊國(guó)家190個(gè)測(cè)點(diǎn)的歷史地磁觀測(cè)數(shù)據(jù)，以及32個(gè)國(guó)內(nèi)地磁臺(tái)和11個(gè)周邊國(guó)家地磁臺(tái)的觀測(cè)數(shù)據(jù).將全部測(cè)點(diǎn)的地磁觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行日變化改正和長(zhǎng)期變化改正后，統(tǒng)一歸算到2010年1月1日午夜北京時(shí)00—03時(shí)的地磁場(chǎng)均值中.為降低邊界效應(yīng)，還在計(jì)算區(qū)域邊緣均勻補(bǔ)充了36個(gè)測(cè)點(diǎn)的國(guó)際地磁參考場(chǎng)計(jì)算值.

圖3 2010.0年代中國(guó)地磁參考場(chǎng)模型野外地磁測(cè)點(diǎn)和臺(tái)站分布Fig.3 Distribution of stations and observatories of the model CGRF2010

對(duì)上述數(shù)據(jù)直接進(jìn)行曲面樣條擬合，計(jì)算了中國(guó)大陸地區(qū)地磁場(chǎng)，得到了2010.0年代中國(guó)地區(qū)地磁場(chǎng)曲面樣條模型.該數(shù)據(jù)已經(jīng)進(jìn)行了日變化改正，扣除了外源場(chǎng)的影響.由于測(cè)量過(guò)程中避開(kāi)了快速變化的外源磁場(chǎng)活動(dòng)時(shí)段，降低了感應(yīng)磁場(chǎng)的影響，故建模過(guò)程中可忽略這部分能量，可以認(rèn)為擬合得到的模型中包含了主磁場(chǎng)和巖石圈磁場(chǎng).其中主磁場(chǎng)部分根據(jù)2010.0年代中國(guó)地區(qū)地磁場(chǎng)球冠諧模型（陳斌，2013）計(jì)算得到.該模型利用8階球冠諧函數(shù)擬合中國(guó)地區(qū)851個(gè)測(cè)點(diǎn)的流動(dòng)地磁觀測(cè)數(shù)據(jù)，得到主磁場(chǎng)；將其從2010.0年代中國(guó)地區(qū)地磁場(chǎng)曲面樣條模型中消除，即可得到2010.0年代中國(guó)地區(qū)巖石圈磁場(chǎng).

圖4為由CGRF2010模型得到的中國(guó)大陸巖石圈磁場(chǎng).可以看出，該區(qū)域巖石圈磁場(chǎng)以串珠狀磁異常為主，東部與西部存在較大差異.東部由于測(cè)點(diǎn)密集，顯示出大量的磁異常細(xì)節(jié)，而西部尤其是青藏高原地區(qū)由于測(cè)點(diǎn)稀少分辨率則較低.在CGRF2010模型中中國(guó)大陸巖石圈磁場(chǎng)存在若干大尺度的異常區(qū)，下文將作進(jìn)一步討論.

3 中國(guó)大陸地區(qū)巖石圈磁場(chǎng)

圖4 由CGRF2010模型得到的中國(guó)大陸巖石圈磁場(chǎng)北向分量ΔX（a），東向分量ΔY （b）和垂直分量ΔZ（c）Fig.4 The north componentΔX （a），east componentΔY （b）and vertical componentΔZ （c）of lithospheric magnetic field of Chinese mainland obtained by the model CGRF2010

中國(guó)大陸位于歐亞、印度－澳大利亞和太平洋（菲律賓）三大板塊交匯部位，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的地質(zhì)演化歷史，地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜，巖石圈結(jié)構(gòu)頗具特色.根據(jù)李廷棟（2006）研究可以將中國(guó)大陸劃分為5個(gè)巖石圈地塊，分別為西域巖石圈、青藏巖石圈、松遼巖石圈、華北巖石圈和華南巖石圈地塊.下面分別討論由3個(gè)模型計(jì)算得出的巖石圈磁場(chǎng)垂直分量ΔZ在5個(gè)巖石圈地塊內(nèi)的分布特征.由于EMM2010模型正負(fù)磁異常區(qū)分布概貌與MF6模型十分類(lèi)似，因此將二者作為全球模型共同討論.

