大地电磁法的应用综述:以川滇地区为例

doi:10.13745/j.esf.sf.2024.1.25

地学前缘 ›› 2024, Vol. 31 ›› Issue (1): 181-200.DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.1.25

• 青藏高原结构构造及成矿效应(“印度-欧亚大陆碰撞及其远程效应”专栏之十) • 上一篇下一篇

大地电磁法的应用综述:以川滇地区为例

邓琰¹^,²(), 徐玉超³, 范晔⁴, 孙贵成⁵, 董泽义⁶^,^*(), 韩冰⁶

1.中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统与资源环境重点实验室, 北京 100101
2.中国电子科技集团公司第三研究所, 北京 100015
3.中国石油东方地球物理公司海洋物探处, 天津 300450
4.中国地震台网中心, 北京 100045
5.承德地震监测中心站, 河北承德 067000
6.中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室, 北京 100029

收稿日期:2024-01-21 修回日期:2024-01-25 出版日期:2024-01-25 发布日期:2024-01-25
通信作者: *董泽义(1984—),男,博士,主要从事大地电磁方法的应用研究。E-mail: dongzeyi@ies.ac.cn
作者简介:邓琰(1983—),男,博士,主要从事大地电磁方法应用研究。E-mail: dengyat_1004@126.com
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)

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

DENG Yan¹^,²(), XU Yuchao³, FAN Ye⁴, SUN Guicheng⁵, DONG Zeyi⁶^,^*(), HAN Bing⁶

1. Key Laboratory of Tibetan Plateau Earth System, Environment and Resources, Institute of Tibetan Plateau Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China
2. The Third Institute, China Electronics Technology Group Corporation, Beijing 100015, China
3. BGP Offshore, China National Petroleum Corporation, Tianjin 300450, China
4. China Earthquake Networks Center, Beijing 100045, China
5. Chengde Earthquake Monitoring Center Station, Chengde 067000, China
6. State Key Laboratary of Earthquake Dynamics, Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing 100029, China

Received:2024-01-21 Revised:2024-01-25 Online:2024-01-25 Published:2024-01-25

摘要/Abstract

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

Abstract:

Magnetotelluric sounding (MTs, including audio-magnetotelluric, broadband-magnetotelluric and long-period-magnetotelluric) is a geophysical method to probe the near-surface to the upper mantle. Due to its sensitivity to low resistivity bodies, magnetotelluric plays an important role in deep structure, seismogenic environment, geothermal and resource exploration and geodynamics. The Sichuan-Yunnan region, located in the eastern section of the Tethys tectonic domain where many (micro) plates collide and merge, serves as an important channel for the eastward flow of materials and lateral extrusion of blocks within the Tibetan Plateau. The region is an important window to study the regional tectonic deformation, seismogenic environment and material migration due to the mutual cutting and influence of fault zones or suture zones of the plate boundary. This review first gives a brief introduction to the theory of magnetotelluric, then focuses on its application in the Sichuan-Yunnan region as well as the emerging CSELF (control source extremely low frequency) electromagnetic technique in recent years, and finally discusses the application of magnetotelluric in seismogenic environment, volcanic and geothermal activities, metallogenic activities, tectonic and dynamics, and electromagnetic coseismic effects. This review offers a comprehensive perspective on the application of magnetotelluric in the Sichuan-Yunnan region.

Key words: Magnetotelluric, Sichuan-Yunnan region, deep structure, geodynamics, seismoelectromagnetic

中图分类号:

邓琰, 徐玉超, 范晔, 孙贵成, 董泽义, 韩冰. 大地电磁法的应用综述:以川滇地区为例[J]. 地学前缘, 2024, 31(1): 181-200.

DENG Yan, XU Yuchao, FAN Ye, SUN Guicheng, DONG Zeyi, HAN Bing. Application of the magnetotelluric method in the Sichuan-Yunnan region—a review[J]. Earth Science Frontiers, 2024, 31(1): 181-200.

