瓊中邕寧臺(tái)地磁場(chǎng)長(zhǎng)期變化對(duì)比分析

葉向頂，張帆，張慧
（海南省地震局，?？?70203）

利用1984—2012年瓊中、邕寧地磁臺(tái)近30年的觀測(cè)資料，通過(guò)年均值的年變化和年變率來(lái)分析兩臺(tái)的地磁場(chǎng)長(zhǎng)期變化規(guī)律和特征，為了解本區(qū)域地磁場(chǎng)的長(zhǎng)期變化提供一定參考。

瓊中地磁臺(tái)；邕寧地磁臺(tái)；地磁場(chǎng)長(zhǎng)期變化；年變化；年變率

葉向頂，張帆，張慧.瓊中邕寧臺(tái)地磁場(chǎng)長(zhǎng)期變化對(duì)比分析[J].華南地震，2015，35（2）：67-72.YE Xiangding，ZHANG Fan，ZHANG Hui. Long-term Changes in Geomagnetic Field of Qiongzhong Station and Yongning Station[J].South china journal of seismology，2015，35（2）：67-72.]

0　引言

地磁場(chǎng)是一個(gè)矢量場(chǎng)，是空間位置和時(shí)間的函數(shù)。地磁場(chǎng)長(zhǎng)期變化的時(shí)空規(guī)律是追蹤地球內(nèi)部物質(zhì)的性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)的重要線索，是固體地球物理中的一個(gè)重要研究課題。地磁長(zhǎng)期變化是指地磁場(chǎng)隨時(shí)間的緩慢變化，對(duì)地磁臺(tái)站而言，即指地磁場(chǎng)各分量年均值隨時(shí)間的緩慢變化。通過(guò)了解地磁要素空間分布的變化及其長(zhǎng)期變化所表現(xiàn)出的單調(diào)增減和轉(zhuǎn)折現(xiàn)象，研究其變化特征和規(guī)律，有助于我們了解地球內(nèi)部物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，對(duì)判斷地震磁效應(yīng)也是重要的[1]。

海南瓊中地磁臺(tái)和廣西邕寧地磁臺(tái)均屬華南片區(qū)，在本地區(qū)地磁觀測(cè)中均處在重要位置。研究其地磁場(chǎng)長(zhǎng)期變化，可以作為了解華南地區(qū)及至中國(guó)大陸地區(qū)地磁場(chǎng)長(zhǎng)期變化的一個(gè)窗口，并在導(dǎo)航、礦產(chǎn)勘探、地震和火山活動(dòng)研究上都起到一定的作用。

1　臺(tái)站簡(jiǎn)介

本文采用了瓊中、邕寧地磁臺(tái)1984—2012年地磁磁偏角D、磁傾角I、磁場(chǎng)總強(qiáng)度F、水平分量H、垂直分量Z等地磁場(chǎng)要素的年均值觀測(cè)資料（北向分量X和東向分量Y變化形態(tài)基本與H和D分量相同，這里不作分析）。其中D、I分量統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為以分為單位，D分量符號(hào)以偏西為負(fù)，I分量符號(hào)取下傾為正。圖1和表1列出了臺(tái)站位置及各項(xiàng)參數(shù)。

表1　瓊中、邕寧臺(tái)基本資料Table 1 Basic information of Qiongzhong station and Yongning station

圖1　瓊中、邕寧地磁臺(tái)位置圖Fig.1 Locationmap of Qiongzhong and Yongning geomagnetic station

瓊中臺(tái)位于海南省瓊中縣營(yíng)根鎮(zhèn)東南部，距海口145 km，是我國(guó)目前最低緯度的國(guó)家基準(zhǔn)地磁臺(tái)，屬國(guó)家Ⅰ類臺(tái)。臺(tái)站占地面積30 000 m2，使用面積近1 2000 m2。臺(tái)址巖基為弱磁性混合花崗巖，局部雖受磁黃鐵礦物的磁性污染，但影響不大。臺(tái)站自1982年建臺(tái)至1984年正式觀測(cè)至今已積累了近30年數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。

邕寧地磁臺(tái)位于南寧市邕寧區(qū)龍崗村，臺(tái)基為石炭系大塘階，白云質(zhì)灰?guī)r。觀測(cè)室和記錄室距離10 m，均為無(wú)磁性或弱磁性材料建造的木石結(jié)構(gòu)地面建筑，屬國(guó)家基本臺(tái)。記錄室日溫差小于0.3°C，年溫差為13.6°C，相對(duì)濕度不超過(guò)70%。

