青藏高原东南缘深部地壳流与地磁日变化短时畸变源电流的联系

在青藏高原东南缘,前人使用大地电磁探测和地震学方法得出的结果都揭示了可能存在部分熔融状态的地壳流,而这种地下熔融体与周围物质的作用可能引起了地下强电流异常,进一步导致地表地磁响应.基于连续的地磁观测,发现2018年7月31日在川滇块体周边出现大范围的地磁Z分量日变化短时畸变,畸变发生后100天内发生了4次5级以上地震.为了定量研究这一现象,本文基于Biot-Savart定理和采用SVD （Singular Value Decomposition,奇异值分解）的阻尼最小二乘法对地磁日变化短时畸变数据开展反演.结果显示：（1）以大地电磁测深给出的电性模型作为初始条件,反演得到的电流强度为3700~5000 A,有效深度为25~60 km;（2）地下畸变电流的空间分布位置和深度和地下电性高导体分布一致,与前人给出的地壳流位置吻合;（3）地壳流偶然微小运动可能引起了大范围的强电流,这种短时存在的高强度电流沿高导带分布,可能是地磁日变化短时畸变的源电流;（4）推测深部地壳流的运动具有传递应力作用,参与诱发了100天内发生多次5级以上地震.对源电流进行反演的定量化工作,以地下电流的方式佐证了可能存在地壳流.     

地磁日变化畸变地震预报指标研究进展

正一次地震预测能否成功的关键是其依据的可靠性,依据的可靠性有赖于预报指标体系的建立。预报指标体系大致由以下内容组成:(1)可靠和完备的观测资料;(2)稳定的算法;(3)定量的判据;(4)可操作的预测规则;(5)超过自然概率的预报效能。地磁日变化由太阳风在电离层产生的环形变化电流以及该电流在地壳内感应生成的反向环形电流产生,感应电流的分布主要取决于高空电流分布和地壳电性结构分布,并主要反映在地磁日变化的垂直分量形态上。地磁垂直分量日变化的一种典型异常变化是地壳高导带二侧地     

海岸效应对近海地区大地电磁测深数据畸变作用研究

在近海地区采集的大地电磁测深数据通常受到海岸效应的影响,使得大地电磁测深数据发生畸变,因而很难利用大地电磁测深资料较为可靠地获得地下深部的电性结构.本文通过正演模拟方法,分析和总结海水深度变化和海底地形变化对近海地区大地电磁测深数据的畸变影响.当测区与海岸线的距离小于目标频率的大地电磁场趋肤深度时,高导海洋的存在会严重影响测区内电磁场的分布.由于海岸效应的影响,大地电磁测深视电阻率曲线和相位曲线均会发生不同程度的畸变,在低频部分,这种畸变作用尤为明显.大地电磁测深一维Occam反演方法和二维非线性共轭梯度反演方法,对近海地区浅部地层具有较好的反演效果.随着海水深度的增加和海底地形的复杂变化,两种反演方法均会出现不同程度的假异常,为地质解释工作造成了影响.近渤海地区的实测大地电磁测深数据在低频部分可能受到海岸效应的影响而导致视电阻率曲线的严重畸变.     

滇西三江构造带电性结构特征——以福贡—巧家剖面为例

为查明滇西三江构造带及邻区复杂的构造特征,并揭示该区深部电性结构,沿福贡—巧家布设了一条长约410km的大地电磁剖面.共观测到61个物理点,其中宽频大地电磁测点41个,长周期大地电磁测点20个.通过对采集到的数据进行一系列的处理、反演,得到了沿剖面的壳幔电性结构模型.并结合研究区内区域地质资料及其他地球物理资料,对剖面所经过的各个主要地质构造单元及主要断裂带进行了综合解释.电性结构模型揭示沿剖面地壳电性层次复杂,深部电性结构由西往东呈分块展布,横向变化大,壳内广泛发育低阻异常.在中甸构造带(香格里拉地块)和盐源—永胜构造带深部壳幔存在大规模低阻异常,这可能与地下局部熔融体和地热流有关;康滇构造带壳幔存在大规模高阻异常,表明地壳中曾经有地幔物质侵入;在大凉山构造带地下10～50km深处存在一呈横向"半月形"展布的低阻体,电阻率值不满10Ωm,结合地质资料与前人的研究成果,推测该低阻体成因应与青藏高原东南缘"地壳管道流"有一定关联.     

