中国大陆深探测的大地电磁测深研究

通过对地震波速度、密度、磁性、导电性等物理场进行观测,研究地壳与上地幔的物性与结构特征,将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提供科学依据,同时也将为寻找深部大型矿床提供信息。大地电磁深探测方法作为研究地球壳幔电性结构的主要地球物理方法,在国内外完成了大量探测工作,取得了许多重要的研究成果。在研究壳幔构造方面,大地电磁法和地震方法一起被视为两大支柱方法,在世界范围内解决大陆动力学问题方面已有许多成功的应用范例。但由于大地电磁探测以天然电磁场作为场源,在矿集区等强干扰地区往往很难采集到高信噪比的数据,抗干扰能力较弱。同时,大地电磁与地震数据的约束反演以及联合解释目前尚没有达到实用化,这些都限制了大地电磁数据的处理及解释精度。"深部探测技术与实验研究"(SinoProbe)专项下属的"深部探测技术实验与集成"项目将选择青藏高原、西部造山带与华南山区结晶岩等复杂地质条件和不同人文干扰水平地区,以大地电磁探测与地震探测作为主要手段,研究深部精细地球物理探测技术的集成,并且通过实验剖面研究这些实验区的壳幔结构特征。其中的"大地电磁测深大剖面观测实验与壳/幔三维电性研究"课题,将通过在实验区的大地电磁观测实验,研究适用于不同地质条件及干扰水平地区的大地电磁数据采集方法技术以及精细处理与反演方法,同时探讨大地电磁数据与地震数据的约束反演以及联合解释。该研究将提高深部地球物理探测精度,为深部精细地球物理探测方法技术集成以及区域地球物理精细探测提供范例。已经完成的青藏高原东北缘西秦岭造山带和福建结晶岩地区的大地电磁观测试验表明,在这些典型地质构造区域,虽然存在施工困难,干扰水平大等各种不利因素,但只要采取合适的野外观测技术,并通过数据精细处理与反演计算,是能够获得高质量的大地电磁数据以及可靠的电阻率分布模型。试验所取得的成果,将为实现"深部探测技术实验与集成"项目科学目标和研究任务提供重要的技术支撑与保障。     

纳如松多矿集区电性结构特征及对成矿作用的约束

为了研究西藏纳如松多矿集区的电性结构特征和对成矿作用的约束,对覆盖矿集区的大地电磁测深数据进行全面的数据处理分析,得到了可靠的二维电性结构模型.研究结果表明,分别在深度为40~50 km,20~30 km和10 km处见高导体,推测这些高导体可能为部分熔融和水流体共同所致.由于纳如松多矿集区内矿床为岩浆-热液型,深部岩浆的上涌在成矿作用中起到关键作用,所以壳内高导体可能为与成矿有关岩浆房的电性痕迹,将这些高导体连起来可能代表着深部热液向上运移的古通道.电性结构主要体现了壳内高导体与区域成矿动力作用的关系,向上运移的富矿岩浆也可能通过局部的隐伏构造运移到Pb-Zn和Fe-Cu矿床的位置,再演化形成矿体.     

Research of the Conductive Structure of Crust and the Upper Mantle beneath the South-Central Tibetan Plateau

With the super-wide band magnetotelluric sounding data of the Jilong (吉隆)-Cuoqin (措勤) profile (named line 800) which was completed in 2001 and the Dingri (定日)-Cuomai (措迈) profile (named line 900) which was completed in 2004,we obtained the strike direction of each MT station by strike analysis,then traced profiles that were perpendicular to the main strike direction,and finally obtained the resistivity model of each profile by nonlinear conjugate gradients (NLCG) inversion. With these two models,we described the resistivity structure features of the crust and the upper mantle of the center-southern Tibetan plateau and its relationship with Yalung Tsangpo suture: the upper crust of the research area is a resistive layer with resistivity value range of 200-3 000 ?·m. The depth of its bottom surface is about 15-20 km generally,but the bottom surface of resistive layer is deeper in the middle of these two profiles. At line 900,it is about 30 km deep,and even at line 800,it is about 38 km deep. There is a gradient belt of resistivity at the depth of 15-45 km,and a conductive layer is beneath it with resistivity even less than 5 ?·m. This conductive layer is composed of individual conductive bodies,and at the south of the Yalung Tsangpo suture,the conductive bodies are smaller with thickness about 10 km and lean to the north slightly. However,at the north of the Yalung Tsangpo suture,the conductive bodies are larger with thickness about 30 km and also lean to the north slightly. Relatively,the conductive bodies of line 900 are thinner than those of line 800,and the depth of the bottom surface of line 900 is also shallower. At last,after analyzing the effect factors to the resistivity of rocks,it was concluded that the very conductive layer was caused by partial melt or connective water in rocks. It suggests that the middle and lower crust of the center-southern Tibetan plateau is very thick,hot,flabby,and waxy.     

