華北地區(qū)上地幔及過渡帶電性結(jié)構(gòu)研究

徐光晶，湯吉，黃清華＊，上嶋誠

1北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院地球物理學(xué)系，北京 100871

2中國地震局地質(zhì)研究所，北京 100029

3日本東京大學(xué)地震研究所，東京 113－0032

1 引言

華北克拉通是世界上最著名的古老陸塊之一，是典型的克拉通塊體.華北克拉通與其他克拉通相比，有著更為復(fù)雜、多階段的構(gòu)造演化.它記錄了幾乎所有的地球早期發(fā)展的重大構(gòu)造事件，并在中生代發(fā)生了減薄與改造（翟明國，2011）.華北克拉通破壞所蘊(yùn)含的豐富地質(zhì)內(nèi)涵使它成為探索大陸動(dòng)力學(xué)的極佳場所（朱日祥等，2011），從20世紀(jì)90年代至今，國內(nèi)外地球物理、地球化學(xué)以及地質(zhì)學(xué)家針對(duì)華北克拉通破壞的相關(guān)問題開展了大量的研究工作（鄧晉福等，1994；劉慶生等，2000；魏文博等，2008；何麗娟，2014），使得我們對(duì)華北克拉通的深部結(jié)構(gòu)、形成及演化有了更清晰的認(rèn)識(shí).然而，由于學(xué)科背景的差異和研究思路的不同，目前對(duì)華北克拉通的時(shí)空分布，破壞機(jī)制和地球動(dòng)力學(xué)原因等問題尚存在爭議（吳福元等，2008；朱日祥和鄭天愉，2009；陳凌等，2010；林偉等，2013）.

地球表面所見到的一系列地球物理場異常、地質(zhì)構(gòu)造格局、地球化學(xué)組分變異，無一不受到地球內(nèi)部物質(zhì)與能量交換的制約，而這些現(xiàn)象和深層動(dòng)力學(xué)過程密不可分（滕吉文，2003）.近20年來，國際上對(duì)地球內(nèi)部，特別是地球內(nèi)部不同圈層間的相互聯(lián)系與制約關(guān)系的研究日益重視，我國也在開展以板塊會(huì)聚邊界為代表的精細(xì)結(jié)構(gòu)深入研究的同時(shí)，將研究的視角投向深部地核和地幔的物質(zhì)、結(jié)構(gòu)及其不均勻性，以及圈層地球的形成演化（朱日祥，2007）.越來越多的研究表明，在研究大陸動(dòng)力學(xué)乃至全球動(dòng)力學(xué)中，對(duì)巖石圈、軟流圈和地幔過渡帶結(jié)構(gòu)以及它們之間的相互作用和耦合關(guān)系的認(rèn)識(shí)是非常必要的（趙國澤等，2001；魏文博等，2003；朱日祥，2007）.和地震學(xué)關(guān)注巖石的彈性性質(zhì)不同，地球電磁學(xué)主要關(guān)注的主要是巖石電導(dǎo)率的變化.地下巖石電導(dǎo)率（或電阻率）是揭示地球內(nèi)部狀態(tài)的重要物理參數(shù)之一，它對(duì)于地球內(nèi)部溫度、流體、熔融和揮發(fā)分的存在以及它們的體積、含量等比較靈敏（Karato，1990；Bai and Kohlstedt，1992；趙國澤等，2001）.獲取巖石圈以下部分的電性結(jié)構(gòu)對(duì)于探索地幔的物理、化學(xué)狀態(tài)、物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，及相關(guān)的地球動(dòng)力學(xué)過程意義重大.

