华南东部吉安—福州剖面岩石圈电性结构研究

为了研究华南东部地区岩浆活动的深部构造背景,对吉安-福州宽频大地电磁测深剖面数据进行了系统的分析和处理,并利用非线性共轭梯度法进行二维反演,得到了武夷隆起带及周缘地区的岩石圈电性结构;结合区域重磁资料,详细分析了研究区内地壳、上地幔电性结构特征及地质含义.结果表明：华南东部地区岩石圈电性结构存在明显的分区性,并且壳内普遍发育不同成因的高导层,揭示出华南东部地区不同构造单元内的岩浆活动具有不同的成岩构造背景.其中,东南沿海褶皱带深部热侵蚀活跃,岩石圈物质和结构被强烈改造,电阻率普遍较低,软流圈上涌并伴随玄武岩浆底侵,导致岩石圈、地壳剧烈减薄;而武夷隆起带岩石圈电阻率相对较高,印支-燕山早期陆内挤压变形的构造形迹明显,晚中生代岩石圈拉张伸展作用对该地区岩石圈的物质结构有一定的改造.

     

鄂尔多斯地块深部岩石圈电性结构研究

近年来新的研究成果反应出鄂尔多斯地块岩石圈并不是一个具有深根的完整的刚性块体,尤其在鄂尔多斯北部以及河套地堑发现有大范围的下地壳-上地幔低速低阻物质,如果这一情况属实,那么人们对鄂尔多斯地块的认识将发生大的变化.为此,我们在华北克拉通西部布设了一条穿过鄂尔多斯地块、河套地堑和阴山造山带的南北向大地电磁剖面,试图通过深部电性结构的探测提供更多信息.该剖面全长约850 km,共布设54个宽频测点和17个长周期测点.二维和三维反演结果均表明：鄂尔多斯地块内部以38° N为界,南部和北部电性结构存在明显差异.鄂尔多斯地块南部地壳至上地幔150 km深度范围内整体表现为高阻,具有刚性克拉通的特征;鄂尔多斯地块北部到河套地堑之间下地壳出现低阻层,特别是鄂尔多斯北端与河套地堑接壤地段,深部存在一个规模较大的下地壳-上地幔低阻异常体,该异常体从河套地堑开始,横向上向南延伸到鄂尔多斯地块内部约200 km,纵向上从下地壳向下延伸到上地幔（约100 km深度）.根据该异常体的空间特征,参考该区地震波低速异常体的分布,我们认为鄂尔多斯北部及河套地堑中下地壳到上地幔存在热物质,其原因与深部的构造活动有关（软流圈热物质上涌、侧向流动等）,这一情况可能反映出鄂尔多斯地块北部岩石圈深部正处于被改造（或者破坏）阶段,这对进一步认识青藏高原东北缘与华北克拉通之间的深部关系具有一定的启示作用.

     

兰州地区深部电性结构的初步研究

利用兰州地区现有的大地电磁资料，对该区的深部电性结构进行了初步研究。结果表明，兰州地区各地质构造单元的电性差异较明显，与区域构造有较好的对应性。     

鄂尔多斯地块北部至阴山造山带深部电性结构特征研究

在SinoProbe-01项目的资助下,完成了一条跨越鄂尔多斯地块北部、河套断陷盆地和阴山造山带的大地电磁剖面,剖面长约440 km,共包括24个宽频测点和4个宽频-长周期联合测点.采用NLCG算法对TE和TM模式数据进行了二维反演,获得了该剖面的二维电性结构模型.结果表明：鄂尔多斯地块北部由浅至深电性结构比较简单,成层性较好,大体可分为低阻沉积盖层-高阻上地壳-低阻下地壳和上地幔顶部三层;河套断陷盆地和阴山造山带电性结构相对复杂,电阻率高低相间.鄂尔多斯地块北缘、河套断陷盆地以及阴山造山带区域的壳幔高导体可能与硫化物和部分熔融作用有关,而鄂尔多斯地块内部大规模的壳幔高导层可能是由高导矿物引起的.河套断陷盆地的沉降、阴山造山带的地势抬升和鄂尔多斯地块北缘东胜-杭锦旗一带的的隆起之间有着紧密的关系,它们的形成可能与区域伸展构造环境条件下的软流圈物质上涌有关.