滇东北地区三维电性构造研究

滇东北地区位处不同构造分区的交界地带,发育有多样的断裂构造,其中昭通—鲁甸断裂和小江断裂带的部分区段均具备积累高应力的条件,具有较强的孕震潜力.本文基于覆盖巧家、东川、鲁甸等地区采集的区域大地电磁阵列观测数据,通过大地电磁三维反演,获得了该地区的三维电性结构的水平和垂直切片,完整地揭示了滇东北地区的深部电性结构特征.反演结果表明,昭通—鲁甸断裂在10 km深度以内发育有多个局部高阻区,小江断裂带的巧家—东川段的东侧、东西两支交汇处在上地壳均表现为高阻,这些区域均展示出更强的孕震能力.根据低阻异常的分布,推测昭通—鲁甸断裂和小江断裂下方的低阻构造在中下地壳的多个位置发生连通.本文将研究区的地表热流、岩石圈有效弹性厚度、地震与电性结构结合分析,推测在滇东北深部低阻层可能存在下地壳流,并且下地壳流的塑性流动为鲁甸的地震活动提供了深部动力来源.     

大地电磁相位张量和倾子的三维主轴各向异性反演

地壳和上地幔普遍存在的电性各向异性是大地电磁测深方法在实践应用中的关键和难点问题,而由近地表局部地电异常引起的电流型畸变可进一步加剧各向异性反演的多解性和不确定性.为压制电流型畸变影响,本文实现了一种利用大地电磁相位张量和倾子数据获取地下介质主轴电性各向异性结构的三维反演算法.该算法正演问题的求解采用交错采样有限差分法,反演问题的求解采用非线性共轭梯度法.理论模型测试表明,相位张量和倾子的三维各向异性反演不仅恢复了真实的各向异性异常分布特征,且压制了为拟合电流型畸变出现的假异常.由于相位张量和倾子数据不含幅值信息,先验模型选取对反演模型电阻率值的恢复效果影响较大,但初始模型的改变基本不影响反演结果.为进一步验证该算法的有效性,将其应用于USArray项目在美国西北部采集的109个长周期大地电磁实测数据.反演结果表明,相对于阻抗数据,相位张量和倾子数据的各向异性反演结果对浅层结构的刻画更为准确,与地表地质特征更为吻合.     

邢台地震区大地电磁观测与研究

在邢台地震区进行了大地电磁观测,并对该地区电性结构与地震的关系进行了研究.该地区地下电性结构较复杂,电性在纵向及横向都存在着显著的变化.一维结果表明,该地区电性纵向分布可分五层,第三层为高导层,埋深约10-20 km.在地震震源集中区,高导层深度有较大变化.电性横向分布也有明显变化.总体上看,地震区内电阻较高,可是地震并不发生在电阻率最高的地点,而多发生在电性变化较大地段.     

