流动地磁监测数据处理流程

陈斌+袁洁浩+王粲+徐如刚+王振东

摘要：阐述了中国地震局流动地磁团队现在采用的数据处理流程，包括最近台站替代法的日变通化和自然正交分量模型的长期变化改正。并采用该流程对野外地磁测量数据进行了日变通化和长期变化改正，得到岩石圈磁场年度变化数值，残差分析表明误差不大于10 nT，一般在5 nT之内。

关键词：流动地磁监测；数据处理流程；日变通化；长期变化改正；误差分析

中图分类号：P318文献标识码：A文章编号：1000-0666（2017）03-0335-05

0引言

地震的孕育及发生过程中，地下能量的积累与释放过程必然会引起岩石圈介质性质，如温度、应力等状态的改变。这一性质的改变将通过各种震磁效应引起岩石磁化率的改变（黄平章等，1990；郝锦绮等，1992，1993；侯登录等，2003；李海燕，张世红，2005），从而在地面产生能观测到的岩石圈磁场异常变化。因此通过监测地面的岩石圈磁场异常变化研究地震活动性是地磁学科主要研究方向之一。我国的地震学者通过监测地磁台站的连续观测数据，发现了某些可能的地震地磁异常现象，取得了如“低点位移”“转换函数”等理论（冯志生等，2000，2004；刘哲，2002；史勇军等，2002；王亶文，2003；陈伯舫，2003；丁鉴海等，2004；王世昌等，2004；张淑兰，江在森，2004；吴小平等，2004；李树华，2004；李琪等，2005；张继红，乔惠珍，2005；蒋延林等，2005；杨涛等，2005），但由于地磁台站的空间间隔较大，这一类研究对空间的辨识率不高。流动地磁研究者也使用空间高分辨率的流动地磁数据进行了地震地磁相关性的分析（解用明等，2001，2002，2005；詹景立，黄健，2004），但仅重点分析以震中为中心的某一段时间-空间区域的变化，缺乏全时间-空间尺度的辨析，且不同地区、不同时间的地震活动对应的地磁变化形态并不一致，这可归因于其中的某些变化是磁场的正常变化。自2010年初以来，中国地震局流动地磁技术团队在大华北、南北地震带和南北天山3个区域持续开展了年尺度的矢量地磁复测，发现了一些与地震相关地磁异常现象，如围绕地震震中出现高梯度分布或者磁偏角零变线等现象（顾春雷等，2010，2012；倪喆等，2014a，b，c；苏树鹏等，2016）。本文主要阐述了流动地磁技术团队采用的的数据处理过程，并分析数据处理过程中误差的可能数值范围。

1监测目标

按照来源的不同，地球磁场可分为内源磁场和外源磁场。内源磁场可细分为源于地球液体外核磁流体动力学过程的主磁场和源于地壳及上地幔物质磁性的岩石圈磁场。外源场可细分为源于固体地球之外的各种电流体系产生的磁场和固体地球内部产生的感应磁场。

由于岩石圈磁场包含了地壳和上地幔物质状态和结构的丰富信息，因此通过对岩石圈磁场的研究可以推进对地球演化、地质构造演变及成矿研究等相关领域的基础研究。从地震监测预报目的来看，发生在地表60 km范围内的浅源地震往往比同级别的深源地震会带来更大破坏（傅淑芳等，1980；许忠淮，2014），所以地磁场的地震监测目标重点应为对应浅源地震深度的岩石圈磁场。岩石磁学的实验室研究表明：岩石的状态，如温度、应力状态、岩石颗粒度及铁磁性物质含量等发生改变时，其磁性会发生相应的改变，即产生如压磁效应、膨胀磁效应、感應磁效应、热磁效应等震磁效应。地震的孕育及发生过程中，地下能量的积累与释放过程必然会引起岩石圈介质性质状态的改变，并产生能观测到的磁场异常变化。因此通过监测岩石圈磁场的空间分布及时间变化的异常特征来研究地震活动性是我们的目标。

合理、准确地描述岩石圈磁场的空间分布及时间变化需要尽可能精准地从观测数据中消除各种外源磁场以及地球主磁场的影响。因此，中国地震局制定了观测技术规范中国地震局监测预报司.2015.关于印发《流动地磁测量基本技术要求（试行）》的通知.以及日变通化、长期变化改正的数据处理流程，以便得到尽可能精确的岩石圈磁场数据。

2日变通化

本文阐述了中国地震局流动地磁团队现有的数据处理流程，该流程依据地磁学的相关知识，利用台站连续观测数据，建立了独立的地磁学日通化和长期变化模型，形成了稳定可靠的数据处理流程，得到了高精度的岩石圈磁场年度变化数据。

选用测点最近地磁台日变通化和自然正交模型长期变化改正的数据处理方法过程中需要有诸多特别需要注意的地方。该处理流程带来的整体误差小于10 nT，大部分数据误差保持在5 nT之内。但该流程仍然有诸多可以改进的地方，如日变通化处理过程中运用的三点近似处理方法和长期变化改正过程中对数据的强烈依赖性都是今后值得仔细思考和改进之处。

本文是中国地震局流动地磁团队集体工作成果的阐述，所用流动地磁测量数据为全团队的工作结果，在此向全体团队成员表示感谢。日变通化和长期变化改正所使用的地磁台站数据来自国家地磁台网中心，感谢台网中心和全国地磁台站工作人员对流动地磁团队的长期大力支持。中国地震局流动地磁技术团队希望各位审者和读者给我们提出宝贵的意见和建议，以促进我们团队的健康进步，促进流动地磁监测乃至地磁学科的科学研究水平的提高，促进我国的防震减灾事业长远稳固发展，在此再次感谢。

参考文献：

陈伯舫.2003.日本鹿屋台地磁转换函数的变化[J].华南地震，23（1）：8-12.