3.1 西域巖石圈地塊

西域巖石圈地塊以康西瓦斷裂帶—阿爾金斷裂帶—祁連北緣斷裂帶與青藏巖石圈地塊為分界，東部為南北構(gòu)造帶，北部和西部延伸至境外.地殼表層構(gòu)造為近東西向造山帶與構(gòu)造盆地相間排列的構(gòu)造格局，形成“三山二盆”結(jié)構(gòu)，從北到南依次為阿爾泰山、準(zhǔn)噶爾盆地、天山、塔里木盆地和昆侖山.各模型計(jì)算得出的西域巖石圈地塊ΔZ分量分布如圖5所示.可以看出，全球模型ΔZ分量山脈沿線以負(fù)磁異常為主，盆地地區(qū)多為正磁異常.具體表現(xiàn)為：

1）阿爾泰山負(fù)異常.由MF6和EMM2010模型得出的巖石圈磁場(chǎng)在該地區(qū)均表現(xiàn)為負(fù)磁異常，最大異常強(qiáng)度均在－110nT左右.異常區(qū)邊緣磁場(chǎng)水平梯度大，向內(nèi)逐漸趨于平緩.

2）南北天山負(fù)異常.沿南北天山出現(xiàn)呈V字型分布的負(fù)異常.在南天山南部負(fù)異常區(qū)范圍向南擴(kuò)散到塔里木盆地北部，覆蓋了40°N以北的大部分地區(qū).由MF6模型得到的該地區(qū)巖石圈磁場(chǎng)最大負(fù)異常為－150nT（85.4°E，41.8°N）；由EMM2010模型得到的該地區(qū)巖石圈磁場(chǎng)最大負(fù)異常為－223nT（88°E，41°N）.

圖5 由MF6（a），EMM2010（b）和CGRF2010（c）模型得到的中國(guó)大陸西部地區(qū)巖石圈磁場(chǎng)垂直分量ΔZFig.5 The vertical componentΔZof lithospheric magnetic field of western Chinese mianland obtained by the models MF6（a），EMM2010（b）and CGRF2010（c）

3）準(zhǔn)噶爾盆地正異常.準(zhǔn)噶爾盆地除小部分邊緣地區(qū)以外，巖石圈磁場(chǎng)均表現(xiàn)為正磁異常.由MF6和EMM2010模型得到的該地區(qū)巖石圈磁場(chǎng)最大強(qiáng)度分別為87nT（84.7°E，46.4°N）和207nT（85.5°E，45.2°N）.EMM2010模型相比于 MF6模型的一個(gè)顯著特征表現(xiàn)為：在準(zhǔn)噶爾盆地中部，存在一條貫穿東西、略向南凸出的狹窄負(fù)磁異常帶，強(qiáng)度約為－110nT.該特征與趙俊猛等（2008）提供的航磁異常圖相符合.

4）塔里木盆地中南部正異常.塔里木盆地在40°N以南為正異常區(qū)，該區(qū)域范圍與盆地邊緣基本吻合.由MF6和EMM2010模型得到的該區(qū)域巖石圈磁場(chǎng)最大強(qiáng)度分別為171nT（87.3°E，39.9°N）和389nT（82.4°E，39.6°N）.EMM2010模型得到的巖石圈磁場(chǎng)在塔里木盆地南部可見(jiàn)一條東西向延展的狹窄負(fù)磁異常帶，幾乎貫穿了整個(gè)盆地，但其異常強(qiáng)度并不大，約為－20—－30nT.該結(jié)果與楊文采等（2012）的結(jié)論一致.

根據(jù)地磁場(chǎng)球諧理論，EMM2010模型所描述的巖石圈磁場(chǎng)比MF6模型包含了更多的短波成分，表明EMM2010模型所顯示的小尺度異常與淺表的磁化率分布有關(guān).CGRF2010模型ΔZ分量與全球模型在該地區(qū)表現(xiàn)出顯著的不同，具體表現(xiàn)為：

1）準(zhǔn)噶爾盆地核心區(qū)正異常.準(zhǔn)噶爾盆地的巖石圈磁場(chǎng)分布較為不規(guī)則，與地表構(gòu)造的關(guān)系似乎并不明確，其最大正異常值為259nT（86.4°E，45.7°N）.

