袁潔浩 陳 斌 王 粲 狄傳芝 徐如剛 倪 喆

1）中國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

（作者電子信箱，袁潔浩：yjh810405＠163．com）

引言

1919年創(chuàng)立的國際大地測(cè)量學(xué)與地球物理學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUGG）是由7個(gè)獨(dú)立的國際組織組成：國際大地測(cè)量學(xué)協(xié)會(huì)（IAG）、國際地震學(xué)和地球內(nèi)部物理學(xué)協(xié)會(huì)（IASPEI）、國際地磁學(xué)和高空物理學(xué)協(xié)會(huì)（IAGA）、國際氣象學(xué)和大氣科學(xué)協(xié)會(huì)（IAMAS）、國際火山學(xué)和地球內(nèi)部化學(xué)協(xié)會(huì)（IAVCEI）、國際水文科學(xué)協(xié)會(huì)（IAHS）、國際海洋物理科學(xué)協(xié)會(huì)（IAPSO）。國際地磁學(xué)與高空物理學(xué)協(xié)會(huì)（IAGA）鼓勵(lì)與協(xié)調(diào)關(guān)于地球的地殼、地幔與地核的電磁性質(zhì)的研究，大氣層的中上層、電離層與磁層的電磁性質(zhì)的研究，以及太陽、太陽風(fēng)、行星與行星際天體的研究。IAGA由內(nèi)部磁場(chǎng)、高空物理現(xiàn)象、磁層現(xiàn)象、太陽風(fēng)與行星際磁場(chǎng) 、地磁臺(tái)站及測(cè)量與分析等5個(gè)部分與歷史委員會(huì)及發(fā)展中國家委員會(huì)等2個(gè)委員會(huì)組成，上述各部分與各委員會(huì)由相應(yīng)的主席領(lǐng)導(dǎo)。表1給出了IAGA的各部分與各委員會(huì)及其主席。現(xiàn)任的IAGA主席是Kathryn Whaler（英國），秘書長是Mioara Mandea（法國）。

表1 IAGA的5個(gè)部分與2個(gè)委員會(huì)及其主席

地磁場(chǎng)是由主磁場(chǎng)、巖石圈磁場(chǎng)、電離層磁場(chǎng)與磁層磁場(chǎng)組成的。主磁場(chǎng)來源于地球的外核（液核），電離層磁場(chǎng)與磁層磁場(chǎng)分別來源于電離層與磁層的電流體系［1，2］。巖石圈磁場(chǎng)由地下介質(zhì)的磁化強(qiáng)度（感應(yīng)磁化強(qiáng)度和剩余磁化強(qiáng)度）所產(chǎn)生的磁場(chǎng)構(gòu)成。由于地下介質(zhì)的磁化強(qiáng)度主要受地下介質(zhì)所包含的鐵磁性物質(zhì)比例、介質(zhì)顆粒度、介質(zhì)所處的溫度環(huán)境和應(yīng)力狀態(tài)等因素控制，而這些因素又因地質(zhì)結(jié)構(gòu)、構(gòu)造環(huán)境以及構(gòu)造活動(dòng)的差異性而表現(xiàn)出非常復(fù)雜的空間不均勻性［3－6］。巖石圈磁異?？蓮牡卮艤y(cè)量數(shù)據(jù)中剝離出來。研究表明，巖石圈磁異常與地質(zhì)構(gòu)造、地殼活動(dòng)等因素有密切關(guān)系。因此，分析巖石圈磁異常變化與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系，研究諸如地震、火山活動(dòng)等地殼活動(dòng)所產(chǎn)生的巖石圈磁場(chǎng)變化的特征，對(duì)研究構(gòu)造磁學(xué)與震磁前兆信息都具有重要意義。

