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| 內容簡介: |
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《中国岩石圈电磁及重磁探测》系统介绍了中国大陆岩石圈导电性、磁性和密度结构的研究方法理论,具体阐述了大地电磁测深阵列观测、数据处理和分析、电磁数据二维和三维正、反演技术,以及中国大陆及南海海域位场分析方法理论和建模技术。基于不同网度的大地电磁测深阵列网实验观测数据,研究了中国大陆岩石圈、大华北地区和青藏高原岩石圈导电性结构及构造格局;基于地面重力和航磁面积性观测数据,分析了中国大陆、华北、青藏、南海岩石圈位场特征和构造单元格局、深大断裂分布规律。
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| 目錄:
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目录从书序前言绪论1第一章大陆电磁参数标准网观测方法理论14第一节大陆岩石圈导电性的研究方法14第二节大地电磁测深“标准点”阵列观测方法理论37第二章大地电磁测深“标准点”数据处理分析与反演建模技术102第一节大地电磁测深“标准点”数据处理技术102第二节大地电磁测深“标准点”数据分析技术141第三节大地电磁测深“标准点”数据反演与建模技术160第三章中国大陆电磁参数标准网实验207第一节中国大陆大地电磁测深“标准点”阵列观测网207第二节中国大陆大地电磁测深“标准点”阵列数据处理与质量评价215第三节中国大陆大地电磁测深“标准点”阵列观测网数据分析226第四章中国大陆岩石圈导电性结构及区域构造格局251第一节中国大陆大地电磁测深4°×4°阵列数据一维快速成像251第二节中国大陆大地电磁测深4°×4°阵列数据三维反演模型256第五章华北岩石圈电性结构及区域构造269第一节华北地区大地电磁测深1°×1°阵列数据一维快速成像269第二节华北岩石圈纬向与经向二维导电性结构模型275第三节华北岩石圈三维导电性结构模型283第四节华北大地电磁测深阵列数据成像及反演模型对比、分析295第五节华北岩石圈区域构造格局310第六章青藏高原岩石圈导电性结构及区域构造地质含义355第一节青藏高原1°×1°大地电磁测深阵列数据一维快速成像358第二节青藏高原经向测线岩石圈导电性结构二维反演模型363第三节青藏高原岩石圈三维导电性结构369第四节青藏高原岩石圈区域构造格局及流变性特征386第七章中国大陆位场分析与岩石圈综合建模及解译445第一节区域重力、磁力资料处理方法技术446第二节中国大陆区域重力场、磁场特征与综合分析480第三节华北地区重力场、磁场特征与综合分析490第四节青藏高原重力场、磁场特征与综合分析509第八章南海重力场、磁场特征与综合研究534第一节南海区域重力、磁力资料处理535第二节南海区域重力、磁场特征539第三节南海重力场、磁场构造特征分析541第四节南海视密度、视磁性分布551感谢559参考文献560
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绪论 一、岩石圈物性结构研究的目的与意义 近百年,世界各国的地球科学研究实践表明,要揭开大陆地壳演化的奥秘,更加有效地寻找资源、保护环境、减轻灾害,必须进行深部探测,研究岩石圈物性结构和构造;而地球物理观测是探测地球内部结构、构造的高新技术与主要方法,属当代地球科学优先发展的领域(傅承义等,1985;魏文博,2002;滕吉文,2003;唐户俊一郎,2005)。自20世纪70年代以来,很多发达国家陆续启动了地球深部探测计划,把视线延伸到了地壳和地幔,获得了一系列重大成果,相继揭示了板块碰撞带地壳的双莫霍面结构,发现造山带山根,提出岩石圈拆沉模式和大陆深俯冲理论。美国在造山带下找到了大型油田;澳大利亚在覆盖层下发现了奥林匹克坝超大型矿床;苏联发现了深部油气和矿化显示,突破了传统油气成藏理论,拓展了人类索取资源的空间(Clowes,1993,1997;Derek et al.,1998)。