选取1970—2019年震中位于云南省范围内(20°～30°N,97°～107°E)的M_S≥6.0地震共计31个,并统计了这些地震震中的岩石圈磁场强度以及岩石圈磁场分布特征,见表1。

表1 1970—2019年云南地区MS≥6.0地震目录及各分量岩石圈磁场强度
Tab.1 Catalogue of MS≥6.0 earthquakes in Yunnan area from 1970 to 2019 and magnetic field strength of the lithosphere in various components

在地磁观测中,主磁场和地壳磁场叠加在一起,理论上还无法将它们完全分离,但是根据地磁场能谱随谐波阶次的变化规律,通常认为球谐阶次n<13阶为地核场,n=14～15阶是地核和地壳磁场的过渡,n>16阶为地壳磁场,为地壳磁场定量计算提供了依据。在地心坐标系下计算各个地磁要素值。根据地磁场位函数理论,地磁位的球谐级数为:

U(r,θ,t)=a∑^N_n=1∑ⁿ_m=0{(a/r)ⁿ⁺¹[g^m_n(t)cosmλ+

h^m_n(t)sinmλ]}P^m_n(cosθ)(1)

式中:λ和θ分别为经度和余纬; a是地球半径,计算中取6 371.2 km; g^m_n(t)和h^m_n(t)是地磁位的球谐系数; p^m_n(cosθ)是n阶m次施密特标准正交缔合勒让德函数。

在球坐标系下,地磁场北向分量X、东向分量Y和垂直分量Z可以根据位函数求导得到:

X(θ,λ)=∑^∞_n=1∑ⁿ_m=0(g^m_ncosmλ+h^m_nsinmλ)

(dP^m_n(cosθ))/(dθ)(2)

Y(θ,λ)=∑^∞_n=1∑ⁿ_m=0(g^m_nsinmλ-h^m_ncosmλ)

m/(sinθ)P^m_n(cosθ)(3)

Z(θ,λ)=-∑^∞_n=1∑ⁿ_m=0(n+1)(g^m_ncosmλ+

h^m_nsinmλ)P^m_n(cosθ)(4)

NGDC-720地磁场模型以球谐分析系数(g,h)的形式给出,本文以0.05°为网格间距,按照云南省的经纬度要求计算磁场模型数据。

由图1a可见,云南地区X分量整体强度较小,介于-1.55～1.11 nT。X分量在云南大部分地区都呈现出磁负异常现象。负异常以滇西南、滇南地区为主,呈现为广阔宽缓的弱负异常区,极值位于滇西大盈江断裂附近,第二大负异常地区分布于滇东北的昭通—鲁甸断裂附近。滇西北区域出现明显的正异常,主要延伸至德钦断裂、中甸—乔后断裂、金沙江断裂、怒江断裂附近,极值分布于怒江断裂附近,幅度达1.11 nT; 滇南地区也呈现有小部分正异常,主要位于小江断裂南段、曲江断裂附近,幅度约为0.03 nT。

从图1b可见,Y分量强度介于-96.57～105.08 nT,其异常分布呈现出较明显的西负东正的现象,以丽江—小金河断裂至红河断裂为界,负异常主要集中在滇西、滇西南及滇西北的中甸、丽江地区。最显著的负异常分布于滇西怒江断裂西支附近,极值为-96.57 nT; 正异常主要分布在界线以东和东北地区,包含了部分滇西北地区,最大幅度达105.8 nT。各异常区较分散,相互联系不多,正负异常分界较明显,区内较为活跃的小江断裂、丽江—小金河断裂、红河断裂、昭通断裂的走向与正异常区的展布较一致。

由图1c可见,云南地区Z分量强度介于-139～43.27 nT,存在5个较为明显的负异常区,与区内主要断裂的分布有较明显的相关性,分别为:以丽江—小金河断裂、维西—乔后断裂、澜沧江断裂为主的滇西北地区,南华—楚雄断裂附近区域,普洱断裂、澜沧江断裂附近区域,石屏—建水断裂、小江断裂一带,以及昭通—鲁甸断裂附近区域。负异常极值出现在昭通—鲁甸断裂附近,幅度达-139 nT。小江断裂穿越了正异常区和负异常区,说明这2个异常区的基底性质存在巨大差异,南华—楚雄断裂附近的负异常区被包围在正异常区中,形成一个孤岛,地震活动较为剧烈,该区域的大姚、姚安历史上曾发生过多次M_S≥6.0地震。

如图1b,c所示,1970—2019年的M_S≥6.0地震大多发生在丽江—小金河断裂、普洱断裂、南华—楚雄断裂、小江断裂、曲江断裂、昭通断裂、龙陵—瑞丽断裂、程海断裂附近的Y,Z分量负异常区内,部分地震位于Z分量正负交界区。大多数地震的震中位置均有2个以上分量为负值,而1998年宁蒗6.2级地震显得较为特殊,其震中附近的岩石圈磁场三分量均为正值。

由表1可见,96.77%的地震发生在X分量负异常区内,87.1%发生在Y分量负异常区内,77.4%发生在Z分量负异常区及正负异常分界处。

云南地区岩石圈磁场强度极值情况见表2,其中,平均强度为磁场强度取绝对值后取平均得出。表2显示,X分量正异常最大值位于怒江断裂附近、与西藏交界地区,强度为1.11 nT,负异常最大值在龙陵—瑞丽断裂与缅甸接壤区域,强度为-1.55 nT; Y分量正异常最大值在大姚附近,强度为105.08 nT,负异常最大值位于丽江—小金河断裂与德钦—中甸断裂交界区域,强度为-96.57 nT; Z分量正异常最大值位于元谋断裂北段,强度达143.27 nT,负异常最大值位于昭通—鲁甸断裂,强度高达-139 nT,该负异常区内曾发生过1974年大关7.1级地震。

综合表1,2可以看出,强震震中位置的岩石圈磁场强度大多远远低于最大正异常值或者最大负异常值,发震位置均不在区域岩石圈磁场强度最强处。

表2 云南地区岩石圈磁场强度极值
Tab.2 The extreme value of the magnetic field strength of the lithosphere in Yunnan area