2013年8月26～31日，在墨西哥的梅里達(dá)召開了第12屆國際地磁學(xué)與高空物理學(xué)協(xié)會(huì)（IAGA）科學(xué)大會(huì)。IAGA每兩年召開一次科學(xué)大會(huì)，開展國際學(xué)術(shù)交流討論，促進(jìn)國際合作與學(xué)科發(fā)展。本文描述了第12屆IAGA科學(xué)大會(huì)的簡(jiǎn)況，概述了在這次IAGA科學(xué)大會(huì)中所展示的巖石圈磁異常的研究進(jìn)展，并展望了今后的發(fā)展前景。

1 IAGA科學(xué)大會(huì)的概況

在2013年8月26～31日召開的第12屆IAGA科學(xué)大會(huì)上，分6個(gè)部分進(jìn)行了學(xué)術(shù)報(bào)告與學(xué)術(shù)交流。這6個(gè)部分是：IAGA的內(nèi)部磁場(chǎng)、高空物理現(xiàn)象、磁層現(xiàn)象、太陽風(fēng)與行星際磁場(chǎng) 、地磁臺(tái)站及測(cè)量與分析等5個(gè)部分，以及聯(lián)合學(xué)術(shù)報(bào)告與學(xué)術(shù)交流部分（J）。在這次IAGA科學(xué)大會(huì)上，報(bào)告了596篇學(xué)術(shù)論文（oral），展示了258篇學(xué)術(shù)論文 （poster），一共報(bào)告與展示了854篇學(xué)術(shù)論文，內(nèi)容十分豐富（表2）。此外，還有儀器設(shè)備、地球物理資料與出版物等展覽。

表2 2013年IAGA科學(xué)大會(huì)上聯(lián)合學(xué)術(shù)部分（J）與IAGA各部分的學(xué)術(shù)論文數(shù)

聯(lián)合學(xué)術(shù)部分（J）有18個(gè)專題，分別為：SWARM衛(wèi)星與以往衛(wèi)星的結(jié)果、由衛(wèi)星與臺(tái)站測(cè)量的地磁長期變化與地核動(dòng)力學(xué)，地核動(dòng)力學(xué)模型的地磁觀測(cè)，由地磁學(xué)與電磁學(xué)約束的大陸地幔巖石圈與軟流圈的結(jié)構(gòu)、尺度與性質(zhì)，電磁臺(tái)網(wǎng)研究對(duì)了解固體地球與磁層過程的貢獻(xiàn)，大氣上層與電離層系統(tǒng)的長期變化與趨勢(shì)，低大氣層－磁層和低緯大氣層－磁層耦合過程與響應(yīng)：太陽風(fēng)－磁層－電離層－大氣上層的耦合，高能粒子進(jìn)入大氣層：來源與結(jié)果，地球等離子體層：模擬與遙測(cè)，日光層與磁層的微觀尺度與宏觀尺度，第24太陽周上升期日光層的結(jié)構(gòu)，無弱磁場(chǎng)下太陽系天體的等離子體相互作用，電離層探測(cè)儀的研究史，由地面與衛(wèi)星觀測(cè)的電離層與磁層過程的特征。

“內(nèi)部磁場(chǎng)”部分有13個(gè)專題，內(nèi)容包括：行星發(fā)電機(jī)與地核動(dòng)力學(xué)，實(shí)驗(yàn)的磁流體動(dòng)力學(xué)與流體動(dòng)力學(xué)過程，地殼構(gòu)造與過程的電磁成像，電磁感應(yīng)的近地應(yīng)用，電磁模擬與反演的進(jìn)展，海洋電磁研究，地磁場(chǎng)的時(shí)間變化：歷史性變化、倒轉(zhuǎn)、長期變化、突變，古地磁學(xué)與測(cè)定年代，古地磁參考模型（GPTS，APMP等），古地磁學(xué)與應(yīng)用于構(gòu)造過程的磁組構(gòu)，古地磁學(xué)與巖石磁學(xué)，應(yīng)用巖石磁學(xué)：更好地理解環(huán)境磁場(chǎng)的控制因子，理論與實(shí)驗(yàn)的巖石磁學(xué)。