目前,世界主要发达国家都已经把通过“地壳探测”计划研究岩石圈物性结构和构造作为实现可持续发展的国家科技发展战略。 中国经济持续高速发展面临资源短缺与能源紧张的瓶颈,反映出油气与矿产资源对提高国家总体实力的重要性;同时,地质灾害频发、生态环境日益恶化,严重影响着社会发展和人民生活安定。而油气与矿产资源的发现、地质灾害的有效防治,以及生态环境的治理、恢复,都取决于地学界对地球深部探测能力的提高和对地球内部认知程度的加深。因此,开展地球深部探测,研究岩石圈物性结构和构造,对于我国社会经济持续高速发展也具有重要意义。 研究岩石圈物性结构,包括岩石地震波速、导电性、密度、磁性等主要物理参数在地下空间的分布规律。其中,岩石圈的导电性除了与它的物质成分有关以外,还与许多因素有关,如大陆岩石圈内部结构、构造、温度、压力以及物质成分的物理状态等(傅承义等,1985)。所以,有关大陆岩石圈导电性结构的研究有可能为当前地球科学各领域的研究进展提供重要的物理依据,其涉及的范围,从地壳运动过程及动力学机制等重大科学命题,到地质灾害、环境变迁、矿床成因研究,再到油气、矿产和水资源评价等与人们社会生活密切相关的地学研究方向,关于中国大陆岩石圈导电性结构研究也越来越引起人们的重视。而目前研究大陆岩石圈导电性结构的主要方法是大地电磁测深;所以,开展岩石圈尺度、阵列(Array)式大地电磁法(MT)标准网观测计划,建立中国大陆地壳和上地幔电磁参数三维(3D)标准数据体,研究中国大陆地壳和上地幔导电性三维结构,从电性角度并结合密度、磁性结构进行综合分析,为构建中国大陆地壳-上地幔构造及热结构模型提供基础,具有十分重要的科学意义和明显的实际意义。 为了实现构建中国大陆壳、幔电磁学参数及磁性、密度三维数据体,以及物性结构标准模型的目标,“深部探测技术与实验研究专项(SinoProbe)”作为“中国大陆地壳探测计划”的培育性启动计划,特设立“大陆电磁参数标准网实验研究(SinoProbe-01)”项目,解决岩石圈尺度、阵列式大地电磁场标准网观测的关键技术问题,研究具体的实施方法技术,并提供示范性成果;形成该研究方向的研究基地和人才梯队,为系统开展中国大陆地壳电磁参数标准网建设和中国大陆地壳和上地幔导电性三维结构研究作必要的人才和技术准备。 “大陆电磁参数标准网实验研究(SinoProbe-01)”项目历时5年,中国地质大学(北京)、中国地质大学(武汉)和中国地质科学院地球物理地球化学勘察研究所的数十名教师、研究人员和数百名研究生克服了种种困难,完成了大量野外观测、数据搜集及数据处理工作,取得了海量大地电磁测深、地磁和重力数据,为构建中国大陆岩石圈电性结构标准模型,为研究中国大陆岩石圈区域构造格局,探讨中国大陆形成、演化动力学过程及区域成矿规律奠定了重要基础。 大量宝贵的实测数据提供了深入研究西伯利亚板块、太平洋板块和印度板块汇聚对中国大陆作用的种种效应的可能性,也为深入发现和研究华北克拉通解体及青藏高原形成和演化的深部过程和浅层响应特征提供了条件。初步的研究已经发现华北西部的鄂尔多斯块体可能正处在活化的过程,而其深部地壳和上地幔结构特点有可能影响着鄂尔多斯盆地石油和天然气的成藏规律和空间分布。关于青藏高原物质“逃逸”和隆升模式则一直是国内外地学界争论的热点,根据在中国科学院青藏高原研究所获取的大量大地电磁测深资料处理和反演结果,发现青藏地壳-上地幔物质“逃逸”的模式并不像现在所流行的认识那么简单,青藏中-下地壳普遍存在热的、软弱和塑性高导体的事实,其原因可能不一定完全由印度的碰撞、俯冲效应所引起,大约在藏南88°E的位置发现有深达上地幔的近南北向裂谷带。这一系列地球科学重要的新认识还需要一定的时间,逐一加以深入研究和讨论。因此,本节对一些科学问题的认识并没有过多的论述和深入的讨论。 “大陆电磁参数标准网实验研究(SinoProbe-01)”项目设置下列5个课题。 