第1章 緒論

1.1 概述

自20世紀80年代以來，隨著地球構造演化、礦產資源勘查、自然災害防治及生態環境影響等研究的需要，我國比較系統地開展了大陸深部巖石圈的調查研究工作。大地電磁測深法（Magneto Tellurics，MT）是在地面上觀測具有區域性乃至全球性分布特征的天然交變電磁場來研究地下巖層的電學性質及其分布特征的一種勘探方法。它以天然的平面電磁波為場源，通過在地表觀測相互正交的電磁場分量來獲取地下地電構造信息，在研究地球殼幔構造方面，大地電磁測深法和地震方法一起被視為兩大支柱方法，大地電磁測深法在世界范圍內解決深部地球科學問題方面已有許多成功的應用范例。

長周期大地電磁測深法（Long period Magneto Telluric，LMT）是用于探測地球深部電性結構的一種大地電磁方法。大地電磁測深法一般采用感應式磁場傳感器，在接收低頻磁場信號時有頻帶的限制，低頻信號的周期很難超過10000s，由于趨膚深度的限制，顯然大地電磁測深法在研究上地幔電性結構的尺度上是不夠的；而長周期大地電磁測深法的觀測儀器一般采用三分量磁通門磁力儀作為磁場傳感器，可以記錄到周期達幾十萬秒的大地電磁信號，其有效探測深度一般為幾百千米甚至更深。由于磁通門傳感器對采集高頻信號的限制，長周期大地電磁測深法的信號采樣率一般較低，一般在1s左右，為了獲取更長周期的地電信號，并保證其低頻段資料具有較高的可信度，其單個測深點的資料采集時間比較長，一般為10～15天，所記錄的數據量也較大。將長周期大地電磁法和常規大地電磁測深法相結合的超寬頻大地電磁法技術（MT+LMT）是當前電磁法在解決地球深部構造探測問題上的一個有效的技術手段，該方法結合了感應式磁場傳感器和磁通門磁場傳感器的優點，可分別用于觀測高、低頻段交變地磁場數據，在提高大地電磁場數據觀測精度的同時，擴展了大地電磁資料的觀測頻帶。當前，超寬頻帶大地電磁測深法在我國大陸殼、幔電性結構研究中得到了廣泛應用，已成為研究地殼和上地幔電性結構必不可少的地球物理方法。

前人的研究表明，對于地殼深度范圍內的探測，研究的周期不超過10000s，地球曲率的影響是可以忽略的（Wait，1962）。但對于地球曲率是否會對更長周期的大地電磁場產生影響，研究得并不多，這主要是限于當時的儀器發展水平，觀測信號的周期長度受到限制，因此人們在對地球曲率對超寬頻帶大地電磁測深法影響方面的研究并沒有引起足夠的重視。然而，隨著儀器的快速發展，目前的大地電磁測深儀已經能夠采集到周期長度達上萬秒的有效信號，因此有必要研究地球曲率對超寬頻帶大地電磁測深法響應的影響，為超寬頻帶大地電磁測深法資料處理和反演解釋提供理論依據。

同其他的地球物理方法一樣，大地電磁測深法也會因受到地形影響而發生畸變，從而使反演結果出現假異常層或假構造。研究剖面大部分測點地處川西高原，地形起伏較大，部分測點兩點之間甚至有上千米的高差，因此需對起伏地形條件下大地電磁響應受地形影響而產生的畸變特點進行深入研究。

上揚子地塊西緣屬青藏高原東緣，處于中國大地構造單元的重要部位，西部與青藏原腹地相連，東部與上揚子地塊相鄰，是世界上地質構造最為復雜的地區之一。由于其獨特的松潘—甘孜地塊、龍門山碰撞構造帶及川西前陸坳陷帶等地質構造單元，一直是地質、地球物理學家研究的熱點，尤其是龍門山碰撞構造帶位于松潘—甘孜地塊與上揚子地塊的接合部位，同時又處于中國著名的南北地震帶上，構成了揚子地臺西緣的邊界造山帶，其地史演化多變，地表具有典型的逆沖推覆構造特征，新生代構造活動強烈，是資源和地質災害等領域研究的關鍵部位，歷來受到地質、地球物理工作者的廣泛重視和研究。這一地區的地表地質研究開展得較早，對地表地質的研究取得了巨大的進展，但在上揚子地塊西緣龍門山的形成尤其是深部殼幔結構等問題的認識上仍存在著很大的分歧。此外，“5·12”汶川地震發生后，地表沿斷裂帶構造方向在映秀—北川主斷裂上形成了長約240km的破裂，余震主要沿斷裂帶方向展布，且主要分布在龍門山中段、北段區域，而在龍門山南段的分布較少，這也是困擾地質、地球物理學家的一個重要的問題。產生以上問題的主要原因是龍門山碰撞構造帶經過多次構造運動疊加，地下構造甚為復雜，地表地理條件十分惡劣，從而導致常規地震采集資料品質較差，難以獲取該區可靠的深部結構。在本地區已開展的大地電磁測深工作雖然取得了一些重要的成果（李立等，1987；張洪榮等，1990；王緒本等，2000；王運生、王緒本等，2007；孫潔、晉光文、白登海等，2003；王緒本等，2008，2009；朱迎堂等，2008），但由于當時儀器發展水平等條件的限制，前期的工作主要是采用傳統的大電磁測深法儀器進行測量，由于大地電磁測深法儀器響應頻率的限制，即使延長觀測時間，也難以記錄到周期足夠長的有效電磁信號。特別是在川西高原地區，中上地殼普遍存在中上地殼低阻高導層，整個巖石圈視電阻率普遍較低，采用大地電磁測深法無法獲得該區巖石圈完整的電性結構信息。因此，前期在這一地區開展的研究工作在某程度上講主要還是局限在中上地殼，尚未涉及巖石圈尺度。

由此可見，要更進一步提高對上揚子地塊西緣尤其是龍門山深部殼幔結構的認知程度，尚需從更大的尺度（勘探范圍和勘探深度）來分析和研究。鑒于此，我們在原有工作基礎上（王緒本等，2008、2009、2013；朱迎堂等，2008）沿碌曲—合川布設了一條超寬頻帶大地電磁測深法剖面。此外，為了研究龍門山斷裂帶與川西前陸坳陷帶之間的深部接觸關系，沿龍門山構造帶山前帶名山—廣元一線布設了一條平行于主構造帶的超寬頻帶大地電磁測深法剖面，與碌曲—合川剖面一起構成了一個近似十字形的結構，從中上地殼和巖石圈兩個分辨尺度上研究上揚子地塊西緣的深部殼幔電性結構特征，探索電性結構所代表的地質和動力學意義。