陳 斌，袁潔浩，王 雷，徐如剛，倪 喆，顧左文，馮麗麗

(1.中國(guó)地震局地球物理研究所，北京100081;2.安徽省地震局，安徽合肥230000;3.云南省地震局，云南昆明650224)

0 前言

在地表觀測(cè)到的地磁場(chǎng)數(shù)值包括內(nèi)源場(chǎng)和外源場(chǎng)。內(nèi)源場(chǎng)可細(xì)分為源于地球液體外核磁流體動(dòng)力學(xué)過(guò)程的主磁場(chǎng)和源于地殼及上地幔物質(zhì)磁性的巖石圈磁場(chǎng)。外源場(chǎng)可細(xì)分為源于固體地球之外的各種電流體系產(chǎn)生的磁場(chǎng)和固體地球內(nèi)部產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng) (付承義等，1985;徐文耀，2003)。地下介質(zhì)所處的環(huán)境，如溫度、應(yīng)力等狀態(tài)影響巖石圈介質(zhì)的磁化率與磁化強(qiáng)度 (黃平章等，1990;郝錦綺等，1992，1993;侯登錄等，2003;趙翔宇，劉青松，2010)，并反映到地面觀測(cè)到的磁場(chǎng)異常分布中。

由于巖石圈磁場(chǎng)包含了固體地球內(nèi)部物質(zhì)狀態(tài)和結(jié)構(gòu)的豐富信息，因此通過(guò)對(duì)巖石磁異常的研究可以推進(jìn)對(duì)地球的發(fā)展演變、地質(zhì)構(gòu)造的發(fā)展演變、地震活動(dòng)性及成礦研究等諸多領(lǐng)域的研究并應(yīng)用于航空航天和定向?qū)Ш降认嚓P(guān)領(lǐng)域。而高精度地磁場(chǎng)測(cè)量以及建模為上述研究提供了必不可少的基本科學(xué)數(shù)據(jù)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)重訪地震活動(dòng)鄰區(qū)的地磁場(chǎng)變化，發(fā)現(xiàn)地震之前存在地磁異?，F(xiàn)象 (Bernardi et al.，1991;顧春雷等，2010;顧左文等，2006;倪喆等，2014)。

蒙古人民共和國(guó)位于亞洲東部蒙古高原上，北臨貝加爾湖，東南西三面與我國(guó)的新疆、甘肅和內(nèi)蒙古接壤，與我國(guó)共有極長(zhǎng)的國(guó)境線，為我國(guó)北方邊界的重要鄰國(guó)。受印度—?dú)W亞大陸碰撞、擠壓與太平洋板塊俯沖、出消減等過(guò)程的共同作用，蒙古地區(qū)是當(dāng)今地球上構(gòu)造運(yùn)動(dòng)最活潑的地區(qū)之一 (熊熊等，2010;Cunningham，2005)。區(qū)域內(nèi)分布由兩條巨大的E-W走向的中蒙弧構(gòu)造帶和和貝加爾弧構(gòu)造帶，蒙古地區(qū)的構(gòu)造格局分為西部地區(qū)與東部地區(qū)，西部地區(qū)地震活動(dòng)強(qiáng)烈，東部地震活動(dòng)很少①Baasanbat Tsagaan.2011.Deep structure study in Mongolia.(Ulziibat Munkhuu，2006)。蒙古東部至內(nèi)蒙中東部、遼寧和黑龍江西部構(gòu)成的東蒙—興安塊體為我國(guó)華北克拉通地塊的北部重要構(gòu)造。蒙古西部、內(nèi)蒙西部，阿爾泰造山帶以東和戈壁阿爾泰造山帶以北構(gòu)成的西蒙古地塊為我國(guó)南北地震帶和塔里木地塊的本部重要構(gòu)造塊體。其中西蒙古地塊又被Bolnai斷裂和Bogd斷裂自北向南分隔成薩彥地塊、阿爾泰地塊和阿拉善地塊。研究蒙古地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造對(duì)研究華北克拉通、南北地震帶和塔里木地塊等主要塊體的與北方重要塊體及更北部的西伯利亞克拉通塊體之間的動(dòng)力學(xué)關(guān)系有著重要的地球物理學(xué)意義。

為了實(shí)現(xiàn)蒙古地區(qū)區(qū)域地磁場(chǎng)的建立，研究中國(guó)北方邊界地區(qū)地磁分布特征和中國(guó)地磁分布的聯(lián)系，探索蒙古高原塊體與華北克拉通、南北地震帶北端及塔里木塊體相互作用。在2011～2012年期間，中國(guó)地震局地球物理研究所 (IGPCEA)與蒙古科學(xué)院天文與地球物理研究中心(簡(jiǎn)稱RCAG，MAS)在蒙古境內(nèi)合作測(cè)量了119個(gè)點(diǎn)的地磁三分量數(shù)據(jù) (D、I、F)。筆者根據(jù)這些地磁場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，分別用球冠諧和方法和曲面樣條方法建立了2010.0年代蒙古及周邊地區(qū)地磁場(chǎng)區(qū)域模型，用兩者的差表示巖石磁異常，并計(jì)算了該巖石磁異常與NGDC-720(National Geophysical Data Center，國(guó)家地球物理數(shù)據(jù)中心，簡(jiǎn)稱NGDC)模型計(jì)算的巖石磁異常的差異。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

