2013年IAGA科学大会与岩石圈磁异常研究进展＊

袁洁浩 陈 斌 王 粲 狄传芝 徐如刚 倪 喆

1）中国地震局地球物理研究所，北京 100081

2）安徽省地震局，合肥 230031

3）云南省地震局，昆明 650224

（作者电子信箱，袁洁浩：yjh810405＠163．com）

引言

1919年创立的国际大地测量学与地球物理学联合会（IUGG）是由7个独立的国际组织组成：国际大地测量学协会（IAG）、国际地震学和地球内部物理学协会（IASPEI）、国际地磁学和高空物理学协会（IAGA）、国际气象学和大气科学协会（IAMAS）、国际火山学和地球内部化学协会（IAVCEI）、国际水文科学协会（IAHS）、国际海洋物理科学协会（IAPSO）。国际地磁学与高空物理学协会（IAGA）鼓励与协调关于地球的地壳、地幔与地核的电磁性质的研究，大气层的中上层、电离层与磁层的电磁性质的研究，以及太阳、太阳风、行星与行星际天体的研究。IAGA由内部磁场、高空物理现象、磁层现象、太阳风与行星际磁场 、地磁台站及测量与分析等5个部分与历史委员会及发展中国家委员会等2个委员会组成，上述各部分与各委员会由相应的主席领导。表1给出了IAGA的各部分与各委员会及其主席。现任的IAGA主席是Kathryn Whaler（英国），秘书长是Mioara Mandea（法国）。

表1 IAGA的5个部分与2个委员会及其主席

地磁场是由主磁场、岩石圈磁场、电离层磁场与磁层磁场组成的。主磁场来源于地球的外核（液核），电离层磁场与磁层磁场分别来源于电离层与磁层的电流体系［1，2］。岩石圈磁场由地下介质的磁化强度（感应磁化强度和剩余磁化强度）所产生的磁场构成。由于地下介质的磁化强度主要受地下介质所包含的铁磁性物质比例、介质颗粒度、介质所处的温度环境和应力状态等因素控制，而这些因素又因地质结构、构造环境以及构造活动的差异性而表现出非常复杂的空间不均匀性［3－6］。岩石圈磁异常可从地磁测量数据中剥离出来。研究表明，岩石圈磁异常与地质构造、地壳活动等因素有密切关系。因此，分析岩石圈磁异常变化与地质构造的关系，研究诸如地震、火山活动等地壳活动所产生的岩石圈磁场变化的特征，对研究构造磁学与震磁前兆信息都具有重要意义。

2013年8月26～31日，在墨西哥的梅里达召开了第12届国际地磁学与高空物理学协会（IAGA）科学大会。IAGA每两年召开一次科学大会，开展国际学术交流讨论，促进国际合作与学科发展。本文描述了第12届IAGA科学大会的简况，概述了在这次IAGA科学大会中所展示的岩石圈磁异常的研究进展，并展望了今后的发展前景。

1 IAGA科学大会的概况

在2013年8月26～31日召开的第12届IAGA科学大会上，分6个部分进行了学术报告与学术交流。这6个部分是：IAGA的内部磁场、高空物理现象、磁层现象、太阳风与行星际磁场 、地磁台站及测量与分析等5个部分，以及联合学术报告与学术交流部分（J）。在这次IAGA科学大会上，报告了596篇学术论文（oral），展示了258篇学术论文 （poster），一共报告与展示了854篇学术论文，内容十分丰富（表2）。此外，还有仪器设备、地球物理资料与出版物等展览。