2）南北天山及塔里木盆地北部以負(fù)異常為主.最大負(fù)異常為－228nT（83.6°E，41.8°N），其延展優(yōu)勢(shì)方向?yàn)闁|西向，在東緣被一弧形正異常斬?cái)啵诒辈克坪跸虮毖由斐鰞蓷l南北向負(fù)異常帶.

3）塔里木盆地中南部正異常.其分布范圍比全球模型略向北收攏，最大正異常為234nT（88.8°E，40.4°N）.雖然該區(qū)域幾個(gè)核心位置的磁異常正負(fù)性并未見(jiàn)大面積反轉(zhuǎn)，但其異常區(qū)分布范圍和形態(tài)均明顯有別于全球模型.尤其在北部地區(qū)，全球模型異常條帶基本沿東西向延展，而CGRF2010模型似乎以南北向條帶居多.

由于CGRF2010模型測(cè)點(diǎn)僅分布于境內(nèi)，阿爾泰山絕大部分地區(qū)由于缺乏磁場(chǎng)觀測(cè)資料，故在此不作討論.

3.2 青藏巖石圈地塊

青藏巖石圈地塊包括整個(gè)青藏高原，其北部康西瓦斷裂帶—阿爾金斷裂帶—祁連北緣斷裂帶與西域巖石圈地塊相鄰，南部喜馬拉雅主邊界斷裂帶與印巴巖石圈地塊相隔，東部龍門(mén)山造山帶與華南巖石圈地塊相接.各模型計(jì)算得到的青藏巖石圈地塊ΔZ分量分布如圖5所示.全球模型ΔZ分量在青藏巖石圈地塊的分布特征康國(guó)發(fā)等（2011）曾作過(guò)詳細(xì)討論，在此簡(jiǎn)要說(shuō)明以下兩點(diǎn)：

1）在MF6模型和EMM2010模型磁異常圖上，青藏高原地區(qū)巖石圈磁場(chǎng)總體表現(xiàn)為低值異常區(qū)，與其周邊地區(qū)（北部塔里木盆地強(qiáng)正異常區(qū)、西南部印度板塊團(tuán)狀高值異常區(qū)）形成鮮明對(duì)比.駱遙（2013）研究表明，NGDC-720模型在青藏高原為一巨大資料空白區(qū)，導(dǎo)致其不能反映高原內(nèi)各地塊分界，并表現(xiàn)出低強(qiáng)度且均勻的負(fù)異常特征.

2）在青藏高原低弱的負(fù)磁異常背景下，柴達(dá)木盆地顯示出較大范圍的微弱正異常.在MF6和EMM2010模型巖石圈磁場(chǎng)圖上，該地區(qū)磁異常強(qiáng)度不超過(guò)50nT，且分布范圍僅限于柴達(dá)木盆地東部.

CGRF2010模型ΔZ分量與全球模型存在較大差異.由于可可西里無(wú)人區(qū)自然條件過(guò)于惡劣，因此缺乏有效的地面觀測(cè)數(shù)據(jù).除該地區(qū)外，西部地區(qū)地磁測(cè)點(diǎn)平均密度約為150km.盡管地磁測(cè)點(diǎn)的空間分布密度遠(yuǎn)低于衛(wèi)星磁測(cè)，但將地面磁測(cè)數(shù)據(jù)用于中國(guó)地區(qū)地磁場(chǎng)建模能夠真實(shí)有效地反映地表磁場(chǎng).基于地表的磁場(chǎng)觀測(cè)相比于350—400km高度的衛(wèi)星觀測(cè)包含了更多的磁場(chǎng)信息，尤其是巖石圈磁場(chǎng)（短波長(zhǎng)的巖石圈磁場(chǎng)成分會(huì)隨著高度增加而迅速衰減）.數(shù)據(jù)源的差異使得CGRF2010模型相比于衛(wèi)星模型得到的巖石圈磁場(chǎng)分布形態(tài)及異常強(qiáng)度均存在較大差異.該模型得到的青藏巖石圈地塊磁異常特征為：

1）青藏高原東北部正異常.在青藏高原東北部存在一個(gè)上千千米尺度的正異常區(qū)，其范圍覆蓋了整個(gè)柴達(dá)木盆地且向南突出，貫穿巴顏喀拉地塊中段并延伸到羌塘地塊中部.該異常強(qiáng)度達(dá)到231nT（37°N，91°E）.沿著該區(qū)域向東、西、南3個(gè)方向輻射有若干個(gè)異常條帶，但強(qiáng)度并不大.

