第1章 绪论

1.1 概述

自20世纪80年代以来，随着地球构造演化、矿产资源勘查、自然灾害防治及生态环境影响等研究的需要，我国比较系统地开展了大陆深部岩石圈的调查研究工作。大地电磁测深法（Magneto Tellurics，MT）是在地面上观测具有区域性乃至全球性分布特征的天然交变电磁场来研究地下岩层的电学性质及其分布特征的一种勘探方法。它以天然的平面电磁波为场源，通过在地表观测相互正交的电磁场分量来获取地下地电构造信息，在研究地球壳幔构造方面，大地电磁测深法和地震方法一起被视为两大支柱方法，大地电磁测深法在世界范围内解决深部地球科学问题方面已有许多成功的应用范例。

长周期大地电磁测深法（Long period Magneto Telluric，LMT）是用于探测地球深部电性结构的一种大地电磁方法。大地电磁测深法一般采用感应式磁场传感器，在接收低频磁场信号时有频带的限制，低频信号的周期很难超过10000s，由于趋肤深度的限制，显然大地电磁测深法在研究上地幔电性结构的尺度上是不够的；而长周期大地电磁测深法的观测仪器一般采用三分量磁通门磁力仪作为磁场传感器，可以记录到周期达几十万秒的大地电磁信号，其有效探测深度一般为几百千米甚至更深。由于磁通门传感器对采集高频信号的限制，长周期大地电磁测深法的信号采样率一般较低，一般在1s左右，为了获取更长周期的地电信号，并保证其低频段资料具有较高的可信度，其单个测深点的资料采集时间比较长，一般为10～15天，所记录的数据量也较大。将长周期大地电磁法和常规大地电磁测深法相结合的超宽频大地电磁法技术（MT+LMT）是当前电磁法在解决地球深部构造探测问题上的一个有效的技术手段，该方法结合了感应式磁场传感器和磁通门磁场传感器的优点，可分别用于观测高、低频段交变地磁场数据，在提高大地电磁场数据观测精度的同时，扩展了大地电磁资料的观测频带。当前，超宽频带大地电磁测深法在我国大陆壳、幔电性结构研究中得到了广泛应用，已成为研究地壳和上地幔电性结构必不可少的地球物理方法。

前人的研究表明，对于地壳深度范围内的探测，研究的周期不超过10000s，地球曲率的影响是可以忽略的（Wait，1962）。但对于地球曲率是否会对更长周期的大地电磁场产生影响，研究得并不多，这主要是限于当时的仪器发展水平，观测信号的周期长度受到限制，因此人们在对地球曲率对超宽频带大地电磁测深法影响方面的研究并没有引起足够的重视。然而，随着仪器的快速发展，目前的大地电磁测深仪已经能够采集到周期长度达上万秒的有效信号，因此有必要研究地球曲率对超宽频带大地电磁测深法响应的影响，为超宽频带大地电磁测深法资料处理和反演解释提供理论依据。

同其他的地球物理方法一样，大地电磁测深法也会因受到地形影响而发生畸变，从而使反演结果出现假异常层或假构造。研究剖面大部分测点地处川西高原，地形起伏较大，部分测点两点之间甚至有上千米的高差，因此需对起伏地形条件下大地电磁响应受地形影响而产生的畸变特点进行深入研究。

上扬子地块西缘属青藏高原东缘，处于中国大地构造单元的重要部位，西部与青藏原腹地相连，东部与上扬子地块相邻，是世界上地质构造最为复杂的地区之一。由于其独特的松潘—甘孜地块、龙门山碰撞构造带及川西前陆坳陷带等地质构造单元，一直是地质、地球物理学家研究的热点，尤其是龙门山碰撞构造带位于松潘—甘孜地块与上扬子地块的接合部位，同时又处于中国著名的南北地震带上，构成了扬子地台西缘的边界造山带，其地史演化多变，地表具有典型的逆冲推覆构造特征，新生代构造活动强烈，是资源和地质灾害等领域研究的关键部位，历来受到地质、地球物理工作者的广泛重视和研究。这一地区的地表地质研究开展得较早，对地表地质的研究取得了巨大的进展，但在上扬子地块西缘龙门山的形成尤其是深部壳幔结构等问题的认识上仍存在着很大的分歧。此外，“5·12”汶川地震发生后，地表沿断裂带构造方向在映秀—北川主断裂上形成了长约240km的破裂，余震主要沿断裂带方向展布，且主要分布在龙门山中段、北段区域，而在龙门山南段的分布较少，这也是困扰地质、地球物理学家的一个重要的问题。产生以上问题的主要原因是龙门山碰撞构造带经过多次构造运动叠加，地下构造甚为复杂，地表地理条件十分恶劣，从而导致常规地震采集资料品质较差，难以获取该区可靠的深部结构。在本地区已开展的大地电磁测深工作虽然取得了一些重要的成果（李立等，1987；张洪荣等，1990；王绪本等，2000；王运生、王绪本等，2007；孙洁、晋光文、白登海等，2003；王绪本等，2008，2009；朱迎堂等，2008），但由于当时仪器发展水平等条件的限制，前期的工作主要是采用传统的大电磁测深法仪器进行测量，由于大地电磁测深法仪器响应频率的限制，即使延长观测时间，也难以记录到周期足够长的有效电磁信号。特别是在川西高原地区，中上地壳普遍存在中上地壳低阻高导层，整个岩石圈视电阻率普遍较低，采用大地电磁测深法无法获得该区岩石圈完整的电性结构信息。因此，前期在这一地区开展的研究工作在某程度上讲主要还是局限在中上地壳，尚未涉及岩石圈尺度。

由此可见，要更进一步提高对上扬子地块西缘尤其是龙门山深部壳幔结构的认知程度，尚需从更大的尺度（勘探范围和勘探深度）来分析和研究。鉴于此，我们在原有工作基础上（王绪本等，2008、2009、2013；朱迎堂等，2008）沿碌曲—合川布设了一条超宽频带大地电磁测深法剖面。此外，为了研究龙门山断裂带与川西前陆坳陷带之间的深部接触关系，沿龙门山构造带山前带名山—广元一线布设了一条平行于主构造带的超宽频带大地电磁测深法剖面，与碌曲—合川剖面一起构成了一个近似十字形的结构，从中上地壳和岩石圈两个分辨尺度上研究上扬子地块西缘的深部壳幔电性结构特征，探索电性结构所代表的地质和动力学意义。