中国大陆岩石圈导电性结构研究——大陆电磁参数“标准网”实验（SinoProbe-01）

"中国大陆地壳探测计划"的首要目标是岩石圈物性结构、构造和物质组成的探测,这包括大陆岩石圈的地震波速度、密度、磁性、导电性和放射性结构研究。其中,大陆岩石圈导电性结构的研究越来越引起人们的重视。利用岩石圈导电性结构模型不仅可以推断地球内部的岩、矿石组成和地质构造轮廓,还可以间接提供有关地球内部热结构的信息,为研究地球内部物质状态、地壳运动过程及其动力学机制等科学命题服务。因此,很多发达国家自上世纪70年代以来,陆续启动了岩石圈导电性结构探测。2004年,美国开始了"地球透镜计划(EarthScope)";其中,"大地电磁阵列"(USArray)是整个计划中的重要部分,是一个大陆尺度的大地电磁场观测计划,它将为北美大陆的构造与演化提供新的约束。在中国,大陆岩石圈导电性结构研究虽取得一系列重要成果,但也仅限于对其基本格局有一定认识,远远满足不了大陆动力学问题研究的需要。为了研究中国大陆形成、演化机理,首先需要确定中国大陆岩石圈三维构造模型、热结构和流变性特征,而这一切都与更详细、更准确的中国大陆岩石圈导电性结构有着密切关系。为了实现构建中国大陆岩石圈电磁学参数三维数据体及导电性结构标准模型的目标,"深部探测技术与实验研究专项"设立"大陆电磁参数标准网实验研究(SinoProbe-01)"项目,解决大陆尺度、阵列式(Array)大地电磁场(MT)标准网观测计划的关键技术问题,研究具体的实施方法技术,并提供示范性成果。项目将尽可能预先建立覆盖全国、网度为4°×4°的阵列式区域大地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"1°×1°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大地电磁"标准点"观测网最佳网度选择提供依据,为最终建立中国大陆岩石圈三维导电性结构标准模型奠定基础,为预测我国超大型金属成矿远景区提供方向。完成本项目研究将对揭示中国大地构造特点和岩石圈结构提供重要依据,对油气及固体矿产资源远景评估提供制约,并对完善后板块大地构造理论有重要意义。开展这方面的研究将揭开中国大地构造地球物理学新阶段的序幕,为中国可持续发展与地球科学的进步作出贡献。     

基于麦克斯韦理论的海底大地电磁探测技术

麦克斯韦理论为海底大地电磁探测技术奠定了坚实基础。大地电磁场的测量通常测取Ex，Ey，Hx，Hy,Hz。大地电磁仪的设计要点包括：高灵敏度、智能化、同步采集数据、锚系硬连接、承压密封和合理的下沉速度所观测的数据经计算机处理后，可获得被测海域的地球物理信息。     

华北中部岩石圈电性结构——应县—商河剖面大地电磁测深研究

20 0 1年, 沿着山西应县到山东商河, 重新布置大地电磁测深剖面进行研究.采用现代先进的大地电磁数据处理技术和快速松弛二维反演方法获得该剖面二维电性结构模型, 从而充分展示了华北地区岩石圈电性结构的特点.从电性特征上讲, 华北岩石圈以太行山前断裂为界划分为东、西两区, 东区为低阻区, 西区为高阻区.在东区, 上地壳电性结构基本与华北裂谷系的隆、坳构造格局相对应, 岩石圈的电导最高达3× 104 S, 远远大于强烈活动的安第斯山岩浆弧区和西藏高原岩石圈的电导.这里, 在构造连接部位的地壳中有不连续的高导体存在, 电导率大约0.1~ 0.8S/m.在西区, 太行山和恒山的岩石圈为高阻块体, 表现出稳定大陆区岩石圈导电性结构的特点.但恒山高阻块体之下发现一组向西缓倾的高导层, 其电导率为0.0 4~0.2 5S/m, 顶面在2 0km深处, 底面深度大约40km.      

海底可控源电磁采集站的低时漂技术研究

海洋可控源电磁方法要求位于海底的多台可控源电磁采集站对微弱的电磁信号进行长期同步连续观测,对各台采集站的时间一致性严格要求。为解决海底无法进行GPS授时这一技术难题,提出了以高稳OCXO(恒温晶体振荡器)与精确授时GPS结合为硬件基础,形成通过下水前对钟、出水后对钟以及时漂补偿等组成的低时漂技术。通过室内及海洋试验,实现了多台海底可控源电磁采集站同步观测,显著降低数据同步误差。     

班公—怒江构造带的电性结构特征——大地电磁探测结果

对青藏高原过班公—怒江构造带的三条大地电磁剖面进行探测,获得班公—怒江构造带及其邻区的电性结构模型,研究了班公—怒江构造带的深部结构与构造特征.研究结果表明：构造带及其两侧上地壳内广泛分布不连续高阻体,反映了岩浆岩的空间分布特征,表明构造带南北两侧岩浆的活动规律可能存在较大差别.研究区内的冈底斯及羌塘地体的中、下地壳普遍发育高导层,反映了印度大陆碰撞、俯冲过程的效应与痕迹,而高导层之下的高阻块体则可能是向北俯冲、冷的、刚性的印度大陆地壳.羌塘地体的电性结构模型可以分为南北两个区段,南羌塘块体的壳内高导层与班公—怒江构造带对印度板块俯冲的阻挡作用有关;而北羌塘块体壳内高导层与亚洲大陆对印度板块向北俯冲的“阻挡”与向南“对冲”有关.印度板块向北的俯冲与挤入,受到班公—怒江构造带及亚洲板块的阻挡,可能没有越过班公—怒江构造带,并在班公—怒江构造带附近向下插入软流圈,导致幔源物质上涌,形成壳、幔热交换与物质交换的通道和规模巨大、延伸至上地幔的高导体.班公—怒江构造带的电性结构证明了该构造带是一组产状陡立、巨型的超壳深断裂带.     