2）青藏高原南部南北向磁異常帶.與全球模型不同，CGRF2010模型得到的巖石圈磁場(chǎng)在青藏高原南部存在明顯的正負(fù)異常分區(qū).該異常條帶優(yōu)勢(shì)方向?yàn)槟媳毕?，與青藏高原南部已探明的南北向構(gòu)造走向（薛典軍等，2006）一致.與此同時(shí)，CGRF2010模型得到的巖石圈磁異常強(qiáng)度普遍比全球模型高，其最大正異常強(qiáng)度達(dá)到208nT（82.6°E，32.7°N），而最大負(fù)異常也達(dá)到－178nT（80.6°E，32.3°N）.

應(yīng)指出的是，由于測(cè)點(diǎn)分布稀疏，監(jiān)測(cè)空區(qū)（可可西里地區(qū)）磁場(chǎng)模型誤差較大.而在青藏高原南部分布有若干地磁測(cè)點(diǎn)，從而保證了CGRF2010模型在該地區(qū)可信度較高.

3.3 松遼巖石圈地塊

松遼巖石圈地塊包括東北東部、松遼平原和大興安嶺地區(qū)南部.該地塊以中朝地臺(tái)北緣斷裂帶為界與華北巖石圈地塊相接；向西向北可能包括了蒙古東部及俄羅斯外興安嶺以南廣大地區(qū)；向東連接錫霍特地區(qū).衛(wèi)星磁異常條帶走向以ENE向?yàn)橹?，與控制該地區(qū)的主要構(gòu)造走向一致（圖6）.全球模型ΔZ分量在該地區(qū)的主要分布特征如下：

1）大興安嶺正異常.MF6模型巖石圈磁場(chǎng)圖上，從西伯利亞?wèn)|南部到該區(qū)域分布一系列ENE向近似平行延伸的蠕蟲(chóng)狀正負(fù)異常條帶.在中國(guó)境內(nèi)，沿大興安嶺北段存在一條寬約500km的正異常帶，強(qiáng)度達(dá)到150nT.在45°N以南靠近陰山—燕山構(gòu)造帶北部地區(qū)異常條帶轉(zhuǎn)為NE向，并向西延伸且逐漸向陰山—燕山構(gòu)造帶靠攏.EMM2010模型得到的巖石圈磁場(chǎng)在整體上符合上述特征，局部強(qiáng)度比MF6模型得到的異常強(qiáng)度要大.

2）松遼盆地正負(fù)異常交錯(cuò)分布.在大興安嶺、小興安嶺及長(zhǎng)白山環(huán)繞的松遼盆地，MF6模型巖石圈磁場(chǎng)顯示出西北負(fù)異常、東南正異常的格局，異常強(qiáng)度不大.而EMM2010模型磁異常分布十分復(fù)雜，呈碎屑狀正負(fù)異常交錯(cuò)分布，意味著該地區(qū)巖石圈淺部磁化率分布不均勻程度高.值得注意的是，在正負(fù)異常錯(cuò)雜分布的大背景下，在松遼盆地東北角，小興安嶺與長(zhǎng)白山交匯處所圍的三角形地區(qū)存在范圍約為200km的正異常區(qū)，該異常區(qū)可能與該地區(qū)較深的居里面有關(guān)（胡旭芝等，2006）.

圖6 由MF6（a），EMM2010（b）和CGRF2010（c）模型得到的中國(guó)大陸東部地區(qū)巖石圈磁場(chǎng)垂直分量ΔZFig.6 The vertical componentΔZof lithospheric magnetic field of eastern Chinese mainland obtained by the models MF6（a），EMM2010（b）and CGRF2010（c）

3）長(zhǎng)白山低值異常.在松遼盆地東南部的長(zhǎng)白山地區(qū)，MF6模型得到的磁異常強(qiáng)度絕對(duì)值在50nT以內(nèi)，從東北到西南呈正負(fù)異常相間排列.而EMM2010模型得到的巖石圈磁場(chǎng)則以從東北部的三江平原地區(qū)延伸的負(fù)異常為背景，在該背景下呈現(xiàn)小尺度的正異常零星分布.

