大地电磁法的应用综述:以川滇地区为例

Application of the magnetotelluric method in the Sichuan-Yunnan region—a review

摘要

大地电磁法(包括音频大地电磁、宽频带大地电磁和长周期大地电磁)是探测近地表至上地幔深度的地球物理方法之一,以其对低阻体的敏感性,在深部结构探测、地震孕育环境、地球动力学以及地热和资源勘探等领域发挥着重要作用。川滇地区处于特提斯构造域的东段,诸多(微)板块在此碰撞拼贴,是青藏高原内部物质东流或块体侧向挤出的重要通道。川滇地区受板块边界的断裂带或者说缝合带相互切割及影响,是解析区域构造变形、孕震环境以及物质迁移的重要窗口。在简要介绍大地电磁法理论的基础上,也介绍了近年来兴起的人工源极低频电磁方法,本文综述了大地电磁法在川滇地区的应用,主要包括在地震孕育、火山和地热活动、成矿活动、构造与动力学以及电磁同震效应方面的应用,以较全面的视角为地球科学相关领域的学者提供川滇地区大地电磁学领域开展的工作。

关键词

大地电磁法 / 川滇地区 / 深部结构 / 动力学 / 地震电磁

Key words

Magnetotelluric / Sichuan-Yunnan region / deep structure / geodynamics / seismoelectromagnetic

0 引言

青藏高原东南缘在新生代期间经历了从右旋压扭、大规模走滑挤出到左旋张扭等多个不同的构造变形阶段,进入第四纪,在印度板块和欧亚板块持续碰撞下,发育诸多活动规模不一的断裂(带),也形成了中国最活跃的地震带^[1]。GPS观测和活动构造等研究表明^[2⇓-4],青藏高原现今的地块活动以围绕喜马拉雅东构造结的顺时针旋转为特征,起着调节青藏高原内部物质向东挤出或印度板块与扬子板块之间强烈右旋剪切作用。川滇地区的三江特提斯构造带是具有时空复合特征的巨型造山带,造就了典型的大陆碰撞造山成矿带^[5⇓-7]。川滇及相邻区域组成的弧形旋扭构造体系(或称歹字型构造体系)构成了特提斯构造域的东段,是青藏高原物质挤出通道之一,也位于南北地震带南段,是理解地球系统过程与变化的理想天然实验室^[8-9]。

音频/宽频带/长周期大地电磁(AMT/BBMT/LMT)虽在场源、磁传感器、采样率和信噪比等方面有所不同,但工作方法、观测参数和反演方法基本相同^[10⇓-12],可视为大地电磁法(MT)的不同应用。受限于MT方法体积效应以及反演策略^[13],实际应用中可根据目标体的深度选择不同的方法或AMT和MT、MT和LMT的组合方法。大地电磁法在浅、深部勘探中有着日益广泛的应用,为全面介绍大地电磁法的应用,本文将聚焦其在川滇地区的应用。

王绪本等^[14]系统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,指出大地电磁为该区域的深部结构和构造格局等研究提供了重要依据。李秋生等^[15]部分总结了大地电磁测深在青藏高原东缘深部结构与深部构造活动研究中的应用。翁雪飞等^[16]总结了部分大地电磁剖面(或阵列)数据来展示青藏高原东南缘低阻体在壳幔结构空间位置关系,探讨低阻体成因。随着大地电磁的发展和广泛应用,有必要对该方法在理论和应用方面的拓展予以进一步的总结和分析。因此,本文将在简要介绍大地电磁方法理论基础上,全面总结大地电磁法在川滇地区的应用成果,以求更广泛推动该方法的拓展应用。

1 地质与地球物理背景

川滇地区地质构造复杂,变形强烈,地质现象丰富,是研究地球科学问题的重要窗口,已有众多学者分别从各自的领域予以综合阐述^{[17⇓⇓-20]}。本文首先对该区域重要断裂带、大地热流(包括温泉、热泉)、重、磁和地震方法的应用进行简要叙述,大地电磁方法的成果则在第2节论述。

1.1 区域块体特征与主要的断裂带

川滇地区的特提斯构造域构造活动强烈,在第四纪时期以大规模水平剪切变形为主,兼有强烈的隆升运动^[2],是众多板块和微陆块的聚集碰撞的结合部,被一系列规模不等、力学性质不同的缝合带以及活动断裂(带)所切割,控制着区域地震的不均匀空间分布,活动断裂带给出构造变形和GPS得出的现今地壳运动场一致^[21-22]。该区域覆盖的主要地质块体有巴颜喀拉块体、羌塘块体、拉萨块体和川滇菱形块体以及扬子板块,它们分别被金沙江断裂带、班公—怒江断裂带、金沙江断裂带、鲜水河—小江断裂带所分割(图1a),还分布有丽江—小金河断裂带和红河断裂带等重要的内部和边界断裂带^[23]。王阎昭等^[24]基于GPS约束反演得到川滇地区主要断裂现今活动速率,其中东边界甘孜—玉树、鲜水河、安宁河、则木河、大凉山、小江断裂的左旋速率分别为0.3~14.9、8.9~17.1、(5.1±2.5)、(2.8±2.3)、(7.1±2.1)、(9.4±1.2) mm/a,而西边界并不清晰,但活动性要弱于鲜水河—小江断裂。张培震^[25]论述了川西地区现今的构造变形、应变分配与深部动力过程,指出川西弧形左旋走滑运动的深部驱动机制可能是中下地壳的流动。

1.2 温泉、大地热流与地震活动

地表过程可以系统地反映气候与构造的变化,活跃造山带的地表过程约束已经成为揭示和判别构造活动的重要途径^[26]。地壳存在部分熔融的高温物质,为地表温、热泉的水热活动提供深部热动力基础,同时地表存在的活动断裂,为水热活动的循环提供通道^[27]。在川西地区康定、理塘和乡城等处出露的温泉,这些水热活动区都是伴随着断裂带的发育而展布,如甘孜—理塘断裂带和金沙江断裂带。川滇地区温泉分布除受新断裂构造的控制,也受变质基底活跃程度和老构造的隆起与拗陷布局的控制(图1b)^[28-29]。目前川滇地区仅在腾冲一带有可能存在隐伏的岩浆热源,其他许多温泉,包括一些高温水热系统,均分布于中生代花岗岩体的周围,如四川理塘的许多温泉都围绕花岗岩体的周边分布,滇西临沧一带的许多温泉则分布于临沧花岗岩体的内部。

大地热流可与温/热泉相对应,指地球内部传输至地表并释放到空中的热流,它记录了发生在地球深部各种作用过程的热学信息^[30-31]。唐晗晗等^[32]根据居里面深度并结合放射性元素分布等计算了青藏高原东南缘的大地热流分布,其值位于44~108 mW/m²,平均为74 mW/m²。川滇地区的金沙江断裂带和德格—乡城断裂处在高热流值区,同时在地热梯度带两侧地层存在明显物性差异时,才可能存在密集的地震事件,单纯的地热梯度带不能作为地震密集发生的充分条件。从大地热流和温泉分布对应图上看,藏东南地区的热流呈带状分布,而温泉主要分布在三江和东北缘(沿鲜水河断裂带)一带大于60 mW/m²处,这种温泉集中在高热流区表明与热流存在明显相关性^[33]。

川滇及邻区发生了大量的板内地震,具有分布范围广,震源深度浅,成因类型复杂和灾害损失重等特点^[34]。但地震活动主要沿活动地块的边界断裂带分布,强震活动的空间分布及活动水平差异反映了边界活动断裂带及活动地块现今运动状态差异(图1b)^[29,35]。应力状态也是强震发生的关键因素,孔维林等^[36]总结了川滇地区应力场研究进展。地震精定位结果表明川滇地区地震集中分布于鲜水河断裂带、小江断裂中南段和丽江-小金河断裂及以南地区,主要发生在5~25 km深度的中上地壳^[37]。川滇菱形块体东边界各断裂基本以左旋走滑为主,程佳等^[38]利用东边界的断裂分段、特征地震和古地震资料以及GPS速度场为约束,得到各分段的地震危险性,对临震预测有一定的参考意义。受小江断裂左旋剪切的影响,红河断裂中南段以右旋走滑兼微弱挤压运动为主,并牵引断裂北段右旋走滑,与金沙江断裂和德钦-中甸断裂共同构成右阶斜列右旋剪切变形带,正断型震源机制多分布于该变形带的构造拉分区内^[39]。姚琪等^[40]基于数值模拟和地震活动性统计的混合地震预测给出了川滇地区自2021—2030年以及更长时间段内可能出现的中强地震区,与2021年之后已发生的强震有很好的一致性,为地震数值预测提供了可参考的例证(图2)。