     

青藏高原东北缘合作—大井剖面地壳电性结构研究

青藏高原东北缘合作—大井剖面的大地电磁探测结果表明,该区域的电性结构呈明显的纵向分层、横向分块的特点,中下地壳普遍存在高导层.青藏高原东北缘西秦岭北缘断裂带、北祁连南缘断裂带、北祁连北缘断裂带(海原断裂带)及龙首山南缘断裂带等区域性断裂带在电性结构模型中均表现为电性梯度带或低阻异常带.电性结构的横向分区与构造上的地块划分有明显的一致性,各个地块的电性结构存在明显差异.西秦岭北缘断裂带作是一个大型的板块边界,但板块结合带附近没有明显逆冲或俯冲痕迹,可能主要以左旋走滑为主.北祁连地块向北仰冲与阿拉善地块向南俯冲边界可能不是海原断裂带,而是龙首山南缘断裂带.西秦岭造山带内的壳内高导层与青藏高原内部存在的高导层具有可对比性,可能是由于部分熔融与含盐水流体共同作用的结果.中祁连地块内的高导层可能是含盐水流体引起的.而北祁连与河西走廊过渡带内的高导层则可能是板块俯冲或仰冲的构造运动痕迹,也可能是由含盐水流体引起的.     

祁连山中段深部电性结构及潜在震源危险区的研究

位于青藏高原北缘的祁连山中段是地震十分活跃的地区之一。本课题采用ＭＴ重复测量方法，在该区建立的长约４００ｋｍ的剖面上进行监测。本文根据监测所获取的ＭＴ参数，从静态的角度探讨了该区深部电性结构及其电性横向变化特征，进而评估了该区的潜在震源区。研究发现，该区深部介质电性的物质特征有：１．部分地带呈现出剧烈的电性横向变化，２．具有极为发育的特殊增厚的壳内高导层地段，３具有高、低热流的过渡边缘地带，４．具有与活动大断裂相交汇的隐伏断裂构造的局部地段。近年来该区地震活动增强，数次中强地震都发生在具有上述特征的地带中，该地带将可能是祁连山中段的强震－大震潜在震源危险区。这四种电性特征将是潜在震源区的判别标志。     

天水地区大地电磁测量及深部电性结构

天水地区的大地电磁测量结果表明，在４３ｋｍ左右的深度上普遍存在高导层，这可能是壳幔过渡带的反映。岩石圈厚度大约９５－１１０ｋｍ。在天水太京附近可能存在一条大型近东西向地壳－岩石圈构造带，在秦安以北的叶堡和陇城附近可能也存在一条近南北向的大型地壳－岩石圈构造带，它们都是不同构造单元的分界线。１６５４年天水８级大震可能与深部热异常引起的热应力有关。     

乐昌—霞葛MT剖面深部电性结构研究

为研究华南地区的壳幔电性结构,完成了华南地区乐昌—霞葛大地电磁测深剖面的探测,获得了该剖面的地电模型,并结合倾子、极化图和感应矢量等信息对地电模型进行了研究,对华南的电性结构、断裂特征和壳幔结构有了新的认识.研究结果表明:剖面上地壳西厚东薄,表面被大量的花岗岩高阻体所覆盖,6条断裂沿剖面展布.剖面两端岩石圈增厚,厚度超过100km,推测剖面西段岩石圈增厚是由于陆内挤压造山或陆内碰撞汇聚造山作用,而剖面东端的岩石圈增厚形成于大洋板块的俯冲;中部岩石圈减薄,厚度在60～80km之间,可能是与软流圈物质上侵有关.     