表2 2013年IAGA科学大会上联合学术部分（J）与IAGA各部分的学术论文数

联合学术部分（J）有18个专题，分别为：SWARM卫星与以往卫星的结果、由卫星与台站测量的地磁长期变化与地核动力学，地核动力学模型的地磁观测，由地磁学与电磁学约束的大陆地幔岩石圈与软流圈的结构、尺度与性质，电磁台网研究对了解固体地球与磁层过程的贡献，大气上层与电离层系统的长期变化与趋势，低大气层－磁层和低纬大气层－磁层耦合过程与响应：太阳风－磁层－电离层－大气上层的耦合，高能粒子进入大气层：来源与结果，地球等离子体层：模拟与遥测，日光层与磁层的微观尺度与宏观尺度，第24太阳周上升期日光层的结构，无弱磁场下太阳系天体的等离子体相互作用，电离层探测仪的研究史，由地面与卫星观测的电离层与磁层过程的特征。

“内部磁场”部分有13个专题，内容包括：行星发电机与地核动力学，实验的磁流体动力学与流体动力学过程，地壳构造与过程的电磁成像，电磁感应的近地应用，电磁模拟与反演的进展，海洋电磁研究，地磁场的时间变化：历史性变化、倒转、长期变化、突变，古地磁学与测定年代，古地磁参考模型（GPTS，APMP等），古地磁学与应用于构造过程的磁组构，古地磁学与岩石磁学，应用岩石磁学：更好地理解环境磁场的控制因子，理论与实验的岩石磁学。

“高空物理现象”部分有5个专题：在地磁平静与扰动期间赤道F与F3－层研究，大气中层与低热层的电子动力学与高能学：区域与全球的图像，大气层－电离层系统的耦合过程，中高大气层的长短期太阳效应，大气中层科学。

“磁层现象”部分有9个专题：ULF波的空间－地面调整，内磁层的ULF波，辐射带与环电流中的波与粒子动力学，磁层的边界层，磁层对太阳风驱动的不同响应模式，等离子体壳层－电离层耦合系统：场向电流与离子外流的变换、源、传输与作用，极光过程，高纬电子动力学与离子外流，“磁层现象”部分学术报告的评述。

“太阳风与行星际磁场”部分有5个专题：太阳风与行星际磁场研究的最新成果，太阳外大气层中的波传播，太阳耀斑的多谱研究，穿过日光层进入星际介质，“太阳风与行星际磁场”部分学术报告的评述。

“地磁台站、测量与分析”部分有7个专题：全球地磁台网的进展，全球地磁场特征和研究区域的现代磁测，应用于空间天气／气候的地磁台站资料，极盖地磁指数：起源与应用，应用于电离层研究的地磁观测以及雷达、激光雷达与其它的测量，岩石圈磁异常的摸拟与解释，“地磁台站、测量与分析”部分学术报告的评述。

2 岩石圈磁异常研究进展

在第12届IAGA科学大会期间，2013年8月29日召开了“岩石圈磁异常的摸拟与解释”专题学术讨论会。该专题学术讨论会的召集人是Jerome Dyment（法国），副召集人是 Dhananjay Ravat（美国）与Juha V Korhonen（芬兰）。该专题讨论会报告了11篇学术论文，展示了10篇学术论文。该专题学术讨论会显示了岩石圈磁异常研究的新成果与新进展。

最近10年间，地球势场的研究大大改进了对地磁场的理解与描述。它激励了开展关于编辑、处理、模拟与解释的国际合作。与此同时，已产出并出版了描述局部区域岩石圈磁场（地壳磁场）的空间高分辨率磁异常资料，从而出版了第一张全球地壳磁场图，即世界数字磁异常图（WDMAM）。包括地面、海洋、航磁与卫星磁测的数据系列，可用于构建高精度的岩石圈磁场（地壳磁场）模型。应用修正的球冠谐分析（R－SCHA）构建了局部地区地壳磁场模型并进行了定量的解释［7］。地磁资料的数字化，对于岩石圈磁场的分析与研究是很重要的。为此，全球低纬的地磁数据正在数字化，计划2014年初完成。以新的数字化资料系列表述，将明显增加近地地磁异常数据的密度，特别是在南部大洋的区域［8］。