图/表 8

图1 川滇及相邻区域断裂、GPS速度、地震和温泉分布图(a据文献[4]和[23]修改,b据文献[28]和[29]修改) (a)中黑色线表示断裂带,GZF—甘孜断裂,XSHF—鲜水河断裂,DLSF—大凉山断裂,ANHF—安宁河断裂,ZMHF—则木河断裂,XJF—小江断裂,RRF—红河断裂,CHF—程海断裂,LJ-XJHF—丽江-小金河断裂,JCF—剑川断裂,ZDF—中甸断裂,LTF—理塘断裂,JSF—金沙江断裂,红色线表示区域内活动断裂,蓝色箭头表示GPS速度;(b)中黑色点表示地震精定位位置,数据来自文献[29],彩色点表示温泉位置,其中红色点表示温度>75 ℃,橙色点表示温度在50~75 ℃,绿色点表示温度小于50 ℃。

Fig.1 Distribution map of faults, GPS velocities, earthquakes and hot springs in Sichuan-Yunnan region and adjacent areas from [4], [23], [28] and [29].

图2 混合预测结果和用于验证的地震(MS≥5.0)(引自文献[40])

Fig.2 Calculation results of hybrid numerical earthquake forecasting and earthquakes (MS≥5.0) used for validation. Adapted from [40].

表1 已发表大地电磁的研究区

Table 1 MT research zones reported in the literature

编号	研究区	$平均点距 / k m 有效测点数 / 个$	有效频率范围	参考文献
1	丽江—巧家剖面	$约 50 6$	0.1,1 000	[76]
2	滇西地区	$20 ~ 40 18$	0.4,3 200	[77]
3	腾冲热海热田	$1.2 11$	256,4 096	[78-79]
4	察隅—清水河剖面	$约 20 28$	251,1 000	[80]
5	瑞丽盆地跨龙陵—瑞丽断裂	$17$	256,120	[81]
6	资中—巴塘剖面稻城—金川剖面新都桥—安定剖面	$约 14 48$ $约 19 18$ $约 17 10$	60,1 000	[82]
7	下察隅—昌都剖面	$约 12 24$	320,30 000	[83-84]
8	石棉—乐山剖面	$1 ~ 5 68$	320,2 000	[85]
9	冕宁—宜宾剖面	$约 3 86$	320,2 000	[86]
10	下察隅—清水河剖面(EHS3D-3)	$约 10 62$	320,20 000	[87-88]
11	藏东南	$6.5 325$	P1/P2/P4:300,2 000 P3:256,5 000	[89]
12	马站火山区	$约 0.5 64$	250,2 000	[90]
13	孟连—罗平剖面	$约 5 114$	320,5 000	[91]
14	攀西地区	$约 5 53$	53:320,1 000 14:约20 000	[92]
15	滇黔接壤区	$约 7 122$	58:320,2 000 52:320,5 000 12:320,30 000	[93]
16	牟定—香格里拉剖面	$约 9 39$	100,1 000	[94]
17	景谷地震区	$约 2 32$	320,1 000	[95]
18	滇西三江地区	$约 6.6 53$	53:320,2 900 26: 0.1,16 384	[96]
19	新都桥—小金剖面	$约 5 33$	33:320,2 000 52:0.01,20 000	[97]
20	贡山—绥江剖面	$约 8 75$	320,1 000	[98]
21	大瑞铁路龙陵段	$0.2 525$	320,2 000	[99]
22	鲁甸地震区	$面状 (5 ~ 7) 124$	320,2 000	[100]
23	南汀河断裂带	$面状 (约 20) 85$	100,1 000	[101]
24	则巴—贡之玛/沙东—壤塘/贡山—美姑/ 泸水—金阳/雅江—攀枝花剖面			[102]
25	腾冲火山区	$面状 (约 15) 78$	69:320,1 000 9:约10 000	[103]
26	盈江—龙陵地震区	$约 6.5 21$	320,2 000	[104]
27	沙德—玉农希断裂剖面	$约 8 10$	320,1 000	[105]
28	普洱盆地	$2200$	320,1 000	[106]
29	小江断裂	$11 ~ 14 42$	320,2 000	[107]
30	福贡—巧家剖面	$约 11 41$	41:320,2 900 20: 0.1,16 384	[108]
31	跨楚雄盆地的南北向剖面	$981$	320,10 000	[109]
32	滇西地区	$面状 (约 15) 170$	100,1 000	[110]
33	红河断裂带	$面状 (约 10) 173$	173:320,1 000 69:约10 000	[111]
34	漾濞地震区	$20 ~ 30 17$	100,1 000	[112]
35	甘孜盆地	$0.5 103$	320,1 000	[113]
36	楚雄盆地	$1048$	38:320,1 800 10:320,10 000	[114]
37	木里—盐源剖面	$约 7 26$	80,1 000	[115]
	色哈拉断裂	$约 0.05 826$	0.36,1 500	[116]
38	小江断裂带	$面状 (3 ~ 20) 138$	138:320,2 000 28:320,20 000	[117]
39	康定沿鲜水河断裂剖面	$517$	320,1 000	[118]
40	垂直甘孜断裂剖面	$1 ~ 5 19$	320,1 000	[119]
41	贡嘎山地区	$面状 (约 10) 120$	320,2 000	[120]
42	红河断裂南部	$面状 (约 15) 103$	100,1 000	[121]
43	腾冲—景谷剖面	$655$	320,1 800	[122]
44	北衙矿集区	$面状 (约 10) 44$	320,1 370	[123]
45	跨丽江—小金河剖面	$约 7 62$	320,5 000	[124]
46	滇中剖面	$约 14 40$	160,5 000	[125]
47	东川—寻甸段	$约 11 38$	320,5 000	[126]
48	滇东北地区	$面状 (5 ~ 7) 133$	320,2 000	[127]
49	跨甘孜断裂带剖面	$约 6 31$	320,2 000	[128]