筆者以2011～2012年中國(guó)地震局地球物理研究所與RCAG合作測(cè)量得到的蒙古境內(nèi)119個(gè)測(cè)點(diǎn)的D、I、F三分量數(shù)據(jù)為最初研究數(shù)據(jù)，其中75點(diǎn)為2011年由中、蒙兩國(guó)科研人員共同測(cè)量完成，44點(diǎn)由蒙方人員于2012年獨(dú)立測(cè)量完成。本文根據(jù)這些地磁場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理與分析，最后選用118個(gè)實(shí)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，其中由于2012年RCAG獨(dú)立測(cè)量的096號(hào)測(cè)點(diǎn)與2011年共同測(cè)量的008號(hào)點(diǎn)位置重復(fù)，故舍去了096號(hào)點(diǎn)。蒙古地區(qū)118個(gè)地磁測(cè)點(diǎn)及邊界約束點(diǎn)如圖1所示。

選用烏蘭巴托地磁臺(tái)分鐘值記錄數(shù)據(jù)消除觀測(cè)數(shù)據(jù)中外源地磁場(chǎng)的成分，用第11代國(guó)際地磁參考場(chǎng)IGRF-11(IAGA，2010)將全部數(shù)據(jù)長(zhǎng)期變化改正至當(dāng)?shù)貢r(shí)2010年1月1日午夜零時(shí)。并分別用球冠諧和與曲面樣條兩種方法對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間擬合和插值，球冠諧和和曲面樣條的擬合插值方法和結(jié)果已由另文闡述①②陳斌，袁潔浩，王雷，等.2014a.2010.0年代蒙古地區(qū)地磁場(chǎng)曲面樣條分析.地球?qū)W報(bào) (待刊).，此文不再重復(fù)表述。然后以球冠諧和描述的地磁場(chǎng)數(shù)值作為正常場(chǎng)，從曲面樣條描述的地磁場(chǎng)數(shù)值中消去正常場(chǎng)數(shù)值，即為巖石磁異常數(shù)值。以總強(qiáng)度為例，空間某點(diǎn)的巖石磁異?？捎蒄ANO=FSP-FSCH計(jì)算。其中FANO為該點(diǎn)的巖石磁異常數(shù)值，F(xiàn)SP為曲面樣條給出的地磁場(chǎng)數(shù)值，F(xiàn)SCH為球冠諧和給出的地磁場(chǎng)數(shù)值。

由于野外測(cè)點(diǎn)主要分布的區(qū)域位于42°～52°N，89°～116°E之間，選擇覆蓋蒙古地區(qū)的模型計(jì)算區(qū)域?yàn)?2°～52°N，89°～116°E。為彌補(bǔ)地區(qū)外測(cè)點(diǎn)缺失，同時(shí)為降低邊界畸變，我們?cè)谟?jì)算區(qū)域邊緣處均勻選取16個(gè)補(bǔ)充點(diǎn)，根據(jù)增強(qiáng)磁場(chǎng)模型(Enhance Magnetic Model，簡(jiǎn)稱EMM)計(jì)算出這16個(gè)補(bǔ)充點(diǎn)的地磁場(chǎng)值作為強(qiáng)化約束條件。

2 巖石磁異?？臻g分布

圖2為得到的蒙古地區(qū)巖石磁異?？臻g分布等值線圖。各要素的空間分布和量值區(qū)間如下:

磁偏角D和東向分量Y在蒙古地區(qū)東部和西部呈現(xiàn)不同的特征。東部大部分地區(qū)為正值區(qū)域，最大值為+75'(D)和+460 nT(Y)，負(fù)值區(qū)域?yàn)闉跆m巴托西南至區(qū)域東南的條帶狀地區(qū)，最小值為-60'(D)和-420 nT(Y)。西部大部分區(qū)域?yàn)樨?fù)值區(qū)域，最小值為-80'(D)和-520 nT(Y);在100°E附近北部和46°N，98°E附近存在正值區(qū)域，最大值為+10'(D)和280 nT(Y)。