1.3 已有地球物理探测结果

川滇及其相邻地区地质构造复杂,变形强烈,为了探讨该区域的变形动力学、高原侧向挤出/生长机制、地震孕育机理以及矿床和地热控制模式等重要科学问题,众多学者在本区域开展了大量的地球物理勘探工作,包括固定和流动地震台站监测、重磁勘探以及电磁法勘探等。不同学科测点覆盖越来越密,精度越来越高,不过随着人文活动的不断增强和扩展,数据也面临噪音增强、处理难度加大等问题。

地震方法是研究深部结构及动力学演化等科学问题的主要方法之一,地震接收函数、层析成像、背景噪声成像等均发现川滇地区存在中下地壳深度的低速异常,但是由于数据(台站数量、密集程度和数据质量等)以及方法不同使得模型之间存在差异且缺乏系统对比和统一验证。姚华建团队^[41⇓-43]相继推出了基于多数据联合反演的区域高精度三维公共速度模型1.0和2.0版本(SWChinaCVM-1.0和SWChinaCVM-2.0),随着数据的累积,模型也越来越精确,中上地壳模型的横向分辨率为20~30 km,中下地壳的横向分辨率也有50 km。地震波各向异性反映了宏观上形状定向排列或者微观上的晶体定向排列,综合而言,上地壳地震各向异性所展现的快波优势方向和GPS资料计算得到的上地壳介质的主压应变方向一致^[44]。地震各向异性在横向上具有很高的分辨率,川滇地区以北纬26°20'为界,北部快波方向大致为NS方向,而南部快波方向总体上为EW方向,并在趋势上具有一致的连贯性^[19]。各向异性的深度很难确定,也就是说各向异性层可能来自于地壳或地幔或兼而有之,因此地壳上地幔各向异性通常解释为岩石圈变形,也可能归因于软流圈地幔流的贡献^[45]。

重力勘探通过高精度地表或空间重力测量来计算获取自由空气重力异常、布格重力异常和剩余重力异常,模拟和反演地下物质密度的空间分布特征,进而解释推断地壳内部介质的均衡状态以及所反映的构造变形和空间展布情况,同时通过重复观测可为地震的孕育发生等提供重要的背景参考^[46]。中国地震局地震研究所联合国内多家单位,在川滇地区开展了多条重力探测剖面研究,为该区域地壳深浅部结构、地震孕育环境以及区域动力学方面的研究提供了大量的重力测量数据。布格重力异常归一化总梯度(Normalized Full Gradient,NFG)是利用布格重力异常场中的特征点来圈定引起该异常的场源体位置的方法^[47]。Xuan等^[48]通过跨越川滇菱形块体东边界和南边界的5条高精度重力剖面,通过布格重力异常归一化总梯度所圈定异常体的倾向特征,即鲜水河剖面所在地壳向东运动,小江断裂带北侧地壳有向东运动趋势,而南侧地壳则明显向西运动,同时红河断裂带上剖面异常体则揭示该区域地壳运动是由北东向西南,这些有力证明了川滇块体有顺时针旋转的运动特征。

居里面作为岩石圈内的温度界面,反映了地壳深部地热场的分布状态,与地表热流的分布有着密切的联系^[49]。根据一个地区的居里面深度变化结合生热率和热导率等参数可以得到地层热流分布的信息^[31],常利用航磁或者卫星磁数据求取^[50]。熊盛青等^[51]基于1∶100万全国陆域航磁异常图数据,采用功率谱法估算了中国陆域的居里点深度,结果表明居里面在稳定地块表现为拗陷,而在活动频繁的造山带以隆起为特征。褶皱地区的玉树-义敦褶皱带以及金沙江褶皱带居里面深度较浅,约20~25 km,可能是印度板块向欧亚板块俯冲、碰撞和挤压,同时在晚古生代和中新生代剧烈的岩浆构造活动,使该区域地温升高而发生消磁,磁性层变薄,居里面变浅的结果^[51]。更小区域,高玲举等^[52]通过对重力和航磁异常数据的分析和反演,结果表明川西高原居里面特征表现为条带状,深度在17~23 km之间,和熊盛青等^[51]的结果相一致。金沙江断裂,居里面形成局部抬升,表明该区域的深部可能存在高温地热异常源。

2 大地电磁及区域应用研究

2.1 大地电磁方法简介

大地电磁测深方法是20世纪50年代初提出的一种天然电磁场方法,因其不需要发射源,勘探费用低,不受高阻层屏蔽且理论相对成熟等优点而被广泛应用^[53-54]。它利用正交采集的五分量电磁场(Ex、Ey、Hx、Hy、Hz),其中x和y分别代表N-S和E-W方向,z代表垂直方向,在笛卡尔直角坐标系下,电磁场分量满足如下关系式:

(1) \left[\begin{array}{l}Ex\\ Ey\end{array}\right]= \left[\begin{array}{ll}Zxx& Zxy\\ Zyx& Zyy\end{array}\right] \left[\begin{array}{l}Hx\\ Hy\end{array}\right]

(2) \left[Hz\right]= \left[TxTy\right] \left[\begin{array}{l}Hx\\ Hy\end{array}\right]

式中,Z和T分别表示阻抗和倾子。阻抗可以转换为视电阻率和相位^[55]:

(3)ρ_ij= \frac{1}{\omega {\mu }_0} {\left|Z_{ij}\right|}^2

(4)φ_ij=tan^-1( \frac{Im\left(Z_{ij}\right)}{\mathrm{R}\mathrm{e}\left(Z_{ij}\right)})

其中,ω表示角频率,μ₀表示磁导率,ij为x和y的任意组合,Im和Re表示阻抗的虚部和实部。

以麦克斯韦方程组为理论基础,随着超级计算机计算能力的快速提高,各向同性大地电磁三维正反演已经成为标准计算程序。目前应用最广泛的是基于非线性共轭梯度法的ModEM程序^[56],其次是基于数据空间OCCAM的WSINV3DMT程序^[57-58],我们自主开发的自适应正则化拟牛顿(QN)反演算法,该方法迭代稳定,对初始模型的依赖性不强^[59-60]。很多学者也论述了不同参数(组合)对三维反演结果的影响^[61-62]。

地质中广泛存在各向异性,电磁勘探中电各向异性也不容忽视,尤其在沉积岩地区,利用各向同性模型解释会产生较大误差。Wannamaker^[63]总结了大地电磁研究固体地球物理中的各向异性问题,刘云鹤等^[64]介绍了电磁勘探(包括海洋可控源、大地电磁、测井与井间成像、航空电磁等)中电各向异性历史和现状,并对未来做了展望。与大地电磁三维各向同性反演已成熟并广泛适应不同,各向异性反演软件仅限于二维,国内对大地电磁二维各向异性反演已有模拟和验证^[65-66],而三维国内外还处在探索与验证阶段^[67⇓-69]。

2.2 人工源极低频电磁方法

在1 000 km之外对地供电时,人工源极低频电磁理论方法和MT相同,可以看成是MT的扩展应用,中国地震局地质研究所近十年一直在进行该方法的探索,本节也予以简要介绍。人工源极低频电磁通过发射和接收大功率高精度人工源电磁波信号,可在上千km范围的众多测点进行同时测量,研究空间电磁场和地下电阻率结构,具有很高的信噪比^[70]。

Sainati和Wolkoff^[71]利用大地电磁法的理论对极低频天线发射点进行了适应性调查,并预测了发射天线的辐射方向图,认为该方法可解释地球的各向异性行为并能快速获得测量结果。20世纪80年代,美国和苏联分别建设了各自的超低频发射台,并进行了多种地球物理应用研究。俄罗斯利用科拉半岛的超低频发射台开展电磁信号测试,发射天线由两条分别长60 km近东西向的电缆组成,发射功率达1 MW以上,峰值电流达300 A以上,发射频率在几十至几百Hz,在近3 000 km处测量依然有很高的信噪比^[72]。

1999年,中国地震局地质研究所赵国泽和汤吉研究团队在首都圈地区5个点测量了约6 500 km以外的科拉半岛超低频发射台的信号,进行了地震监测的实验,结果表明电磁场有很高的精度和稳定性。人工源极低频电磁方法的发射源(天线)场选择、布设以及测量、应用和发展趋势,赵国泽等^[73⇓-75]做了详细的综合阐述,并为中国极低频技术发展奠定了良好的基础。

2.3 川滇地区深部电性结构特征

大地电磁法在川滇及邻区已经做了大量的工作^{[76⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓-129]},尤其是近年来呈现研究加速的状态(表1,图3),这可能是数据积累到一定程度集中在近几年不断的发表,也可能是方法技术的进步和仪器数量的增长和数据共享程度提高的结果。

川滇及相邻地区MT探测自20世纪80年代开始至今,已经基本被15 km左右,甚至更密点距的测点所覆盖。科学内容涉及到浅层勘探(铁路隧道等)、深部结构、深大断裂、孕震环境、温泉/地热勘探、火山区(岩浆囊)、区域成矿活动和动力学研究等方面,为相关工程和地球科学问题提供了必要的支撑依据,发挥了巨大的作用。相关的重要科学问题将在第3节予以讨论。

