冀鲁豫交界区流动地磁场总强度异常特征及地震活动性分析

徐志萍，徐顺强，姜 磊，李德庆，康 敏，杨利普，熊 伟，黄超杰

(中国地震局地球物理勘探中心，河南 郑州 450002)

冀鲁豫交界区流动地磁场总强度异常特征及地震活动性分析

徐志萍，徐顺强，姜 磊，李德庆，康 敏，杨利普，熊 伟，黄超杰

(中国地震局地球物理勘探中心，河南 郑州 450002)

运用2014年7月至2016年4月冀鲁豫交界区开展的流动地磁9期次测量资料，分析相邻期、半年期、一年期的地磁场变化特征。结果表明，除2015年11月、12月地磁场总强度相邻期异常变化较大外，其余期次的相邻期地磁场变化较小，在10 nT左右；半年、一年尺度磁异常整体表现为上升。将范县附近8个测点磁异常变化与地震序列进行对比分析发现，磁异常变化梯度较大时，范县易发生小震群活动。

流动地磁测量；地磁总强度； 地磁日变通化

0 引言

开展野外流动地磁测量是国内外在震磁效应试验研究中广泛采用的一种方法，目前地震活动与磁场变化关系的某些研究成果已显示出该方法的意义[1-2]。

在资料处理、方法研究方面，2002年，刘义高等[3]研究霍山“震情窗”地区流动地磁S异常与华东中强地震相关性；2010年，苏树朋[4]通过观测实例，提出以测区内可信测点F测值变化平均值作为地磁场长期变化参考值的处理方法；同年，顾春雷等[5]以《2005.0中国地磁图》项目积累的地磁矢量观测数据资料为基础，研究区域磁异常与地震的关系；2011年，陈斌等[6]综述自然正交分量方法并将其应用到地磁研究中。

震磁关系研究方面，2001年，刘义高等[7]利用安徽省流动地磁测量资料对利辛Ms4.1地震前的流磁异常及变化进行分析；2002年，解用明等[8]利用华北测区流动地磁资料探讨流动磁测在地震预报中的作用，认为震前异常的发展有扩大的趋势，震后或临震前基本恢复；2006年，顾左文等[9]对九江—瑞昌Ms5.7地震地磁异常进行分析；2009年，乔子云等[10]对冀豫环流动磁测异常与中等地震的关系进行研究；2011年，倪喆等[11]对2006—2010年云南东部地区磁偏角变化特征进行分析；2012年，陆汉鹏等[12]对鲁西重磁场异常变化特征进行综合分析。

为探索地磁场变化与地震事件的关系，根据地质构造、地震带的展布及地震活动性，物探中心从2014年6月开始在冀鲁豫交界区布设流动地磁测网，捕捉震磁相关信息，研究该区地震活动与地磁场之间的关系。目前，该区已完成9期流动地磁测量，积累一定的流磁资料，项目组根据中国地震局监测预报司发布的《流动地磁测量基本技术要求》对资料进行处理，获得该区地磁场总强度变化图像，并对其进行分析。

1 区域地震地质及测网布设

冀鲁豫交界区在构造分区上属河北平原沉降区，位于新乡—商丘断裂带以北地区，全区被第四系覆盖，又称河北断陷。区内构造线以北北东向为主，伴有北西西向断裂活动。古近纪，在北西—南东向拉张作用下，华北坳陷区产生构造分异，形成汤阴地堑、东明凹陷等北北东向条带状断陷盆地；新近纪以来，坳陷区整体性沉降，在内黄隆起、鲁西隆起开始接受湖相堆积，但凹陷和隆起之间差异性沉降仍然显著，并且一直持续至晚更新世(见第29页图1)。该区由多个次级构造单元组成，断裂的不均匀活动使被分割的断块呈掀斜状。本区也是地震活动较强地区，曾发生多次6级以上地震，最大为1937年菏泽7级地震。区域内第四纪断裂主要有三组：北北东向、北西向和近东西向，其中北北东向断裂主要分布于研究区北部，是最活跃的一组构造。三组构造显示了本区活动构造的总体格架，也基本控制该区地震的分布。

图1 冀鲁豫交界区地震地质图Fig.1 Seismic geological map in juncture area of Hebei, Shandong and Henan

冀鲁豫交界区流磁观测网从2014年6月开始布设，共37个测点(见图2)，每年复测4期，使用仪器是GMS-19T，野外流磁测量严格按照规范执行。

图2 冀鲁豫交界区流磁测网分布图Fig.2 Distribution of mobile geomagnetic network in juncture area of Hebei, Shandong and Henan

2 野外观测及资料处理

按照《流动地磁测量基本技术要求》，野外工作采用两台GMS-19T质子磁力仪同时在主测点和辅助测点进行地磁总强度测量，测量方法为“交换同步测量方法”。在各期地磁测量开始前及结束后，对测量仪器进行比测，仪器差变化小于0.3 nT，满足技术要求。

