冀魯豫交界區(qū)流動(dòng)地磁場(chǎng)總強(qiáng)度異常特征及地震活動(dòng)性分析

徐志萍，徐順強(qiáng)，姜 磊，李德慶，康 敏，楊利普，熊 偉，黃超杰

(中國(guó)地震局地球物理勘探中心，河南 鄭州 450002)

冀魯豫交界區(qū)流動(dòng)地磁場(chǎng)總強(qiáng)度異常特征及地震活動(dòng)性分析

徐志萍，徐順強(qiáng)，姜 磊，李德慶，康 敏，楊利普，熊 偉，黃超杰

(中國(guó)地震局地球物理勘探中心，河南 鄭州 450002)

運(yùn)用2014年7月至2016年4月冀魯豫交界區(qū)開(kāi)展的流動(dòng)地磁9期次測(cè)量資料，分析相鄰期、半年期、一年期的地磁場(chǎng)變化特征。結(jié)果表明，除2015年11月、12月地磁場(chǎng)總強(qiáng)度相鄰期異常變化較大外，其余期次的相鄰期地磁場(chǎng)變化較小，在10 nT左右；半年、一年尺度磁異常整體表現(xiàn)為上升。將范縣附近8個(gè)測(cè)點(diǎn)磁異常變化與地震序列進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，磁異常變化梯度較大時(shí)，范縣易發(fā)生小震群活動(dòng)。

流動(dòng)地磁測(cè)量；地磁總強(qiáng)度； 地磁日變通化

0 引言

開(kāi)展野外流動(dòng)地磁測(cè)量是國(guó)內(nèi)外在震磁效應(yīng)試驗(yàn)研究中廣泛采用的一種方法，目前地震活動(dòng)與磁場(chǎng)變化關(guān)系的某些研究成果已顯示出該方法的意義[1-2]。

在資料處理、方法研究方面，2002年，劉義高等[3]研究霍山“震情窗”地區(qū)流動(dòng)地磁S異常與華東中強(qiáng)地震相關(guān)性；2010年，蘇樹(shù)朋[4]通過(guò)觀測(cè)實(shí)例，提出以測(cè)區(qū)內(nèi)可信測(cè)點(diǎn)F測(cè)值變化平均值作為地磁場(chǎng)長(zhǎng)期變化參考值的處理方法；同年，顧春雷等[5]以《2005.0中國(guó)地磁圖》項(xiàng)目積累的地磁矢量觀測(cè)數(shù)據(jù)資料為基礎(chǔ)，研究區(qū)域磁異常與地震的關(guān)系；2011年，陳斌等[6]綜述自然正交分量方法并將其應(yīng)用到地磁研究中。

震磁關(guān)系研究方面，2001年，劉義高等[7]利用安徽省流動(dòng)地磁測(cè)量資料對(duì)利辛Ms4.1地震前的流磁異常及變化進(jìn)行分析；2002年，解用明等[8]利用華北測(cè)區(qū)流動(dòng)地磁資料探討流動(dòng)磁測(cè)在地震預(yù)報(bào)中的作用，認(rèn)為震前異常的發(fā)展有擴(kuò)大的趨勢(shì)，震后或臨震前基本恢復(fù)；2006年，顧左文等[9]對(duì)九江—瑞昌Ms5.7地震地磁異常進(jìn)行分析；2009年，喬子云等[10]對(duì)冀豫環(huán)流動(dòng)磁測(cè)異常與中等地震的關(guān)系進(jìn)行研究；2011年，倪喆等[11]對(duì)2006—2010年云南東部地區(qū)磁偏角變化特征進(jìn)行分析；2012年，陸漢鵬等[12]對(duì)魯西重磁場(chǎng)異常變化特征進(jìn)行綜合分析。

為探索地磁場(chǎng)變化與地震事件的關(guān)系，根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造、地震帶的展布及地震活動(dòng)性，物探中心從2014年6月開(kāi)始在冀魯豫交界區(qū)布設(shè)流動(dòng)地磁測(cè)網(wǎng)，捕捉震磁相關(guān)信息，研究該區(qū)地震活動(dòng)與地磁場(chǎng)之間的關(guān)系。目前，該區(qū)已完成9期流動(dòng)地磁測(cè)量，積累一定的流磁資料，項(xiàng)目組根據(jù)中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司發(fā)布的《流動(dòng)地磁測(cè)量基本技術(shù)要求》對(duì)資料進(jìn)行處理，獲得該區(qū)地磁場(chǎng)總強(qiáng)度變化圖像，并對(duì)其進(jìn)行分析。