3 讨论

3.1 电性结构与地震孕育

地震成因解释中的弹性回跳模型认为当应力积累超过岩石弹性限度以后,断层突然错动,导致应变能的释放而发生地震,这是构造活动区最主要的解释模型^[130]。不容忽视的是,壳幔流体的存在和地震的孕育息息相关,徐常芳^[131⇓-133]分别从宏观、微观和动态变化等3个方面探讨了地下流体和地震的关系,并总结了中国大陆不同构造区的地震孕育规律,指出地震活动比较强烈的地区通常存在壳内高导层,无壳内高导层或壳内高导层埋藏较深的地区未见强震。回顾川滇地区5级以上地震可以发现主要集中在鲜水河断裂带、丽江—小金河断裂带南段与红河断裂带衔接区、红河断裂带南段以北与小江断裂衔接区、滇西南保山—盈江—瑞丽区域^[134],进一步对比地球物理结果,这些强震发震区深部均存在高导低速层且发震区存在横向不均匀性,根据速度或者说密度以及电导率参数的性质,可以认为强震或绝大部分强震的发生与深部流体的运移相关。

在川滇及其相邻区域已有很多利用大地电 磁法对孕震环境和发震机制的讨论,表2^{[93,95,100-101,103,106,110,112,114,118,123,126,128]}列出了对孕震构造进行讨论的相关文献的结果总结,可以看出地震主要发生在电性结构高低阻过渡区(接近90%的地震发生在电性过渡带),也就是物质强度不均匀的区域。在构造应力和深部流体迁移的持续作用下,流体的存在一方面增加了孔隙压力、降低了断层面有效正应力,可显著降低断裂带内的摩擦力;另一方面,流体的“腐蚀”或者说“软化”作用可将刚性岩石边缘的力学强度大幅度削弱,使其更容易发生脆性变形^[135],促进断裂运动并导致断层失稳发生滑移和地震成核。地震强度的大小则由发震区物质强度大小(对应电阻率的大小)决定,高阻区易形成强震,而强度一般的高阻区则会通过不断的发生小震来释放应力。但是地震的孕育是一个极其复杂的过程,需要综合分析不同学科的研究成果,借助人工智能和统计分析将为未来地震预测预警提供可能。

川滇地区作为南北地震带的南段,该区域的孕震环境也一直为学者探讨,而大地电磁提供了一些电性结构方面的解译。绝大多数地震(或者余震)发生在活动断裂带下高低阻过渡带或偏高阻一侧^{[91,93,95,101,104,106,126]},可以解释为低阻体在力学性质上以软弱介质为特性,不利于应力的积累,但可以传递应力,而相邻的高阻体具有刚性块体的性质,易于应力的积累,在持续应力加载中,应力超过临界值时,达到“亚失稳”程度,发生脆性破裂,从而发生地震。叶涛等^[112]将这种现象解释为“刚柔性过渡区现象”,认为在区域应力作用下,强度大的岩体(高阻)楔入柔性介质(低阻/高导)中,形成凹凸体结构,集中于发震断层上的最大有效剪应力切割凹凸体中的刚性岩体,从而产生地震。但也不乏高导区域产生余震的现象,Cai等^[100]通过鲁甸地震区三维精细电性结构的刻画,认为鲁甸M_S6.5余震主要分布在局部不均匀体与上部和西侧高阻体所围限的高导体中,并解释为软弱的韧性体中包裹着强度较大的不易变形的局部硬块,这种介质结构易于应力的传递和局部集中,具有地震成核作用,形成鲁甸地震的发震构造。余年等^[117]基于小江区域地震活动和电性结构的空间分布特征,将该地区的地震分为3类:构造地震、地表无活动断裂地震和无明显分布规律地震,并认为地震与深部流体关系密切:一方面,流体的存在可显著降低断裂带内的摩擦力,促进断裂运动,并诱发地震;另一方面,地震活动和长期的走滑/剪切活动可产生热量并增强流体的连通性,促进流体的运移,降低地壳的强度。

解释地震孕育和发震机制的凹凸体模式是描述地震断层上应力不均匀性的一种理论震源模式,表示主震发生时出现大的滑动或释放较高地震矩的区域,可以理解为地震发生前断层面上应力集中、强度较大的区域;而与凹凸体同时被提出的障碍体震源模式则是描述地震断层破裂强度的不均匀性,表示地震断层面上破裂强度比周边高,主震发生时不发生活动,能终止破裂或破裂跳跃的传播的区域^[136-137]。我们知道,大地电磁方法的理论基础是利用电磁波的扩散场,存在体积效应,因此利用大地电磁法直接确定活动断层较难,想要在较小尺度范围内确定断层的界面几乎不可能,但是精细的电性结构模型能够很好的确定凹凸体和障碍体的位置、大小和形态,这些对孕震环境、发震机制和地震危险性分析至关重要。

3.2 电性结构与火山、地热活动

火山是地球内外部物质与能量循环的通道,火山区地壳内部的岩浆囊以及地热活动与深浅部流体活动和地壳深部物质的部分熔融密切相关,这些必将引起岩石物理性质,尤其是电性(电导率)的明显变化。通过大地电磁测深方法获得地壳-上地幔电性结构,可以更加准确估计它们的含水量和熔融程度等信息,进而研究火山区的深部结构和可能的岩浆通道以及水热活动。张炯等^[138]综述了MT法的应用特点以及电导率和温度之间的关系,同时介绍了国外利用MT在火山区地热勘探的应用进展,并简述了存在的问题。吴佳文等^[139]总结了不同类型地热资源常用的电磁探测方法,指出利用超宽频带的混场源电磁数据对地热资源勘探的优势。

川滇及相邻区域温泉分布除受新断裂构造的控制,也受变质基底活跃程度和老构造的隆起与拗陷布局的控制^[27],目前仅在腾冲一带有可能存在隐伏的岩浆热源。新生代腾冲火山区为陆-陆碰撞型板缘火山,以喷出钙碱系列为主,既有潜在喷发风险,又广泛存在高温水热活动^[140],具有很好的开发应用价值。腾冲火山区作为中国6个火山监测区之一^[141],已开展了广泛的研究,且有阶段性的成果总结^[142-143]。在电磁法应用上,利用(音频)大地电磁法初步探讨了腾冲热海地区岩浆热源^[78-79]、马站—固东(黑空山火山区)^[90,144]以及大区域的研究也有涉及^[103]。较均匀分布的宽频带大地电磁阵列的三维结果显示腾冲地区存在三个岩浆囊(高导区),分布在热海、马站和瑞滇区域,它们的顶层深度不一致,但深部热源是一致的,即由上地幔岩浆上涌所致^[103]。

Zhang等^[124]推断泸沽湖中地壳的高导区可能为部分熔融产生,并通过深大断裂与浅部进行热交换,形成一个水热交换系统,同时浅部大范围的高阻盖层将地热限制在泸沽湖及邻近区域。康定温泉区的成因也比较类似,区别在于提供热源的部分熔融比在4%~19%的高导区深度在10 km左右,同样的温泉区浅层表现为相对低阻,而附近非温泉区的盖层则表现为高阻^[119],而甘孜盆地的精细三维MT成像结果表明该水热系统热来源于1~5 km的生热层,热来源于构造变形以及U、Th、K的放射性生热^[113]。

温泉大多和断裂相关,比如出露在分支断层与主断裂的交切处、压性断层的上盘或断层深切的河谷中^[145]。同时也受着变质基底活跃程度和老构造的隆起与拗陷布局的控制^[27],该类型在滇西表现得非常清楚,如腾冲-高黎贡山复背斜,该区域温泉众多,还有高温水热系统。对温泉的勘探和利用,可为目前中国提出的“碳中和”“碳达峰”战略做出积极贡献,而滇西和川西地区是潜在的温泉富集区,需要加强AMT和MT勘探。

3.3 电性结构与成矿活动

矿产资源,尤其是战略性关键矿产资源事关人类社会持续发展、在关键领域发挥着战略性作用,随着战略性新兴产业的发展和工业4.0时代的到来,中国的战略性关键矿产消费也将呈现快速增长趋势^[146]。如何保证战略性关键矿产资源的供给安全已成为世界各国的重大战略问题,保证中国国内矿产资源的持续稳定供给是矿产资源供给安全的重要保障,因此是学者们一直研究的重要课题。