大地電磁測深法（MT）和地磁測深法（GDS）是地球電磁學(xué)常用的兩種探測地下電性結(jié)構(gòu)的方法.而常規(guī)的大地電磁測深，磁場觀測采用的是感應(yīng)式磁力儀，結(jié)合電場的觀測，通常獲得最大周期約10000s的電磁響應(yīng).近年來，長周期MT將周期進(jìn)一步擴(kuò)展到數(shù)萬秒，但仍難以獲取地幔過渡帶附近的電性結(jié)構(gòu).而地磁測深利用地磁臺(tái)站的長期連續(xù)觀測資料，采用磁通門磁力儀，只觀測磁場，記錄穩(wěn)定，獲得的地磁響應(yīng)周期可達(dá)數(shù)百萬秒，可以獲取深達(dá)上千千米的電性結(jié)構(gòu).等效MT標(biāo)量阻抗的GDS方法（Schultz and Larsen，1987；Neal et al.，2000；Ichiki et al.，2001；Utada et al.，2003）是將地磁測深與大地電磁測深結(jié)合的一種方法，通過場源近似得到GDS響應(yīng)函數(shù)和MT響應(yīng)函數(shù)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，并將MT的相關(guān)方法應(yīng)用到GDS中以獲取地下電性結(jié)構(gòu).本文利用華北地區(qū)14個(gè)地磁臺(tái)站記錄的資料，得到了300～1000km范圍的地幔電性結(jié)構(gòu)，對(duì)其特征進(jìn)行了分析，初步探討了華北克拉通的深部動(dòng)力學(xué)過程.

2 觀測資料和數(shù)據(jù)處理

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文收集了中國地磁臺(tái)網(wǎng)地磁基準(zhǔn)臺(tái)和基本臺(tái)站的資料，包括中國地震局“九五”首都圈重點(diǎn)防御工程數(shù)據(jù)改造的地磁臺(tái)站數(shù)據(jù)，選擇了華北地區(qū)14個(gè)臺(tái)站的地磁臺(tái)觀測數(shù)據(jù)（見表1），部分臺(tái)站利用了9—10年長期連續(xù)記錄數(shù)據(jù).將各個(gè)臺(tái)站資料從原始時(shí)間序列出發(fā)，使用統(tǒng)一流程挑選連續(xù)性好且信噪比高的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理.圖1為本文使用的華北地區(qū)地磁臺(tái)站及主要斷裂分布圖.

表1 本研究使用的華北地區(qū)地磁臺(tái)的資料信息Table 1 Information of the geomagnetic stations in North China

2.2 方法和原理

MT和GDS的響應(yīng)函數(shù)定義如公式（1）所示：

其中，Ei（ω）（i＝x，y），Hj（ω）（j＝x，y，z）分別表示頻率域的電場分量和磁場分量，x，y代表水平方向，一般定義x為正南北，y為正東西，z代表垂直方向，ω代表角頻率.Zij（ω）（i＝x，y；j＝x，y）表示 MT響應(yīng)函數(shù)ZMT，A（ω）和B（ω）表示GDS響應(yīng)函數(shù)TGDS的兩個(gè)分量.

MT需要對(duì)地表觀測的電場和磁場進(jìn)行同步，對(duì)于長周期，由于受場源限制，一般只能得到周期105s以內(nèi)的MT響應(yīng)，這阻礙了MT對(duì)中上地幔電導(dǎo)率結(jié)構(gòu)問題的應(yīng)用.實(shí)際上，在中、低緯度地區(qū)，場源是位于地磁赤道上方數(shù)個(gè)地球半徑遠(yuǎn)處的電流環(huán)，地球表面的磁場可用奇數(shù)階的帶諧函數(shù)表示（Banks，1969；Schultz and Larsen，1987），P01項(xiàng)（周期約2.5—125天，場源對(duì)應(yīng)在赤道數(shù)個(gè)半徑處的電流環(huán)）為主要項(xiàng)，次強(qiáng)項(xiàng)P03往往比P01小得多，并且它反映的是較高頻的信息，因此可以忽略其他高階項(xiàng)，用P01項(xiàng)來近似場源.Schultz和Larsen（1987）首先計(jì)算出了基于P01場源近似的GDS響應(yīng)，同時(shí)給出一維地球介質(zhì)的MT和GDS響應(yīng)函數(shù)之間的轉(zhuǎn)換公式如下：

圖1 本文利用的華北地區(qū)地磁臺(tái)站及主要斷裂分布Fig.1 Distribution of the geomagnetic stations and main faults in North China

式中，α10為轉(zhuǎn)換系數(shù)，i為虛數(shù)，R為地球半徑，θ為地磁余緯.通過上述公式，可以計(jì)算得到等效MT標(biāo)量阻抗.