在岩石圈磁场模型研究方面，应用Slepian函数方法，将阶数m＝n＝100的全球岩石圈磁场模型在陆地与海洋两大区进行频谱与空间分解。结果表明，在陆地的地磁场是以地壳磁场为主，并有明显的功率谱信号。海洋的地磁功率谱近似平缓，而在大陆地区则显示其功率谱随球谐阶数的增加而增加［9］。此外，对 NGDC－720岩石圈磁场模型进行了理论拟合与比较，预测了全球平均视磁化率为0．04SI（平均感应磁化强度为（0．42±0．02）A／m），平均磁性地壳厚度为（26．5±2．0）km，地面岩石圈磁场总强度均方根约为220nT［10］。对于从卫星数据得到的岩石圈磁场模型中出现的噪声，Lesur博士研制了一种噪声模型。该噪声模型适用于近极轨道卫星的三分量磁矢量数据。它与CHAMP卫星数据有关。结果表明，不能区分内外源的噪声，而岩石圈磁场模型在所有波长上被污染。应用该噪声模型，改进了由CHAMP卫星数据得到的球谐阶数为120的岩石圈磁场模型［11］。

为研究中国坪坝－丽江剖面的岩石圈磁场，在800km的该剖面上，以5km间距设立测点，进行了地磁三分量测量。分析这些磁测数据，得到了相应的岩石圈磁场。应用向上延拓的方法，获得了不同深度的磁异常：基底磁异常、上地壳磁异常与浅表磁异常。根据这些磁异常，反演得到了地下磁化强度的分布。分析结果表明：①这些磁异常与局部地质构造有很好的相关性；②地下磁化强度的分布和磁化率的地下分布、居里等温面的深度、地震活动性及地质构造等因素有关；③地下磁化强度的分布与电磁构造具有良好的一致性［12］。根据2011～2012年青藏高原215个测点2期的地磁三分量测量资料，经过地磁日变化改正与地磁长期变化改正，应用曲面样条方法，得到了局部岩石圈磁异常。在时间限定为一年的5个磁异常区中，2012年5．7级彝良地震、2013年5．5级洱源地震与7．0级雅安地震正好发生在这些磁异常区及其附近。这些结果表明，可能存在震磁前兆信息。这些结果，对于应用局部岩石圈磁异常进行地震预测研究是很有意义的，值得今后深入分析与研究［13］。

在地磁模型的研究中，岩石圈磁场是很重要的。为研究2010年增强地磁模型（EMM2010）在中国地区适用性，应用中国地区1 302个测点与32个台站地磁总强度F、磁偏角D、磁倾角I的1 334组准确数据，进行了定量的分析。比较分析了地磁七要素，得到了中国地区地磁观测值与相应EMM2010计算值之间的差值及其标准方差σ。结果表明，随着EMM2010截断阶数N的增加，相应的σ减少。当N＝720时，ΔD、ΔI、ΔF的σ分别为10．44′、7．83′、126．89nT。这些差值的标准方差σ，是EMM2010应用于中国地区的误差的估计值。EMM2010应用于中国地区的误差是由EMM2010有限的截断阶数、中国各地区的地磁异常状况、地磁观测数据的误差等因素引起的。在中国地区比较分析EMM2010、2010年世界地磁模型（WMM2010）与第11代国际地磁参考场（IGRF－11）的结果显示，EMM2010相应的σ最小。EMM2010的σ最小的主要原因是：EMM2010不仅包含了地球主磁场，同时还包含了岩石圈磁场。EMM2010应用于中国地区的实例表明，EMM2010具有一定的适用性，但有其局限性，EMM2010不能准确计算中国地区的地磁场信息。因此，为了实际应用，应当研制中国地区的高精度地磁模型［14］。应用自然正交分量方法分析了中国与蒙古地区地磁场长期变化，应用球冠谐和与曲面样条方法分析了中国与蒙古地区地磁场，并分析了局部区域岩石圈磁场及其时间变化特征，建立了中国与蒙古的区域地磁模型。对于岩石圈磁场及其变化，水平强度H与偏角I的空间分布类似但符号相反，北向分量X与水平强度H 的空间分布类似，东向分量Y与偏角D的空间分布类似，垂直分量Z与总强度F的空间分布类似［15］。