CGRF2010模型ΔZ分量在42°E以北地區(qū)，地磁測(cè)點(diǎn)空間分布較為均勻，平均間隔約為110km.該地區(qū)巖石圈磁異常分布呈現(xiàn)十分明顯的團(tuán)狀不均勻性，磁異常強(qiáng)度大且區(qū)域內(nèi)變化劇烈，與同區(qū)域的衛(wèi)星磁異常特征有著顯著差別.具體分布特征為：

1）大興安嶺串珠狀負(fù)異常.在我國(guó)境內(nèi)大興安嶺南段，串珠狀負(fù)異常沿北東向分布并向西南方向延伸，最大強(qiáng)度約為－340nT（120°E，45.5°N），其兩側(cè)伴隨有團(tuán)狀正異常，沿西北方向磁異常變化劇烈；在大興安嶺西南段，負(fù)異常面積增大、強(qiáng)度減弱，并逐漸轉(zhuǎn)向東北偏東方向.

2）松遼盆地正異常.松遼盆地整體表現(xiàn)為數(shù)個(gè)正異常團(tuán)，北部正異常團(tuán)強(qiáng)度最大，超過(guò)500nT，且該正異常范圍在盆地東北部向長(zhǎng)白山北緣突出，這一細(xì)節(jié)特征與衛(wèi)星模型磁異常圖是一致的.

3）長(zhǎng)白山負(fù)異常.除北部小區(qū)域外，長(zhǎng)白山脈沿線以負(fù)異常為主，強(qiáng)度約為150nT.

3.4 華北巖石圈地塊

華北巖石圈地塊北以中朝地臺(tái)北緣斷裂帶為界，與松遼巖石圈地塊相鄰；南以商丹斷裂帶—磨子潭斷裂帶—舟山斷裂帶為界，與華南巖石圈地塊相接；西界為南北構(gòu)造帶；向東包括黃海.在大地構(gòu)造上主要屬于中朝地臺(tái)范疇.該區(qū)域地殼表層構(gòu)造呈NNE向隆起與坳陷相間排列的構(gòu)造格局.全球模型ΔZ分量顯示華北巖石圈地塊磁異常與其東部松遼巖石圈地塊存在較為明顯差異（圖6）.MF6模型得到的巖石圈磁異常尺度較小，正負(fù)異常形態(tài)多呈團(tuán)狀，條帶狀不明顯；而EMM2010模型得到的巖石圈磁場(chǎng)則可以分辨出較為清晰的NE向正負(fù)異常條帶，但異常條帶并不沿構(gòu)造邊界延展.具體區(qū)域特征如下：

1）鄂爾多斯NE向正負(fù)異常條帶.在MF6模型得到的巖石圈磁場(chǎng)圖上該特征并不明顯，但在EMM2010模型得到的巖石圈磁場(chǎng)圖上卻顯示了4條清晰的NE向正負(fù)異常條帶，其分布方向與構(gòu)造走向存在一個(gè)夾角.

2）華北細(xì)碎的巖石圈磁場(chǎng).在太行山以西，相對(duì)于鄂爾多斯，MF6模型得到的磁異常弱且平緩，焦點(diǎn)異常值約為70nT（116.1°E，34.8°N）.而EMM2010模型得到的巖石圈磁場(chǎng)則顯示了非常細(xì)碎的正負(fù)異常細(xì)節(jié)，除南部邊界附近的狹窄異常帶以外，并未見(jiàn)其它顯著的規(guī)律性分布，焦點(diǎn)異常值約為370nT（117.8°E，37.8°N）.

3）南黃海陸上負(fù)異常.在MF6模型得到的巖石圈磁場(chǎng)圖上，郯廬斷裂帶南段（華北東部）與磁異常零值線基本重合.其西側(cè)磁異常為正異常，東側(cè)南黃海陸地部分為負(fù)異常，最大異常值約為－75nT（119.7°E，32.5°N）.EMM2010模型在負(fù)異常背景下顯示了一些細(xì)碎的正異常，似乎存在兩條分別為NE向和ENE向負(fù)異常帶從陸地向黃海延伸出去.陸上最大負(fù)異常值約為－190nT（120.4°E，32°N）.

