王朝景，李博，蘇樹朋，張海洋，劉德強(qiáng)，趙慧琴，毛豐龍

(河北省地震局保定中心臺(tái)，河北保定 071000)

0 引 言

巖石圈磁場(chǎng)是地球磁場(chǎng)的重要組成部分，地殼介質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)、溫度與壓力的變化等均影響著巖石圈磁場(chǎng)的變化[1-3]。近年來巖石圈磁場(chǎng)空間變化及震磁異常的相關(guān)研究取得了良好進(jìn)展[4-7]。冀南地區(qū)斷裂帶發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，是華北克拉通地塊的一個(gè)重要構(gòu)造帶，太行山隆起與華北平原坳陷區(qū)在此交匯[8-11]。區(qū)域斷裂帶以北東向、北北東向?yàn)橹?，主要分布有太行山山前斷裂帶、晉縣斷裂帶、廣宗斷裂帶、明化鎮(zhèn)斷裂帶及館陶西斷裂帶等；次級(jí)斷裂帶以北西向、北西西向控制為主，主要發(fā)育有橫貫東西的磁縣—大名斷裂帶，及永年斷裂帶、隆堯斷裂帶、油坊斷裂帶等(圖1)。

圖1 冀南地區(qū)流動(dòng)地磁測(cè)點(diǎn)分布

冀南地區(qū)歷史上強(qiáng)震頻發(fā)，1830年磁縣發(fā)生7.5級(jí)地震，1966年邢臺(tái)發(fā)生7.2級(jí)地震。近年來冀南地區(qū)中小地震頻發(fā)，冀南地區(qū)是地震工作者與相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业闹攸c(diǎn)關(guān)注區(qū)域。采用2018年春、秋兩期的流動(dòng)地磁矢量資料，經(jīng)過日變通化、長期變改正、消除主磁場(chǎng)等處理得到冀南地區(qū)的巖石圈磁場(chǎng)變化模型。在之后半年左右的時(shí)間內(nèi)冀南地區(qū)發(fā)生了兩次≥3.0級(jí)的地震，分別為2018年10月30日河北省隆堯縣3.0級(jí)地震和2019年4月21日河北省臨漳縣3.6級(jí)地震(以下簡(jiǎn)稱隆堯3.0級(jí)地震、臨漳3.6級(jí)地震)，通過對(duì)該區(qū)巖石圈磁場(chǎng)變化和兩個(gè)震例的震磁異常特征的研究，總結(jié)了震磁異常規(guī)律。

1 資料選取與處理

本文收集了2018年冀南地區(qū)的流動(dòng)地磁矢量資料。華北地區(qū)每年進(jìn)行春、秋兩期測(cè)量工作，冀南地區(qū)的測(cè)量工作分別于3～4月與8～9月完成。研究區(qū)內(nèi)(35.95 °～38.75 °N,113.25 °～117.00 ° E)共計(jì)26個(gè)流動(dòng)地磁矢量測(cè)點(diǎn)(圖1)。在測(cè)量過程中嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行測(cè)量，兩期測(cè)量的全部測(cè)點(diǎn)資料符合規(guī)范要求，處理過程中全部采用。

地球磁場(chǎng)可分為內(nèi)源磁場(chǎng)和外源磁場(chǎng)，內(nèi)源磁場(chǎng)可分為主磁場(chǎng)和源于地殼及上地幔物質(zhì)磁性的巖石圈磁場(chǎng)。由于地幔的大部分和部分下地殼的溫度高于巖石磁性礦物的居里點(diǎn)溫度而處于無磁性狀態(tài)，巖石圈磁場(chǎng)由地殼物質(zhì)的磁性產(chǎn)生[12]。為了得到巖石圈磁場(chǎng)模型，對(duì)外源變化場(chǎng)、主磁場(chǎng)長期變化、主磁場(chǎng)等地磁場(chǎng)進(jìn)行消除即可獲得監(jiān)測(cè)區(qū)巖石圈磁場(chǎng)的數(shù)值模型[13]。