此外，该专题还分析与研究了华北鄂尔多斯块体局部岩石圈变形的电磁证据、笛卡尔坐标系下地壳磁化强度、Precambrian板块构造的航磁证据、阿拉伯海中Laxmi岭的地壳构造、La Soufriere－Guadeloupe Claire Bouligand的磁异常的高精度图、深海温泉处的磁信号、深海底的岩石磁性、新的全球大洋磁异常图、日本海沟周围太平洋板块的海洋磁异常与磁化强度、应用位场数据阐明非洲板块构造框架、墨西哥城郊的地磁及其变化、巴西深部磁化强度的解释、应用HPMS测量的矢量异常的三维空间三分量磁化强度等。由此可见，岩石圈磁异常的分析与研究是很重要的，也是很有意义的。

3 展望

综上所述，2013年8月26～31日在墨西哥的梅里达召开的第12届国际地磁学与高空物理学协会（IAGA）科学大会，展示了IAGA所属各领域与各部分的观测与研究所获得的新进展与新成果，在科学思路、观测技术、分析方法、结果解释、模型实验、理论研究等诸多方面都是值得我们借鉴与参考的。参加这次IAGA科学大会，我们与国际同行们进行了学术交流与讨论，共享了最新科研成果，吸取了国际同行们的好经验，了解了最新的科研信息与动态，这将有助于凝练我们的科学问题和研究目标，为今后的科研工作取得更大进步奠定了良好的基础。

在第12届IAGA科学大会期间召开的“岩石圈磁异常的摸拟与解释”专题学术讨论会，显示了岩石圈磁异常研究的新成果与新进展。该专题学术讨论会充分表明，岩石圈磁异常的研究不仅具有重要的地磁学意义，而且具有广泛的实际应用。因此，岩石圈磁场及其异常变化是很重要、很有意义的科研课题，今后必须开展深入的分析与研究。

近年来，我国的相关专家学者关注岩石圈磁场及其异常变化［16－18］，而且在地震活动区与构造活动带，已观测到与地震活动、地质构造有关的岩石圈磁异常［19－21］。对于2013年4月20日四川芦山发生的7．0级地震，分析了该地震前后岩石圈局部磁场的动态变化特征，研究了这种演化特征与该地震的关系［22］。该结果表明，芦山地震前岩石圈磁场各要素均有变化异常，而震后该异常消失。芦山地震前后水平矢量的异常空间分布显示，孕震过程中所产生的岩石圈局部磁异常空间范围约为125km。芦山地震的孕震过程中垂直矢量的反向与龙门山断裂的构造运动较为一致，在发震地点附近其矢量值最小，这可能与该地震的类型为纯逆冲型有关［22］。

许多具有破坏性的浅源地震都发生在岩石圈中。在地震的孕育和发生的过程中，会引起局部岩石圈的地质结构、温度与应力状态、介质电磁性质等因素的变化，从而导致岩石圈磁异常。分析岩石圈磁异常变化与地质构造的关系，研究与地震相关的构造活动所产生的岩石圈磁场变化特征，对分析震磁前兆信息与研讨区域地震活动性具有重要意义。因此，分析研究岩石圈磁异常变化与地震的关系是震磁研究中具有重要意义的探索途径。在今后的探索研究中，应当加强地震活动区的地磁观测，深入分析岩石圈磁场及其变化，研究岩石圈磁异常变化与地震的关系，探讨其震磁信息与物理机制，不断推进岩石圈磁异常变化的地震监测预报研究。

致谢

感谢顾左文研究员的指导与支持。感谢詹志佳研究员的宝贵意见。

（作者电子信箱，袁洁浩：yjh810405＠163．com）

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