表1 已发表大地电磁的研究区

Table 1 MT research zones reported in the literature

编号	研究区	$平均点距 / k m 有效测点数 / 个$	有效频率范围	参考文献
1	丽江—巧家剖面	$约 50 6$	0.1,1 000	[76]
2	滇西地区	$20 ~ 40 18$	0.4,3 200	[77]
3	腾冲热海热田	$1.2 11$	256,4 096	[78-79]
4	察隅—清水河剖面	$约 20 28$	251,1 000	[80]
5	瑞丽盆地跨龙陵—瑞丽断裂	$17$	256,120	[81]
6	资中—巴塘剖面稻城—金川剖面新都桥—安定剖面	$约 14 48$ $约 19 18$ $约 17 10$	60,1 000	[82]
7	下察隅—昌都剖面	$约 12 24$	320,30 000	[83-84]
8	石棉—乐山剖面	$1 ~ 5 68$	320,2 000	[85]
9	冕宁—宜宾剖面	$约 3 86$	320,2 000	[86]
10	下察隅—清水河剖面(EHS3D-3)	$约 10 62$	320,20 000	[87-88]
11	藏东南	$6.5 325$	P1/P2/P4:300,2 000 P3:256,5 000	[89]
12	马站火山区	$约 0.5 64$	250,2 000	[90]
13	孟连—罗平剖面	$约 5 114$	320,5 000	[91]
14	攀西地区	$约 5 53$	53:320,1 000 14:约20 000	[92]
15	滇黔接壤区	$约 7 122$	58:320,2 000 52:320,5 000 12:320,30 000	[93]
16	牟定—香格里拉剖面	$约 9 39$	100,1 000	[94]
17	景谷地震区	$约 2 32$	320,1 000	[95]
18	滇西三江地区	$约 6.6 53$	53:320,2 900 26: 0.1,16 384	[96]
19	新都桥—小金剖面	$约 5 33$	33:320,2 000 52:0.01,20 000	[97]
20	贡山—绥江剖面	$约 8 75$	320,1 000	[98]
21	大瑞铁路龙陵段	$0.2 525$	320,2 000	[99]
22	鲁甸地震区	$面状 (5 ~ 7) 124$	320,2 000	[100]
23	南汀河断裂带	$面状 (约 20) 85$	100,1 000	[101]
24	则巴—贡之玛/沙东—壤塘/贡山—美姑/ 泸水—金阳/雅江—攀枝花剖面			[102]
25	腾冲火山区	$面状 (约 15) 78$	69:320,1 000 9:约10 000	[103]
26	盈江—龙陵地震区	$约 6.5 21$	320,2 000	[104]
27	沙德—玉农希断裂剖面	$约 8 10$	320,1 000	[105]
28	普洱盆地	$2200$	320,1 000	[106]
29	小江断裂	$11 ~ 14 42$	320,2 000	[107]
30	福贡—巧家剖面	$约 11 41$	41:320,2 900 20: 0.1,16 384	[108]
31	跨楚雄盆地的南北向剖面	$981$	320,10 000	[109]
32	滇西地区	$面状 (约 15) 170$	100,1 000	[110]
33	红河断裂带	$面状 (约 10) 173$	173:320,1 000 69:约10 000	[111]
34	漾濞地震区	$20 ~ 30 17$	100,1 000	[112]
35	甘孜盆地	$0.5 103$	320,1 000	[113]
36	楚雄盆地	$1048$	38:320,1 800 10:320,10 000	[114]
37	木里—盐源剖面	$约 7 26$	80,1 000	[115]
	色哈拉断裂	$约 0.05 826$	0.36,1 500	[116]
38	小江断裂带	$面状 (3 ~ 20) 138$	138:320,2 000 28:320,20 000	[117]
39	康定沿鲜水河断裂剖面	$517$	320,1 000	[118]
40	垂直甘孜断裂剖面	$1 ~ 5 19$	320,1 000	[119]
41	贡嘎山地区	$面状 (约 10) 120$	320,2 000	[120]
42	红河断裂南部	$面状 (约 15) 103$	100,1 000	[121]
43	腾冲—景谷剖面	$655$	320,1 800	[122]
44	北衙矿集区	$面状 (约 10) 44$	320,1 370	[123]
45	跨丽江—小金河剖面	$约 7 62$	320,5 000	[124]
46	滇中剖面	$约 14 40$	160,5 000	[125]
47	东川—寻甸段	$约 11 38$	320,5 000	[126]
48	滇东北地区	$面状 (5 ~ 7) 133$	320,2 000	[127]
49	跨甘孜断裂带剖面	$约 6 31$	320,2 000	[128]