地磁場(chǎng)長(zhǎng)期變化是指地磁場(chǎng)各種要素年均值的逐年變化。許多地磁臺(tái)上各地磁要素的年均值均有緩慢而明顯的逐年變化。這些要素不僅數(shù)值有變化，而且方向也有變化。這種情況反映出地磁場(chǎng)的長(zhǎng)期變化不是個(gè)別臺(tái)站的現(xiàn)象，而是全球性的。它既包含了偶極磁場(chǎng)的變化，也包含了非偶極磁場(chǎng)的變化，其起源主要在地球內(nèi)部。其中非偶極磁場(chǎng)的變化是長(zhǎng)期變化的主要部分[3-4]。年變率則是兩個(gè)年度的年均值的差值，即

式（1）中A（a1）為某年年均值，a2=a1-1（a1為觀測(cè)年度），Y為差值。

2.1偏角D年變化和年變率

瓊中、邕寧臺(tái)地磁偏角為偏西方向，總體呈緩慢上升趨勢(shì)。圖2是瓊中、邕寧臺(tái)1984—2012年的偏角年均值變化曲線。圖2可以看出，兩者變化趨勢(shì)是相當(dāng)一致的，其年變化可以分成兩個(gè)階段。1984—1995年是一個(gè)階段，其變化曲線形成一個(gè)小半弧，是個(gè)緩慢的升降變化。瓊中臺(tái)由1984年偏西55.94′逐漸上升，1988年達(dá)到弧頂（61.6′）之后又緩慢下降，直到1995年降至56.6′；邕寧臺(tái)則在1987年上升到弧頂然后再緩慢下降，降至1995年的低點(diǎn)。這一變化與廣州地磁臺(tái)結(jié)果相同[1]。第二階段為1996—2012年，這一階段是個(gè)單調(diào)的緩慢上升的過(guò)程。

圖2　磁偏角年變化和年變率曲線圖Fig.2 The curve of annual variation and annual variation rate ofmagnetic declination

從圖2偏角D年變率曲線看，除個(gè)別年份變化幅度稍大外，兩者的變化率曲線趨勢(shì)也基本一致，總體呈正弦波狀。其峰值出現(xiàn)在2002—2004年，谷值出現(xiàn)在1989—1993年；同時(shí)，1995—1999年間也出現(xiàn)了一個(gè)小的正弦波狀的變化，表明在這時(shí)段地磁場(chǎng)發(fā)生了某些變化。瓊中臺(tái)平均年變率為1.0′/a、邕寧為1.2′/a，相差很小。若從地磁偏角的等變線圖上看，兩者應(yīng)處在同一個(gè)等變線上。瓊中臺(tái)由1984年的偏西55.94′到2012年的85.0′，近30年的時(shí)間里變化了29.06′；邕寧臺(tái)則由1984年的偏西115.72′到2012年的149.6′，近30年的時(shí)間里變化了33.88′。

2.2傾角I年變化和年變率

圖3是兩臺(tái)的磁傾角年變化和年變率曲線。兩臺(tái)的年變化趨勢(shì)基本一致，均呈單調(diào)的緩慢上升趨勢(shì)。瓊中臺(tái)1984年I=1 408.8′(23.48°)，2012年I=1 572.6′（26.21°），29年間增大了163.8′，平均年變率約為4.4′/a；邕寧臺(tái)1984年I=1 878.0′（31.3°），2012年I=2 023.6′（33.73°），29年間增大了145.6′，平均年變率約為3.5′/a，瓊中臺(tái)變化率略大于邕寧臺(tái)，磁傾角瓊中小于邕寧，這符合了磁傾角年變率由高緯向低緯逐漸增大，磁傾角則由低緯向高緯逐漸增大的全球磁傾角的變化特征（極區(qū)I=±90°）。

