2010.0年代蒙古地區巖石磁異常*

陳 斌，袁潔浩，王 雷，徐如剛，倪 喆，顧左文，馮麗麗

(1.中國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

在地表觀測到的地磁場數值包括內源場和外源場。內源場可細分為源于地球液體外核磁流體動力學過程的主磁場和源于地殼及上地幔物質磁性的巖石圈磁場。外源場可細分為源于固體地球之外的各種電流體系產生的磁場和固體地球內部產生的感應磁場 (付承義等，1985;徐文耀，2003)。地下介質所處的環境，如溫度、應力等狀態影響巖石圈介質的磁化率與磁化強度 (黃平章等，1990;郝錦綺等，1992，1993;侯登錄等，2003;趙翔宇，劉青松，2010)，并反映到地面觀測到的磁場異常分布中。

由于巖石圈磁場包含了固體地球內部物質狀態和結構的豐富信息，因此通過對巖石磁異常的研究可以推進對地球的發展演變、地質構造的發展演變、地震活動性及成礦研究等諸多領域的研究并應用于航空航天和定向導航等相關領域。而高精度地磁場測量以及建模為上述研究提供了必不可少的基本科學數據。國內外學者通過重訪地震活動鄰區的地磁場變化，發現地震之前存在地磁異常現象 (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，東南西三面與我國的新疆、甘肅和內蒙古接壤，與我國共有極長的國境線，為我國北方邊界的重要鄰國。受印度—歐亞大陸碰撞、擠壓與太平洋板塊俯沖、出消減等過程的共同作用，蒙古地區是當今地球上構造運動最活潑的地區之一 (熊熊等，2010;Cunningham，2005)。區域內分布由兩條巨大的E-W走向的中蒙弧構造帶和和貝加爾弧構造帶，蒙古地區的構造格局分為西部地區與東部地區，西部地區地震活動強烈，東部地震活動很少①Baasanbat Tsagaan.2011.Deep structure study in Mongolia.(Ulziibat Munkhuu，2006)。蒙古東部至內蒙中東部、遼寧和黑龍江西部構成的東蒙—興安塊體為我國華北克拉通地塊的北部重要構造。蒙古西部、內蒙西部，阿爾泰造山帶以東和戈壁阿爾泰造山帶以北構成的西蒙古地塊為我國南北地震帶和塔里木地塊的本部重要構造塊體。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。研究蒙古地區的地質構造對研究華北克拉通、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力學關系有著重要的地球物理學意義。

為了實現蒙古地區區域地磁場的建立，研究中國北方邊界地區地磁分布特征和中國地磁分布的聯系，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，中國地震局地球物理研究所 (IGPCEA)與蒙古科學院天文與地球物理研究中心(簡稱RCAG，MAS)在蒙古境內合作測量了119個點的地磁三分量數據 (D、I、F)。筆者根據這些地磁場實測數據，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地磁場區域模型，用兩者的差表示巖石磁異常，并計算了該巖石磁異常與NGDC-720(National Geophysical Data Center，國家地球物理數據中心，簡稱NGDC)模型計算的巖石磁異常的差異。

1 數據來源及處理

筆者以2011～2012年中國地震局地球物理研究所與RCAG合作測量得到的蒙古境內119個測點的D、I、F三分量數據為最初研究數據，其中75點為2011年由中、蒙兩國科研人員共同測量完成，44點由蒙方人員于2012年獨立測量完成。本文根據這些地磁場實測數據，經過數據處理與分析，最后選用118個實測點數據，其中由于2012年RCAG獨立測量的096號測點與2011年共同測量的008號點位置重復，故舍去了096號點。蒙古地區118個地磁測點及邊界約束點如圖1所示。