1 區(qū)域地震地質(zhì)及測(cè)網(wǎng)布設(shè)

冀魯豫交界區(qū)在構(gòu)造分區(qū)上屬河北平原沉降區(qū)，位于新鄉(xiāng)—商丘斷裂帶以北地區(qū)，全區(qū)被第四系覆蓋，又稱河北斷陷。區(qū)內(nèi)構(gòu)造線以北北東向?yàn)橹?，伴有北西西向斷裂活?dòng)。古近紀(jì)，在北西—南東向拉張作用下，華北坳陷區(qū)產(chǎn)生構(gòu)造分異，形成湯陰地塹、東明凹陷等北北東向條帶狀斷陷盆地；新近紀(jì)以來(lái)，坳陷區(qū)整體性沉降，在內(nèi)黃隆起、魯西隆起開(kāi)始接受湖相堆積，但凹陷和隆起之間差異性沉降仍然顯著，并且一直持續(xù)至晚更新世(見(jiàn)第29頁(yè)圖1)。該區(qū)由多個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元組成，斷裂的不均勻活動(dòng)使被分割的斷塊呈掀斜狀。本區(qū)也是地震活動(dòng)較強(qiáng)地區(qū)，曾發(fā)生多次6級(jí)以上地震，最大為1937年菏澤7級(jí)地震。區(qū)域內(nèi)第四紀(jì)斷裂主要有三組：北北東向、北西向和近東西向，其中北北東向斷裂主要分布于研究區(qū)北部，是最活躍的一組構(gòu)造。三組構(gòu)造顯示了本區(qū)活動(dòng)構(gòu)造的總體格架，也基本控制該區(qū)地震的分布。

圖1 冀魯豫交界區(qū)地震地質(zhì)圖Fig.1 Seismic geological map in juncture area of Hebei, Shandong and Henan

冀魯豫交界區(qū)流磁觀測(cè)網(wǎng)從2014年6月開(kāi)始布設(shè)，共37個(gè)測(cè)點(diǎn)(見(jiàn)圖2)，每年復(fù)測(cè)4期，使用儀器是GMS-19T，野外流磁測(cè)量嚴(yán)格按照規(guī)范執(zhí)行。

圖2 冀魯豫交界區(qū)流磁測(cè)網(wǎng)分布圖Fig.2 Distribution of mobile geomagnetic network in juncture area of Hebei, Shandong and Henan

2 野外觀測(cè)及資料處理

按照《流動(dòng)地磁測(cè)量基本技術(shù)要求》，野外工作采用兩臺(tái)GMS-19T質(zhì)子磁力儀同時(shí)在主測(cè)點(diǎn)和輔助測(cè)點(diǎn)進(jìn)行地磁總強(qiáng)度測(cè)量，測(cè)量方法為“交換同步測(cè)量方法”。在各期地磁測(cè)量開(kāi)始前及結(jié)束后，對(duì)測(cè)量?jī)x器進(jìn)行比測(cè)，儀器差變化小于0.3 nT，滿足技術(shù)要求。

野外測(cè)量時(shí)，在主測(cè)點(diǎn)和輔助測(cè)點(diǎn)上同步進(jìn)行6組地磁場(chǎng)總強(qiáng)度測(cè)量，且起始時(shí)間為整分，每組測(cè)量在1分鐘之內(nèi)均勻完成，相鄰兩組時(shí)間間隔大于2分鐘，相鄰組測(cè)量均值小于3 nT。

地磁總強(qiáng)度測(cè)量完成后，計(jì)算點(diǎn)位差和儀器差，與上期相比，點(diǎn)位差變化應(yīng)小于1.5 nT，各期次測(cè)量除新建測(cè)點(diǎn)和周圍環(huán)境發(fā)生變化測(cè)點(diǎn)外，其余測(cè)點(diǎn)點(diǎn)位差變化均小于1.5 nT(見(jiàn)第30頁(yè)表1)，滿足技術(shù)要求。

室內(nèi)資料處理流程如第30頁(yè)圖3所示，包括野外資料整理及檢查、日變通化改正、地磁長(zhǎng)期變化改正和地磁正常場(chǎng)改正，各項(xiàng)改正參數(shù)如下。

(1) 日變通化改正采用的通化臺(tái)是泰安臺(tái)，數(shù)據(jù)是預(yù)處理后的連續(xù)觀測(cè)分鐘值，日變通化零日為距離實(shí)際野外測(cè)量時(shí)間段最近的磁靜日，通化零時(shí)為通化參考臺(tái)所處時(shí)區(qū)地方時(shí)00:00—03:00的平均值。日變通化公式如下：

(1)