“高空物理現(xiàn)象”部分有5個(gè)專題：在地磁平靜與擾動(dòng)期間赤道F與F3－層研究，大氣中層與低熱層的電子動(dòng)力學(xué)與高能學(xué)：區(qū)域與全球的圖像，大氣層－電離層系統(tǒng)的耦合過程，中高大氣層的長短期太陽效應(yīng)，大氣中層科學(xué)。

“磁層現(xiàn)象”部分有9個(gè)專題：ULF波的空間－地面調(diào)整，內(nèi)磁層的ULF波，輻射帶與環(huán)電流中的波與粒子動(dòng)力學(xué)，磁層的邊界層，磁層對(duì)太陽風(fēng)驅(qū)動(dòng)的不同響應(yīng)模式，等離子體殼層－電離層耦合系統(tǒng)：場(chǎng)向電流與離子外流的變換、源、傳輸與作用，極光過程，高緯電子動(dòng)力學(xué)與離子外流，“磁層現(xiàn)象”部分學(xué)術(shù)報(bào)告的評(píng)述。

“太陽風(fēng)與行星際磁場(chǎng)”部分有5個(gè)專題：太陽風(fēng)與行星際磁場(chǎng)研究的最新成果，太陽外大氣層中的波傳播，太陽耀斑的多譜研究，穿過日光層進(jìn)入星際介質(zhì)，“太陽風(fēng)與行星際磁場(chǎng)”部分學(xué)術(shù)報(bào)告的評(píng)述。

“地磁臺(tái)站、測(cè)量與分析”部分有7個(gè)專題：全球地磁臺(tái)網(wǎng)的進(jìn)展，全球地磁場(chǎng)特征和研究區(qū)域的現(xiàn)代磁測(cè)，應(yīng)用于空間天氣／氣候的地磁臺(tái)站資料，極蓋地磁指數(shù)：起源與應(yīng)用，應(yīng)用于電離層研究的地磁觀測(cè)以及雷達(dá)、激光雷達(dá)與其它的測(cè)量，巖石圈磁異常的摸擬與解釋，“地磁臺(tái)站、測(cè)量與分析”部分學(xué)術(shù)報(bào)告的評(píng)述。

2 巖石圈磁異常研究進(jìn)展

在第12屆IAGA科學(xué)大會(huì)期間，2013年8月29日召開了“巖石圈磁異常的摸擬與解釋”專題學(xué)術(shù)討論會(huì)。該專題學(xué)術(shù)討論會(huì)的召集人是Jerome Dyment（法國），副召集人是 Dhananjay Ravat（美國）與Juha V Korhonen（芬蘭）。該專題討論會(huì)報(bào)告了11篇學(xué)術(shù)論文，展示了10篇學(xué)術(shù)論文。該專題學(xué)術(shù)討論會(huì)顯示了巖石圈磁異常研究的新成果與新進(jìn)展。

最近10年間，地球勢(shì)場(chǎng)的研究大大改進(jìn)了對(duì)地磁場(chǎng)的理解與描述。它激勵(lì)了開展關(guān)于編輯、處理、模擬與解釋的國際合作。與此同時(shí)，已產(chǎn)出并出版了描述局部區(qū)域巖石圈磁場(chǎng)（地殼磁場(chǎng)）的空間高分辨率磁異常資料，從而出版了第一張全球地殼磁場(chǎng)圖，即世界數(shù)字磁異常圖（WDMAM）。包括地面、海洋、航磁與衛(wèi)星磁測(cè)的數(shù)據(jù)系列，可用于構(gòu)建高精度的巖石圈磁場(chǎng)（地殼磁場(chǎng)）模型。應(yīng)用修正的球冠諧分析（R－SCHA）構(gòu)建了局部地區(qū)地殼磁場(chǎng)模型并進(jìn)行了定量的解釋［7］。地磁資料的數(shù)字化，對(duì)于巖石圈磁場(chǎng)的分析與研究是很重要的。為此，全球低緯的地磁數(shù)據(jù)正在數(shù)字化，計(jì)劃2014年初完成。以新的數(shù)字化資料系列表述，將明顯增加近地地磁異常數(shù)據(jù)的密度，特別是在南部大洋的區(qū)域［8］。