從等效MT標(biāo)量阻抗出發(fā)，計(jì)算得到視電阻率和相位，對(duì)比分析后進(jìn)行反演.在本研究中，用ρ＋理論（Weidelt，1972；Parker，1980；Parker and Booker，1996）分析數(shù)據(jù)一維近似的合理性，同時(shí)用ρ＋和Occam（Constable et al.，1987）兩種方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行反演.ρ＋理論是指對(duì)于一維地電斷面，大地電磁響應(yīng)的視電阻率和相位，總可以用一個(gè)由一系列δ函數(shù)組成的數(shù)學(xué)模型與之對(duì)應(yīng).ρ＋分析是尋找這由一系列δ函數(shù)組成的數(shù)學(xué)模型來擬合實(shí)測視電阻率和相位，檢測他們是否一致的過程.Occam反演是由Constable等（1987）提出的，它是尋找在有極小可能構(gòu)造意義下符合數(shù)據(jù)的模型.此方法不只是從擬合差最小值出發(fā)，而且還注重地層電性參數(shù)分布的實(shí)際情況，在一定的擬合差范圍內(nèi)，求解粗糙度最小值所對(duì)應(yīng)的模型.

2.3 數(shù)據(jù)處理與分析

MT中，阻抗的求取一般采用最小二乘法.然而最小二乘解的穩(wěn)定性和適應(yīng)性差，對(duì)于局部相關(guān)噪聲強(qiáng)的電磁觀測資料，容易出現(xiàn)結(jié)果的分散或者偏離.為了解決這個(gè)問題，遠(yuǎn)參考技術(shù)（Gamble et al.，1979）和Robust技術(shù)（Chave et al.，1987）被提出.

遠(yuǎn)參考技術(shù)采用先設(shè)置一個(gè)與原信號(hào)場源相關(guān)而噪聲不相關(guān)的遠(yuǎn)參考信號(hào)，然后將此參考信號(hào)與實(shí)測點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)處理，使得關(guān)系式中不再出現(xiàn)自相關(guān)項(xiàng)，從而有效地降低不相關(guān)噪聲的影響.Robust技術(shù)則通過降低殘差大的數(shù)據(jù)點(diǎn)的權(quán)重，降低異常數(shù)據(jù)帶來的影響.本文采用集成了遠(yuǎn)參考和Robust處理于一體的RRRMT（Remote Reference Robust MT）資料處理軟件（Chave et al.，1987），選取數(shù)據(jù)穩(wěn)定，信噪比高的滿洲里臺(tái)為參考臺(tái)，對(duì)華北14個(gè)地磁臺(tái)站的資料進(jìn)行了處理，得到了高置信度的地磁響應(yīng)函數(shù).

圖2給出了北京臺(tái)經(jīng)過遠(yuǎn)參考和Robust處理的磁場水平分量Hx和垂直分量Hz之間的資料相干度，其中實(shí)線代表用1999—2006年的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，虛線表示采用1999—2004年的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，從圖上可以看出，資料相干度都在0.8以上，周期小于106s的資料相干度超過了0.95，這說明數(shù)據(jù)質(zhì)量很高，具有極高的可信度.另外，對(duì)比兩條曲線可以發(fā)現(xiàn)，使用更長時(shí)間的數(shù)據(jù)，得到的長周期部分的資料相干度會(huì)有所改善.因此盡可能選取長時(shí)間的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，大部分臺(tái)站資料的長度都在5年以上.