对金属矿产资源勘探,电磁类勘探技术在诸多地球物理勘探技术中应用最为广泛,但受电磁方法本身的理论和技术约束,大多集中于0.5 km以浅的区域^[147]。理论上,地球内部可利用的成矿空间可从地表至地下万米深度,但我国目前仍局限在近地表500 m以浅,而世界最先进水平的金属矿开采深度可达4 km,因此深部找矿是大势所趋。鉴于电磁方法的限制,主动源电磁法除个别方法(极低频电磁法,简称WEM;多通道瞬变电磁法,简称MTEM),在深部找矿中应用还处在探索阶段且受极大限制^[148],而被动源的勘探成果则颇丰。本节主要介绍AMT和MT在川滇地区在找矿方面的应用和主要成果。

钟清等^[149]编制了1°×1°的中国大陆上地幔高导层顶面深度图,据上地幔高导层顶面分布形态,与中国已知内生金属矿产分布区对比,表明我们大陆80%以上中生代内生金属矿床分布在上地幔高导层隆起带或其梯度带上方,认为是软流圈的不断上隆,造成岩石圈拉张、减薄,而张性断裂则成为地球深部物质和热量向浅部运移的有利通道,为内生金属矿床的形成提供了成矿物质和能量保障。作为世界最大的金矿之一的滇南北衙金多金属矿床,Yu等^[123]对该区域地壳结构进行了三维成像(图4I),描绘了与北衙矿床有关的岩浆系统和流体运移路径,北衙矿床下方的浅层导体为其形成提供了必要的热量和富含金属的流体。哀牢山剪切带的Cu-Au矿床成矿系统同样表现出与深部高导的紧密联系^[111]。

.

北衙矿床的形成与斑岩型碱性侵入体密切相关,Hou等^[150]通过对青藏高原南部区域的综合地球物理成像并结合地球化学数据,研究表明俯冲的印度岩石圈撕裂使软流圈物质上涌并引发上覆亚洲岩石圈熔融产生超基性熔体,进而向下地壳供应流体产生水化熔融,而富含铜的新生下地壳源中的硫化物分解增加了花岗岩类岩浆的含矿性。矿床的形成离不开流体的作用,Adetunji等^[151]通过对加拿大西部超级克拉通中红湖绿岩带的大地电磁成像,参考地震反射解释,结果清晰显示在20~25 km深度存在长50 km的北倾高导区(电阻率<20 Ω·m),在空间上与地壳规模的剪切带和大型造山金矿床相关,该高导区为深部流体和金矿物质向浅部运移的通道(图4II)。

通过对比国内外大型矿床的形成机制,除必要的岩石矿物,可以认为大型矿床的形成和2个因素有关:(a)需要地壳规模的俯冲带或俯冲撕裂;(b)深部物质或流体向浅部运移的通道。想要更清晰的揭示矿床成因,需要多种地球物理方法、岩石学和地球化学的综合研究。

3.4 电性结构与构造及动力学研究

新生代以来印度与欧亚大陆的持续碰撞,在藏东南形成了三江地区的侧向碰撞带以及川滇菱形块体挤压走滑区,它们共同构成了青藏高原内部物质绕喜马拉雅东构造结向南/东南流动的通道^[152-153]。Ding等^[154]总结了6种大陆碰撞和青藏高原形成的动力学机制,青藏高原整体的深部构造如图5A,藏东南比较经典的动力学模式主要有刚性块体挤出模式^[155]和下地壳流模式^[156],徐锡伟等^[2]通过分析认为高原物质向东逃逸量或挤出量是有限的,符合“叠瓦状逆冲转换-有限挤出模型”。许志琴等^[157]认为结构、块体边界和块体运动学是高原大陆动力学研究的根本,大地电磁作为可数的几个能探测岩石圈地幔的地球物理学方法之一,在地球动力学研究上持续发挥着重要的作用。

Jiang等^[120]通过覆盖贡嘎山大地电磁测点的反演解释,认为松潘-甘孜地块中上地壳仰冲到扬子克拉通之上,而鲜水河断裂带向南转折造成该地区中下地壳物质缩短增厚,这些是贡嘎山异常地貌和现今快速抬升的主要原因(图5B)。Bai等^[89]分析藏东南4条MT剖面的电性结构认为,存在东、西两条下地壳流通道。进一步,Li等^[109]根据跨越丽江—小金河断裂带和红河断裂带近500 km长的南北向剖面的电性结构,综合其他学科成果认为(图5C),二叠纪形成的高强度峨眉山大火成岩省(极高阻)阻挡了来自高原内部的弱物质,部分流动的弱物质改变方向而沿峨眉山大火成岩省东西两侧强度较弱的韧性剪切带进入滇西。Ye等^[110]通过滇西三维电性结构模型分析,认为沿高黎贡剪切带流动的西支地壳流被东西100 km和南北50 km的高阻体所挡,分成两条通道分布进入保山地块和腾冲地块北部。东支地壳流在Yu等^[111]得到的红河断裂带中南部的三维电性结构模型有部分反映(图5D),该文章还同时指出,红河断裂带南段的较大范围高导区(文中C7高导区)可能起源于海南地幔柱,其所形成地幔/地壳流可能沿红河断裂带向西流动和向东流动。崔腾发等^[125]分析了大理永平县至贵州盘县的长约550 km的大地电磁剖面,结果显示滇中次级块体中上地壳由多个独立的高阻体组成,认为在下地壳高导层解耦情况下,滇中次级块体内部中上地壳中独立的刚性块体可能出现刚性挤出的变形特征。

上述为比较典型、有代表性的利用电性结构做出的区域动力学解释,而川滇地区利用单剖面或面状大地电磁数据对动力学的解释还有很多,详细可参考表1中的文献。大地电磁的研究对川滇及相邻地区的地球动力学模型提供了丰富的电性结构模型,但限于各参考论文的研究区相对狭小或者类似Bai等^[89]大区域大线距,目前暂无法提供像地震方法那样对川滇地区的全方位、多层次的解释。

3.5 电磁同震效应及空间响应

大地电磁法除了在上述各节等方面的应用之外,长期固定大地电磁台站观测还可以给研究区域电磁场和电性结构的时变特征研究提供基础,其主要应用就是获取与地震相关的异常信号。为了获得长期稳定连续的观测数据,自2000年起,我国先后建成了由分布范围较广的12个台站组成的试验台网和在重点地震监视区由30个台站组成的人工源和天然源极低频电磁(CSELF)观测台网^{[70,73,75,158-159]},其中有15个台站分布在川滇地区。

地震发生后,当地震波到达台站时会引起的电磁场波动,即地震波电磁同震信号,它是电磁观测中确切地与地震有直接联系的一种信号。2008年汶川地震发生后,汤吉等^[160]在两个大地电磁测点连续观测二十余天,观测到35次M_S 4.0以上地震事件,认为与地震波一致的电磁同震信号是由于地面震动,震动的速度场起着电磁源的作用。徐光晶等^[161]也观测到云南宁洱M_S 6.4地震余震的同震电磁信号;杨皓等^[162]对岷县漳县地震后的同震信号进行了分析;Gao等^[163]等对九寨沟地震发生时剑阁台站记录到的电磁同震信号进行了模拟解释;韩冰等^[164]对景谷台站记录到多次电磁同震信号的对比,分析了同震信号幅值与震级、震中距、震源深度等的关系,并通过时频分析获得同震信号的主要频段为1~2 Hz的结论。

除了同震信号外,地震前也可以观测到电磁场和视电阻率的异常变化。在2005年云南巧家M_S 3.6地震、2013年芦山M_S 7.0地震和2017年云南大理漾濞M_S 5.1地震前后, CSELF台站监测到与地震活动相关的电阻率异常波动等现象^{[75,165⇓⇓-168]}。

另外,通过对长期积累的电磁场数据的分析,可以获取天然源电磁场的变化特征,其中对5~45 Hz频段之间舒曼谐振变化进行的研究较多。范晔等^[169]利用国内4个极低频电磁台站观测到的天然场数据,得到了舒曼谐振随季节和纬度的背景变化规律,认为舒曼谐振异常可为地震的短临预测提供依据。欧阳新艳等^[170]对云南永胜台站记录的舒曼谐振的背景变化进行了描述。Han等^[171]利用极低频电磁台网十个台站九年的记录数据分析了舒曼谐振长周期的变化规律,并与表征太阳活动的X射线通量及气候变化相关的厄尔尼诺指数的相关性进行了探讨(图6)。

4 结论

大地电磁法(包括AMT/LMT,方法原理一样,只是利用的频段不同)的应用范围极其广泛,探测深度近乎从地表至上地幔,应用领域包括地震成因、深部结构(包括矿床勘探、火山/地热勘探、能源勘探等),可以说和固体地球相关的部分都能发挥一定作用。因此,在数据真实,模型可靠的基础上,本文认为:

(1)制约大地电磁方法精细探测的原因有二:其一是电磁噪音,随着工业进步和人类活动的拓展,噪音更加普遍和复杂,且有效的去噪方法有限,目前没有任何方法或者说组合方法能够完全去除噪音,其原因多样,既有对噪音源的认识不够,也有去噪方法的限制,未来之路还在于人工智能方法的应用;其二是受数据和正反演方法本身的制约,因为地球物理反演的多解性是客观存在的,数据集本身相对探测的区域和模型剖分程度也比较稀疏,反演本身是欠定的,反演结果只能相对接近真实地质体。可喜的是目前数据集越来越大,相对应的反演结果也更接近真实模型,对地质现象的揭露也更清晰。但要提及的是国内大地电磁数据的共享还不普及,也可以说稀少,这样会造成重点区域数据的重复采集,极大的浪费人力和物力,期盼今后国家基金或其他任何项目(除涉及国家机密的重大工程项目之外)强制要求在达到一定年限后数据能开放共享,这样既有利于数据发掘和数据库的集成,也能为后续科研提供参考依据和提炼科学问题,有百利而无一害。

(2)大地电磁在地震成因机制、火山地热活动、成矿机制和区域动力学等研究能发挥较好的作用。地震成因可以用凹凸体理论来分析,但根本成因还在于流体(无论是深部向上迁移的流体、构造析出的流体、还是沿断裂流到深部的流体)和构造应力作用的结果。温泉或者说水热活动区的分布受活动断裂带控制,尤其是不同断裂交叉处是温泉出露的有利部位。同时,地震活动产生的机械热能和水热通道(裂隙)以及强烈的岩浆上涌或对流活动都可能形成高温水热区,这些都和大地电磁测深获得的高导异常区范围密切相关。部分金属矿的成矿机制和构造、流体迁移和提供流体迁移的深大断裂有关。区域动力学模型,尤其是“地壳流”模型,它和流体或者熔融相关的高导区密切相关,大地电磁所得到的电性结构模型要比地震的速度结构模型更有说服力。

(3)大地电磁法或者有更高信噪比的人工源极低频电磁法对地震同震电磁效应以及舒曼谐振等和地震现象密切相关的电磁法,随着电磁台站长时间的不间断监测,未来会有更好的成果,必将对中国电磁,尤其是地震电磁方法的发展提供更大的推动力。

感谢中国地震局地质研究所国家野外科学观测站拉萨站和中国地震局三结合课题对本研究的资助。感谢邓山泉老师提供的地震精定位数据和姚琪老师提供的混合地震预测结果。感谢《地学前缘》编辑部老师对本文的校正和排版的辛苦付出。

参考文献

[1] 吴中海, 龙长兴, 范桃园, 青藏高原东南缘弧形旋钮活动构造体系及其动力学特征与机制[J]. 地质通报, 2015, 34(1): 1-31.

[2] 徐锡伟, 闻学泽, 郑荣章, 川滇地区活动块体最新构造变动样式及其动力来源[J]. 中国科学D辑: 地球科学, 2003, 33(增刊): 151-162.

[3] GAN W J, ZHANG P Z, SHEN Z K, et al. Present-day crustal motion within the Tibetan Plateau inferred from GPS measurements[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2007, 112(B8): B08416.

[4] WANG M, SHEN Z K. Present-day crustal deformation of continental China derived from GPS and its tectonic implications[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2020, 125(2): e2019JB018774.

[5] 侯增谦, 杨竹森, 徐文艺, 青藏高原碰撞造山带: I. 主碰撞造山成矿作用[J]. 矿床地质, 2006, 25(4): 337-358.

[6] 侯增谦, 潘桂棠, 王安建, 青藏高原碰撞造山带: II. 晚碰撞转换成矿作用[J]. 矿床地质, 2006, 25(5): 521-543.

[7] 邓军, 侯增谦, 莫宣学, 三江特提斯复合造山带与成矿作用[J]. 矿床地质, 2010, 29(1): 37-42.

[8] 吴中海, 赵根模, 龙长兴, 青藏高原东南缘现今大震活动特征及其趋势: 活动构造体系角度的初步分析结果[J]. 地质学报, 2014, 88(8): 1401-1416.

[9] 万博, 吴福元, 朱日祥. 特提斯演化对地球环境演变的影响[J]. 中国科学: 地球科学, 2023, 53(2): 2687-2700.

[10] GARCIA X, JONES A G. Atmospheric sources for audio-magnetotelluric (AMT) sounding[J]. Geophysics, 2002, 67(2): 348-663.

[11] 叶高峰, 王辉, 郭泽秋, 长周期大地电磁测深数据采集及处理技术[J]. 地球物理学进展, 2013, 28(3): 1219-1226.

[12] 汤井田, 刘子杰, 刘峰屹, 音频大地电磁法强干扰压制实验研究[J]. 地球物理学报, 2015, 58(12): 4636-4647.

[13] 刘钟尹, 陈小斌, 蔡军涛, 一种大地电磁多尺度、多时段探测方法[J]. 地球物理学报, 2023, 66(9): 3761-3773.

[14] 王绪本, 余年, 高嵩, 青藏高原东缘地壳上地幔电性结构研究进展[J]. 地球物理学报, 2017, 60(6): 2350-2370.

[15] 李秋生, 高原, 王绪本, 青藏高原地球物理与大陆动力学研究的新进展[J]. 地球物理学报, 2020, 63(3): 789-801.

[16] 翁雪飞, 武振波, 徐涛, 青藏高原东南缘深部地球物理探测与壳幔结构研究进展[J]. 地球物理学进展, 2023, 38(2): 612-630.

[17] 李仕虎, 黄宝春, 朱日祥. 青藏高原东南缘构造旋转的古地磁学证据[J]. 地球物理学报, 2012, 55(1): 76-94.

[18] 刘凤山, 吴中海, 张岳桥, 青藏高原东缘新构造与活动构造研究新进展及展望[J]. 地质通报, 2014, 33(4): 403-418.

[19] 高原, 石玉涛, 王琼. 青藏高原东南缘地震各向异性及其深部构造意义[J]. 地球物理学报, 2020, 63(3): 802-816.

[20] 黄周传, 吉聪, 吴寒婷, 青藏高原东南缘地壳结构与变形机制研究进展[J]. 地球与行星物理论评, 2021, 52(3): 291-307.

[21] 乔学军, 王琪, 杜瑞林. 川滇地区活动块体现今地壳形变特征[J]. 地球物理学报, 2004, 47(5): 805-811.

[22] 程佳, 徐锡伟, 甘卫军, 青藏高原东南缘地震活动与地壳运动所反映的块体特征及其动力来源[J]. 地球物理学报, 2012, 55(4): 1198-1212.

[23] WANG W, QIAO X J, DING K H. Present-day kinematics in southeastern Tibet inferred from GPS measurements[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2021, 126: e2020JB021305.

[24] 王阎昭, 王恩宁, 沈正康, 基于GPS资料约束反演川滇地区主要断裂现今活动速率[J]. 中国科学D辑: 地球科学, 2008, 38(5): 582-597.

[25] 张培震. 青藏高原东缘川西地区的现今构造变形、 应变分配与深部动力过程[J]. 中国科学D辑: 地球科学, 2008, 38(9): 1041-1056.

[26] 陶亚玲, 张会平, 葛玉魁, 青藏高原东缘新生代隆升剥露与断裂活动的低温热年代学约束[J]. 地球物理学报, 2020, 63(11): 4154-4167.

[27] 张健, 李午阳, 唐显春, 川西高温水热活动区的地热学分析[J]. 中国科学: 地球科学, 2017, 47(8): 899-915.

[28] 佟伟, 章铭陶. 横断山温泉志[M]. 北京: 科学出版社, 1994.

[29] 邓山泉, 章文波, 于湘伟, 利用区域双差层析成像方法研究川滇南部地壳结构特征[J]. 地球物理学报, 2020, 63(10): 3653-3668.

[30] 姜光政, 高堋, 饶松, 中国大陆地区大地热流数据汇编(第四版)[J]. 地球物理学报, 2016, 59(8): 2892-2910.

[31] JIANG G Z, HU S B, SHI Y Z, et al. Terrestrial heat flow of continental China: updated dataset and tectonic implications[J]. Tectonophysics, 2019, 753: 36-48.

[32] 唐晗晗, 郭良辉, 方圆. 青藏高原东南缘热流估算及与地震活动相关性分析[J]. 地球物理学报, 2020, 63(3): 1056-1069.

[33] 邱楠生, 唐博宁, 朱传庆. 中国大陆地区温泉分布的深部热背景[J]. 地质学报, 2022, 96(1): 195-207.

[34] 张培震, 邓起东, 张竹琪, 中国大陆的活动断裂、地震灾害及其动力过程[J]. 中国科学: 地球科学, 2013, 43(10): 1607-1620.

[35] 苏有锦, 秦嘉政. 川滇地区强地震活动与区域新构造运动的关系[J]. 中国地震, 2001, 17(1): 24-34.

[36] 孔维林, 黄禄渊, 姚瑞, 川滇地区应力场研究进展[J]. 地球物理学进展, 2021, 36(5): 1853-1864.