在巖石圈磁場(chǎng)模型研究方面，應(yīng)用Slepian函數(shù)方法，將階數(shù)m＝n＝100的全球巖石圈磁場(chǎng)模型在陸地與海洋兩大區(qū)進(jìn)行頻譜與空間分解。結(jié)果表明，在陸地的地磁場(chǎng)是以地殼磁場(chǎng)為主，并有明顯的功率譜信號(hào)。海洋的地磁功率譜近似平緩，而在大陸地區(qū)則顯示其功率譜隨球諧階數(shù)的增加而增加［9］。此外，對(duì) NGDC－720巖石圈磁場(chǎng)模型進(jìn)行了理論擬合與比較，預(yù)測(cè)了全球平均視磁化率為0．04SI（平均感應(yīng)磁化強(qiáng)度為（0．42±0．02）A／m），平均磁性地殼厚度為（26．5±2．0）km，地面巖石圈磁場(chǎng)總強(qiáng)度均方根約為220nT［10］。對(duì)于從衛(wèi)星數(shù)據(jù)得到的巖石圈磁場(chǎng)模型中出現(xiàn)的噪聲，Lesur博士研制了一種噪聲模型。該噪聲模型適用于近極軌道衛(wèi)星的三分量磁矢量數(shù)據(jù)。它與CHAMP衛(wèi)星數(shù)據(jù)有關(guān)。結(jié)果表明，不能區(qū)分內(nèi)外源的噪聲，而巖石圈磁場(chǎng)模型在所有波長上被污染。應(yīng)用該噪聲模型，改進(jìn)了由CHAMP衛(wèi)星數(shù)據(jù)得到的球諧階數(shù)為120的巖石圈磁場(chǎng)模型［11］。

為研究中國坪壩－麗江剖面的巖石圈磁場(chǎng)，在800km的該剖面上，以5km間距設(shè)立測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行了地磁三分量測(cè)量。分析這些磁測(cè)數(shù)據(jù)，得到了相應(yīng)的巖石圈磁場(chǎng)。應(yīng)用向上延拓的方法，獲得了不同深度的磁異常：基底磁異常、上地殼磁異常與淺表磁異常。根據(jù)這些磁異常，反演得到了地下磁化強(qiáng)度的分布。分析結(jié)果表明：①這些磁異常與局部地質(zhì)構(gòu)造有很好的相關(guān)性；②地下磁化強(qiáng)度的分布和磁化率的地下分布、居里等溫面的深度、地震活動(dòng)性及地質(zhì)構(gòu)造等因素有關(guān)；③地下磁化強(qiáng)度的分布與電磁構(gòu)造具有良好的一致性［12］。根據(jù)2011～2012年青藏高原215個(gè)測(cè)點(diǎn)2期的地磁三分量測(cè)量資料，經(jīng)過地磁日變化改正與地磁長期變化改正，應(yīng)用曲面樣條方法，得到了局部巖石圈磁異常。在時(shí)間限定為一年的5個(gè)磁異常區(qū)中，2012年5．7級(jí)彝良地震、2013年5．5級(jí)洱源地震與7．0級(jí)雅安地震正好發(fā)生在這些磁異常區(qū)及其附近。這些結(jié)果表明，可能存在震磁前兆信息。這些結(jié)果，對(duì)于應(yīng)用局部巖石圈磁異常進(jìn)行地震預(yù)測(cè)研究是很有意義的，值得今后深入分析與研究［13］。