滇西南地区南汀河断裂带三维深部电性结构及其孕震环境

南汀河断裂带为滇西南地区活动断裂体系中规模最大的一条北东向断裂,其构造活动及地震危险性一直备受关注.本文基于覆盖云南境内南汀河断裂带的大地电磁测深宽频带阵列数据,利用大地电磁三维反演解释技术,首次获得了南汀河断裂带的精细三维深部电性结构.在上地壳深度,南汀河断裂带西南段与中段的电性结构表现出沿构造走向的高导条带特征,北东段表现为高阻结构.该高阻结构可能为临沧—勐海花岗岩体的电性反映,指示南汀河断裂可能未切穿该花岗岩带.在中下地壳深度,南汀河断裂带西南段存在大范围高导层,北东段则表现为整体性的高阻地壳,因此南汀河断裂北东段可能具有发生强震的介质结构背景.南汀河断裂带西南段的耿马地震区深部呈现北东向与北北西向的"X"型高导构造样式,该高导结构以南存在一个显著高阻异常体,1988年耿马M_S7.2地震以及2015年沧源M_S5.5级地震均发生于该高阻体与"X"型高导条带的电性边界.青藏高原东南缘绕东构造结流入滇西地区的中下地壳流可能受到南汀河断裂北东段中下地壳高阻体的阻挡而呈分流式分布于保山地块以及澜沧江断裂以东.     

云南景谷M_S6.6地震震源区深部电性结构及其孕震环境

2014年10月7日云南景谷地区发生M_S6.6地震,震源机制显示此次地震为逆走滑型,地震断层面走向140°,同时余震分布显示破裂面走向也为NNW向。文中对1条横穿景谷震区,与地震破裂面垂直的大地电磁测线数据进行了由定性到定量的全面分析,通过二维非线性共轭梯度(NLCG)反演得到了震源区较为详细的地壳电性结构。结果表明:1)震源区电性结构可以分为4层:地表以下约4km为相对低阻层,主要由中、新生代盆地沉积岩组成,电阻率10~100Ω·m;地下5~10km为相对高阻层,可能由元古界变质岩系组成,电阻率1000Ω·m;15~30km为中下地壳低阻层,电阻率10Ω·m;30km以下为壳幔过渡层,电阻率值约为30Ω·m。2)景谷地震主震发生在高阻层和壳内低阻层的分界面上。3)对余震的震源深度统计发现5km和10km两个深度范围内余震较多,与电性梯度带的位置相对应。     

冈底斯成矿带东段的电性结构特征研究

冈底斯成矿带为我国著名的成矿区域,其东段存在一系列规模较大的矿床.为了研究冈底斯成矿带东段的电性结构特征,对覆盖主要矿集区的大地电磁测深数据进行全面的处理分析,通过二维与三维反演的综合对比得到了可靠的电性结构模型.结合其他地质与地球物理资料,对电性结构模型进行分析得到冈底斯成矿带东段的矿床分布规律:矿床主要分布在地壳浅表的电性分界面附近;中地壳高导体可能通过上地壳隐伏的南-北向断裂控制着与地壳伸展作用有关的矿床;南-北向张性构造与东-西向逆冲-推覆构造的交汇部位可能是冈底斯成矿带东段重要的成矿区域;下地壳可能受到软流圈物质上涌的影响发生部分熔融,从而与中地壳的高导体共同影响地壳浅部的成矿作用.     

青藏高原东部大地电磁测深探测结果

给出了青藏高原东部察隅-清水河剖面大地电磁测深探测的结果. 经过二维反演得到了研究剖面的电阻率随深度分布图, 沿剖面电阻率分布具有横向分区、纵向分层的特征; 班公湖-怒江缝合带和金沙江缝合带同为高原内重要的电性分割带, 其中班公湖-怒江缝合带表现为电阻率相对低值带, 金沙江缝合带为电性梯度带; 北羌塘和巴颜喀拉地壳中、下部的高导体可能是在构造演化过程中由于俯冲剪切生热造成的局部熔融体.     

新疆玛纳斯大震区地壳深部的电性结构

对玛纳斯大震区新近观测的大地电磁测深数据进行了处理,得到视电阻率曲线、阻抗相位曲线、二维偏离度、主轴方位角和地磁实感应矢量。然后对所有测点的资料进行了二维自动反演解释。结果表明,沿剖面的地壳浅部可划分为５个区段,沿剖面的深部可划分为３个区段,各区段的接触边界由断层或深断裂带组成。沿测线沉积盖层最大深度达１２ｋｍ左右;测线南段存在壳内低阻体。这些解释结果与地质及其它资料吻合较好。玛纳斯７．７级地震发生在地壳电性结构发生明显变化的接触带附近     