图3 川滇地区已有大地电磁探测统计,参考文献见表1

Fig.3 Geographic locations of magnetotelluric profiles and research zones listed in Table 1

表2 川滇相关区域地震发震构造与电性结构的关系

Table 2 Relationship between seismogenic structure and electrical resistivity characteristics in relevant areas of the Sichuan-Yunnan region

序号	相关断裂(带)	震中深度/km	主-余震区电性结构	关键因素	参考文献
1	甘孜断裂带	<15	高低阻过渡区	构造应力/流体	[118,128]
2	小江断裂带(东川—寻甸段)	<15	高低阻过渡区	构造应力/流体/断裂走向	[126]
3	小江断裂带	<30	可分为高低阻过渡带至高阻区三类	构造应力/流体以及强震诱发	[123]
4	维西—乔后断裂南段隐伏断裂	<15	高低阻过渡区至偏高阻一侧	构造应力/物质强度差异	[112]
5	无明显断裂相关	<20	高阻区	构造应力/流体	[114]
6	苏典/大盈江断裂龙川江/怒江断裂	<20	高低阻过渡区至偏高阻一侧	构造应力/流体	[103,110]
7	未明确相关断裂	<15	高低阻过渡区	构造应力/流体	[106]
8	南汀河断裂带	<20	高低阻过渡区	构造应力/地壳流分流运动	[101]
9	包谷垴—小河断裂昭通—莲峰断裂	<20	高导区	构造应力/流体	[100]
10	未明确相关断裂	<15	高低阻过渡区	构造应力	[93,95]

图4 大地电磁方法揭示的成矿机制 (I引自文献[123],Ⅱ引自文献[151])

Fig.4 Metallogenic model by magnetotelluric methods. Adapted from [123,151]

图5 川滇地区动力学模型图(据文献[109,111,120,154])

Fig.5 Geodynamic model of the Sichuan-Yunnan region. Adapted from [109,111,120,154].

图6 舒曼谐振在10个台站南北向磁分量(Hx)第一模态的强度(a)和频率(b)的时变图,太阳X射线通量(c)和厄尔尼诺指数(d)(据文献[171])

Fig.6 Temporal variation of (a) intensity, (b) frequency of the Hx component for the first mode of SR at 10 stations, (c) solar X-ray flux and (b) ENS-ONI index. Adapted from [171].

参考文献 171

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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

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