數(shù)據(jù)處理分為3個(gè)步驟：①日變通化改正，其目的是為了消除地磁觀測(cè)數(shù)據(jù)中的日變化等外源場(chǎng)部分，采用單臺(tái)參照法，參照臺(tái)站為隆堯地震臺(tái)(LYH)、靜海地震臺(tái)(JIH)、太原地震臺(tái)(TAY)和泰安地震臺(tái)(TAA)，兩期通化日分別選取為2018年4月16日與9月7日。②長期變化改正，為消除觀測(cè)數(shù)據(jù)中所包含的地球主磁場(chǎng)長期變化成分，采用中國地區(qū)地磁基本場(chǎng)長期變化的6 階自然正交分量(NOC)的非線性模型[14-15]，通化至2016.0地磁年代。③減去主磁場(chǎng)，從內(nèi)源場(chǎng)中減去第12代國際地磁參考場(chǎng)(IGRF12)模型的計(jì)算值，即得到巖石圈磁場(chǎng)模型，將兩期處理數(shù)據(jù)進(jìn)行差值計(jì)算，便得到巖石圈磁場(chǎng)變化模型。

2 巖石圈磁場(chǎng)變化

在2018年4～9月的磁偏角D變化中(圖2a)，冀南地區(qū)主要為正值區(qū)域所控，區(qū)域的東、西呈負(fù)值，冀南地區(qū)D的幅值在-0.7′～0.4′之間。區(qū)域的東南與西南均出現(xiàn)負(fù)值的高梯級(jí)帶，冀南地區(qū)較其周邊區(qū)域磁偏角變化相對(duì)平穩(wěn)、幅值變化較小，且以正值為主。隆堯3.0級(jí)地震位于正值區(qū)域，在等值線0.2′～0.3′之間的區(qū)域，在冀南地區(qū)處于高值區(qū)，臨漳3.6級(jí)地震位于負(fù)值區(qū)，靠近零值線的位置，且其西南有一負(fù)值的高梯級(jí)帶。

在磁傾角I變化中(圖2b)，冀南地區(qū)主要為負(fù)值所控，在區(qū)域的北部有一范圍較大正值區(qū)，南部有一范圍較小的正值區(qū)域。冀南地區(qū)磁傾角I的幅值整體變化幅值較小在-0.3′～0.2′之間，呈現(xiàn)出平穩(wěn)態(tài)勢(shì)。隆堯3.0級(jí)地震位于負(fù)值區(qū)域，靠近負(fù)值的極值區(qū)。而臨漳3.6級(jí)地震位于南部的正值區(qū)域內(nèi)，該正值區(qū)域范圍小且幅值較小，最大為0.1′，震中靠近零值線，在零值線的拐角的內(nèi)側(cè)。

圖2 磁偏角(a)、磁傾角(b)和總強(qiáng)度(c)空間變化

在總強(qiáng)度F變化中(圖2c)，區(qū)域的西北、東北有兩個(gè)負(fù)值區(qū)域，西北的負(fù)值區(qū)范圍較大且幅值變化相對(duì)較大，在-4～1 nT之間。冀南大部及其東南地區(qū)為正值所控，幅值在在1～3 nT之間,變化較小。隆堯3.0級(jí)地震位于正值區(qū)，震中附近F的變化幅值在1.7 nT左右。臨漳3.6級(jí)地震位于正值區(qū)，震中附近幅值變化在3.1 nT左右。從總強(qiáng)度F空間變化上來看兩個(gè)震例的震前異常較弱。