(2) 正常場(chǎng)改正采用的是IGRF12全球地磁場(chǎng)模型。

各項(xiàng)改正后獲得的是不同期次測(cè)區(qū)內(nèi)地磁場(chǎng)總強(qiáng)度異常，進(jìn)一步求出相鄰兩期(后一期減去前一期)或半年期、一年期地磁異常場(chǎng)差值，得到地磁異常場(chǎng)的變化量，繪制相應(yīng)的等值線圖，繪制圖像時(shí)已刪除破壞及周圍環(huán)境發(fā)生變化的測(cè)點(diǎn)。

3 地磁異常變化分析及討論

3.1 地磁異常變化分析

第31頁(yè)圖4是2015年6月至2016年4月冀魯豫交界區(qū)地磁場(chǎng)總強(qiáng)度異常差分動(dòng)態(tài)變化場(chǎng)。圖4a-4d是相鄰期地磁異常場(chǎng)變化圖像：2015年6月至9月，測(cè)區(qū)地磁總強(qiáng)度異常以0值線為界，以北增加，以南減小，魏縣附近的梯級(jí)帶消失，測(cè)區(qū)北部等值線走向?yàn)楸北蔽飨?，整體變化幅度在-2～6 nT；2015年9月至11月，測(cè)區(qū)地磁場(chǎng)總強(qiáng)度異常出現(xiàn)大范圍下降，局部上升，且變化幅值較大，在-22～5 nT，因此，同年12月進(jìn)行異常跟蹤加密監(jiān)測(cè)，所得結(jié)果如圖4c所示，地磁場(chǎng)總強(qiáng)度異常出現(xiàn)反轉(zhuǎn)，變化范圍-4～21 nT；2015年12月至2016年4月，地磁場(chǎng)總強(qiáng)度整體上升，幅值在2～14 nT。

表1 測(cè)點(diǎn)點(diǎn)位差變化表Table 1 Point differences of the measuring points

圖3 資料處理流程圖Fig.3 Data processing flow

圖4 2015—2016年冀魯豫交界區(qū)地磁異常場(chǎng)時(shí)序變化圖Fig.4 Temporal variation of geomagnetic anomaly field in juncture area of Hebei, Shandong and Henan from 2015 to 2016

第32頁(yè)圖5是2014年7月至2016年4月冀魯豫交界區(qū)地磁場(chǎng)總強(qiáng)度異常累積動(dòng)態(tài)變化場(chǎng)，圖5a-5d是半年期地磁場(chǎng)總強(qiáng)度異常變化圖像，2014年7月至12月，測(cè)區(qū)內(nèi)磁異常變化較小，幅值在-6～6 nT，等值線平緩；2014年12月至2015年6月，磁異常整體上升，變化幅值在0～11 nT；2015年6月至12月，除測(cè)區(qū)南部，其余地區(qū)磁異常以上升為主，變化范圍-2～8 nT；2015年9月至2016年4月，磁異常仍表現(xiàn)為上升變化，幅值范圍4～17 nT。在一年尺度范圍內(nèi)，2014年7月至2015年6月，測(cè)區(qū)磁異常整體上升，幅值在0～14 nT； 2015年3月至2016年4月，整體表現(xiàn)為磁異常的上升，幅值在10～28 nT。

綜合分析認(rèn)為，除2015年11月、12月地磁場(chǎng)總強(qiáng)度異常變化幅度較大外，其余期次相鄰期磁異常變化幅度多在10 nT左右；半年期、一年期變化場(chǎng)中，地磁場(chǎng)總強(qiáng)度異常整體以上升為主。

3.2 地磁異常與區(qū)域構(gòu)造的關(guān)系

對(duì)冀魯豫交界區(qū)2014年7月流動(dòng)地磁場(chǎng)總強(qiáng)度觀測(cè)資料進(jìn)行通化和正常場(chǎng)改正后，獲得該區(qū)地殼地磁場(chǎng)總強(qiáng)度異常(見(jiàn)第33頁(yè)圖6)。該區(qū)斷裂對(duì)地磁場(chǎng)總強(qiáng)度異常的控制作用明顯，正負(fù)磁異常的交接部位往往有斷裂存在，如北北東向展布的湯東斷裂(F3)、長(zhǎng)垣斷裂(F4)和聊城—蘭考斷裂(F5)均是正、負(fù)磁異常的東西邊界；近東西向展布的安陽(yáng)南斷裂(F2)、新鄉(xiāng)—商丘斷裂(F6)則控制著正、負(fù)磁異常的南北邊界。此外，在磁異常等值線發(fā)生彎曲和磁場(chǎng)特征變化部位也有斷裂發(fā)育，如磁縣—大名斷裂(F1)和菏澤斷裂(F7)。結(jié)合冀魯豫交界區(qū)地震地質(zhì)圖(見(jiàn)圖1)和地磁場(chǎng)總強(qiáng)度異常圖(見(jiàn)圖6)分析，研究區(qū)內(nèi)的隆起區(qū)表現(xiàn)為高磁異常特征，如內(nèi)黃隆起和魯西隆起，坳陷區(qū)則與低磁異常相對(duì)應(yīng)，如濮東坳陷和湯陰地塹等。