[37] 陈平光, 何骁慧, 徐树峰, 喜马拉雅东构造结地震精定位及其区域应力场研究[J]. 地球与行星物理论评(中英文), 2023, 54(6): 667-683.

[38] 程佳, 刘杰, 甘卫军, 川滇菱形块体东边界各断层段强震演化特征研究[J]. 中国科学: 地球科学, 2011, 41(9): 1311-1326.

[39] 万永魁, 沈小七, 刘瑞丰, 川滇地区活动边界断裂现今运动和应力分布[J]. 地震地质, 2021, 43(6): 1614-1637.

[40] 姚琪, 王辉, 刘杰, 基于数值模拟和地震活动性统计的混合地震预测: 在中国地震科学试验场的应用[J]. 地球物理学报, 2023, 66(10): 4162-4175.

[41] 姚华建. 中国川滇地区公共速度模型构建: 思路与进展[J]. 中国科学: 地球科学, 2020, 50(9): 1319-1322.

[42] LIU Y, YAO H J, ZHANG H J, et al. The community velocity model V.1.0 of Southwest China, constructed from joint body- and surface-wave travel-time tomography[J]. Seismological Research Letters, 2009, 92: 2972-2987.

[43] 刘影, 于子叶, 张智奇, 基于密集流动台阵构建的川滇地区高分辨率公共速度模型2.0版本[J]. 中国科学: 地球科学, 2023, 53(10), 2407-2424.

[44] JIN H L, GAO Y, SU X N, et al. Contemporary crustal tectonic movement in the southern Sichuan-Yunnan block based on dense GPS observation data[J]. Earth and Planetary Physics, 2019, 3: 53-61.

[45] 常利军, 丁志峰, 王椿镛. 南北构造带南段上地幔各向异性特征[J]. 地球物理学报, 2015, 58(11): 4052-4069.

[46] 申宇彤, 杨光亮, 谈洪波, 川滇及邻区布格重力异常与地壳密度结构研究进展[J]. 地球与行星物理论评, 2022, 53(3): 316-330.

[47] AYDIN A. Interpretation of gravity anomalies with the normalized full gradient (NFG) method and an example[J]. Pure and Applies Geophysics, 2007, 164: 2329-2344.

[48] XUAN S B, SHEN C Y, SHEN W B, et al. Crustal structure of the southeastern Tibetan Plateau from gravity data: new evidence for clockwise movement of the Chuan-Dian rhombic block[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2018, 159: 98-108.

[49] 张先, 虎喜凤, 沈京秀, 四川盆地及其西部边缘震区居里等温面的研究[J]. 地震学报, 1996, 18(1): 83-88.

[50] 李春峰. 居里等温面深度的探测方法[J]. 地球物理学进展, 2005, 20(2): 550-557.

[51] 熊盛青, 杨海, 丁燕云, 中国陆域居里等温面深度特征[J]. 地球物理学报, 2016, 59(10): 3604-3617.

[52] 高玲举, 张健, 董淼. 川西高原重磁异常特征与构造背景分析[J]. 地球物理学报, 2015, 58(8): 2996-3008.

[53] 石应俊. 大地电磁测深法教程[M]. 北京: 地震出版社, 1985.

[54] SIMPSON F, BAHR K. Practical magnetotellurics[M]. Cambridge: Cambridge University Press, 2005.

[55] CAGNIARD L. Basic theory of the magnetotelluric method of geophysical prospecting[J]. Geophysics, 1953, 18: 605-635.

[56] KELBERT A, MEQBEL N, EGBERT G D, et al. ModEM: a modular system for inversion of electromagnetic geophysics data[J]. Computers and Geosciences, 2014, 66: 40-53.

[57] SIRIPUNVARAPORN W, EGBERT G. WSINV3DMT: vertical magnetic field transfer function inversion and parallel implementation[J]. Physics of the Earth and Planetary Interiors, 2009, 173(3/4): 317-329.

[58] SIRIPUNVARAPORN W. Three-Dimensional magnetotelluric inversion: an introductory guide for developers and users[J]. Surveys in Geophysics, 2012, 33: 5-27.

[59] 邓琰, 汤吉, 阮帅. 三维大地电磁自适应正则化有限内存拟牛顿反演[J]. 地球物理学报, 2019, 62(9): 3601-3614.

[60] 阮帅, 汤吉, 陈小斌, 三维大地电磁自适应L₁范数正则化反演[J]. 地球物理学报, 2020, 63(10): 3896-3911.

[61] MIENSOPUST M P. Application of 3-D electromagnetic inversion in practice: challenges, pitfalls and solution approaches[J]. Surveys in Geophysics, 2017, 38: 869-933.

[62] ROBERTSON K, THIEL S, MEQBEL N. Quality over quantity: on workflow and model space exploration of 3D inversion of MT data[J]. Earth, Planets and Space, 2020, 72(1): 2

[63] WANNAMAKER P E. Electromagnetic studies: fundamental response characteristics and implications for physicochemical state[J]. Surveys in Geophysics, 2005, 26(6): 733-765.

[64] 刘云鹤, 殷长春, 蔡晶, 电磁勘探中各向异性研究现状和展望[J]. 地球物理学报, 2018, 61(8): 3468-3487.

[65] 胡祥云, 霍光谱, 高锐, 大地电磁各向异性二维模拟及实例分析[J]. 地球物理学报, 2013, 56(12): 4268-4277.

[66] 喻国, 肖骑彬, 李满. 大地电磁二维各向异性反演及其在青藏高原北部的应用[J]. 地球物理学报, 2021, 64(6): 2108-2126.

[67] 王堃鹏, 王绪本, 曹辉, 基于交叉梯度结构约束的大地电磁主轴各向异性并行三维反演[J]. 地球物理学报, 2021, 64(4): 1305-1319.

[68] XIAO Q B, YU G, DONG Z Y, et al. Three-dimensional magnetotelluric inversion considering electrical anisotropy with synthetic and real data[J]. Physics of the Earth and Planetary Interiors, 2022, 326: 106876.

[69] 孔文新, 余年, 李鑫, 大地电磁相位张量和倾子的三维主轴各向异性反演[J]. 地球物理学报, 2023, 66(9): 3928-3946.

[70] 赵国泽, 汤吉, 邓前辉, 人工源超低频电磁波技术及在首都圈地区的测量研究[J]. 地学前缘, 2003, 10(增刊): 248-257.

[71] SAINATI R, WOLKOFF E. Application of magnetotelluric techniques at the Extremely Low frequency (ELF) for sanguine transmitting antenna site characterization[J]. IEEE Transactions on Communications, 1974, 22(4): 394-398.

[72] 陆建勋. 极低频与超低频无线电技术[M]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学出版社, 2019.

[73] 赵国泽, 王立凤, 詹艳, 地震预测人工源极低频电磁新技术(CSELF)和第一个观测台网[J]. 地震地质, 2012, 34(4): 576-585.

[74] 赵国泽, BI Y X, 王立凤, 中国地震交变电磁场观测数据处理技术新进展[J]. 中国科学: 地球科学, 2015, 45(1): 22-33.

[75] 赵国泽, 张学民, 蔡军涛, 中国地震电磁研究现状和发展趋势[J]. 中国科学: 地球科学, 2022, 52(8): 1499-1515.

[76] 孔祥儒, 刘士杰, 窦秦川, 攀西地区地壳和上地幔中的电性结构[J]. 地球物理学报, 1987, 30(2): 136-143.

[77] 孙洁, 徐常芳, 江钊, 滇西地区地壳上地幔电性结构与地壳构造活动的关系[J]. 地震地质, 1989, 11(1): 35-45.

[78] 白登海, 廖志杰, 赵国泽, 从MT探测结果推论腾冲热海热田的岩浆热源[J]. 科学通报, 1994, 39(4): 344-347.

[79] BAI D H, MEJU M A, LIAO Z J. Magnetotelluric images of deep crustal structure of the Rehai geothermal field near Tengchong, southern China[J]. Geophysical Journal International, 2001, 147: 677-687.

[80] 马晓冰, 孔祥儒, 刘宏兵, 青藏高原东部大地电磁测深探测结果[J]. 中国科学D辑: 地球科学, 2001, 31(增刊): 72-76.

[81] BAI D H， A.MEJU M. Deep structure of the Longling-Ruili fault underneath Ruili Basin near the eastern Himalayan syntaxis: insights from magnetotelluric imaging[J]. Tectonophysics, 2003, 364: 135-146.

[82] 孙洁, 晋光文, 白登海, 青藏高原东缘地壳、 上地幔电性结构探测及其构造意义[J]. 中国科学D辑: 地球科学, 2003, 33(增刊): 173-180.