丁鉴海，余素荣，肖武军.2004.地磁异常现象及其在地震预报中的应用[J].石油地球物理勘探，39（增刊1）：27-30.

冯志生，梅卫萍，张秀霞，等.2004.中强震前地磁谐波振幅比的趋势性变化特征初步研究[J].西北地震学报，26（1）：50-56.

冯志生，王建宇，梅卫萍，等.2000.江苏地区地磁Z21测值空间相关异常及其标志体系[J].地震地磁观测与研究，21（1）：44-49.endprint

傅淑芳，刘宝成，李文艺.1980.地震学教程[M].北京：地震出版社.

顾春雷，张毅，顾左文，等.2012.华北地震区岩石圈磁异常场零值线与中强震震中分布关系[J].西北地震学报，25（2）：174-179.

顾春雷，张毅，徐如刚，等.2010.地震前后岩石圈磁场变化特征分析[J].地球物理学进展，25（2）：472-477.

郝锦绮，黄平章，周建国.1992.岩石流变磁效应——震磁效应的一种可能机理[J].中国地震，8（2）：53-60.

郝锦绮，黄平章，周建国.1993.微破裂对岩石剩磁的影响——对地震预报的意义[J].地球物理学报，36（2）：203-211.

侯登录，徐静，唐贵德，等.2003.SrRuO3的磁化率随温度的变化关系[J].稀有金属，27（5）：652-654.

黄平章，郝锦绮，周建国，等.1990.溧阳震区岩石磁性的温度和应力效应[J].中国地震，6（1）：56-64.

蒋延林，赵卫红，赵永红，等.2005.高邮地震台地磁异常与江苏及邻区地震的关系研究[J].华北地震科学，23（1）：32-36.

解用明，鞠永，韩和平，等.2005.震前地磁幅值比异常研究[J].华北地震科学，23（1）：37-40.

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

解用明，乔子云.2001.河北省及邻区中等地震活动前的地磁异常[J].华北地震科学，19（4）：54-58.

李海燕，张世红.2005.黄铁矿加热过程中的矿相变化研究——基于磁化率随温度变化特征分析[J].地球物理学报，48（6）：1384-1391.

李琪，杨冬梅，张素琴，等.2005.地磁转换函数方法之典型震例及数模对比[J].地震，25（3）：85-90.

李树华.2004.云南地磁场变化与异常特征分析[J].四川地震，（1）：31-36.

刘哲.2002.用地磁场总强度空间线性相关方法对辽宁省内及周围地区几次中强地震的预报总结[J].华北地震研究，18（2）：46-50.

倪喆.2014a.洱源5.5级地震前后地磁场变化异常特征分析[J].地震研究，37（3）：426-432.

倪喆，陈双贵，袁洁浩，等.2014b.芦山7.0级地震前后岩石圈磁场异常变化研究[J].地震研究，37（1）：61-65.

倪喆，袁洁浩，王粲，等.2014c.2014年云南鲁甸6.5级、永善5.0级地震前岩石圈磁场局部异常特征分析[J].地震研究，37（4）：537-541.

史勇军，孙燕萍，朱燕，等.2002.伽师强震群活动过程中喀什台地磁加卸载响应比变化特征研究[J].内陆地震，16（1）：84-88.

苏树鹏，李博，宋志刚，等.2016.晋冀蒙地磁总强度加密区观测资料分析[J].地震地磁观测与研究，37（2）：84-89.

王亶文.2003.地磁日变规律的破坏与地震的关系研究[J].地震地磁观测与研究，24（1）：1-6.

王世昌，郅红魁，宋建锁.2004.地震孕育过程中地磁日变规律的分析[J].地震地磁观测与研究，25（5）：18-23.

吴小平，辛华，张永久.2004.地磁“低点位移”与“磁暴”相结合预测发震时间[J].四川地震，（2）：21-26.

徐文耀，李卫东.1994.地磁场Sq的经度效应和UT变化[J].地球物理学报，37（2）：157-166.

徐文耀.2003.地磁学[M].北京：地震出版社.

许忠淮.2014.地震学百科知识（九）中国浅源地震震源机制图[J].国际地震动态，（3）：39-40.

杨涛，刘庆生，付媛媛，等.2005.陇西及周边地区地震活动与震磁效应的高阶统计量研究[J].华北地震科学，23（1）：52-56.

詹景立，黄健.2004.鲜水河断裂带流动地磁变化特征与地震[J].四川地震，（2）：33-35.

張继红，乔惠珍.2005.地磁前兆异常的动态从属函数[J].地球物理学进展，20（1）：142-146.

张淑兰，江在森.2004.我国西部地磁绝对测量大台距差值发对中强地震的反应[J].地震，24（增刊1）：98-102.endprint