3.3 范縣附近測(cè)點(diǎn)磁異常與地震關(guān)系探討

自2014年7月測(cè)網(wǎng)運(yùn)行以來(lái)，范縣附近共發(fā)生ML2.0以上地震17次，其中最大為2015年1月18日ML4.4，該地震發(fā)生在聊蘭斷裂西側(cè)，聊蘭斷裂帶由一系列規(guī)模不等的北北東—北東向斷裂組成，是濮東坳陷區(qū)和魯西隆起區(qū)之間的分界斷裂，在航磁和重力異常圖上顯示為梯度帶。它南起蘭考，向北北東向延伸，經(jīng)東明、鄄城、范縣、聊城，向北至廣饒止，全長(zhǎng)約270 km。為進(jìn)一步探討范縣ML4.4地震前后地磁場(chǎng)變化特征，對(duì)其周圍50 km范圍內(nèi)8個(gè)流磁測(cè)點(diǎn)磁異常變化進(jìn)行分析(見(jiàn)第33頁(yè)表2)。第一期變化量為零，依次給出相鄰期差值變化曲線，其中，20#、31#和28#測(cè)點(diǎn)位于聊蘭斷裂西側(cè)濮東凹陷及其附近，35#、36#、30#和37#號(hào)測(cè)點(diǎn)位于聊蘭斷裂東側(cè)魯西隆起內(nèi)。第33頁(yè)表3是測(cè)量周期內(nèi)范縣附近發(fā)生的地震，震級(jí)為ML，地震目錄來(lái)源于中國(guó)地震局統(tǒng)一快報(bào)目錄(http://10.5.160.18/uniteDayCatalog/index.action)。

圖5 2014—2016年冀魯豫交界區(qū)地磁異常場(chǎng)時(shí)序變化圖Fig.5 Temporal variation of geomagnetic anomaly field in juncture area of Hebei, Shandong and Henan from 2014 to 2016

在2014年9月測(cè)點(diǎn)磁異常下降前的8月15日發(fā)生范縣ML3.0震群活動(dòng)。2015年1月18日范縣ML4.4地震發(fā)生前期，附近測(cè)點(diǎn)磁異常先下降后上升，然后發(fā)震；2015年12月20#、31#、28#和37#四個(gè)測(cè)點(diǎn)磁異常下降后，在2016年1月20日發(fā)生ML4.0小震群活動(dòng)，之后磁異常反轉(zhuǎn)上升，是否會(huì)發(fā)生ML4.0以上地震，仍需進(jìn)一步研究。上述表明，磁異常變化梯度較大時(shí)，易發(fā)生小震及震群活動(dòng)。

4 結(jié)論與討論

通過(guò)以上分析得出：

(1) 多期磁測(cè)資料經(jīng)日變通化改正后均方差在0.06～1.25 nT，符合《流動(dòng)地磁測(cè)量基本技術(shù)要求》小于1.5 nT的規(guī)定；除已破壞測(cè)點(diǎn)和周圍環(huán)境發(fā)生變化測(cè)點(diǎn)外，其余測(cè)點(diǎn)點(diǎn)位差變化均小于1.5 nT，滿足技術(shù)要求，表明觀測(cè)資料可靠、有效，可用于測(cè)區(qū)地磁場(chǎng)總強(qiáng)度變化研究。

圖6 冀魯豫交界區(qū)地磁場(chǎng)總強(qiáng)度異常圖Fig.6 Total geomagnetic intensity anomaly in juncture area of Hebei, Shandong and Henan

(2) 除2015年11月及12月地磁場(chǎng)總強(qiáng)度異常變化幅度較大外，其余期次相鄰期磁異常變化幅值多在10 nT左右；磁異常變化區(qū)域與大地構(gòu)造分區(qū)具有一定的相關(guān)性。

(3) 在半年、一年尺度磁異常變化圖像中，冀魯豫交界區(qū)磁異常整體上升。

(4) 2015年1月18日發(fā)生范縣ML4.4地震，震前該區(qū)附近測(cè)點(diǎn)地磁異常表現(xiàn)為下降—上升的變化趨勢(shì)。