CGRF2010模型ΔZ分量在該地區(qū)測(cè)點(diǎn)準(zhǔn)均勻分布，點(diǎn)間距為70—100km.從該模型得到的巖石圈磁場(chǎng)圖來(lái)看，具有以下幾個(gè)顯著的區(qū)域特征：

1）鄂爾多斯NE向磁異常帶.該地區(qū)CGRF2010模型與EMM2010模型得到的巖石圈磁場(chǎng)類(lèi)似.所不同的是，CGRF2010模型得到的該地區(qū)正異常條帶寬于負(fù)異常條帶，且NE向分布的正異常帶有跨過(guò)構(gòu)造邊界向東延伸的趨勢(shì).該地區(qū)最大異常值約為300nT（111.2°E，38.2°N）.

2）華北團(tuán)狀磁異常.該地區(qū)CGRF2010模型得到的巖石圈磁場(chǎng)分布與衛(wèi)星模型差異很大.泰山附近負(fù)異常顯著，異常值達(dá)到－347nT（117°E，36.2°N）；北京及河北地區(qū)主要為正異常，最大異常值為373nT（116.2°E，39.4°N）；南部未見(jiàn)明顯沿構(gòu)造邊界分布的磁異常條帶.

3）南黃海陸上團(tuán)狀磁異常.該地區(qū)范圍不大，但CGRF2010模型顯示的巖石圈磁場(chǎng)分布卻存在異常強(qiáng)度大、形態(tài)復(fù)雜的特點(diǎn).可能是由于海上無(wú)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致海陸交界地區(qū)模型結(jié)果準(zhǔn)確性降低.該模型與衛(wèi)星模型得到的巖石圈磁場(chǎng)的顯著區(qū)別在于該地區(qū)存在明顯的正異常團(tuán)，例如：南京附近200km尺度的正異常團(tuán)，其最大強(qiáng)度為265nT（118.8°E，31.8°N）；山東省境內(nèi)郯蘆斷裂帶東側(cè)的正異常團(tuán).

3.5 華南巖石圈地塊

華南巖石圈地塊北以商丹斷裂帶—磨子潭斷裂帶—舟山斷裂帶為界，與華北巖石圈地塊相隔；南以濱海斷裂帶為界，與南海巖石圈地塊相鄰；西抵川滇南北向構(gòu)造帶；向東包括東海和琉球島弧隆起帶.全球模型ΔZ分量沿北部邊界可見(jiàn)狹窄的磁異常條帶，邊界兩側(cè)磁異常特征迥異.與華北巖石圈地塊的中小尺度團(tuán)狀磁異常不同，華南巖石圈地塊除四川盆地外，其余地區(qū)磁異常強(qiáng)度低，變化平緩，且以負(fù)異常為主（圖6）.具體區(qū)域特征為：

1）四川盆地正異常區(qū)及其北部負(fù)異常區(qū).四川盆地及其北部地區(qū)在中國(guó)地區(qū)衛(wèi)星磁異常圖上十分顯眼，其原因在于該地區(qū)出現(xiàn)一對(duì)尺度約為800km×300km、近東西向延展的正負(fù)異常對(duì).其中四川盆地以強(qiáng)正異常為主，由MF6模型得到的巖石圈磁場(chǎng)最大磁異常為189nT，而EMM2010模型得到的最大磁異常達(dá)到457nT（106.4°E，30.8°N）；四川盆地北部巖石圈磁場(chǎng)強(qiáng)度向北迅速衰減，零值線沿盆地北緣展布；繼續(xù)向北沿大巴山脈以及漢中盆地存在一個(gè)與該正異常區(qū)尺度相當(dāng)?shù)呢?fù)磁異常區(qū)，由MF6和EMM2010模型得到的巖石圈磁場(chǎng)強(qiáng)度最大分別為－90nT（107°E，32.7°N）和－205nT（107.4°E，32.6°N）.