從年變率曲線也可看到，瓊中和邕寧臺(tái)在2001年后年變化率陡然往上走，表明地磁場(chǎng)傾角變化突然加速，磁傾角下傾加大。另外，兩臺(tái)均存在著兩次數(shù)據(jù)階躍變化，且不處在同一時(shí)間段，因此估計(jì)是數(shù)據(jù)處理不當(dāng)產(chǎn)生的臺(tái)階，其年變率也因此產(chǎn)生較大的跳動(dòng)，但不影響兩臺(tái)年變率的總體趨勢(shì)。

2.3磁場(chǎng)總強(qiáng)度F年變化和年變率

圖4是磁場(chǎng)總強(qiáng)度在1984—2012年間的年變化和年變率。從年變化曲線上看，兩者的轉(zhuǎn)折變化幾乎是一模一樣，變化形態(tài)雖稍有起伏，但仍近似直線似的上升增強(qiáng)。瓊中臺(tái)在29年間F由43 215.8 nT逐漸增強(qiáng)至43 811.7 nT，增幅達(dá)595.9 nT，平均年變率為21.3 nT/a；邕寧臺(tái)F分量從45 119.03 nT增長(zhǎng)至45 747.15 nT，增幅為628.12 nT，年均變化率為22.4 nT/a，與瓊中臺(tái)平均年變率僅差1 nT左右。瓊中臺(tái)雖然在2003年出現(xiàn)負(fù)增強(qiáng)，但邕寧臺(tái)也在該年度也有同步的現(xiàn)象，只能說(shuō)明瓊中臺(tái)在該年度變化幅度稍大。

圖3　磁偏角和磁傾角年變化和年變率曲線圖Fig.3 The curve of annual variation and annual variation rate ofmagnetic declination andmagnetic inclination

圖4　磁場(chǎng)總強(qiáng)度F年變化和年變率曲線Fig.4 The curve of annual variation and annual variation rate of the totalmagnetic field intensity F

從年變率的變化圖上看，兩臺(tái)年變率曲線高度吻合，變化形狀近似“W”形，峰值在1991—1995年，兩個(gè)谷值分別在1988年和1999—2002年。峰值1991—1995年間還存在一個(gè)轉(zhuǎn)折，谷值1999—2002年也同樣，這種變化可能受1991年和1999年的jerk事件的影響。

2.4磁場(chǎng)水平分量H年變化和年變率

圖5分別是H的年變化和年變率，兩者的年變化和年變率曲線基本同步。H分量年變化與其他分量年變化不同，其變化趨勢(shì)是逐年下降趨勢(shì)。1996年前兩臺(tái)的年變化曲線稍有不同，瓊中臺(tái)在1987年和1991年轉(zhuǎn)折變化明顯，1984—1987年H分量是平緩增強(qiáng)，之后迅速下降，1991年后又轉(zhuǎn)折緩慢增強(qiáng)，直到1996年才再度往下降；邕寧臺(tái)同樣在1987年和1991年出現(xiàn)轉(zhuǎn)折變化，但1984—1987年卻是平緩下降，1991—1996年間雖然有某年出現(xiàn)增強(qiáng)，但非常平緩，其整體還是下降趨勢(shì)。1996年后，兩者年變化曲線基本重合。

H分量的年變率曲線與F分量有點(diǎn)相似，均存在相同的峰值谷值和轉(zhuǎn)折變化形態(tài)，顯然都受到1991年和1999年的jerk事件的影響。但2003年后F分量年變率明顯是逐年增大，H分量卻顯持續(xù)下降趨勢(shì)。兩臺(tái)29年間年變化量分別為246.61 nT和420.72 nT，邕寧臺(tái)遠(yuǎn)大于瓊中臺(tái)。年均變化率分別為瓊中-8.3 nT/a邕寧-15.0 nT/a，邕寧臺(tái)變化較大。

圖5　磁場(chǎng)水平分量H年變化和年變率曲線Fig.5 The curve of annual variation and annual variation rate of horizontal component ofmagnetic field H

2.5磁場(chǎng)垂直分量Z年變化和年變率

圖6分別是磁場(chǎng)垂直分量Z年變化和年變率。從年均值變化曲線看，兩臺(tái)變化趨勢(shì)均是逐年上升增強(qiáng)，其間基本沒(méi)有轉(zhuǎn)折變化情況，為單調(diào)上升形態(tài)。1984—2012年瓊中由17 447.70 nT上升到19 352.99 nT，增大了1 905.29 nT，年均變化率為68.0 nT/a；邕寧由23578.0 nT上升到25 400.58 nT，增大了1 822.58 nT，年均變化率為65.1 nT/a。