大陆岩石圈导电性的研究方法

随着地球科学的进展 ,大陆岩石圈导电性结构的研究越来越引起人们的重视 ,而超宽频带大地电磁测深则是目前用于探测岩石圈导电性最有效的地球物理先进技术。它把现代性能优良的宽频带大地电磁系统 (MT 2 4NS或V5 2 0 0 0 )与长周期智能化大地电磁系统 (LIMS)配套使用 ,采集地面上频率范围为n× 10 -4～n× 10 2 Hz的天然电磁场信号 ,并通过一系列数据处理和反演计算 ,获得深达下地壳和上地幔的地下导电性结构模型。此模型不仅可以提供有关岩石圈地质构造轮廓的信息 ,更重要的是可以间接反映现今地下深部的热结构特征和物质状态分布特点。多年来 ,应用超宽频带大地电磁测深对青藏高原岩石圈导电性结构的研究表明 ,高原的中、下地壳确实是良导电性的 ;它可能说明西藏地壳中普遍存在岩石的局部熔融 ,或地热流体。沿着应县—商河剖面的大地电磁测深研究结果从电性的角度证明了太行山山前断裂为一组向东倾斜的深断裂 ,华北地区岩石圈以其为界划分为东、西两区 ;东区为低阻区 ,与构造活动区的岩石圈导电性特征相符 ;西区为高阻区 ,表现出稳定大陆区岩石圈导电性结构的特点。     

海底MT信号采集电路的设计

设计海底大地电磁信号采集电路，需考虑海底信号特征、海上作业以及海底环境等各种因素。分析表明，除遵循电路设计的一般原则外，海底大地电磁测量要重点解决微弱信号检测、智能化数据采集、海底环境监测和同步记录等4个方面的问题。在设计方案中，电路灵敏度达到微伏级；使用嵌入式计算机实现采集控制；对方位、倾斜、振动、温度等参数进行巡回记录；仪器的时钟精度精准到微秒。所研制的电路经过了室内模拟测试和海洋试验。首次采集到中国海域的大地电磁数据。     

电场差分信号的采集特点及数据采集系统

摘 要　 多制式供电、早期检测、密集采样是捕捉电场差分信号的有效测试方法。与传统的 激发极化数据采集方法相比‚电场差分法增加了供电的周期‚扩大了采样的时间区段‚提高 了采样的速度。这将给电场差分法的研究工作提供丰富和精确的信息。     

海底可控源电磁测量电路的Linux驱动程序

国外的水合物探测试验证明,可控源电磁法是探测天然气水合物的有效方法之一.开展海底可控源电磁法工作的重点之一在于研制高精度、高可靠、低功耗观测海底可控源电磁信号的设备.为可靠地观测海底可控源电磁场宽频带、大动态范围信号,设计了以Linux与ARM9相结合的测量电路,并开发了Linux2.4内核下的设备驱动程序.本文分别论述了采集硬件原理,Linux字符设备驱动模型,SSC和GPS对钟驱动实例.     

藏北高原地壳及上地幔导电性结构——超宽频带大地电磁测深研究结果

为了研究西藏中、北部壳、幔导电性结构,讨论高原中、北部岩石圈热状态,1998年和1999年（INDEPTH（Ⅲ） MT）在西藏中、北部完成了德庆—龙尾错（500线）和那曲—格尔木（600线）超宽频带大地电磁深探测剖面的研究.研究结果表明,西藏中、北部以昆仑山断裂为界,其南北壳、幔电性结构有很大差异.昆仑山断裂以北地壳和上地幔为高阻区.而昆仑山以南,地壳和上地幔的导电性有明显的分层结构：地壳上部以不连续的高阻体为主,夹有局部低阻异常体,沿南北方向上地壳的电性结构复杂,具有不连续、分块的特点;但中、下地壳为大范围的高导异常区,区内发育有大规模、不相连续、产状各异的高导体,其电阻率均小于4Ωm;在班公—怒江和金沙江缝合带之下,壳内高导体都具有向上地幔延伸的趋势,存在连通壳、幔的低阻通道.根据西藏高原中、北部壳、幔电性结构的研究推断：如同藏南一样,这里也普遍存在部分熔融体和热流体,它们的成因主要与班公—怒江和金沙江缝合带的壳-幔热交换、热活动有关,这是两期形成的壳-幔热交换通道.其中,班公—怒江缝合带的壳-幔热交换通道形成时间比金沙江缝合带早.因此,研究区壳、幔的热活动是从南边和西边开始,向北、向东扩展,导致现今西藏中、北部地壳和上地幔的热流分布由西向东、由南向北增大.