郯庐断裂带中段(沂沭断裂带)电性结构研究与孕震环境

穿过郯庐断裂带中段（沂沭断裂带,36°N）所做的大地电磁测深（MT）剖面长约150km.使用Robust技术和远参考道大地电磁方法处理观测数据.通过分析视电阻率、阻抗相位、Swift二维偏离度和区域走向,定性确定测区的电性结构.二维反演解释中选择非线性共轭梯度（NLCG）方法,使用TE、TM两种模式资料联合反演,沿剖面的二维电性结构显示：自西向东,鲁西隆起、郯庐断裂带、胶莱坳陷及鲁东隆起4个电性区块分别对应,鲁东和鲁西隆起区为高阻,郯庐断裂带电性结构复杂,高、低阻相间,胶莱坳陷为低阻（高导）区.沿MT剖面附近曾发生3个地震,其震源区处在电性变化剧烈部位,并在震源区附近存在高导体.     

江苏响水—内蒙满都拉地壳上地幔电性结构初探——地学断面研究报道之三

本文着重介绍了响水一满都拉断面的深部电性结构特征。在华北地台北缘的构造边界两侧电性差异明显,壳内高导层埋深由21公里跃变到34公里;在南缘的郯庐断裂带及东侧壳内高导层缺失,上地幔出现两个高导层。在华北地台内新生代断陷盆地壳内高导层较为发育,埋藏较浅。上地幔高导层的埋深为60—127公里,总的趋势是西北深,东南浅,在呼包盆地、冀中拗陷和郯庐带下方形成局部上隆区,较好地反映了区域地质以及深部构造运动的特点     

青藏高原东缘川滇构造区深部电性结构特征

本文对位于青藏高原东缘川滇构造区的贡山一绥江大地电磁测深(MT)剖面数据进行反演,获得沿剖面的深部电性结构,为研究喜马拉雅东构造结、川滇菱形地块与华南地块的构造变形特征、壳幔耦合关系、地块间接触关系以及相互作用等问题,提供电性结构的依据.研究发现:(1)电性结构揭示澜沧江断裂带和小金河断裂带为深大断裂带,控制着研究区的深部结构特征和形变机制;(2)澜沧江断裂带和金沙江断裂带之间的高阻体,可能是扬子古地块的残留部分;小金河断裂带和安宁河断裂带之间的高阻体,则是峨眉山大火山省喷发形成的冕宁一越西杂岩带;(3)在滇西地块、川滇地块和大凉山地块均存在低阻层,它们的介质属性有所不同,滇西地块下的低阻层"疑似"高热状态的岩浆囊,主要由缅甸弧向东俯冲运动引起的,中上地壳的高热状态使地块的活动性增强;川滇地块内部的壳内低阻层的成因为:理塘断裂带和小金河断裂带之间的地表低阻层由破碎带充水所致,而金沙江断裂带和理塘断裂带之间的中地壳低阻层可能是由局部熔融物质或含盐流体导致的,其为壳内物质运移的通道.从而在地下物质发生大规模走滑运动的过程中起到引导作用;川滇地块东部和大凉山地块西部的壳内低阻层可能与地慢物质的上涌有关;马边断裂带附近的低阻体可能与破碎带变宽和破碎带内的流体有关.     

云南南部地区深部电性结构特征研究

在云南南部地区布设了一条孟连—罗平的北东向大地电磁测深剖面,以开展该地区的深部电性结构探测和孕震环境探查.沿该剖面进行了114个大地电磁测深点的观测,经过对观测资料的远参考Robust处理、定性分析和二维反演,得到了沿该剖面地壳、上地幔电性结构模型,从模型的电性结构特征进一步探讨了剖面穿过的3个地震区的深部地震孕育环境.研究结果表明：沿剖面的地壳上地幔电性结构反映出与区域地质构造资料基本一致的构造特征;该区的三个强震带地球深部都存在壳内低阻体,地震发生在电阻率梯度带上;断裂带的两侧块体介质的电阻率差异是强震活动带重要的深部背景.     