圖2 北京臺(tái)的資料相干度Fig.2 The coherence of the data collected at BMT

圖3 不同臺(tái)站的視電阻率（a）和相位（b）曲線Fig.3 Apparent resistivity（a）and phase（b）responses of different stations

考慮到等效場源P01假設(shè)，對(duì)地磁響應(yīng)函數(shù)基于周期在105～107s范圍內(nèi)信號(hào)源進(jìn)行了球諧分析.利用公式（2）、（3），得到了華北地區(qū)地磁臺(tái)站的視電阻率和相位的曲線.用ρ＋理論分析崇明（COM）和泰安（TAA）的視電阻率和相位資料表明，沒有合適的δ函數(shù)來合理地?cái)M合這兩個(gè)臺(tái)站數(shù)據(jù).可能的原因是這兩個(gè)臺(tái)站的視電阻率和相位資料互相沖突，不滿足一維近似條件.而其余的臺(tái)站資料則通過了ρ＋檢驗(yàn).圖3給出了除了崇明（COM）和泰安（TAA）以外的12個(gè)臺(tái)站的視電阻率和相位圖.其中綠色的代表華北地區(qū)東部的臺(tái)站：北京（BMT）、昌黎（CHL）、大連（DLG）、靜海（JIH）、杭州（HZH）和南京（NAJ）；紅色的代表華北地區(qū)中部靠近太行山重力梯度帶的太原（TAY）、鄭州（ZZH）和紅山（LYH）；藍(lán)色的代表華北地區(qū)西部的鄂爾多斯塊體周邊的乾陵（QIX）、天水（TSY）和銀川（YCB）.從圖上可以看出所有臺(tái)站的視電阻率基本分布在1～100Ωm，每個(gè)臺(tái)站的視電阻率隨著周期的增大而降低，這和地球內(nèi)部溫度隨著深度的增大而增加有關(guān)（Neal et al.，2000）.同一構(gòu)造單元相鄰的幾個(gè)臺(tái)站過渡平緩，數(shù)值和形態(tài)比較接近，比如環(huán)渤海地區(qū)的4個(gè)臺(tái)站（北京（BMT）、昌黎（CHL）、大連（DLG）和靜海（JIH））水平方向不存在突變，它們?cè)谏畈靠赡芤灿邢嗨频臉?gòu)造背景；在105～106s周期，東部地區(qū)有較低的電阻率，中部地區(qū)其次，西部地區(qū)最高，到106s周期附近，所有的視電阻率基本集中在10Ωm附近；在106～107s周期，視電阻率曲線的形態(tài)變得復(fù)雜.圖上還可以看出，乾陵（QIX）的視電阻率顯著高于其他地區(qū)，這可能是由于其下方存在相對(duì)冷的下沉地幔流，和亞洲地幔冷柱有關(guān)（Fukao et al.，1994）.相位曲線的特征和視電阻率類似，在105～106s周期，東部地區(qū)的相位普遍較低，但最大相位主要出現(xiàn)在鄭州（ZZH），隨著周期增大，相位的波動(dòng)也有所增大，但大部分的相位都分布在60°～90°之間.

3 數(shù)據(jù)反演與討論

基于一維最光滑模型對(duì)地磁臺(tái)的數(shù)據(jù)處理得到的資料進(jìn)行了Occam反演，得到了1000km以上的地幔電性結(jié)構(gòu).考慮到等效MT標(biāo)量阻抗的GDS方法是基于P01假設(shè)，其P01周期范圍為2.5—125天（約2×105～1×107s）（Banks，1969；Schultz and Larsen，1987），因此，只選用了105s以上周期的數(shù)據(jù)進(jìn)行反演，反演初始模型為50Ωm電阻率的均勻半空間.然而，105s以上的觀測周期難以準(zhǔn)確反映淺部結(jié)構(gòu)的情況，所以文中給出的是300km以下的地幔電性結(jié)構(gòu).如果需要巖石圈部分的結(jié)構(gòu)信息，可以采用長周期MT來補(bǔ)充周期少于105s的資料.

圖4a給出了昌黎臺(tái)（CHL）的ρ＋和Occam結(jié)果對(duì)比，δ函數(shù)對(duì)應(yīng)的深度在417km，850km附近；圖4b給出了Occam反演得到的電阻率隨深度變化的梯度圖，可以看出梯度圖的拐點(diǎn)恰巧出現(xiàn)在δ函數(shù)所出現(xiàn)的深度附近.δ函數(shù)對(duì)應(yīng)的深度往往在物理不連續(xù)面附近（Schultz et al.，1993），在其余臺(tái)站也得到和圖4類似的結(jié)果，417km和850km對(duì)應(yīng)的間斷面深度和前人（Neal et al.，2000；Ichiki et al.，2001）得到的δ函數(shù)對(duì)應(yīng)的深度變化范圍相符合.