野外测量时，在主测点和辅助测点上同步进行6组地磁场总强度测量，且起始时间为整分，每组测量在1分钟之内均匀完成，相邻两组时间间隔大于2分钟，相邻组测量均值小于3 nT。

地磁总强度测量完成后，计算点位差和仪器差，与上期相比，点位差变化应小于1.5 nT，各期次测量除新建测点和周围环境发生变化测点外，其余测点点位差变化均小于1.5 nT(见第30页表1)，满足技术要求。

室内资料处理流程如第30页图3所示，包括野外资料整理及检查、日变通化改正、地磁长期变化改正和地磁正常场改正，各项改正参数如下。

(1) 日变通化改正采用的通化台是泰安台，数据是预处理后的连续观测分钟值，日变通化零日为距离实际野外测量时间段最近的磁静日，通化零时为通化参考台所处时区地方时00:00—03:00的平均值。日变通化公式如下：

(1)

(2) 正常场改正采用的是IGRF12全球地磁场模型。

各项改正后获得的是不同期次测区内地磁场总强度异常，进一步求出相邻两期(后一期减去前一期)或半年期、一年期地磁异常场差值，得到地磁异常场的变化量，绘制相应的等值线图，绘制图像时已删除破坏及周围环境发生变化的测点。

3 地磁异常变化分析及讨论

3.1 地磁异常变化分析

第31页图4是2015年6月至2016年4月冀鲁豫交界区地磁场总强度异常差分动态变化场。图4a-4d是相邻期地磁异常场变化图像：2015年6月至9月，测区地磁总强度异常以0值线为界，以北增加，以南减小，魏县附近的梯级带消失，测区北部等值线走向为北北西向，整体变化幅度在-2～6 nT；2015年9月至11月，测区地磁场总强度异常出现大范围下降，局部上升，且变化幅值较大，在-22～5 nT，因此，同年12月进行异常跟踪加密监测，所得结果如图4c所示，地磁场总强度异常出现反转，变化范围-4～21 nT；2015年12月至2016年4月，地磁场总强度整体上升，幅值在2～14 nT。

表1 测点点位差变化表Table 1 Point differences of the measuring points

图3 资料处理流程图Fig.3 Data processing flow

图4 2015—2016年冀鲁豫交界区地磁异常场时序变化图Fig.4 Temporal variation of geomagnetic anomaly field in juncture area of Hebei, Shandong and Henan from 2015 to 2016

第32页图5是2014年7月至2016年4月冀鲁豫交界区地磁场总强度异常累积动态变化场，图5a-5d是半年期地磁场总强度异常变化图像，2014年7月至12月，测区内磁异常变化较小，幅值在-6～6 nT，等值线平缓；2014年12月至2015年6月，磁异常整体上升，变化幅值在0～11 nT；2015年6月至12月，除测区南部，其余地区磁异常以上升为主，变化范围-2～8 nT；2015年9月至2016年4月，磁异常仍表现为上升变化，幅值范围4～17 nT。在一年尺度范围内，2014年7月至2015年6月，测区磁异常整体上升，幅值在0～14 nT； 2015年3月至2016年4月，整体表现为磁异常的上升，幅值在10～28 nT。

综合分析认为，除2015年11月、12月地磁场总强度异常变化幅度较大外，其余期次相邻期磁异常变化幅度多在10 nT左右；半年期、一年期变化场中，地磁场总强度异常整体以上升为主。

3.2 地磁异常与区域构造的关系

对冀鲁豫交界区2014年7月流动地磁场总强度观测资料进行通化和正常场改正后，获得该区地壳地磁场总强度异常(见第33页图6)。该区断裂对地磁场总强度异常的控制作用明显，正负磁异常的交接部位往往有断裂存在，如北北东向展布的汤东断裂(F3)、长垣断裂(F4)和聊城—兰考断裂(F5)均是正、负磁异常的东西边界；近东西向展布的安阳南断裂(F2)、新乡—商丘断裂(F6)则控制着正、负磁异常的南北边界。此外，在磁异常等值线发生弯曲和磁场特征变化部位也有断裂发育，如磁县—大名断裂(F1)和菏泽断裂(F7)。结合冀鲁豫交界区地震地质图(见图1)和地磁场总强度异常图(见图6)分析，研究区内的隆起区表现为高磁异常特征，如内黄隆起和鲁西隆起，坳陷区则与低磁异常相对应，如濮东坳陷和汤阴地堑等。

