地震孕育过程中应力变化可能会引起磁化率的变化，进而导致局部地区磁场的变化。超大型地下储气库注采作业产生的压差将改变储气库内部及附近断层的介质性质和应力状态，为研究局部磁场变化随地下应力状态的变化提供了理想的野外实验环境。本文以注采气过程的压力变化作为“源模拟”，以地磁场总强度观测数据作为“场描述”，通过地磁场的变化研究了“场-源变化”的特征，为地震磁异常产生的机制提供了可靠的参考模型。

本文利用超大型地下储气库注采气过程中带来的巨大压力变化来近似天然地震的孕育过程，开展了如下研究：

1. 分析了乌鲁木齐WMQ地磁台站的变化规律，为地磁观测数据的日变化改正和长期变化改正结果提供了判断依据；

2. 利用泰勒多项式拟合方法，建立了储气库及周边地区的地磁场4阶泰勒多项式模型，作为该地区的正常?。?/span>

3. 基于4阶泰勒多项式模型，采用曲面样条函数方法，建立了储气库地区的岩石圈磁场模型；

4. 获取了储气库注气过程中的岩石圈磁场变化，分析了局部磁异常与气井压力变化的关系；

5. 计算了局部岩石圈磁场的相对变化，研究了注气过程中局部磁异常的空间分布与储气库地质构造的对应关系。

左图为2018年7-10月注气过程中的岩石圈磁场变化，右图为相对变化

研究发现，基于4阶泰勒多项式模型得到的储气库地区的局部磁异常更加准确；岩石圈磁场总强度的变化与注气过程的压力变化在时间进程上互为反向变化，其空间特征并非受到储气库地表构造线的严格控制。

本研究的创新点体现在以下几个方面：

1.中尺度地震模拟与地磁场耦合的研究方法

基于压磁原理，以超大型地下储气库为实验场，开展压力加卸载情况下引起磁场变化的机理和实验研究，对可能引起地震的多种因素进行观测和模拟，探索引起地震前兆磁信息的机理。

2.小区域地磁场建模及磁异常识别方法

基于储气库及周边区域高密度的地磁总强度实测资料，使用泰勒多项式拟合和曲面样条函数方法，获取了储气库地区的磁异常及其变化。

3.局部岩石圈磁场变化的中尺度磁学实验结果

当储气库注采气压力变化达14MPa时，所伴生的局部岩石圈磁场总强度相对变化极限为4.3%，上述物理现象与岩石磁学实验的研究结果高度吻合。

本文研究和主要成果为中国大陆地区的地震地磁异常分析起到了基础支撑的作用：1. 为地震地磁异常的产生机制和识别判定提供了可靠的参考模型；2. 对流动地磁目前已有的成功预报案例提供了中尺度的物理实验证据；3. 对流动地震地磁监测预测发挥了理论指导作用。

研究成果2022年发表于学术期刊《Geomagn. Aeron.》(Wang, Z., Wang, C., & Dong, C. (2021). Analysis of Changes in Magnetic Anomalies in the Largest Underground Gas Storage Area in China. Geomagnetism and Aeronomy, 61(8), 1251-1262.)。研究受研究所基本科研业务费专项(DQJB16B04)、国家重点研发计划(2018YFC1503305)项目共同资助。

【作者简介】

王振东，博士毕业于中国地质大学(北京)，2015年7月起在中国地震局地球物理研究所工作，主要从事地震磁效应、区域地磁场建模、地磁异常正反演、岩石圈磁场的时空变化及其与地震活动的关系研究。