华北克拉通北缘—西伯利亚板块南缘的地壳速度结构特征

华北克拉通北缘—西伯利亚板块南缘（张家口—中蒙边界）的深地震测深剖面长600 km,跨越华北板块、内蒙造山带和西伯利亚板块.沿测线采用8个1.5t的爆炸震源激发地震波,使用300套数字地震仪接收,取得了高质量的地震资料.通过资料分析和处理,识别出沉积层及结晶基底的折射波（Pg）、上地壳底面的反射波（P2）、中地壳内的反射波（P3）、中地壳底面的反射波（P4）、下地壳内的反射波（P5,仅在镶黄旗—苏尼特右旗下方出现）和莫霍面的反射波（Pm）等6个震相.采用地震动力学射线方法（seis88）得到的地壳速度结构表明：（1）在华北板块与内蒙造山带之间,内蒙造山带与西伯利亚板块之间,上地壳中存在明显的高速度局部变化,在地表发育大量的古生代花岗岩体、超基性岩体.（2）在中下地壳华北板块南缘的地震波速度大,为6.3~6.7 km/s,西伯利亚板块北缘的速度小,为6.1~6.7 km/s,且界面比较平缓.原因是在内蒙造山带内地壳的缩短和隆升造山引起了中下地壳界面的剧烈起伏,不同海陆块的拼合和物质交换导致了不同区域速度的不均匀性.（3）莫霍面在赤峰断裂带（F2）以南和索伦敖包—阿鲁科尔沁旗断裂带（F4）以北较为平缓,平均深度为40~42 km.在F2—F4之间呈双莫霍面,莫霍面1明显上隆,深度为33.5 km,层速度为6.6~6.7 km/s.莫霍面2明显下凹,在西拉木伦河断裂带（F3）下方,最深达到47 km,速度达到最大为6.8~6.9 km/s,这可能是由壳幔物质混合引起的.依据莫霍面的特点,本文认为双莫霍面以南为华北板块北缘,以北为西伯利亚板块南缘,拼合位置在赤峰断裂带（F2）与索伦敖包—阿鲁科尔沁旗断裂带（F4）之间的区域.     

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.     

基于电性结构模型的青藏高原东缘上地幔热结构研究

研究青藏高原东缘地区的深部物质结构对于理解青藏高原的隆升及扩张机制具有重要的科学意义.本文将青藏高原东缘实测大地电磁测深剖面反演所得的岩石圈电性结构模型与高温高压岩石物理实验测得的上地幔矿物和熔融体导电性定量关系相结合,通过Hashin-Shtrikman（HS）边界条件建立上地幔电导率与温度、熔融百分比等参数的定量关系,在此基础上计算得到了青藏高原东缘上地幔热结构及熔融百分比分布模型.研究结果表明在青藏高原东缘地区通过大地电磁测深方法所探测到的上地幔低阻体可以解释为由高温作用所产生的局部熔融区域.其中,松潘—甘孜地块上地幔高导体对应的温度介于1300~1500℃之间,熔融百分比可高达10%,支持前人将松潘—甘孜地块内部的低阻体解释为局部熔融的观点.龙门山断裂带以东、四川盆地西缘的上地幔高导体温度介于1200~1400℃之间,熔融百分比介于1%~5%左右,表明扬子克拉通的西缘可能正在经历一定程度的活化作用.龙门山断裂带下方的上地幔高阻体温度介于1100℃附近,基本没有发生局部熔融,具有较冷的刚性块体特征,与该区域频发的地震活动相吻合.四川盆地东部的扬子上地幔温度介于800~900℃之间,没有发生局部熔融,符合古老稳定的克拉通块体的基本特征.