2）華南巖石圈地塊其它區(qū)域巖石圈磁場(chǎng)低弱平緩.由MF6模型得到的巖石圈磁場(chǎng)顯示華南腹地為廣泛寬緩的負(fù)值區(qū)，而一條低值正異常帶沿華南地塊北部邊界、東海、臺(tái)灣海峽及西部邊界綿延不斷將整個(gè)負(fù)異常區(qū)包圍；EMM2010模型與MF6模型得到的巖石圈磁場(chǎng)的區(qū)別在于，在大的區(qū)域異常背景之下，有大量細(xì)小的正負(fù)異常碎片散落各處.除西北部的四川盆地、大巴山地區(qū)以外，華南巖石圈地塊其它區(qū)域顯示了低弱的巖石圈磁場(chǎng)值，絕大部分地區(qū)MF6模型得到的巖石圈磁場(chǎng)強(qiáng)度在50nT以下，EMM2010模型得到的巖石圈磁場(chǎng)強(qiáng)度在100nT以下.

CGRF2010模型ΔZ分量在四川盆地為正異常區(qū)，其北部為負(fù)磁異常區(qū)，該形態(tài)特征與MF6及EMM2010模型得到的巖石圈磁場(chǎng)相近.但北部負(fù)異常區(qū)南北略微收緊呈帶狀，最大磁異常為－367nT（103.6°E，31.8°N）；南部正異常區(qū)幾乎完整地覆蓋了整個(gè)四川盆地，磁場(chǎng)強(qiáng)度為395nT（106°E，30.8°N）.在華夏復(fù)合陸內(nèi)造山區(qū)（張國(guó)偉等，2013）則主要表現(xiàn)為正異常，除浙江麗水附近的強(qiáng)正異常團(tuán)最大值達(dá)到567nT（120.1°E，28°N）以外，其余地區(qū)均在150nT以下.尤其值得指出的是：在東南沿?；鸪蓭r帶為正異常；在正異常背景下有小范圍負(fù)異常區(qū)，如杭州南部及武夷山沿線；江南造山帶為斷續(xù)低弱的負(fù)異常區(qū)；揚(yáng)子地塊南部以負(fù)異常為主，強(qiáng)度在－110nT以下.

4 討論與結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)MF6模型、EMM2010模型及CGRF2010模型分別計(jì)算的中國(guó)大陸地區(qū)巖石圈磁場(chǎng)ΔZ分量分布特征進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論：

1）3個(gè)模型ΔZ分量在準(zhǔn)噶爾盆地、塔里木盆地、柴達(dá)木盆地及四川盆地等地區(qū)均為正值，而在天山、大巴山等地區(qū)則為負(fù)值.異常強(qiáng)度CGRF2010模型最大，EMM2010次之，MF6最小，說(shuō)明利用不同數(shù)據(jù)源計(jì)算得到的模型所包含的巖石圈磁場(chǎng)成分不盡相同.CGRF2010模型主要使用地面磁測(cè)數(shù)據(jù)，最大限度地保留了地表以下巖石所產(chǎn)生的磁場(chǎng)信息；EMM2010模型對(duì)航空磁場(chǎng)數(shù)據(jù)的應(yīng)用以及高達(dá)720階的截?cái)嚯A數(shù)，使得其相對(duì)于MF6模型包含更多的磁場(chǎng)信息.3種模型得到的巖石圈磁場(chǎng)異常區(qū)范圍大致吻合，僅細(xì)節(jié)略有不同.巖石圈磁場(chǎng)ΔZ分量分布在華北巖石圈地塊與華南巖石圈地塊吻合程度高；在青藏高原南部、西域巖石圈地塊北部及松遼巖石圈地塊，全球模型與CGRF2010模型存在顯著差別.

2）MF6模型能夠顯示出大尺度構(gòu)造單元所反映的巖石圈磁場(chǎng)輪廓，如塔里木盆地和四川盆地正異常，大興安嶺—陰山、南北天山和大巴山負(fù)異常等.由于該模型是由衛(wèi)星數(shù)據(jù)建立，因此利用該模型能夠計(jì)算得到中國(guó)及周邊地區(qū)的巖石圈磁場(chǎng)強(qiáng)度，對(duì)于研究跨國(guó)界的構(gòu)造及地震活動(dòng)性具有重要意義.但由于衛(wèi)星飛行高度為地表以上數(shù)百千米，不能對(duì)地磁場(chǎng)的短波成分形成有效觀測(cè)，因此僅僅基于衛(wèi)星數(shù)據(jù)建立的MF6模型其分辨率較低，不能滿足對(duì)中小尺度構(gòu)造的研究.