(5) 地磁異常的大小、范圍受區(qū)域構(gòu)造控制，正、負(fù)磁異常分別與隆起、坳陷區(qū)相對(duì)應(yīng)。

(6) 對(duì)范縣地震序列及其周圍測(cè)點(diǎn)磁異常變化進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，磁異常變化梯度較大時(shí)，易發(fā)生小震及震群活動(dòng)，兩者之間是否存在必然聯(lián)系，仍需進(jìn)一步探討。

表2 范縣附近測(cè)點(diǎn)磁異常變化表Table 2 Magnetic anomalies of measuring points near Fanxian

表3 范縣地震目錄Table 3 Earthquake catalogue of Fanxian

[1] 范國(guó)華，侯作中，詹志佳，等.唐山地震對(duì)北京地區(qū)地磁場(chǎng)總強(qiáng)度的影響[J].地震學(xué)報(bào)，1979(1)：39-48.

[2] M. Davis, et al.Further Evidence of Localized Geomagnetic field changes before the 1974 Tangksgiving Day Earthquake[J].Hollister California,Geophys. Res. Letters，1980(7)：513-516.

[3] 劉義高，鄭志坤，翟義勇，等.霍山“震情窗”地區(qū)流動(dòng)地磁S異常與華東中強(qiáng)地震相關(guān)性的研究[J].華北地震科學(xué)，2002，20(4)：34-39.

[4] 蘇樹(shù)朋.流動(dòng)地磁異常信息提取的參考值確定[J].大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)，2010，30(增刊1)：44-49.

[5] 顧春雷，顧左文，劉義忠.區(qū)域地磁異常與地震關(guān)系研究[D].中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，碩士學(xué)位論文.

[6] 陳 斌，顧左文，高金田，等.自然正交分量方法在地磁研究中的應(yīng)用[J].國(guó)際地震動(dòng)態(tài)，2011，9：17-23.

[7] 劉義高，胡蓮芝.利辛Ms4.1地震前的流磁異常及變化[J].地震地磁觀測(cè)與研究，2001，22(4)：82-85.

[8] 解用明，喬子云，陳建國(guó).流動(dòng)磁測(cè)在地震預(yù)報(bào)中的應(yīng)用[J].內(nèi)陸地震，2002，16(2)：170-174.

[9] 顧左文，張 毅，姚同起等.九江—瑞昌Ms5.7地震地磁異常的觀測(cè)與分析[J].地震學(xué)報(bào)，2006，28(6)：611-620.

[10] 喬子云，張建國(guó)，焦成麗.冀豫環(huán)流動(dòng)磁測(cè)異常與中等地震關(guān)系研究[J].地震地磁觀測(cè)與研究，2009，30(4)：1-6.

[11] 倪 喆，李春光，陳斌等.2006～2010年云南東部地區(qū)磁偏角變化特征[J].地震研究，2011，34(1)：30-34.

[12] 陸漢鵬，張瑞敏，佟瑞清.魯西重磁異常變化特征的綜合分析[J].華北地震科學(xué)，2012，30(3)：27-32.

AnomalyVariationofMobileGeomagneticTotalIntensityandSeismicityAnalysisinJunctureAreaofHebei,ShandongandHenan

XUZhi-ping,XUShun-qiang,JIANGLei,LIDe-qing,KANGMin,YANGLi-pu,XIONGWei,HUANGChao-jie

(GeophysicalExplorationCenter,ChinaEarthquakeAdministration,Zhengzhou,Henan450002,China)

Variation characteristics of geomagnetic field in the adjacent period, half a year and one year are analyzed by the 9 phases of mobile geomagnetic survey data in juncture area of Hebei, Shandong and Henan from July 2014 to April 2016. The results show that the anomaly variation of total geomagnetic intensity in the adjacent period is small except November 2015 and December 2015, and is maintained at about 10nT. The magnetic anomalies of the half year and one year scale increase generally. By comparative analysis of magnetic anomalies of 8 measuring points near Fanxian and earthquake sequence,it is found that small earthquake swarm activity is prone to occur in Fanxian when the magnetic anomaly gradient is large.

Mobilegeomagneticsurvey;Totalgeomagneticintensity; Geomagnetic diurnal variation data-normalizing

1000-6265(2017)03-0028-06

2017-03-20

中國(guó)地震局物探中心青年基金項(xiàng)目(YFGEC2014008)。

徐志萍(1987— )，女，河南省孟州人。2012年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，碩士研究生，工程師。

P315.72+1

：A