     

额尔古纳地块东缘和兴安地块西缘电性结构研究

中国东北地区位于中亚造山带东段,夹持在西伯利亚板块、华北板块和太平洋板块之间,是解决东亚大陆构造演化的关键区域,其中额尔古纳地块和兴安地块位于东北地区西部,是两个十分重要的地质构造单元.横过额尔古纳地块东缘和兴安地块西缘的大地电磁测深剖面揭示了两块体结合带附近的深部电性结构,进而为该区构造演化提供新的电性依据.本文通过对剖面测点数据做标准化处理,并对二维偏离度、构造走向等进行计算与分析,采用非线性共轭梯度（NLCG）算法对TE+TM模式的数据做了二维反演,获得了该剖面的地壳和上地幔电性结构模型,划分出三个典型构造单元：额尔古纳地块东缘、碰撞拼合带和兴安地块西缘.研究结果表明,研究区上地壳基本呈高阻特征,可能为岩浆岩,代表其经历了多期次岩浆作用,而额尔古纳地块东缘和兴安地块西缘中下地壳的高导体反映其地壳非刚性的特点,可能形成于后期伸展环境;拼合带中下地壳存在大范围高导体并与上地幔高导体相连,指示出地幔物质上升的通道,反映出地幔物质的上升作用可能是后期构造伸展的重要动力.

     

Three-dimensional electrical structure of the northwestern margin of the Karamay region,China, revealed by magnetotelluric data

In order to investigate the three-dimensional structures of intrusive granite and the deep structure of the Darbut fault in the northwestern margin of the Karamay region, western Junggar Basin, China, new magnetotelluric data were collected along six profiles across the Darbut fault. The magnetotelluric data were processed using a robust estimation technique to obtain the magnetotelluric impedance. Then the off-diagonal components of the impedance tensor were inverted using a three-dimensional nonlinear conjugate gradient inversion technique, which was performed using open-source three-dimensional electromagnetic inversion software. The final three-dimensional model includes two major low-resistivity anomalies and two major high-resistivity anomalies. The first low-resistivity anomaly corresponds to the location of the Darbut fault, which indicates that metallic elements are abnormally enriched there. The second one is located beneath the Darbut fault, and it is most likely a magma channel in the middle crust. The two major high-resistivity anomalies are distributed on either side of the Darbut fault. We interpret them as Karamay rocks and Akebasitao rocks and suggest that they were formed in an extensional setting. The cross sections of three-dimensional magnetotelluric inversion result reveal that the Darbut fault has been reformed by the later magmatism, leading to the variation of its downward extent along its strike. Moreover, our inversion result also indicates that a magma channel exists in the middle crust of the region.     

滇西三江地区深部电性结构特征及其意义

沿盈江—姚安布置了一条长约350 km的长周期大地电磁剖面,共观测宽频大地电磁测深点53个,长周期大地电磁测深点26个;利用多种数据处理方法对观测资料进行了预处理、定性分析和二维反演,得到沿剖面的地壳和上地幔电性结构模型.对主要地块和断裂带的电性结构进行了分析,电性结构模型揭示滇西三江地区广泛存在壳内低阻层,但沿剖面方向即东西向埋深和厚度不一,在保山地块和滇中地块地下存在较大规模的壳幔低阻带;腾冲地块地下埋深13~20 km,厚约10~17 km的壳内低阻层可能是岩浆囊的反映;初步将保山壳幔韧性剪切带作为印支地块挤出的深部东边界.

     

海拉尔盆地中-上地壳电性结构特征研究

本文通过对横穿海拉尔盆地的一条长约222km的北西—南东向大地电磁测深剖面数据的定性分析及二维定量反演解释,首次获得了海拉尔盆地高精度大范围的电性结构图.海拉尔盆地中-上地壳电性结构纵向上具有典型的分层特性,总体可分为四层,即低阻层-高阻层-低阻层-高阻层,而横向上又具有分块特点.海拉尔盆地边缘及内部分布的众多断裂将盆地划分为隆起与坳陷相间的格局,并发现盆地内部坳陷区也存在有小规模凸起,每一构造单元内部电性结构各具特点.海拉尔盆地中-上地壳低阻层底面最深达28km,通常在6~16km之间,但厚度变化不大,在4~10km之间,且隆起区与坳陷区底面埋深差别较大.据电性结构模型推测出两条新断裂F8和F9,且断裂F9规模较大,为基底断裂.中-上地壳的低阻层可能在一定程度上控制着海拉尔盆地内油气田的分布格局.