我国大地电磁测深新进展及瞻望

简要回顾了上世纪60－80年代，我国大地电磁测深工作的起步和发展， 较全面地介绍了90年代以来的新进展，并瞻望了新世纪的发展方向。     

对流地幔上涌的方式及其大陆动力学意义

近年来,大陆动力学研究吸引了越来越多的关注,地球科学各分支学科的学者纷纷以自己熟悉的视角阐释大陆动力学过程.谈论地质过程的驱动机制时,多数学者都将注意力转向深部过程,特别是对流地幔的上涌.因此,正确理解对流地幔上涌的机制是大陆动力学研究的重要前提之一.     

华北地区东部岩石圈导电性结构研究——减薄的华北岩石圈特点

华北古大陆克拉通解体、岩石圈减薄的深部过程,对于建立中国大陆中新生代演化动力学模型是亟待深入研究的重要科学问题,因而"华北克拉通破坏"也就成了当前学术界的热门话题。为了研究"华北克拉通破坏"首先需要给出较准确的华北岩石圈结构,这必须依靠包括超宽频带高精度大地电磁深探测在内的现代深部地球物理探测技术。2001和2005年在华北地区东部布置了应县—商河(HB-MT01)、文水—日照(HB-MT02)大地电磁测深剖面进行研究。研究结果表明,在华北地区东部沿地壳-上地幔探测剖面可划分为4个电性区,区内发现有下地壳高导带和上地幔高导层存在。文中依据研究区壳-幔电性结构特征,推断华北地区东部地壳和上地幔之间发生过大规模构造运动,导致壳-幔之间存在解耦现象。研究结果还发现,华北东部确实存在岩石圈减薄区,其岩石圈厚度约50~80km厚。岩石圈明显减薄的区域包括北太行山隆起、华北裂谷带北部和鲁西断隆,其范围比原先认识到的要复杂,并非以太行山重力梯度带为界划分东、西两区,简单地认为东区即是减薄区。此外,在华北地区东部的现代高精度大地电磁探测结果也进一步证明了地球物理观测对于大陆动力学研究的重要性,这使人们更加认识到在今后的研究中必须强调地球物理-地质-地球化学之间的有机结合。     

Three-Dimensional P-Wave Velocity Structure of the Crust of North China

Since the Xingtai (邢台) earthquake in 1966,China Earthquake Administration has carried out a survey campaign along more than thirty deep seismic sounding (DSS) profiles altogether about twenty thousand kilometers long in North China to study the velocity structure of the crust and the upper mantle in this region,and has obtained a great number of research findings. However,these researches have not provided a 3D velocity structure model of the crust of North China and cannot provide seismic evidence for the study of the deep tectonic characteristics of the crust of the whole region. Hence,based on the information from the published data of the DSS profiles,we have chosen 14 profiles to obtain a 3D velocity structure model of North China using the vectorization function of the GIS software (Arc/Info) and the Kriging data gridding method. With this velocity structure model,we have drawn the following conclusions: (1) The P-wave velocity of the uppermost crust of North China changes dramatically,exhibiting a complicated velocity structure in plane view. It can be divided into three velocity zones mainly trending towards north-west. In the research area,the lowest-velocity zones lie in the Haihe (海河) plain and Bohai (渤海) Bay. Although the geological structure of the sedimentary overburden in the study area is somewhat inherited by the upper crust,there are still several differences between them. (2) Generally,the P-wave velocity of the crust increases with depth in the study area,but there still exists local velocity reversion. In the east,low-velocity anomalies of the Haihe plain gradually disappear with increasing depth,and the Shanxi (山西) graben in the west is mainly characterized by relatively low velocity anomalies. Bounded by the Taihang (太行) Mountains,the eastern and western parts differ in structural trend of stratum above the crystalline basement. The structural trend of the Huanghuaihai (黄淮海) block in the east is mainly north-east,while that of the Shanxi block and the eastern edge of the Ordos block is mainly north-west. (3) According to the morphological features of Moho,the crust of the study area can be divided into six blocks. In the Shanxi block,Moho apppears like a nearly south-north trending depression belt with a large crustal thickness. In the southern edge of the Inner Mongolia block and the south of the Yanshan (燕山) block,the Moho exhibits a feature of fold belt,trending nearly towards east-west. In the eastern edge of the Ordos block,the structure of Moho is relatively complex,presenting a pattern of fold trending nearly towards north-west with alternating convexes and concaves. Beneath the Huanghuaihai block,the middle and northern parts of the North China rift zone,the Moho is the shallowest in the entire region,with alternating uplifts and depressions in its shape. For the anteclise zone in the west of Shandong (山东) Province,the Moho is discontinuous for the fault depression extending in the north-west direction along Zaozhuang (枣庄) -Qufu (曲阜).     

