甘肃青海交界的祁连山地区为地震的高发区域，2020年1月至2022年6月甘肃青海交界地区（30°～40°N，95°～105°E）相继发生5.0级以上地震14次（中国地震台网中心官网统计），且强震活动性有增强的趋势。强烈的地震给当地造成了极大地破坏，该区域也是众多地震学者重点关注的地区之一。地磁学者通过监测地磁场异常信息来研究震磁关系，近一个世纪的研究发现^[1-3]，地磁异常现象与地震活动关系大体可分成两类：一类是基本磁场观测数据中岩石在应力作用下产生的“压磁效应” ^[3]，另一类是基于感应效应和地下电性变化出现的有关地磁异常的“感应磁效应”。针对上述两种震磁关系，相关学者已进行过大量的研究工作，并取得了相应的研究成果^[4-15]。

本文研究区域为甘青交界的门源地区（35°～40°N、98°～105°E），研究区域历史上发生过多次强震，最近的两次为2016年6.4级地震及2022年6.9级地震。中国地震局地球物理研究所的流动地磁团队在该区域内布设有高密度的流动地磁矢量测点，主要研究的对象是容易在地表造成较大地震破坏的岩石圈层。利用在研究区域布设的65个流磁测点的三分量矢量数据得出研究区域2019—2021年岩石圈磁场的变化特征，对门源M_S6.9地震进行岩石圈磁场异常的回溯分析及总结。

本文选取研究区域为35°～40°N、 98°～105° E，总共使用的流动地磁场矢量测点有65个，如图1所示。观测作业执行《流动地磁测量基本技术要求》及其规范性附录^[16]，作业任务在4～9月完成，测点为重复性测点，平均间距约60~70 km，测量时均避开了各种人工电磁干扰源。测量内容包括测点的梯度值、GPS方位角、磁偏角D、磁倾角I、总强度F，为保证测点周围环境的一致性，测量团队严格控制相邻两期测量的主副点点位差在1.5 nT之内。观测精度要求：测点水平梯度不得超过3 nT/m，垂直梯度不得超过5 nT/m，，两次GPS方位角误差小于6"，每个测点测量六组三分量值。

本文采用2019—2021年流动地磁D、I、F三分量数据，根据磁偏角D，磁倾角I，总强度F可以计算出地磁场的其它四个要素，分别是北向分量X，东向分量Y，水平分量H和垂直分量Z，以及水平矢量、垂直矢量，计算参照如下公式（1） ^[17]：

Z=FsinI,H=FcosI

Y=HsinD,X=HcosD（1）

通过日变通化改正、主磁场长期变改正、主磁场剥离、岩石圈磁场差值等主要技术处理，获取研究区岩石圈磁场差值ΔD、ΔI、ΔF等^[18]，数据处理流程如图2，具体步骤过程如下：

（1）日变通化改正。日变通化的主要目的是消除流动地磁观测数据中规则的地磁场日变化等外源场成分，依托测区邻近地磁台站（网）连续观测分钟值数据，采用台网参照法，对野外观测数据进行日变通化处理，获取监测区日变通化改正数据集，通化要求：地磁要素均方差δ_D≤0.5'， δ_I≤0.5'， δ_F≤1.5 nT。基本思路为测点P地磁要素t时刻的测量值F_Pt与测点P通化零时值F _P0之差与参考台S地磁要素t时刻观测分钟值F_St与参考台S通化日00∶-03∶00连续观测分钟值数据平均值F_S0之差相等，计算如公式（2）。

图1 研究区域地磁测点分布Fig.1 Distribution of geomagnetic survey points in the study area

F _Pt- F _{P 0}=F _St- F _S0（2）

公式（2）中F_P0通过日变通化得到通化零时的结果，通化零时为通化参考台所处时区地方时00：00～03：00的平均值，通化零日为距实际野外测量时间段最近的磁静日。F_Pt为测点P在时间t时的地磁测量值，F_St为通化参考台S在时间t时的观测分钟值数据，F_S0为通化参考台S在所处时区地方时00：00～03：00的连续观测分钟值数据平均值。

（2）长期变改正。采用1995年1月1日以来的全国地磁台网观测数据，建立中国及周边地区地磁场长期变化NOC非线性模型^[19]，对日变通化改正数据集进行主磁场长期变改正。本文将日变通化后的数据统一归算至2020.0地磁标准年代。计算如公式（3）。