在地磁模型的研究中，巖石圈磁場(chǎng)是很重要的。為研究2010年增強(qiáng)地磁模型（EMM2010）在中國地區(qū)適用性，應(yīng)用中國地區(qū)1 302個(gè)測(cè)點(diǎn)與32個(gè)臺(tái)站地磁總強(qiáng)度F、磁偏角D、磁傾角I的1 334組準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，進(jìn)行了定量的分析。比較分析了地磁七要素，得到了中國地區(qū)地磁觀測(cè)值與相應(yīng)EMM2010計(jì)算值之間的差值及其標(biāo)準(zhǔn)方差σ。結(jié)果表明，隨著EMM2010截?cái)嚯A數(shù)N的增加，相應(yīng)的σ減少。當(dāng)N＝720時(shí)，ΔD、ΔI、ΔF的σ分別為10．44′、7．83′、126．89nT。這些差值的標(biāo)準(zhǔn)方差σ，是EMM2010應(yīng)用于中國地區(qū)的誤差的估計(jì)值。EMM2010應(yīng)用于中國地區(qū)的誤差是由EMM2010有限的截?cái)嚯A數(shù)、中國各地區(qū)的地磁異常狀況、地磁觀測(cè)數(shù)據(jù)的誤差等因素引起的。在中國地區(qū)比較分析EMM2010、2010年世界地磁模型（WMM2010）與第11代國際地磁參考場(chǎng)（IGRF－11）的結(jié)果顯示，EMM2010相應(yīng)的σ最小。EMM2010的σ最小的主要原因是：EMM2010不僅包含了地球主磁場(chǎng)，同時(shí)還包含了巖石圈磁場(chǎng)。EMM2010應(yīng)用于中國地區(qū)的實(shí)例表明，EMM2010具有一定的適用性，但有其局限性，EMM2010不能準(zhǔn)確計(jì)算中國地區(qū)的地磁場(chǎng)信息。因此，為了實(shí)際應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)研制中國地區(qū)的高精度地磁模型［14］。應(yīng)用自然正交分量方法分析了中國與蒙古地區(qū)地磁場(chǎng)長期變化，應(yīng)用球冠諧和與曲面樣條方法分析了中國與蒙古地區(qū)地磁場(chǎng)，并分析了局部區(qū)域巖石圈磁場(chǎng)及其時(shí)間變化特征，建立了中國與蒙古的區(qū)域地磁模型。對(duì)于巖石圈磁場(chǎng)及其變化，水平強(qiáng)度H與偏角I的空間分布類似但符號(hào)相反，北向分量X與水平強(qiáng)度H 的空間分布類似，東向分量Y與偏角D的空間分布類似，垂直分量Z與總強(qiáng)度F的空間分布類似［15］。

此外，該專題還分析與研究了華北鄂爾多斯塊體局部巖石圈變形的電磁證據(jù)、笛卡爾坐標(biāo)系下地殼磁化強(qiáng)度、Precambrian板塊構(gòu)造的航磁證據(jù)、阿拉伯海中Laxmi嶺的地殼構(gòu)造、La Soufriere－Guadeloupe Claire Bouligand的磁異常的高精度圖、深海溫泉處的磁信號(hào)、深海底的巖石磁性、新的全球大洋磁異常圖、日本海溝周圍太平洋板塊的海洋磁異常與磁化強(qiáng)度、應(yīng)用位場(chǎng)數(shù)據(jù)闡明非洲板塊構(gòu)造框架、墨西哥城郊的地磁及其變化、巴西深部磁化強(qiáng)度的解釋、應(yīng)用HPMS測(cè)量的矢量異常的三維空間三分量磁化強(qiáng)度等。由此可見，巖石圈磁異常的分析與研究是很重要的，也是很有意義的。