地磁垂直分量归零法及其初步应用

地磁垂直分量与地下介质的关系密切,地震发生之前地磁垂直分量日变化易于发生畸变使日均值发生改变,但是地磁受高空磁场扰动的影响很大,在磁暴和地磁扰动时日变化发生的畸变会掩盖地磁垂直分量日均值地震前的微小变化.本文提出一种新的地磁数据处理方法-地磁垂直分量归零法处理日均值,减少外空磁场对地磁垂直分量的影响,提取其地震前兆特征.     

地磁低点位移线两侧异常变化的反相位现象及其解释

本文通过部分震例研究发现,在地磁低点位移异常日及附近,分布于低点位移线两侧的地磁垂直分量日变化畸变异常部分具有反相位变化特征,而水平分量无类似的现象.作者依据Biot-Savart定律推测,在低点位移异常期间,在低点位移线下方有一引起地磁垂直分量日变化畸变的电流通过,且该电流为线状分布,或仅在垂直面内有分布,埋深一般认为几十千米.作者同时分析认为,当这种电流的分布形成闭合圈或有东西分量时,地磁基本场对其产生的作用力对地震的发生可能有触发作用.     

青藏高原东缘地壳上地幔电性结构研究进展

经过数十年的努力,中国学者针对青藏高原东缘地壳上地幔探测,累积完成超过20000 km的大地电磁测深剖面,取得了一系列重要科学数据和认识,为青藏高原东缘构造格局、地壳上地幔电性结构、地震机制和动力学研究奠定了基础.根据青藏高原东缘的主要构造和断裂分布特征,本文重点对龙门山构造带、川滇构造带和三江构造带三个构造带分区进行研究,主要依据大地电磁探测工作成果和壳幔电性结构特征,系统地对青藏高原东缘地壳上地幔电性结构、与扬子西缘接触关系、汶川地震和芦山地震的电性孕震环境及弱物质流通道等几个方面进行了梳理和分析.一是青藏高原东缘地壳表层岩块和物质沿壳内高导层向龙门山造山带仰冲推覆,表现为逆冲推覆特征的薄皮构造;二是高原东部地壳中下部及上地幔顶部向龙门山造山带和上扬子地块西缘岩石圈深部俯冲,呈现刚性的上扬子地块西缘高阻楔形体向西插入柔性青藏块体的楔形构造;三是将汶川地震和芦山地震的震源投影到大地电磁剖面上,发现震源位于剖面下方的高阻块体与低阻体之间靠近高阻体的一侧,龙门山构造带岩石圈表现出高阻、高密度和高速的"三高"特征,这种非均匀电性结构可能构成地震孕育发生条件;四是川滇和三江地区的多条大地电磁剖面探测结果表明,在青藏高原东缘中下地壳存在下地壳流和局部管道流,大地电磁结果对其空间分布形态、位置及大小进行了较好的刻画.根据研究区壳幔电性结构特征的构造解析和综合实例分析,总结了青藏高原东缘六类壳幔电性结构模型,提出了下一步重点研究领域和目标.总之,青藏高原东缘壳幔电性结构的研究对揭示研究区岩石圈结构和构造格局提供了重要依据,对油气及矿产资源远景评价提供了背景资料,对"Y"型多地震区的构造关系和发震机理研究具有重要指导意义.     