F_Pv=F_P0- Δ_Pv（3）

公式（3）中F_Pv为测点经过长期变化改正到标准地磁年代的结果，Δ_Pv为测点P处地磁场长期变化改正参考数值。

（3）主磁场剥离。以“中国地磁参考场2020.0年代”为研究区主磁场参考模型，并在监测区长期变改正数据结果中进行剔除即可得到岩石圈磁场，对两期岩石圈磁场做差值分析即获得相邻两期岩石圈磁场的时空分布特征。剥离地磁正常场，获得观测区域、观测时间段内地磁岩石圈磁场的空间分布，计算如公式（4）。

M_P=F_Pv- F_Pn（4）

公式（4）中， M_P为测点P经地磁正常场剥离后所获得的岩石圈磁场数值，F_Pn为测点P处的地磁主磁场参考数值。本文只讨论水平矢量、垂直矢量，磁偏角模量、磁倾角模量、总强度模量、水平分量模量、垂直分量模量等值线的时空分布演化特征。

本文研究的门源周边地区流动地磁测量的时间均为2019—2021年的7～9月，根据上述建立的岩石圈磁场差值模型，绘制该区域2019—2020年、2020—2021年门源M_S6.9地震前两期水平矢量、垂直矢量，磁偏角模量、磁倾角模量、总强度模量、水平分量模量、垂直分量模量等值线的时空分布特征图（图3～5），以下将2019—2020年、2020—2021年分别称为震前第二期、震前第一期。

2.1 水平矢量、垂直矢量的时空演化特征

图3为震前两期水平矢量、垂直矢量的时空演化特征图。水平矢量：震前第二期显示在震中水平矢量变化平稳，矢量的大小和方向均无明显的异常，总体的方向自南至北，幅值东部大于西部，震中西北130 km处矢量出现了明显的弱变化，方向有向南旋转、对冲的趋势且矢量最小。震前第一期则显示矢量的方向发生了大范围的变化，几乎与震前第二期相反，震中及东南30～100 km处有大的转向、回旋，其中靠近震中处为顺时针回旋，较远处则逆时针回旋，异常极具代表性，震中位置与中国地震局流动地磁团队2021年年终异常判定结果最近仅30 km，映震效果良好。

图2 数据处理流程图Fig.2 Data processing flow chart

图3 水平矢量、垂直矢量时空演化特征图Fig.3 Spatial and temporal evolution characteristic map of horizontal vector and vertical vector

垂直矢量：震前第二期震中位置并无对冲或转向等异常，幅值显示东侧明显大于西侧。震前第一期则显示矢量的方向与震前第二期相反，总体方向自南至北，在震中两侧小范围区域内方向相反，震中东南100 km处呈发散状，矢量幅值以冷龙岭断裂带为界，北大南小。

2.3 水平分量dH模量、总强度F模量、垂直分量dZ模量的时空演化特征

图5为震前两期水平分量dH模量、总强度F模量、垂直强度dZ模量的时空演化特征图。

（1）水平分量dH模量。震前第二期显示研究区域以正异常为主，在震中西北200 km处有小范围的负异常分布，震中位于正异常区的高梯度带，水平分量的最大值为19 nT，最小值为-6 nT，震中为11 nT。震中距离最近的零线为120 km。震前第一期则显示研究区域大面积负异常，正异常仅分布于研究区域的东南及西北角，两期整体分布与磁倾角I要素类似。震前第一期水平分量的最大值为6 nT，最小值为-11 nT，震中为-8 nT，位于负异常区的高梯度带.震中距离最近的零“0”值线为120 km。

图4 磁偏角模量、磁倾角模量等值线时空演化特征图Fig.4 Spatial and temporal evolution characteristic map of isolines of magnetic declination modulus and magnetic inclination modulus

图5 水平分量模量、总强度模量、垂直分量模量等值线时空演化特征图（等变线间隔为1 nT） Fig.5 Spatial and temporal evolution characteristic map of isolines of horizontal component modulus， total strength modulus and vertical component modulus（isoline interval is 1 nT）

（2）总强度F模量。震前第二期显示研究区域总强度以正异常为主，负异常以带状和点状分布，震中位于正异常区。总强度的最大值为14 nT，最小值为-9 nT，震中为3 nT，震中距离“0”值线为30 km。震前第一期则显示研究区域正负异常区域各占一半，正负异常均高度集中，震中位于负异常区，总强度的最大值为7 nT，最小值为-7 nT，震中为-7 nT，位于负异常区的高梯度带，震中距离“0”值线为40 km。