圖5給出了華北地區(qū)除了不滿足一維近似的崇明（COM）和泰安（TAA）臺(tái)之外的12個(gè)臺(tái)站（昌黎（CHL）、杭州（HZH）、南京（NAJ）、大連（DLG）、靜海（JIH）、北京（BMT）、紅山（LYH）、鄭州（ZZH）、太原（TAY）、天水（TSY）、銀川（YCB）和乾陵（QIX））和 Neal等（2000）得到的CLC（Carty Lake in the Canadian Shield）和 TUC（Tucson in the southwestern United States）的結(jié)果對(duì)比.其中，CLC臺(tái)位于加拿大穩(wěn)定的克拉通，具有低熱流密度和虧損的上地幔（Stott，1997）；TUC臺(tái)位于一個(gè)典型的活躍擴(kuò)張帶，具有高熱流密度且上地?？赡芎胁糠秩廴冢↙achenbruch and Sass，1978）.這兩個(gè)臺(tái)站具有典型的構(gòu)造環(huán)境和鮮明的地球物理學(xué)特征.

圖4 （a）昌黎臺(tái)的ρ＋和Occam反演結(jié)果，水平虛線代表ρ＋得到的δ函數(shù)，對(duì)應(yīng)于上坐標(biāo)軸電導(dǎo)的值，實(shí)線代表Occam反演結(jié)果，對(duì)應(yīng)于下坐標(biāo)軸電阻率的值；（b）Occam反演結(jié)果的梯度和拐點(diǎn)位置圖Fig.4 （a）1－D models inferred by the Occam andρ＋inversion at CHL（The delta function model byρ＋is shown by horizontal dash lines according to the upper coordinate axis and the Occam inversion is presented by curve according the lower coordinate axis； （b）The gradient of the Occam inversion result and the knee point of the curve

圖5中，綠色的線條給出的是太行山重力梯度帶以東的臺(tái)站，分別是昌黎（CHL）、杭州（HZH）、南京（NAJ）、大連（DLG）、靜海（JIH）.容易看出這些臺(tái)站在地幔過渡帶660km間斷面上方，和典型的克拉通CLC相比，電導(dǎo)率要比他們要高3～10倍，同時(shí)也高于活躍的構(gòu)造TUC地區(qū).這個(gè)結(jié)果和Ichiki等（2001）在中國東北地區(qū)得到的電導(dǎo)率相當(dāng)；在660～1000km，電導(dǎo)率逐漸收斂到1～2S·m－1附近.幾個(gè)臺(tái)站的電導(dǎo)率曲線隨深度的變化趨勢比較一致，這可能和他們?cè)谑艿教窖蟾_的影響的大背景有關(guān).還可以看出，昌黎（CHL）和大連（DLG）的電導(dǎo)率相對(duì)較高，這可能和他們處在新生構(gòu)造區(qū)域有關(guān)；紅色的線條主要是指靠近太行山重力梯度帶的幾個(gè)臺(tái)站，分別是北京（BMT）、紅山（LYH）和鄭州（ZZH）臺(tái)，這3個(gè)臺(tái)站在300～660km的范圍，電導(dǎo)率都低于華北地區(qū)東部的臺(tái)站，其中，鄭州（ZZH）和另外兩個(gè)臺(tái)站相比，有更低的電導(dǎo)率，其在300～400km的范圍和CLC臺(tái)曲線比較相似.隨著深度的增加，電導(dǎo)率逐步收斂到2S·m－1附近；粉色的曲線是處在山西斷陷帶的太原（TAY），其300～400km的曲線形態(tài)接近活躍的構(gòu)造TUC，隨著深度的增加，迅速減弱，電導(dǎo)率趨向于穩(wěn)定的CLC；藍(lán)色的線條表征的是鄂爾多斯塊體周邊的3個(gè)臺(tái)站，分別是天水（TSY）、銀川（YCB）和乾陵（QIX）.中央造山帶西部的乾陵（QIX）的電導(dǎo)率隨深度的變化的梯度從淺到深基本一致，并且電導(dǎo)率值比其他地區(qū)低近一個(gè)量級(jí)，這可能是一個(gè)冷的地幔通道（徐光晶，2009），是否與冷地幔柱有直接聯(lián)系，還需要進(jìn)一步研究.銀川（YCB）和天水（TSY）的地幔過渡帶的電導(dǎo)率和太行山梯度帶附近的（北京（BMT）、鄭州（ZZH）和紅山（LYH））的相當(dāng).在400km以上部分，銀川（YCB）和天水（TSY）的電導(dǎo)率比華北中部地區(qū)和TUC稍低，這可能主要受到巖石圈厚度的影響.華北地區(qū)西部相對(duì)穩(wěn)定，巖石圈厚度約150km，而東部的巖石圈厚度小于100km（吳福元等，2008），一般而言，穩(wěn)定的巖石圈熱流密度更低，具有更低的電導(dǎo)率（Neal et al.，2000）.在過渡帶部分，銀川（YCB）和天水（TSY）和穩(wěn)定的克拉通CLC相比，具有較高的電導(dǎo)率，這一方面可能是由于這幾個(gè)臺(tái)站都處在穩(wěn)定克拉通的周圍，而不是穩(wěn)定克拉通的正下方，另一方面也可能是華北地區(qū)整體的地幔過渡帶和CLC相比都具有更高的電導(dǎo)率.在660～1000km，幾個(gè)臺(tái)站的電導(dǎo)率曲線相差較大，它們深部的構(gòu)造環(huán)境可能比較復(fù)雜.