3 展望

綜上所述，2013年8月26～31日在墨西哥的梅里達(dá)召開的第12屆國際地磁學(xué)與高空物理學(xué)協(xié)會(huì)（IAGA）科學(xué)大會(huì)，展示了IAGA所屬各領(lǐng)域與各部分的觀測(cè)與研究所獲得的新進(jìn)展與新成果，在科學(xué)思路、觀測(cè)技術(shù)、分析方法、結(jié)果解釋、模型實(shí)驗(yàn)、理論研究等諸多方面都是值得我們借鑒與參考的。參加這次IAGA科學(xué)大會(huì)，我們與國際同行們進(jìn)行了學(xué)術(shù)交流與討論，共享了最新科研成果，吸取了國際同行們的好經(jīng)驗(yàn)，了解了最新的科研信息與動(dòng)態(tài)，這將有助于凝練我們的科學(xué)問題和研究目標(biāo)，為今后的科研工作取得更大進(jìn)步奠定了良好的基礎(chǔ)。

在第12屆IAGA科學(xué)大會(huì)期間召開的“巖石圈磁異常的摸擬與解釋”專題學(xué)術(shù)討論會(huì)，顯示了巖石圈磁異常研究的新成果與新進(jìn)展。該專題學(xué)術(shù)討論會(huì)充分表明，巖石圈磁異常的研究不僅具有重要的地磁學(xué)意義，而且具有廣泛的實(shí)際應(yīng)用。因此，巖石圈磁場(chǎng)及其異常變化是很重要、很有意義的科研課題，今后必須開展深入的分析與研究。

近年來，我國的相關(guān)專家學(xué)者關(guān)注巖石圈磁場(chǎng)及其異常變化［16－18］，而且在地震活動(dòng)區(qū)與構(gòu)造活動(dòng)帶，已觀測(cè)到與地震活動(dòng)、地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)的巖石圈磁異常［19－21］。對(duì)于2013年4月20日四川蘆山發(fā)生的7．0級(jí)地震，分析了該地震前后巖石圈局部磁場(chǎng)的動(dòng)態(tài)變化特征，研究了這種演化特征與該地震的關(guān)系［22］。該結(jié)果表明，蘆山地震前巖石圈磁場(chǎng)各要素均有變化異常，而震后該異常消失。蘆山地震前后水平矢量的異常空間分布顯示，孕震過程中所產(chǎn)生的巖石圈局部磁異?？臻g范圍約為125km。蘆山地震的孕震過程中垂直矢量的反向與龍門山斷裂的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)較為一致，在發(fā)震地點(diǎn)附近其矢量值最小，這可能與該地震的類型為純逆沖型有關(guān)［22］。

許多具有破壞性的淺源地震都發(fā)生在巖石圈中。在地震的孕育和發(fā)生的過程中，會(huì)引起局部巖石圈的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、溫度與應(yīng)力狀態(tài)、介質(zhì)電磁性質(zhì)等因素的變化，從而導(dǎo)致巖石圈磁異常。分析巖石圈磁異常變化與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系，研究與地震相關(guān)的構(gòu)造活動(dòng)所產(chǎn)生的巖石圈磁場(chǎng)變化特征，對(duì)分析震磁前兆信息與研討區(qū)域地震活動(dòng)性具有重要意義。因此，分析研究巖石圈磁異常變化與地震的關(guān)系是震磁研究中具有重要意義的探索途徑。在今后的探索研究中，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)地震活動(dòng)區(qū)的地磁觀測(cè)，深入分析巖石圈磁場(chǎng)及其變化，研究巖石圈磁異常變化與地震的關(guān)系，探討其震磁信息與物理機(jī)制，不斷推進(jìn)巖石圈磁異常變化的地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)研究。

致謝

感謝顧左文研究員的指導(dǎo)與支持。感謝詹志佳研究員的寶貴意見。

（作者電子信箱，袁潔浩：yjh810405＠163．com）

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