华北地区地壳P波三维速度结构

1968年邢台地震以后的30余年中, 中国地震局系统先后在大华北地区布置30余条、近20000km的人工地震宽角反射/折射深地震测深(DSS) 剖面, 用以研究地壳及上地幔顶部的速度结构, 取得了大量研究成果.但以往的研究明显的不足是未能形成华北区域性的地壳三维速度结构模型, 从大区域的角度为研究华北地区地壳深部构造特征提供地震学方面的依据.因此, 在现已发表的DSS剖面资料的基础上, 选择了14条测线的资料, 利用地理信息系统(ARC/INFO) 的“矢量化”功能, 以及克里格数据网格化技术构建华北区域性的地壳三维速度结构模型, 从而对华北研究区内地壳三维速度结构的特点得到如下认识: (1) 华北地区地壳表层P波速度变化幅度大, 平面结构较复杂, 大体上划分为相间排列、走向趋势以北西向为主的3个速度区.海河平原和渤海湾的低速带是研究区范围内速度最低的低速区.资料的情况说明, 研究区内沉积盖层的地质构造与上地壳构造之间虽有一定继承性, 但也存在较大差别. (2) 总体上看, 在华北研究区内地壳的P波速度随深度增大而增大, 但局部地区出现速度倒转的现象, 东区的海河平原低速异常逐渐消失, 而西区的山西地堑则以相对低速异常特征为主.区内地壳以太行山脉为界, 划分为东、西两区; 东部和西部, 结晶基底以上地层的构造方向不完全一致; 东部的黄淮海地块, 区域构造以北东向为主, 而西部包括山西地块和鄂尔多斯地块东缘, 其构造方向则以北西向为主. (3) 根据莫霍面的形态特征, 研究区地壳可大致划分为6个区块; 在山西地块范围内, 莫霍面呈近南北向的凹陷带, 地壳厚度大; 内蒙古地块南缘和燕山地块南部, 莫霍面表现出褶皱带的构造特征, 其延展趋势为近东西方向; 鄂尔多斯地块东缘, 莫霍面构造相对复杂, 呈近北西向凸、凹相伴的褶皱; 黄淮海地块(华北裂谷带中、北部) 为莫霍面隆坳区, 隆、坳相间排列, 构造较复杂, 但从整体上看, 这是全区莫霍面最浅的隆起区段; 鲁西台背斜主要为莫霍面断陷区, 其断陷带沿枣庄—曲阜一线向北西方向延伸.      