對(duì)上地幔中水的研究表明（Thompson，1992），對(duì)于像西太平洋這樣的成熟（或冷）的俯沖板條，通常的含水礦物主要表現(xiàn)為致密含水的鎂－硅酸鹽（DHMS），它們攜帶的水至少可以到達(dá)660km的地震波速不連續(xù)面，而在這種深度上，水是以熔體和礦物組分存在，并且熔體可以上升到巖石圈地幔.深部地球物理探測揭示了俯沖的太平洋板片滯留在 地 幔 過 渡 帶 的 現(xiàn) 象 （Fukao，et al.，1992；Huang and Zhao，2006；Li and Van der Hilst，2010；許衛(wèi)衛(wèi)等，2011），表明向西俯沖的太平洋板塊下插在太行山以東的華北克拉通東部之下，使后者位于俯沖大洋板片之上.西太平洋板舌俯沖到地幔過渡帶后，660km的地幔不連續(xù)面阻止了板舌的繼續(xù)向下俯沖，使得俯沖板舌被壓扁并沿著水平方向繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)（湯吉等，2006）.Maruyama等（2009）的地震學(xué)研究表明在華北地區(qū)，西太平洋俯沖板舌一直前進(jìn)到118°E附近，而停滯板舌含有較高的水分，這往往和高電導(dǎo)率相對(duì)應(yīng).在圖5中，基本以靜海（117°E）為界，靜海兩側(cè)的臺(tái)站有明顯的電導(dǎo)率差異，特別是在660km上方，東部呈現(xiàn)明顯的高導(dǎo)異常，這和地震學(xué)的結(jié)果具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系.

圖5 反演結(jié)果對(duì)比圖CLC（Carty Lake）、TUC（Tucson）、昌黎（CHL）、杭州（HZH）、南京（NAJ）、大連（DLG）、靜海（JIH）、北京（BMT）、紅山（LYH）、鄭州（ZZH）、太原（TAY）、天水（TSY）、銀川（YCB）和乾陵（QIX），410km和660km為地幔過渡帶的速度間斷面.Fig.5 Comparison of conductivity profiles from different stations

圖6 反演結(jié)果的東西向差異CLC（Carty Lake）、TUC（Tucson）、昌黎（CHL）、靜海（JIH）、紅山（LYH）、銀川（YCB）.Fig.6 Comparison of conductivity profiles from CLC，TUC，CHL，JIH，LYH，YCB

圖7 華北地區(qū)地磁感應(yīng)矢量圖（a）為實(shí)感應(yīng)矢量；（b）為虛感應(yīng)矢量圖.Fig.7 Observed geomagnetic induction vectors of period 230400sin North China.（a）Real part；（b）Imaginary part.