磁傾角I、水平分量H和北向分量X的空間分布特征較為類(lèi)似。主要空間特征為4對(duì)共8條正負(fù)相間的南北向條帶。沿 94°E、101°E、107°E和111°E 4條經(jīng)線分布的條帶I為負(fù)，H和X為正;沿97°E、104°E、109°E 和 114°E 4 條經(jīng)線分布的條帶I為正，H和X為負(fù)。I的最大值為+22'，位于49°N，104°E 和 47°N，97°E 兩處;最小值為-36分，位于 (50°N，104°E)。H和 X的最大值為 740 nT，位于 (50°N，104°E);最小值為-440 nT，位于 (49°N，97°E)。

總強(qiáng)度F和垂直分量Z的空間分布特征較為類(lèi)似。蒙古西部的巖石磁異常場(chǎng)表現(xiàn)為大范圍的負(fù)值區(qū)域中鑲著一塊較小的正值區(qū)域，蒙古中東部的巖石磁異常較為復(fù)雜，為正負(fù)互相交錯(cuò)的形態(tài)。最大值為+400 nT(F)和+460 nT(Z)，位于 (47°N，95°E)附近;最小值為 -360 nT，位于 (49°N，97°E)附近 (F)和 -400 nT，位于(48°N，100°E)附近 (Z)。

此外，在蒙古西部南邊界處，F(xiàn)、H、X和Z的空間分布存在類(lèi)弧形分布，這一類(lèi)弧形分布可認(rèn)為被北自貝加爾湖—烏蘭巴托并南偏東延伸的磁結(jié)構(gòu)所截?cái)啵囱由熘撩晒艝|部，即蒙古東部南邊界未發(fā)現(xiàn)類(lèi)似的弧形分布。

3 巖石磁異常幅度指標(biāo)

由于磁場(chǎng)各要素的空間分布特征存在一定的差異性，從若干圖像上提取磁異常的總體特征較為困難。仿照矢量長(zhǎng)度值的計(jì)算方法，我們制定了一個(gè)巖石磁異常幅度指標(biāo)。該指標(biāo)由磁異常的X、Y、Z這3個(gè)獨(dú)立要素計(jì)算，計(jì)算公式為:FIND=(X2+Y2+Z2)1/2，式中FIND為計(jì)算得到的巖石磁異常幅度指標(biāo)，X、Y、Z分別為巖石磁異常的北向、東向和北向分量。

計(jì)算得到的FIND的取值范圍為0～1 000 nT，為了較為容易獲取巖石磁異常幅度指標(biāo)FIND的空間分布特征，我們按照數(shù)值的大小將FIND的空間等值線分為3類(lèi)，并用不同線性的等值線標(biāo)示。0～250 nT的值用實(shí)線表示，250～500 nT的值用虛線表示，500～1 000 nT的值用點(diǎn)線表示。圖3為計(jì)算的FIND的空間等值線圖，蒙古東西部呈現(xiàn)為明顯不同的特征。東部基本為低值區(qū)域，西部基本為高值區(qū)域，最高值位于貝加爾湖附近和蒙古西南邊界兩處。另外，從貝加爾湖至烏蘭巴托并向南延伸存在一個(gè)條狀的高值條帶。

4 結(jié)果與討論

本文結(jié)合在蒙古地區(qū)開(kāi)展的地磁觀測(cè)資料，繪制了區(qū)域的巖石磁異常圖，得出以下結(jié)論:

(1)蒙古東西部地區(qū)的巖石磁異常特征不同。D和Y在東部地區(qū)大多為正，西部為負(fù);F和Z在西部地區(qū)表現(xiàn)較為規(guī)整，東部地區(qū)則較為凌亂。I、H和Z并未發(fā)現(xiàn)明顯的東西部差異。

(2)蒙古西部南邊界存在類(lèi)弧形磁性結(jié)構(gòu)而西部南邊界未發(fā)現(xiàn)類(lèi)似弧形結(jié)構(gòu)。

(3)提出了反映巖石磁異常的幅度指標(biāo)FIND，F(xiàn)IND的空間分布特征較為明顯地表現(xiàn)出東西差異性。

(4)貝加爾湖至烏蘭巴托并南延的南北走向地區(qū)存在不同周邊磁性物質(zhì)的異常磁條帶結(jié)構(gòu)。

由于蒙古西部地區(qū)地震活動(dòng)強(qiáng)烈，東部地震活動(dòng)很少。這種巖石磁異常的東西部差異與地震活動(dòng)的相關(guān)性與因果關(guān)系需要更為深入的研究與思考。

蒙古科學(xué)院天文與地球物理研究中心U.Sukhbaatar教授、S.TSERENDUG、T.NASANOCHIR、S.GANTSOGT、M.NGUNSHAGAI等共同參與野外工作的制定和執(zhí)行;安徽省地震局、云南省地震局、甘肅省地震局、新疆維吾爾自治區(qū)地震局部分人員為本論文的撰寫(xiě)提供了野外工作和臺(tái)站數(shù)據(jù)支持;在此一并表示感謝。

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