高压密封舱与磁场传感器的综合频响变异及其实验验证

大地电磁测深在陆地上的方法技术成熟, 但将其移植到海洋中却遇到了较多的技术问题.其中之一是如何将磁场传感器运抵海底实施测量.为抵御海水的侵蚀和抗衡海下的环境压力, 需要研发装载磁场传感器的密封舱.该舱体需满足测磁的技术要求, 即制造材料的非磁性, 且兼顾海洋作业设备轻便的特点.LC4超硬铝合金在可选的材料中性价比居高, 然而用它制成的高压密封舱并非十分完美.因它的弱磁性, 使得磁场传感器装入舱体后, 整体频率响应发生了部分变异.这种变异虽不影响磁场传感器的使用, 但要对其规律特征予以测定, 方能剔除由此产生的对磁场测量的不良影响.在所构思的实验装置中, 通过人为产生扫频磁场, 对密封和非密封条件下的磁场传感器进行激励.在响应输出端, 测取幅频特性和相频特性, 获得归一化的对比资料和频响异常曲线, 从而对密封前后磁场传感器的性能变化有较清楚的认识.实验结果揭示, 由高压密封舱引起的频响变异发生在中高频区段.实验数据可作为标定资料, 对海底大地电磁探测的实测信号进行校正后, 即可还原出真实的海底场源信息.      

井地大地电磁非线性共轭梯度二维反演研究

本文提出并验证了地下大地电磁测深数据的正、反演算法和程序,为井地大地电磁测深和井地可控源音频大地电磁测深这一前沿研究课题提供了地球物理解释方法.使其更加完善和有效.在Rodi(2001)发表的大地电磁场二维NLCG反演理论和算法的基础上,推导了井地大地电磁场二维NLCG反演算法,改编反演的代码,开发出二维NLCG反演程...     

大陆电磁参数标准网实验研究——SinoProbe-01项目介绍

通过研究大陆地壳和上地幔尺度综合物性成像方法,尽可能预先建立覆盖全国、网度为4°×4°的阵列式区域电磁参数标准网控制格架,并以华北和青藏为基地创立阵列式区域大地电磁场"标准点"观测网的构建方法、技术;构建华北和青藏地区壳、幔电磁参数三维结构标准模型"格架",以及不同网度的壳、幔物性三维结构模型,为覆盖全国的阵列式区域地...     

海洋拖曳式水平电偶源数值模拟与电场接收机研制

海洋天然气水合物资源调查中,电磁法已成为地震勘探最有效的补充手段之一,而我国海洋水合物电磁探测中的拖曳式电场接收机此前是空白.本文从方法原理、仪器设备和海洋试验等方面,对海洋拖曳式水平电偶极-偶极方法进行研讨.建立三维电阻率模型,进行数值模拟,讨论收发距、发射频率、拖曳装置离海底高度等参数与电场异常响应的关系,针对特定模型给出了最佳观测参数以指导仪器硬件设计与海洋测试.在此基础上,采用高级嵌入式计算机的智能化控制、前端低噪声斩波放大、高精度同步采集等技术,研制了由拖体、承压舱、采集电路、低噪声电场传感器等组成的海洋拖曳式水平轴向电场接收机,其系统噪声达到2 nV/√HZ @(1~100Hz).将自主研制的电场接收机用于国内首次拖曳式电偶极-偶极方法的海洋试验与评估,并对海试资料进行了处理与分析.研究结果表明,所研发的仪器达到了设计指标,能够用于海洋天然气水合物调查.     

长江中下游南京（宁）-芜湖（芜）段深部壳幔电性结构——宽频大地电磁测深研究

为了较全面、客观地认识南京(宁)-芜胡(芜)地区岩石圈深部结构,探讨岩石圈热结构和壳、幔物质状态等重要科学问题,为矿集区成矿作用和成矿规律的研究提供依据,我们完成了6条宽频大地电磁测深剖面。通过分析各剖面电性成像结果,讨论了研究区地壳-上地幔导电性的"拟三维"结构,发现测区普遍存在连续的下地壳-上地幔低阻层,仅在巢湖冲褶体断开。结合区域热流结果,我们认为下地壳-上地幔有较好的导电性,可能存在局部"熔融体"或"含水剪切断裂",其物质状态很可能是热的、软弱的。此外,我们通过物质状态和电性界面推断了上地幔隆起的位置和长江深断裂带的分布范围,认为长江断裂带不但存在,而且由多条北深南浅的断裂组成,较为复杂。