為了更清楚的比較華北地區(qū)電導(dǎo)率在東西方向的差異，我們給出了從東向西分布的4個(gè)臺(tái)站昌黎（CHL）、靜海（JIH）、紅山（LYH）和銀川（YCB）的電導(dǎo)率結(jié)構(gòu)和Neal等（2000）得到的CLC和TUC的結(jié)果對(duì)比，如圖6所示.從圖6可以比較容易地看出，從300km一直到地幔過渡帶下方，越靠近東方，其電導(dǎo)率越高，而鄂爾多斯周邊和太行山重力梯度帶附近的臺(tái)站在地幔過渡帶附近，差別不大.

另外，地磁感應(yīng)矢量的實(shí)部和虛部具有明確的物理含義，感應(yīng)矢量的實(shí)部指向電流集中的方向，一般由高阻指向低阻，而虛感應(yīng)矢量一般平行于異常體的邊界，指向構(gòu)造的走向（Schmucker，1970；陳小斌等，2004）.文中給出了華北地區(qū)230400s（這一周期主要對(duì)應(yīng)400km深度附近）對(duì)應(yīng)的實(shí)、虛感應(yīng)矢量的分布圖，從圖7上可以直觀的看出華北地區(qū)東部存在一個(gè)低阻異常，而且這個(gè)異常體的邊界大體呈南北方向分布，與太行山重力梯度帶的分布基本一致.

4 結(jié)論

（1）所獲得的300～1000km范圍的深部電導(dǎo)率結(jié)構(gòu)在大興安嶺—太行山重力梯度帶東西兩側(cè)的表現(xiàn)不同.東部的華北平原塊體下方，電導(dǎo)率要比西部地區(qū)更高，地幔過渡帶的電導(dǎo)率高出西部地區(qū)2～5倍，而西部地區(qū)及太行山重力梯度帶附近臺(tái)站所得到的地幔過渡帶的電導(dǎo)率和北美的Tucson地區(qū)相當(dāng).這種東西向的顯著區(qū)別和太平洋的俯沖方向相協(xié)調(diào)，太平洋板塊的俯沖，攜帶了巖石圈的水到地球深部環(huán)境，深部物質(zhì)脫水后上涌使大量水進(jìn)入俯沖帶上盤的地幔楔，使得上地幔具有較高的含水量（朱日祥等，2012），這可能是導(dǎo)致華北地區(qū)電導(dǎo)率較高的原因.

（2）電導(dǎo)率在東西向的差異與Zhao和Ohtani（2009）用地震方法得到的華北地區(qū)太平洋俯沖帶的俯沖板條停滯的位置存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，這從電磁學(xué)的角度印證了太平洋板塊俯沖是華北地區(qū)首要的動(dòng)力學(xué)背景.

（3）本文首次利用地磁臺(tái)站資料得到了華北地區(qū)大范圍的300～1000km深度的中上地幔電性結(jié)構(gòu)，和典型的加拿大克拉通CLC臺(tái)相比，華北地區(qū)整體具有更高的電導(dǎo)率.我們關(guān)注的的是300km以下部分，對(duì)淺部的約束不夠，要想充分的認(rèn)識(shí)華北地區(qū)的構(gòu)造背景，還需要將從地殼巖石圈一直到地幔過渡帶統(tǒng)一起來，這需要利用長周期MT的資料來進(jìn)一步補(bǔ)充殼幔巖石圈的數(shù)據(jù)，相關(guān)結(jié)果和論證工作，還需要進(jìn)一步研究.

致謝感謝中國地磁臺(tái)網(wǎng)提供本研究使用的數(shù)據(jù)，感謝匿名評(píng)審提供的寶貴的修改意見.感謝A D Chave，R L Parker和S C Constable分別提供了他們的RRRMT數(shù)據(jù)處理程序、ρ＋反演和Occam反演程序.感謝賈科博士在繪圖方面提供的幫助.

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