3.3 范县附近测点磁异常与地震关系探讨

自2014年7月测网运行以来，范县附近共发生ML2.0以上地震17次，其中最大为2015年1月18日ML4.4，该地震发生在聊兰断裂西侧，聊兰断裂带由一系列规模不等的北北东—北东向断裂组成，是濮东坳陷区和鲁西隆起区之间的分界断裂，在航磁和重力异常图上显示为梯度带。它南起兰考，向北北东向延伸，经东明、鄄城、范县、聊城，向北至广饶止，全长约270 km。为进一步探讨范县ML4.4地震前后地磁场变化特征，对其周围50 km范围内8个流磁测点磁异常变化进行分析(见第33页表2)。第一期变化量为零，依次给出相邻期差值变化曲线，其中，20#、31#和28#测点位于聊兰断裂西侧濮东凹陷及其附近，35#、36#、30#和37#号测点位于聊兰断裂东侧鲁西隆起内。第33页表3是测量周期内范县附近发生的地震，震级为ML，地震目录来源于中国地震局统一快报目录(http://10.5.160.18/uniteDayCatalog/index.action)。

图5 2014—2016年冀鲁豫交界区地磁异常场时序变化图Fig.5 Temporal variation of geomagnetic anomaly field in juncture area of Hebei, Shandong and Henan from 2014 to 2016

在2014年9月测点磁异常下降前的8月15日发生范县ML3.0震群活动。2015年1月18日范县ML4.4地震发生前期，附近测点磁异常先下降后上升，然后发震；2015年12月20#、31#、28#和37#四个测点磁异常下降后，在2016年1月20日发生ML4.0小震群活动，之后磁异常反转上升，是否会发生ML4.0以上地震，仍需进一步研究。上述表明，磁异常变化梯度较大时，易发生小震及震群活动。

4 结论与讨论

通过以上分析得出：

(1) 多期磁测资料经日变通化改正后均方差在0.06～1.25 nT，符合《流动地磁测量基本技术要求》小于1.5 nT的规定；除已破坏测点和周围环境发生变化测点外，其余测点点位差变化均小于1.5 nT，满足技术要求，表明观测资料可靠、有效，可用于测区地磁场总强度变化研究。

图6 冀鲁豫交界区地磁场总强度异常图Fig.6 Total geomagnetic intensity anomaly in juncture area of Hebei, Shandong and Henan

(2) 除2015年11月及12月地磁场总强度异常变化幅度较大外，其余期次相邻期磁异常变化幅值多在10 nT左右；磁异常变化区域与大地构造分区具有一定的相关性。

(3) 在半年、一年尺度磁异常变化图像中，冀鲁豫交界区磁异常整体上升。

(4) 2015年1月18日发生范县ML4.4地震，震前该区附近测点地磁异常表现为下降—上升的变化趋势。

(5) 地磁异常的大小、范围受区域构造控制，正、负磁异常分别与隆起、坳陷区相对应。

(6) 对范县地震序列及其周围测点磁异常变化进行对比分析发现，磁异常变化梯度较大时，易发生小震及震群活动，两者之间是否存在必然联系，仍需进一步探讨。

表2 范县附近测点磁异常变化表Table 2 Magnetic anomalies of measuring points near Fanxian

表3 范县地震目录Table 3 Earthquake catalogue of Fanxian

[1] 范国华，侯作中，詹志佳，等.唐山地震对北京地区地磁场总强度的影响[J].地震学报，1979(1)：39-48.

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[3] 刘义高，郑志坤，翟义勇，等.霍山“震情窗”地区流动地磁S异常与华东中强地震相关性的研究[J].华北地震科学，2002，20(4)：34-39.

[4] 苏树朋.流动地磁异常信息提取的参考值确定[J].大地测量与地球动力学，2010，30(增刊1)：44-49.

[5] 顾春雷，顾左文，刘义忠.区域地磁异常与地震关系研究[D].中国科学技术大学，硕士学位论文.

[6] 陈 斌，顾左文，高金田，等.自然正交分量方法在地磁研究中的应用[J].国际地震动态，2011，9：17-23.

[7] 刘义高，胡莲芝.利辛Ms4.1地震前的流磁异常及变化[J].地震地磁观测与研究，2001，22(4)：82-85.

[8] 解用明，乔子云，陈建国.流动磁测在地震预报中的应用[J].内陆地震，2002，16(2)：170-174.

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[10] 乔子云，张建国，焦成丽.冀豫环流动磁测异常与中等地震关系研究[J].地震地磁观测与研究，2009，30(4)：1-6.

[11] 倪 喆，李春光，陈斌等.2006～2010年云南东部地区磁偏角变化特征[J].地震研究，2011，34(1)：30-34.

[12] 陆汉鹏，张瑞敏，佟瑞清.鲁西重磁异常变化特征的综合分析[J].华北地震科学，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

中国地震局物探中心青年基金项目(YFGEC2014008)。

徐志萍(1987— )，女，河南省孟州人。2012年毕业于中国地质大学，硕士研究生，工程师。

P315.72+1

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