大地电磁测深法在冀中坳陷深部碳酸盐岩热储调查评价中的应用

地热资源作为一种清洁能源,在“双碳”背景下,其开发和利用越来越受到重视。为了探查渤海湾盆地的冀中坳陷深部碳酸盐岩的热储条件,笔者等利用3条大地电磁测深剖面,进行了数据处理、分析和反演,获得可靠的二维电阻率模型和电阻率等深度平面图。分析研究区深部电性结构特征及主要断裂构造特征,同时根据基底隆起形成的高阻异常对深部碳酸盐岩分布和埋深进行了推断,并对冀中坳陷深部碳酸盐岩热储进行评价,以圈定地热异常远景区。分析认为：① 研究区电性结构可以被划分为5层,其中第5电性层为高阻标志层,对应深部碳酸盐岩基底;② 据此圈定了3类深部地热远景区：基岩埋深小于4000 m,如高阳低凸起地热远景区、黑龙口低凸起地热远景区（徐水凹陷）和河间潜山地热远景区（饶阳凹陷）,基岩埋深4000~5000 m,如雁翎潜山地热远景区（霸县凹陷）,基岩埋深5000~5500 m,如肃宁潜山地热远景区和留路潜山地热远景区;③ 大地电磁测深方法适用于冀中坳陷深部碳酸盐岩热储远景区的探查。深部热储远景区的圈定,可为后期的地热资源评价和开发利用建立基础。     

华南陆块东北部构造特征、成矿作用与动力学机制——来自大地电磁测深的认识

通常认为,华南陆块在元古代由扬子克拉通和华夏地块沿江南造山带碰撞拼合而成,之后经历了陆内造山、洋壳俯冲等多期岩浆—构造活动。但因华南陆块所处的特殊地质构造环境,就目前华南陆块各块体之间的接触关系、江南造山带深部构造特征及区域动力学意义等诸多地质问题争议颇多。本文依托地质调查项目和“深部探测技术与实验研究（SinoProbe）”项目完成的8d和12g两条大地电磁测深剖面,经过精细的数据处理,使用非线性共轭梯度（NLCG）算法对TE+TM模式数据联合反演得到华南陆块东北部岩石圈尺度的二维电性剖面,并用ModEM三维反演代码对全阻抗张量数据反演获得了三维电性模型。对研究区内扬子地块东部、江南造山带以及华夏地块进行电性结构研究,发现研究区内的江南造山带西南段存在扬子地块和华夏地块碰撞镶嵌的构造表现,扬子地块已越过江南造山带,在江绍断裂位置与华夏地块挤压,形成江绍断裂等逆冲型深大断裂,从电性结构推测其现今仍然为活动断裂,但东北段块体之间的接触关系被上侵的地幔物质破坏,江绍、赣东北等断裂的深部结构已被剧烈改造,推测这种深部成矿热物质上涌是形成赣东北以金银矿种为主的岩浆热液型矿床的深部动力原因;研究区东部华夏地块电性特征为高阻的上地壳以及被岩浆底侵而破坏的中下地壳,发育其中的屯溪—鹰潭—安远和上虞—大浦—政和断裂切割深度超过了50 km,为深大断裂构造。结合前人地表侵入岩填图结果,认为由于中生代以来古太平洋板块向欧亚大陆的俯冲,华南陆块东部上地壳被严重破坏,从电性特征推断可能发生过大面积的板片重融,华夏地块东北部地壳相较于西南部厚度明显更小、后期改造严重,受到的太平洋板块俯冲导致的热扰动更剧烈。     

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.     

青藏高原申扎-双湖剖面岩石圈电性结构特征及其含义

为了研究班公湖-怒江缝合带的壳幔电性结构及构造特征,并为其俯冲极性提供电性约束,对青藏高原中部申扎-双湖大地电磁测深剖面进行全面数据处理分析,获得了可靠的二维电性结构模型,研究表明:沿剖面上地壳分布的是规模不等的高阻体,底面埋深在10~25 km变化,高阻层之下发现由不连续的高导体构成的中下地壳高导层.通过对电性结构的分析,认为班公湖-怒江特提斯洋的俯冲消亡极性可能是双向的,随后拉萨-羌塘地体碰撞带处的上地壳高阻体发生拆沉,以上两次动力学事件可能共同作用于缝合带处的壳幔高导体,同时北拉萨地体的壳幔高导体还可能体现了构造作用、岩浆活动和成矿作用之间的关系.     

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.     

仿示波器显示在长周期MT测深仪中的应用

MTU-5、V8、LEMI-417等大地电磁测深仪器的人机交互方式均基于文字,用户仅凭文字难以发现采集中的问题。由于示波器能把人眼无法直接捕捉到的电信号的时变规律以可见的图像形式显示出来,故将该技术应用于长周期大地电磁测深仪CLP中,使仪器的人机交互方式基于图形用户界面(GUI)。本系统的GUI选用Visual C++6.0作为开发工具,在规划了显示区域,建立了设备环境类CDC以及CPen、CBitmap等绘图工具类的对象后,设计了仿示波器界面,在示波器界面中,用MoveTo与LineTo函数实现了对采集数据的实时动态显示。此外,使显示窗口自适应显示器分辨率属性、信号最大化显示、显示背景设置为灰白色,以方便操作。经野外试验,该显示技术有助于用户对采集的数据进行分析,为下一步工作提供依据。