圖6　磁場(chǎng)垂直分量Z年變化和年變率曲線Fig.6 The curve of annual variation and annual variation rate of vertical componentofmagnetic field Z

從年變率曲線中看，Z分量年變率在1984-2001年間，變化曲線起伏不定，有增有減，似一個(gè)“m”形。2001年后年變率曲線急劇上升，顯示磁場(chǎng)垂直分量逐年變化量增大，變化速度加快，變化狀況與磁傾角類似。

3　結(jié)語(yǔ)

地磁臺(tái)站的年均值是通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的地磁觀測(cè)計(jì)算出來(lái)的，其中包括有地球的主磁場(chǎng)、地殼磁場(chǎng)、變化磁場(chǎng)及感應(yīng)磁場(chǎng)。臺(tái)站及其所在區(qū)域地磁場(chǎng)的長(zhǎng)期變化通過(guò)其各要素的年均值的時(shí)變曲線反映了其變化狀況。

（1）瓊中、邕寧兩臺(tái)年均值長(zhǎng)期變化曲線的趨勢(shì)變化基本趨于一致，總體均呈單調(diào)的上升或下降變化趨勢(shì)，期間或有折轉(zhuǎn)變化但比較平緩。

（2）年變率曲線變化兩臺(tái)基本趨于一致，個(gè)別年度的差異可能為該年度數(shù)據(jù)處理上出現(xiàn)錯(cuò)誤造成。相對(duì)年變化而言，兩臺(tái)年變率時(shí)變曲線呈波浪式變化，變化的幅度有一定差異，但很小。

（3）各要素年變率時(shí)變曲線形狀各異，但仍存在某些相同點(diǎn)，F(xiàn)、H、Z三分量時(shí)變曲線轉(zhuǎn)折明顯，其拐點(diǎn)基本相同，分別是1986、1988、 1991—1993—1995、1999—2002年；D、I變化相對(duì)比較平緩，沒(méi)有過(guò)多轉(zhuǎn)折變化。

（4）地磁場(chǎng)長(zhǎng)期變化的某些優(yōu)勢(shì)周期主要有58年、450年、600年、1 800年、10 000年等[2]，瓊中、邕寧地磁臺(tái)近三十年資料還不足于反映出其長(zhǎng)期變化周期。

總之，瓊中、邕寧兩臺(tái)的年變化和年變率時(shí)變曲線趨勢(shì)高度一致，說(shuō)明兩臺(tái)及其所在區(qū)域地磁場(chǎng)變化是較為均衡的，有一定的區(qū)域性差異，但很小。

致謝：衷心感謝邕寧臺(tái)齊貴華老師提供的資料。

[1]徐文耀.地球電磁現(xiàn)象物理學(xué)[M].安徽：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2009.

[2]葉向頂，顧申宜，張慧.瓊中地磁Z分量低點(diǎn)時(shí)間變化分布特征分析[J].華南地震，2013，33（3）：55-62.

[3]李鴻宇，赫永亮，沈紅會(huì).地磁參數(shù)長(zhǎng)期變化與日長(zhǎng)十年尺度變化相關(guān)分析[J].華南地震，2013，33（3）：35-40.

[4]馮志生，李鴻宇，張秀霞，等.地磁諧波振幅比異常與強(qiáng)地震[J].華南地震，2013，33（3）：9-15.

Long-term Changes in Geomagnetic Field of Qiongzhong Station and Yongning Station

YE Xiangding，ZHANG Fan，ZHANG Hui
（Earthquake Administration ofHainan province,Haikou 570203，China）

By using observation data of Qiongzhong and Yongning station for nearly 30 years from 1984 to 2012. The paper analyzes the long-term variation and characteristics of the geomagnetic field of these two stations by using the annual variation and annual variation rate,which can provide a certain reference for understand the geomagnetic field changes of this region.

Qiongzhong station；Yongning station；Long-term variation of geomagnetic field；Annual variation；Annual variation rate

P318.6

A

1001-8662（2015）02-0067-06

10.13512/j.hndz.2015.02.011

2014-09-26

葉向頂（1973－），男，工程師，主要從事地震地磁觀測(cè)與數(shù)據(jù)處理.

E-mail：422293776@qq.com.