（3）垂直分量模量。震前第二期显示研究区域以负异常为主，垂直分量的最大值为6 nT，最小值为-13 nT，震中为-4 nT，震中距离最近的零线为170 km。震前第一期则显示出与第二期较大的变化，研究区域以正异常为主，垂直分量的最大值为16 nT，最小值为-3 nT，震中为-3 nT，震中位于正负异常的交界地带，距离“0”值线10 km。

通过对2019—2021年门源M_S6.9地震周边地区岩石圈磁场要素时空分布特征的分析可以看出在地震发生之前震中附近岩石圈磁场各分量均发生了不同程度的变化，最明显的异常出现在震前1～2年震中东南方向100 km范围内：①水平矢量、垂直矢量幅值大小和方向均大致以冷龙岭断裂带为界出现了明显的不同，其中幅值大小均表现出冷龙岭断裂带东段北部大于南部，由亚磁效应可知冷龙岭断裂带东段南部应力应大于北部；②磁偏角、磁倾角、总强度、垂直强度也在冷龙断裂带东段北部有高梯度带出现。以上两种异常可以认为震中东南方向冷龙岭断裂东段构造应力场出现了较大变化，但是门源M_S6.9地震震中距离异常最明显的区域仍有60 km，应力变化最明显的地方非震源区的本质需进一步分析。据潘家伟等研究认为门源M_S6.9地震余震向SE方向扩展，表明具有应力向东迁移趋势^[22]，加剧了部分断层未来发生强震危险性的可能，如果以震磁关系的研究或者以磁报震为目的进行研究，就需要不断跟进补充地磁资料来跟踪分析门源M_S6.9地震对周围断层应力场的变化影响。目前已知的震磁效应主要包括压磁效应、感应磁效应、动电磁效应和热磁效应等，一次地震可能伴随多种震磁效应，其影响占比也不同^[23]。据部分学者研究表明，在地震发生前门源地震台静水位、水平搓倾斜和钻孔应变观测资料在此次地震中均出现了明显的短临异常”，其中，静水位出现加速上升和下降异常变化；石英水平摆倾斜仪存在北倾的加速或转折异常变化；钻孔应变四分量在震前监测到强烈的挤压变化^[24]，说明该地区应力状态一直在发生变化，由此推断门源M_S6.9地震可能收到多种震磁效应的综合影响，各震磁效应的影响占比也需要进一步的分析研究。

通过对门源M_S6.9地震的回溯分析可以得出以下结论：

（1）门源M_S 6 . 9地震周边岩石圈磁场各要素异常在震前1～2年比较明显，其中震中均位于磁偏角D模量、总强度F模量、垂直分量Z模量的正负交界地带，距离“0”值线10～50 km，震中位于水平分量dH模量的高梯度带，水平矢量方向和幅值在震中附近出现了明显的变化，震中东南约100 km范围内的转向和回旋是极具代表性的异常变化。

（2）水平矢量与研究区域内的断层的走向在震前1～2年表现出较高的一致性，但水平矢量弱变化最明显的地方位于震中东南30～100 km处，如用水平矢量的变化来进行发震地点的预测，需要将矢量的变化特征与构造运动结合起来分析，并需要更深入地掌握对地震地磁异常现象的识别。

（3）根据震前1～2年冷龙岭断裂带东段岩石圈磁场的大小异常变化可以推断冷龙岭断裂带东段应力场出现了明显的变化，其中水平矢量幅值、垂直矢量幅值在冷龙岭断裂带东段南北两侧呈现出北高南低的态势，依据压磁效应分析可知冷龙岭断裂带东段北侧岩石圈磁场较大，应力变化主要以释放为主，南侧岩石圈磁场较小，应力变化主要以加载为主。

本文仅对门源6.9级强震做了回溯分析，得出岩石圈磁场异常变化与门源强震的一些粗浅认识，尚不能准确的定性解释岩石圈磁场异常变化与地震的关系，其机理有待于今后深入的分析与研究。

致谢：本文使用的流动地磁数据由中国地震局地球物理研究所、河北省地震局、云南省地震局、甘肃省地震局等十三家省局单位共同处理完成，作者在此表示感谢，同时感谢中国地震局流动地磁技术团队在异常研判方面做出的努力，也感谢审稿专家的高效评审和编辑老师的润色。