水平矢量H空間變化情況(圖3a)，冀南地區(qū)整體H矢量較為散亂。可以看出研究區(qū)的東南部水平矢量指向西北，在向西逐漸過渡過程中，在中部地區(qū)被指向東北的一組矢量條帶(即太行山山前斷裂帶中段與廣宗斷裂帶、新河斷裂帶附近的H矢量)所阻斷，再往西矢量方向則又指向西北，與東南區(qū)域的矢量有相似性。即由東往西，矢量方向的變化呈現(xiàn)“指向西北→指向東北→指向西北”的變化趨勢(shì)。而中南部的指向東北的矢量條帶在太行山山前斷裂帶的北緣附近，方向發(fā)生了改變。隆堯3.0級(jí)地震位于冀南中部指向東北的矢量條帶中，且震中附近H矢量的量值相對(duì)較大。臨漳3.6級(jí)地震位于中部矢量方向指向東北的矢量條帶南緣，震中附近矢量方向出現(xiàn)轉(zhuǎn)折與分化，且量值出現(xiàn)明顯的相對(duì)弱化。

垂直矢量Z空間變化(圖3b)，冀南地區(qū)Z矢量變化整體較為散亂，量值整體較小，局部明顯弱化。相對(duì)整體而言研究區(qū)中部地區(qū)的Z矢量量值較小，且局部方向呈現(xiàn)反向，區(qū)域北部量值較大且矢量方向不一致。隆堯3.0級(jí)地震震中附近的Z矢量出現(xiàn)反向，且量值相對(duì)較小，有明顯的弱化現(xiàn)象。臨漳3.6級(jí)地震震中處于Z矢量由南向北量值減小的過渡位置，震中附近量值相對(duì)中部區(qū)域較大，震中北部出現(xiàn)Z矢量方向相向。

圖3 水平矢量H(a)與垂直矢量Z(b)空間變化

3 討論與結(jié)論

冀南地區(qū)巖石圈磁場(chǎng)的變化中各個(gè)要素呈現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)，整體來看巖石圈磁場(chǎng)各個(gè)要素變化的量值較小，其中D、I、F要素幅值變化較小，總體較為平穩(wěn)。冀南地區(qū)水平矢量H整體方向較為散亂，局部有明顯的弱化。垂直矢量Z在變化中整體呈現(xiàn)出方向較散亂、量值較小和局部弱化的特征。巖石圈磁場(chǎng)變化總體量值較小可能跟累積時(shí)間較短有關(guān)，同時(shí)跟區(qū)域應(yīng)力的集中與變化、構(gòu)造活動(dòng)以及地殼介質(zhì)的性質(zhì)等有著重要的聯(lián)系，在后續(xù)的工作中將對(duì)冀南地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、殼幔結(jié)構(gòu)與巖石圈磁場(chǎng)的關(guān)系進(jìn)行進(jìn)深入的研究。

相關(guān)學(xué)者近年來的震磁異常研究發(fā)現(xiàn)，震中附近多出現(xiàn)磁傾角、磁偏角的零值線或高梯級(jí)帶[16-19]。本文中的兩個(gè)震例也出現(xiàn)類似的現(xiàn)象。隆堯3.0級(jí)地震位于磁偏角D等值線的正值高值區(qū)，位于磁傾角I等值線的負(fù)值高值區(qū)；震中附近H矢量量值相對(duì)較大，Z矢量方向反向且量值顯著弱化。而臨漳3.6級(jí)地震位于磁偏角D零值線附近，同時(shí)位于磁傾角I等值線的零值線附近，震中附近H矢量方向發(fā)生改變，且量值變小，呈弱化態(tài)勢(shì)；震中處于Z矢量量值由大變小的過渡位置，且震中北部的Z矢量方向是相向的。不同區(qū)域有著不同的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境，巖石圈磁場(chǎng)的變化與區(qū)域的構(gòu)造活動(dòng)、應(yīng)力變化等有著密切聯(lián)系，不同時(shí)空的巖石圈磁場(chǎng)有著差異性與獨(dú)特性，因此不同的時(shí)空環(huán)境可能是兩個(gè)震例震磁異常有所不同的重要原因。希望通過對(duì)隆堯與臨漳兩個(gè)震例震磁異常的分析研究，能夠?yàn)榻窈罅鲃?dòng)地磁在中小地震的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)工作中提供一定的支持。

致謝：感謝河北省地震局保定中心臺(tái)流磁組一直以來的支持與幫助。