[83] 金胜, 叶高峰, 魏文博, 青藏高原东南部地壳导电性结构与断裂构造特征: 下察隅-昌都剖面大地电磁探测结果[J]. 地学前缘, 2006, 13(5): 408-415.

[84] 魏文博, 金胜, 叶高峰, 藏南岩石圈导电性结构与流变性-超宽频带大地电磁测深研究结果[J]. 中国科学D辑: 地球科学, 2009, 39(11): 1591-1606.

[85] 赵国泽, 陈小斌, 王立凤, 青藏高原东边缘地壳“管流”层的电测探测证据[J]. 科学通报, 2008, 53(3): 345-350.

[86] 万战生, 赵国泽, 汤吉, 青藏高原东边缘冕宁-宜宾剖面电性结构及其构造意义[J]. 地球物理学报, 2010, 53(3): 585-594.

[87] 刘美, 白登海, 肖鹏飞. 青藏高原东部岩石圈电性结构特征及其构造意义[J]. 地震地质, 2010, 32(1): 51-58.

[88] 肖鹏飞, 白登海, VARENTSOV I M, 长周期大地电磁测深研究-青藏高原东部LMT响应函数及应用[J]. 地震地质, 2010, 32(1): 38-50.

[89] BAI D H, UNSWORTH M J, MEJU M A, et al. Crustal deformation of the eastern Tibetan Plateau revealed by magnetotelluric imaging[J]. Nature Geoscience, 2010, 3(5): 358-362.

[90] 谭捍东, 姜枚, 林昌洪, 云南腾冲火山构造区的电性结构特征及其地质意义[J]. 中国地质, 2013, 40(3): 800-806.

[91] 李冉, 汤吉, 董泽义, 云南南部地区深部电性结构特征研究[J]. 地球物理学报, 2014, 57(4): 1111-1122.

[92] ZHANG G, WANG X B, FANG H, et al. Crustal and upper mantle electrical resistivity structure in the Panxi region of the eastern Tibetan Plateau and its significance[J]. Acta Geological Sinica, 2015, 89(2): 531-541.

[93] 程远志, 汤吉, 陈小斌, 南北地震带南段川滇黔接壤区电性结构特征和孕震环境[J]. 地球物理学报, 2015, 58(11): 3965-3981.

[94] 李文军, 邵志刚, 闻学泽, 滇西牟定-香格里拉电性剖面及深部构造[J]. 地球物理学报, 2016, 59(1): 229-239.

[95] 程远志, 汤吉, 邓琰, 云南景谷M_S6.6地震震源区深部电性结构及其孕震环境[J]. 地震地质, 2016, 38(2): 352-369.

[96] 于常青, 张刚, 王绪本, 滇西三江地区深部电性结构特征及其意义[J]. 地球物理学报, 2017, 60(6): 2385-2396.

[97] 何梅兴, 方慧, 王绪本, 鲜水河断裂带南段深部电性结构特征研究[J]. 地球物理学报, 2017, 60(6): 2414-2424.

[98] 程远志, 汤吉, 蔡军涛, 青藏高原东缘川滇构造区深部电性结构特征[J]. 地球物理学报, 2017, 60(6): 2425-2441.

[99] 余年, 胡祥云, 李坚, 滇西龙陵地区地壳电性结构及其对大瑞铁路地质选线影响研究[J]. 地球物理学报, 2017, 60(6): 2442-2455.

[100] CAI J T, CHEN X B, XU X W, et al. Rupture mechanism and seismotectonics of the M_S6.5 Ludian earthquake inferred from three-dimensional magnetotelluric imaging[J]. Geophysical Research Letters, 2017, 44: 1275-1285.

[101] 叶涛, 黄清华, 陈小斌. 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[J]. 地球物理学报, 2018, 61(11): 4504-4517.

[102] 赵理芳, 舒良树, 于常青, 青藏高原东缘深部电性结构特征研究[J]. 高校地质学报, 2018, 24(5): 702-714.

[103] YE T, HUANG Q H, CHEN X B, et al. Magma chamber and crustal channel flow structures in the Tengchong volcano area from 3-D MT inversion at the intracontinental block boundary southeast of the Tibetan Plateau[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2018, 123(12): 11112-11126.

[104] 陈小斌, 叶涛, 蔡军涛, 大地电磁资料精细处理和二维反演解释技术研究(七): 云南盈江—龙陵地震区深部电性结构及孕震环境[J]. 地球物理学报, 2019, 62(4): 1377-1393.

[105] 姜峰, 陈小斌, 董泽义, 利用单剖面大地电磁三维反演识别沙德和玉农希断裂[J]. 地震地质, 2019, 41(6): 1444-1463.

[106] CHENG Y Z, TANG J, CHEN X B, et al. Crustal structure and magma plumbing system beneath the Pure Basin, Southwest China: insights from three-dimensional magnetotelluric imaging[J]. Tectonophysics, 2019, 763: 30-45.

[107] LI X, BAI D H, MA X B, et al. Electrical resistivity structure of the Xiaojiang strike-slip fault system (SW China) and its tectonic implications[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2019, 176: 57-67.

[108] 罗愫, 于常青, 张刚, 滇西三江构造带电性结构特征: 以福贡—巧家剖面为例[J]. 地球物理学报, 2020, 63(3): 1026-1042.

[109] LI X, MA X B, CHEN Y, et al. A plume-modified lithospheric barrier to the southeastward flow of partially molten Tibetan crust inferred from magnetotelluric data[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2020, 548: 116493.

[110] YE T, CHEN X B, HUANG Q H, et al. Bifurcated crustal channel flow and sesmogenic structures of intraplate earthquake in western Yunnan, China as revealed by three-dimensional magnetotelluric imaging[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2020, 125: e2019JB018991.

[111] YU N, UNSWORTH M, WANG X B, et al. New insights into crustal and mantle flow beneath the red river fault zone and adjacent areas on the southern margin of the Tibetan Plateau revealed by a 3-D magnetotelluric study[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2020, 125: e2020JB019396.

[112] 叶涛, 陈小斌, 黄清华, 2021年5月21日云南漾濞地震(M_s6.4)震源区三维电性结构及发震机制讨论[J]. 地球物理学报, 2021, 64(7): 2267-2277.

[113] CHENG Y Z, PANG Z H, DI Q Y, et al. Three-dimensional resistivity structure in the hydrothermal system beneath Ganzi Basin, eastern margin of Tibetan Plateau[J]. Geothermics, 2021, 93: 102062.

[114] LI D W, YU N, LI X, et al. Magnetotelluric evidence of fluid-ralated seismicity beneath the Chuxiong Basin, SE Plateau[J]. Tectonophysics, 2021, 816: 229039.

[115] 张炯, 陈小斌, 蔡军涛, 木里-盐源地区深部电性结构及构造意义[J]. 地球物理学报, 2022, 65(1): 268-279.

[116] 张炯, 陈小斌, 尹小康, 色拉哈断裂及邻区音频大地电磁三维阵列探测[J]. 地球科学, 2022, 47(3): 856-866.

[117] 余年, 王绪本, 李德伟, 小江断裂带系统深部物质运移机制及孕震环境: 来自大地电磁阵列数据的证据[J]. 中国科学: 地球科学, 2022, 52(6): 1132-1150.

[118] CHENG Y Z, KONG Y L, WANG Z X, et al. Crustal electrical structure of the Ganzi fault on the eastern Tibetan Plateau: implication for the role of fluids in earthquakes[J]. Remote Sensing, 2022, 14: 2990.

[119] CHENG Y Z, PANG Z H, KONG Y L, et al. Imaging the heat source of the Kangding high-temperature geothermal system on the Xianshuihe fault by magnetotelluric survey[J]. Geothermics, 2022, 102: 102386.

[120] JIANG F, CHEN X B, J. UNSWORTH M, et al. Mechanism for the uplift of Gongga Shan in the southeastern Tibetan Plateau constrained by 3D magnetotelluric data[J]. Geophysical Research Letters, 2022, 49: e2021GL097394.

[121] YE T, CHEN X B, LIU Z Y, et al. A magnetotelluric study of 3D electrical resistivity structure underneath the southern segment of the Red River fault zone, South China[J]. Journal of Asian Earth Science, 2022, 225: 105056.

[122] LI D W, WANG X B, YU N, et al. Electrical resistivity structure across the Tethyan tectonic belt in western Yunnan, SW China[J]. Journal of Asian Earth Science, 2022, 223: 104973.

[123] YU N, WANG E C, WANG X B, et al. The influence of the Ailaoshan-Red River shear zone on the mineralization of the Beiya deposit on the southeastern margin of the Tibetan Plateau revealed by a 3-D magnetotelluric survey[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2022, 127(2): e2021JB022923.

[124] ZHANG J, CHEN X B, CAI J T, et al. Magnetotelluric evidence for the crustal deformation beneath the region around the Lijiang-Xiaojinhe fault, SE margin of the Tibetan Plateau[J]. Journal of Asian Earth Science, 2022, 235: 105308.

