云南地区岩石圈磁场特征及震磁特性

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摘要：摘要：利用NGDC-720模型计算云南地区岩石圈磁场X，Y，Z分量，分析岩石圈磁场分布特征，并从空间分布及强度统计两方面研究19702019年云南省内31次MS6.0地震与岩石圈磁场分布之间的关系。结果表明：云南地区主要断裂的展布与岩石圈磁场分布有着较好的对应关系

　　摘要：利用NGDC-720模型计算云南地区岩石圈磁场X，Y，Z分量，分析岩石圈磁场分布特征，并从空间分布及强度统计两方面研究1970—2019年云南省内31次MS≥6.0地震与岩石圈磁场分布之间的关系。结果表明：云南地区主要断裂的展布与岩石圈磁场分布有着较好的对应关系，且研究区内MS≥6.0地震大多分布在负值异常区或正负异常区的分界处。

　　关键词：NGDC-720模型;岩石圈磁场;震磁特性;正负异常区

　　0引言

　　岩石圈磁场(Lithospheric Magnetic Field，简称LMF)，又名为地磁异常场，作为地磁场的一个重要组成部分，其空间分布和时间变化受岩石圈物质磁化率参数、地质构造及其运动历史、岩石圈温度和应力状态等的影响 (徐文耀，2009)。LMF極其稳定，其变化的时间尺度以百万年量级计算，但在一些地质活动剧烈时期，局部地区的岩石圈磁场则可能发生快速变化，如火山活动以及地震的孕育和发生等 (李莎，康国发，2014)。

　　近年来，关于地磁异常的研究一部分集中在利用模型数据分析全球或亚洲地区等大区域范围，如徐文耀等(2000)以第十代国际参考地磁场(IGRF10)为背景，研究了20世纪的全球大尺度地磁异常的深部磁场的结构特点;康国发等(2002)以Bloxham和Jackson(1992) 给出的BJ模型，计算和分析1690年以来地表非偶极子磁场垂直分量的异常变化;康国发等(2010)利用Champ卫星资料分析了中国及其邻区磁异常的分布特征。另一部分研究主要针对局部小范围区域的地磁场长期变化和区域性磁异常，如董学斌等(1980)利用1970年中国地磁图及正常磁场模型研究了我国东北地区大地磁异常;顾左文等(2004)以球冠谐模型研究了京津冀地区的地磁异常;张昌达(2002，2009)对西藏高原地壳的磁性特征及南中国海的2个磁异常开展研究。还有部分学者利用固定观测台站，通过地磁加卸载响应比、逐日比异常、谐波振幅比等方法开展研究(冯志生等，2006;李霞等，2016;倪晓寅，2017;李鸿宇等， 2013)，分析得出中强地震前出现地磁异常变化。

　　由于前人研究中磁场模型所使用的资料陈旧或不够系统，且受限于横向分辨率(λ=2πREn)，故现行大部分卫星磁场模型阶数较低(n≤300)。NGDC-720模型是由地面、航空、海洋和卫星磁测数据综合汇编而成，是利用球谐分析法描述岩石圈磁场精度最高的模型之一(焦立果，2014)，模型的建立过程中使用了经扫描数字化后的中国大陆地区航磁图数据。该模型提供了n为16～720阶球谐级数展开来表示地壳场，对应于56～2 500 km的空间波长范围(冯丽丽等，2015)，具有极高的空间分辨率，适用于描述地壳磁异常、推测岩石圈的组成和结构(黄晓颖，边少锋，2010)，为建立高精度地壳磁场模型提供了基础(王慧琳等，2008)。

　　地震活动性与地磁异常之间存在着一定的相关性。随着LMF的建模和广泛应用，将其应用于地震活动的研究中，尤其是通过地磁异常区寻找潜在震源区，可提升对多震地区地磁异常区的认识，为实际地震预测工作提供一定的决策依据。云南地区位于青藏高原的东南边缘，是印度板块与欧亚大陆北东向碰撞挤压的前沿地带和深部物质逃逸地带，同时也是青藏高原与扬子地块、印支地块交接的过渡地带，地质造复杂、地震频发。本文利用NGDC-720模型，分析云南地区岩石圈磁场分布特征，及其与研究研究区内MS≥6.0地震之间的关系。

　　1资料处理

　　1.1地震目录选取

　　选取1970—2019年震中位于云南省范围内(20°～30°N，97°～107°E)的MS≥6.0地震共计31个，并统计了这些地震震中的岩石圈磁场强度以及岩石圈磁场分布特征，见表1。

　　1.2NGDC-720模型计算岩石圈磁场

　　在地磁观测中，主磁场和地壳磁场叠加在一起，理论上还无法将它们完全分离，但是根据地磁场能谱随谐波阶次的变化规律，通常认为球谐阶次n<13阶为地核场，n=14～15阶是地核和地壳磁场的过渡，n>16阶为地壳磁场，为地壳磁场定量计算提供了依据。在地心坐标系下计算各个地磁要素值。根据地磁场位函数理论，地磁位的球谐级数为：U(r，θ，t)=a∑Nn=1∑nm=0arn+1gmn(t)cosmλ+hmn(t)sinmλPmn(cosθ)(1)式中：λ和θ分别为经度和余纬;a是地球半径，计算中取6 371.2 km;gmn(t)和hmn(t)是地磁位的球谐系数;pmn(cosθ)是n阶m次施密特标准正交缔合勒让德函数。

　　在球坐标系下，地磁场北向分量X、东向分量Y和垂直分量Z可以根据位函数求导得到：X(θ，λ)=∑∞n=1∑nm=0(gmncosmλ+hmnsinmλ)

　　dPmn(cosθ)dθ(2)Y(θ，λ)=∑∞n=1∑nm=0(gmnsinmλ-hmncosmλ)

　　msinθPmn(cosθ)(3)Z(θ，λ)=-∑∞n=1∑nm=0(n+1)(gmncosmλ+

　　hmnsinmλ)Pmn(cosθ)(4)NGDC-720地磁场模型以球谐分析系数(g，h)的形式给出，本文以0.05°为网格间距，按照云南省的经纬度要求计算磁场模型数据。

　　2云南地区岩石圈磁场分布特征

　　由于正负异常交界区没有明确的定义，本文参考顾春雷(2010)以零值线30 km缓冲区为零值线附近区域的研究思路，以研究区内岩石圈磁场强度变化总量的5%为缓冲区定义为正负异常分界区，即-0.13 nT≤X≤0.13 nT，-10.08 nT≤Y≤10.08 nT，-14.11 nT≤Z≤14.11 nT。

　　推荐阅读：《中国地质大学学报(社会科学版)》(双月刊)创刊于2000年，是中华人民共和国教育部主管、中国地质大学主办、面向国内外公开发行的社会科学类综合性学术刊物。

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