SinoProbe-01-01——“中国大陆阵列式区域大地电磁场标准网建设及建模方法研究”,课题负责人:景建恩、魏文博; SinoProbe-01-02——“青藏高原及华北阵列式区域大地电磁场标准网示范性实验研究”,课题负责人:叶高峰、邓明; SinoProbe-01-03——“西北-华南阵列式区域大地电磁场标准网控制格架示范性实验研究”,课题负责人:徐义贤; SinoProbe-01-04——“东北阵列式区域大地电磁场标准网控制格架示范性实验研究”,课题负责人:方慧; SinoProbe-01-05——“中国大陆地壳和上地幔地球物理-地质综合建模、解译方法研究”,课题负责人:孟小红、杨文采。 本书是在五个课题研究成果的基础上撰写而成。在本书完稿过程,参与撰写部分章、节的研究人员:董浩、尹曜田、王刚、陈召曦、张乐天、谢成良、郭良辉。全书由魏文博、金胜、叶高峰、景建恩、孟小红、方慧、徐义贤统编。 二、地球深部探测与岩石圈结构研究现状 1995年,Geoscience Canada用了2000多页篇幅总结加拿大区域地球物理调查的成果(Clowes,1997)。他们主要采用深反射地震方法研究地壳精细结构,并配合采用成本低的地温、大地电磁法和远程地震层析方法,了解地壳上地幔的流变性与活动性。通过地球物理、地质和地球化学综合研究,建立克拉通、造山带、盆地、裂谷等地质构造单元的地壳-上地幔三维结构模型;将大构造单元作为一个统一的地球动力学系统,研究地壳-上地幔的各种地质作用过程以及对其浅部各种地质作用过程的约束和耦合关系。 事实上,西方发达国家早已把大地电磁测深广泛应用于岩石圈尺度的探测工作。20世纪90年代,加拿大进行的岩石圈三维结构研究中,在主要构造区域布设了大量大地电磁测深点,截至2006年已完成5个阶段的工作,在重要构造区域完成1700多个大地电磁测深点,取得了大量成果。 2004年,美国开始了“地球透镜计划(EarthScope)”,探测、研究北美大陆地壳的三维结构和构造演化。在EarthScope计划中,地震阵列(USArray)的内容是一个大陆尺度的地球物理观测计划,它将为北美大陆的构造与演化提供新的约束。地震阵列将在未来10年,以间距约75km的流动台站覆盖整个美国大陆;作为其辅助部分,将在一些选定区域以相似的测点密度采集长周期(10~20000s)大地电磁数据(Patro and Egbert,2008)。 如图0-1所示为北美西北部USArray-MT台阵布置图。总共110个测点,从西部的胡安?德富卡(Juan de Fuca)板块俯冲区穿过卡斯卡迪亚(Cascadia Subduction Zone)火山弧,进入哥伦比亚高原、高沙漠、西蛇河平原和西北盆山到达东部(图0-1)。 图0-1北美西北部USArray-MT台阵布置图(Patro and Egbert,2008)与测点集中于一条或几条剖面的传统大地电磁勘探相比,卡斯卡迪亚古陆MT阵列测点间距较大,且以一种基本统一的方式展布,并覆盖整个区域。这种阵列排布方式和研究区域地质上的复杂性,强烈需要三维解释技术。 MT三维反演的初步结果揭示的*显著、稳定的特征是,在西北部盆地和山脉、卡斯卡迪(Cascade)山脉下存在大范围的下地壳高导体,而与其相对的是西莱茨(Siletzia)地区[海岸山脉山根,威拉米特(Willamette)山谷和普吉特(Puget)低地]和哥伦比亚海湾的高阻地壳。反演同样揭示了上地幔电导率的显著变化,阵列东北部地幔导电性最好,而*高电阻率部分与俯冲的海洋地幔相对应(图0-2和图0-3)。 同样是“EarthScope”组成部分的SAFOD计划大地电磁部分对圣-安德烈斯断裂带(San Andres Fracture)的研究也取得了巨大的研究进展,发现了太平洋板块与北美板块的碰撞前缘,并通过钻井资料进行的验证,证明了大地电磁测深探测结果的可靠性(图0-4和图0-5)。研究结果大体确定了圣安德烈斯断裂带附近地震多发的原因(Prasanta and Egbert,2008)。
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