[125] 崔腾发, 陈小斌. 滇中次级地块及邻区大地电磁成像和构造运动变形特征[J]. 中国科学: 地球科学, 2023, 53(2): 363-378.

[126] 崔腾发, 陈小斌, 李文军, 小江断裂带东川-寻甸段大地电磁成像及深部孕震环境[J]. 地球物理学报, 2023, 66(10): 4224-4240.

[127] 梁萱, 唐新功, 余俊虎, 滇东北地区三维电性结构研究[J]. 地球物理学报, 2023, 66(7): 2860-2874.

[128] 程远志, 韩波, 孔彦龙, 青藏高原东缘甘孜断裂带地壳电性结构与孕震构造[J]. 地球物理学报, 2023, 66(8): 3273-3289.

[129] ZHANG L T. A review of recent developments in the study of regional lithospheric electrical structure of the Asian continent[J]. Survey in Geophysics, 2017, 38(5): 1043-1093.

[130] 刘力强. 弹性回跳模型: 从经典走向未来[J]. 地震地质, 2014, 36(3): 825-832.

[131] 徐常芳. 中国大陆地壳上地幔电性结构及地震分布规律(一)[J]. 地震学报, 1996, 18(2): 254-261.

[132] 徐常芳. 地壳内高导层成因、 高温高压下卤水物态及其电导率(二)[J]. 地震学报, 1996, 18(3): 352-357.

[133] 徐常芳. 壳内流体演化及地震成因(三)[J]. 地震学报, 1997, 19(2): 139-144.

[134] WANG F, WANG M, WANG Y Z, et al. Earthquake potential of the Sichuan-Yunnan region, western China[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2015, 107: 232-243.

[135] 刘冠男, 柳存喜, 王志. 青藏高原东南缘深部多参数属性变化与中强震孕育响应关系[J]. 地球物理学报, 2021, 64(11): 3948-3969.

[136] AKI K. Asperities, barriers, characteristic earthquakes and strong motion prediction[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 1984, 89(B7): 5867-5872.

[137] 许才军, 王晓航, 温扬茂, 地震大地测量确定凹凸体研究进展与展望[J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2022, 47(10): 1701-1712.

[138] 张炯, 黄少鹏, 傅饶, 大地电磁测深在火山区地热研究中的应用[J]. 岩石学报, 2017, 33(1): 279-290.

[139] 吴佳文, 胡祥云, 黄国疏, 地热资源电磁法勘探现状及展望[J]. 地球学报, 2023, 44(1): 191-199.

[140] 佟伟, 穆治国, 刘时彬. 中国晚新生代火山和现代高温水热系统[J]. 地球物理学报, 1990, 33(3): 329-335.

[141] 徐义刚, 郭正府, 刘嘉麒. 中国火山学和地球内部化学研究进展与展望(2011—2020)[J]. 矿物岩石地球化学通报, 2020, 39(4): 683-696.

[142] 段毅, 危自根, 杨小林, 腾冲火山结构研究进展和展望[J]. 地球物理学进展, 2019, 34(4): 1288-1297.

[143] 陈克非, 林叶, 申文豪, 腾冲火山起源的地球物理和地球化学研究进展[J]. 地球与行星物理论评(中英文), 2023, 54(2): 216-230.

[144] 姜枚, 谭捍东, 张聿文, 云南腾冲火山构造区马站-固东岩浆囊的地球物理模式[J]. 地球学报, 2012, 33(5): 731-739.

[145] 罗来麟. 四川西部温泉分布及成因初探[J]. 重庆师范学院学报, 1994, 11(2): 39-47

[146] 吴巧生, 周娜, 成金华. 战略性关键矿产资源供给安全研究综述与展望[J]. 资源科学, 2020, 42(8): 1439-1451.

[147] 严加永, 滕吉文, 吕庆田. 深部金属矿产资源地球物理勘查与应用[J]. 地球物理学进展, 2008, 23(3): 871-891.

[148] 底青云, 朱日祥, 薛国强, 我国深地资源电磁探测新技术研究进展[J]. 地球物理学报, 2019, 62(6): 2128-2138.

[149] 钟清, 方慧, 杨辟元, 上地幔高导层与内生金属矿产及油气藏的关系[J]. 地球物理学报, 2015, 58(6): 2160-2176.

[150] HOU Z Q, WANG R, ZHANG H J, et al. Formation of giant copper deposits in Tibet driven by tearing of the subducted Indian plate[J]. Earth-Science Reviews, 2023, 243: 104482.

[151] ADETUNJI A Q, LAUNAY G, FERGUSON I J, et al. Crustal conductivity footprint of the orogenic gold district in the Red Lake greenstone belt, western Superior craton, Canada[J]. Geology, 2023, 51(4): 377-382.

[152] ZHANG P Z, SHEN Z K, WANG M, et al. Continuous deformation of the Tibetan Plateau from global positioning system data[J]. Geology, 2004, 32(9): 809-812.

[153] 刘俊来, 宋志杰, 曹淑云, 印度-欧亚侧向碰撞带构造-岩浆演化的动力学背景与过程: 以藏东三江地区构造演化为例[J]. 岩石学报, 2006, 22(4): 775-786.

[154] DING L, KAPP P, CAI F L, et al. Timing and mechanisms of Tibetan Plateau uplift[J]. Nature Reviews: Earth and Environment, 2022, 3: 652-667.

[155] TAPPONNIER P, PELTZER G, LE DAIN A Y, et al. Propagating extrusion tectonics in Asia: new insights from simple experiments with plasticine[J]. Geology, 1982, 10(12): 611-616.

[156] RORDEN L H, BURCHFIEL B C, KING R W, et al. Surface deformation and lower crustal flow in eastern Tibet[J]. Science, 1997, 276: 788-790.

[157] 许志琴, 杨经绥, 李海兵, 青藏高原与大陆动力学-地体拼贴、碰撞造山及高原隆升的深部驱动力[J]. 中国地质, 2006, 33(2): 221-238.

[158] 赵国泽, 陆建勋. 利用人工源超低频电磁波监测地震的实验与分析[J]. 中国工程科学, 2003, 5(10): 27-33.

[159] 赵国泽, 王立凤, 汤吉, 地震监测人工源极低频电磁技术(CSELF)新实验[J]. 地球物理学报, 2010, 53(3): 479-486.

[160] 汤吉, 詹艳, 王立凤, 汶川地震强余震的电磁同震效应[J]. 地球物理学报, 2010, 53(3): 526-534.

[161] 徐光晶, 汤吉, 陈小斌, 云南宁洱M_s6.4地震震后电磁效应[J]. 地震地质, 2009, 31(2): 305-312.

[162] 杨皓, 詹艳, 赵凌强, 2013年甘肃岷县漳县M_s6.6地震电磁信号和同震信号观测[J]. 震灾防御技术, 2015, 10(B10): 9.

[163] GAO Y X, ZHAO G Z, CHONG J J, et al. Coseismic electric and magnetic signals observed during 2017 Jiuzhaigou M_w6.5 earthquake and explained by electrokinetics and magnetometer rotation[J]. Geophysical Journal International, 2020, 223(2): 1130-1143.

[164] 韩冰, 汤吉, 赵国泽, 极低频台站同震电磁信号特征分析[J]. 地震地质, 2022, 44(3): 753-770.

[165] 王立凤, 赵国泽, 陈小斌, 芦山M_s7.0地震余震期间大地电磁视电阻率变化[J]. 地震学报, 2017, 39: 64-77.

[166] JIANG F, CHEN X, CHEN C C, et al. Relationship between seismic electric signals and tectonics derived from dense geoelectric observations in Taiwan[J]. Pure and Applied Geophysics, 2020, 177: 441-454.

[167] HAN B, ZHAO G Z, WANG L F, et al. Earthquake electromagnetic precursor anomalies detected by a new ground-based observation network[J]. Journal of Geodesy and Geoinformation Science, 2021, 4(1): 116-123.

[168] 韩冰, 汤吉, 赵国泽, 极低频台站同震电磁信号特征分析[J]. 地震地质, 2022, 44(3): 753-770.

[169] 范晔, 汤吉, 赵国泽, 电磁监测台站观测的舒曼谐振背景变化[J]. 地球物理学报, 2013, 56(7): 2369-2377.

[170] 欧阳新艳, 张学民, 申旭辉, 云南地区观测的舒曼谐振背景变化特征[J]. 地球物理学报, 2013, 56(6): 1937-1944.

[171] HAN B, TANG J, ZHAO G Z, et al. Seasonal and interannual variations in the Schumann resonance observed in the ELF electromagnetic networks in China[J]. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 2023, 128: e2023JD038602.

基金资助

中国地震局地质研究所国家野外科学观测研究站重点项目(NORSLS21-02)

科研三结合课题(3JH-202302041)