3）EMM2010模型顯示的磁異常背景與MF6模型相似，但在細(xì)節(jié)上卻不盡相同.例如塔里木盆地和四川盆地正異常，南北天山、大巴山和大興安嶺—陰山負(fù)異常等大尺度異常區(qū)，在主體異常背景之下可見(jiàn)小范圍細(xì)碎的相反性質(zhì)的磁異常分布，體現(xiàn)了地表淺層磁性物質(zhì)分布的復(fù)雜性.尤其在松遼巖石圈地塊和華北巖石圈地塊，該模型巖石圈磁場(chǎng)細(xì)節(jié)特征顯著，可能代表著該地區(qū)淺表磁性物質(zhì)分布相當(dāng)復(fù)雜.

由于整合了全球的地面、航空、海洋及衛(wèi)星磁測(cè)數(shù)據(jù)并將球諧函數(shù)的截?cái)嚯A數(shù)提高到720階，故EMM2010模型能夠顯示全球范圍的巖石圈磁場(chǎng)細(xì)節(jié).高達(dá)56km的空間分辨率主要依托稀疏的地面臺(tái)站觀測(cè)數(shù)據(jù)及航空磁測(cè)數(shù)據(jù).但在青藏高原等航空磁測(cè)空區(qū)EMM2010模型的準(zhǔn)確性還有待進(jìn)一步論證.

4）CGRF2010模型得到的巖石圈磁場(chǎng)與前兩者有較大區(qū)別，尤其在中國(guó)西部地區(qū)更為明顯.青藏高原地區(qū)存在較強(qiáng)磁異常區(qū)，例如柴達(dá)木盆地，以及在青藏高原南部存在若干個(gè)南北向展布的正異常區(qū)，與已探明的南北向構(gòu)造特征相符.而在西域巖石圈地塊北部地區(qū)，CGRF2010模型地磁異常則表現(xiàn)出強(qiáng)度強(qiáng)、梯度大的特點(diǎn)，且有南北向展布的趨勢(shì).東部地區(qū)由于地磁測(cè)點(diǎn)分布密集，保證了該模型的分辨率及可靠性.相鄰巖石圈地塊顯示出了獨(dú)特的磁異常特征：松遼巖石圈地塊的團(tuán)狀強(qiáng)磁異常，華北巖石圈地塊細(xì)碎的正負(fù)異常，華南巖石圈地塊一對(duì)大規(guī)模磁異常區(qū)以及周邊相對(duì)低弱而均勻的磁異常區(qū).

CGRF2010模型是基于中國(guó)大陸地面磁場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)建立的，能在最大程度上準(zhǔn)確真實(shí)地反映了中國(guó)大陸地區(qū)地磁場(chǎng)的空間分布特征，尤其是地殼淺層磁性物質(zhì)產(chǎn)生的磁場(chǎng)成分保存得比較完整.但由于受地理環(huán)境及自然條件制約，地面磁場(chǎng)觀測(cè)很難覆蓋所有地區(qū)，如可可西里無(wú)人區(qū)、國(guó)境線以外等地區(qū).由于缺乏有效的數(shù)據(jù)控制，地磁場(chǎng)模型在邊界附近可能存在畸變，且不能擬合境外的巖石圈磁場(chǎng).在研究跨國(guó)界的地震活動(dòng)和大地構(gòu)造時(shí)，需要能夠描述邊境附近巖石圈磁場(chǎng)的地磁模型.為滿足上述要求，值得探索的方法一是補(bǔ)充監(jiān)測(cè)空白區(qū)的地面地磁測(cè)點(diǎn)；二是整合多源數(shù)據(jù)，如衛(wèi)星磁測(cè)數(shù)據(jù)與地面磁測(cè)數(shù)據(jù)的整合，能夠從一定程度上增強(qiáng)對(duì)地面監(jiān)測(cè)空區(qū)及國(guó)界周邊地區(qū)的監(jiān)測(cè)能力.

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