選用烏蘭巴托地磁臺分鐘值記錄數據消除觀測數據中外源地磁場的成分，用第11代國際地磁參考場IGRF-11(IAGA，2010)將全部數據長期變化改正至當地時2010年1月1日午夜零時。并分別用球冠諧和與曲面樣條兩種方法對觀測數據進行空間擬合和插值，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年代蒙古地區地磁場曲面樣條分析.地球學報 (待刊).，此文不再重復表述。然后以球冠諧和描述的地磁場數值作為正常場，從曲面樣條描述的地磁場數值中消去正常場數值，即為巖石磁異常數值。以總強度為例，空間某點的巖石磁異常可由FANO=FSP-FSCH計算。其中FANO為該點的巖石磁異常數值，FSP為曲面樣條給出的地磁場數值，FSCH為球冠諧和給出的地磁場數值。

由于野外測點主要分布的區域位于42°～52°N，89°～116°E之間，選擇覆蓋蒙古地區的模型計算區域為42°～52°N，89°～116°E。為彌補地區外測點缺失，同時為降低邊界畸變，我們在計算區域邊緣處均勻選取16個補充點，根據增強磁場模型(Enhance Magnetic Model，簡稱EMM)計算出這16個補充點的地磁場值作為強化約束條件。

2 巖石磁異常空間分布

圖2為得到的蒙古地區巖石磁異常空間分布等值線圖。各要素的空間分布和量值區間如下:

磁偏角D和東向分量Y在蒙古地區東部和西部呈現不同的特征。東部大部分地區為正值區域，最大值為+75'(D)和+460 nT(Y)，負值區域為烏蘭巴托西南至區域東南的條帶狀地區，最小值為-60'(D)和-420 nT(Y)。西部大部分區域為負值區域，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似。主要空間特征為4對共8條正負相間的南北向條帶。沿 94°E、101°E、107°E和111°E 4條經線分布的條帶I為負，H和X為正;沿97°E、104°E、109°E 和 114°E 4 條經線分布的條帶I為正，H和X為負。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)。

總強度F和垂直分量Z的空間分布特征較為類似。蒙古西部的巖石磁異常場表現為大范圍的負值區域中鑲著一塊較小的正值區域，蒙古中東部的巖石磁異常較為復雜，為正負互相交錯的形態。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、H、X和Z的空間分布存在類弧形分布，這一類弧形分布可認為被北自貝加爾湖—烏蘭巴托并南偏東延伸的磁結構所截斷，而未延伸至蒙古東部，即蒙古東部南邊界未發現類似的弧形分布。

3 巖石磁異常幅度指標

由于磁場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。仿照矢量長度值的計算方法，我們制定了一個巖石磁異常幅度指標。該指標由磁異常的X、Y、Z這3個獨立要素計算，計算公式為:FIND=(X2+Y2+Z2)1/2，式中FIND為計算得到的巖石磁異常幅度指標，X、Y、Z分別為巖石磁異常的北向、東向和北向分量。

計算得到的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FIND的空間分布特征，我們按照數值的大小將FIND的空間等值線分為3類，并用不同線性的等值線標示。0～250 nT的值用實線表示，250～500 nT的值用虛線表示，500～1 000 nT的值用點線表示。圖3為計算的FIND的空間等值線圖，蒙古東西部呈現為明顯不同的特征。東部基本為低值區域，西部基本為高值區域，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條狀的高值條帶。

4 結果與討論

本文結合在蒙古地區開展的地磁觀測資料，繪制了區域的巖石磁異常圖，得出以下結論:

(1)蒙古東西部地區的巖石磁異常特征不同。D和Y在東部地區大多為正，西部為負;F和Z在西部地區表現較為規整，東部地區則較為凌亂。I、H和Z并未發現明顯的東西部差異。

(2)蒙古西部南邊界存在類弧形磁性結構而西部南邊界未發現類似弧形結構。

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

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

由于蒙古西部地區地震活動強烈，東部地震活動很少。這種巖石磁異常的東西部差異與地震活動的相關性與因果關系需要更為深入的研究與思考。

蒙古科學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、新疆維吾爾自治區地震局部分人員為本論文的撰寫提供了野外工作和臺站數據支持;在此一并表示感謝。

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