用地磁台站资料探测华北地区地幔电性结构

【摘要】： 华北地区约指北纬32°～42°,东经106°～125°之间的广大区域,是大陆强震机理研究的热点地区。国内外学者在该区域开展了大量地质和地球物理工作,取得了丰富的成果。但这些研究大都集中在地壳上地地幔百公里以内的范围,而对于该区域大深度范围的研究则相对匮乏,特别是岩石圈以下部分,人们目前主要只依赖天然地震层析成像的方法,来研究其速度结构。地下岩石电导率是揭示地球内部状态的重要物理参数之一,它对于地球内部温度、空隙流体、熔融和挥发分的存在以及它们的体积、含量等异常灵敏。如何获取岩石圈以下部分的电性结构是值得探索的科学问题。 为了结合大地电磁测深资料进行统一解释来研究地慢电性结构,GDS等效大地电磁测深标量阻抗方法于上个世纪90年代被提出并应用于实际研究。华北地区广泛分布的地磁台站记录的多年来的宝贵观测资料,使得应用GDS等效大地电磁测深标量阻抗方法来分析深部电性结构成为可能。 本文对地磁测深法的基本理论进行了归纳整理,对GDS等效大地电磁测深标量阻抗方法的具体原理进行了介绍。基于华北地区的地磁台站长期观测资料,对华北地区的15个地磁台站资料进行了收集、解编、转换和资料处理,对来自不同仪器观测、不同数据类型和不同时代观测的数据进行了相互转换,得到了各台站资料的超长周期的电磁响应函数。 实际分析中,选用连续性好、资料质量好的台站数据,应用等效大地电磁测深标量阻抗方法,获得了等效张量视电阻率和相位的曲线,对其特征进行了分析;同时利用Rhoplus理论,对视电阻率数据和阻抗相位的一致性进行了检验,对资料数据的一维电性结构近似的合理性也进行了验证;之后,采用OCCAM反演方法,基于一维最光滑模型,对地磁台的数据处理得到的资料进行了初步的反演,得到了1500km以上的地幔电性结构。 通过对电性结构的分析,得到以下结论: 1.华北地区的电导率随深度增加而增大,这可能与随着深度增加地球内部的温度增加有关; 2.在华北与东北交界的边界带上(大连台、昌黎台)电导率较低,和汤吉等(2003)在东北地区研究得到的上地幔及地幔过渡带的电性结构相比,电导率随深度的变化显得相对缓慢,其地幔过渡带及其以下的电导率值介于华北块体和东北块体之间; 3.华北的西部边界(乾陵台、天水台和银川台)电导率最低,这可能与南北地震带的深部结构和温度有关;其中处于中央造山带西部的乾陵台的电导率随深度的变化梯度从浅到深,基本一致,并且电导率明显低于其他地区; 4.华北东部(静海、郑州、北京十三陵台)电导率较高,这和地震速度结构研究方面得到的燕山造山带下方以低速体为主的结果(张学民,2006)相对应; 5.对不同地区的地慢过渡带,从410km上边界到660km下边界的电导率进行比较,可以发现,地慢过渡带的电导率从南到北,呈现逐渐增强的特点。