地磁低点位移与地磁场等效电流体系关系的初步研究

利用地磁内外源场分离的方法,反演得到了1997年11月8日玛尼地震和1998年１月10日张北地震前地下和空间等效电流体系的演化图象,并分析研究了地磁低点位移出现前后等效电流体系变化特征．结果表明,内、外场等效电流体系的变化与地震ldquo;低点位移rdquo;异常现象有着内在的联系,等效电流体系变化可能是地磁低点位移异常现象产生的原因之一。随着我国地磁台站的加密建设,势必可以得到更为精确的地磁场等效电流体系的演化特征,更有利于地震预测的研究。      

可控源音频大地电磁测深法勘查深度研究

可控源音频大地电磁测深法的勘查深度问题在理论研究和实际工作中都得到了广泛的关注,本文分析了水平层状大地电磁正反演方法的基本原理,说明了可控源音频大地电磁测深法在深部勘查方面具有可靠性.通过建立两个三层地电模型,并对吉林某地区的CSAMT实测数据进行了带源反演成像,与已知钻井资料对比分析表明,可控源音频大地电磁测深法对地下1000~2000 m深度的反演较为准确,能够反映地下电性的垂向变化.     

唐山地震与青光地磁台转换函数的时间变化

一、前言对唐山地震期间青光台的地磁短周期变化进行了分析,目的是检验在唐山地震前是否由于应力活动使地下物质的电导性质发生变化,为今后用地磁预报地震的工作探索一条途径。地球电离层、磁层外场引起的地磁短周期变化,可以反映地壳及上地幔的电磁性质-电导率的状态,或与之有关的水及热流的活动状态,这些状态可能和震前膨胀有关。本世纪初人们就用地磁短周期变化探查地壳及上地幔电导率的空间变化,研究地下     

基于Vp/Vs波速比模型约束的张渤地震带深部电性结构研究

张渤地震带是中国东部地区一条重要的北西向地震活动带,获取深部精细的电性结构有助于探究该区域深部孕震环境及动力学机制等科学问题.为了提高大地电磁法深度分辨率,本文提出基于Vp/Vs波速比地震学模型约束的二维大地电磁反演法,通过理论模型合成数据检验了算法的可靠性.将算法应用于张渤地震带大地电磁测深资料,对比分析大地电磁无约束和有约束反演结果,检验算法在张渤地震带应用的有效性和实用性.最后结合已有的地质-地球物理资料,发现:反演获取的电阻率模型的电阻率梯度带与断层的空间分布吻合;唐山断裂带中上地壳表现为高阻特征,在下地壳底部有上涌的高导异常体,推测该区域深部高导区域与幔源物质侵入有关;三河—平谷断裂带浅部低阻异常与深部低阻异常不连续,地震主要分布于不连续区域;太行山山前断裂电阻率结构上表现为明显的电阻率变化梯度带,高阻异常体规模大、延伸到下地壳;张家口断裂带中下地壳高导异常区域比怀来盆地深部高导异常区域规模大,这可能暗示张家口断裂带的深部物质作用更为强烈.     

浅部约束的地磁测深C-响应一维反演

地磁测深研究的周期范围通常为10~5~10~7s,缺少反映浅部电性结构的短周期信息,而C-响应受浅部电阻率影响明显,因此本文提出在反演中增加浅部(约200 km)电阻率约束以提高深部反演的稳定性和可靠性.在磁层环状电流满足P_1~0假设的条件下,球坐标系中一维导电薄球层状地球的C-响应和电导率分布关系由边界条件通过递推的方法计算得到.反演采用有限内存拟牛顿(L-BFGS)法;浅部电阻率约束通过将目标函数对模型参数的梯度设为零来实现;通过置信区间分析评价约束反演结果的可靠性.合成数据的无约束反演虽然最终的拟合效果很好,但浅部电阻率受初始模型影响,差异较大;采用浅部约束后,反演结果对初始模型依赖性明显减小,同时还能显著提高200~600 km范围内反演结果的准确性.对全球近地轨道卫星观测的C-响应数据约束反演后结果与前人一致,表现为地幔电导率整体上随着深度的增加而增加.参数置信区间分析表明,由于约束反演加入了浅部信息,电阻率的变化范围更加紧致,说明反演结果更加可靠.因此,有必要通过其他地球物理方法,如长周期大地电磁测深等获得浅部电阻率分布,作为先验信息参加反演,进行浅部约束的C-响应反演,获得更可靠的一维全深度电性结构,为地磁测深数据解释奠定基础.