郯庐断裂带安丘、 莒县电磁台地壳电性结构研究
张继红1, 赵国泽2,*, 董泽义2, 王立凤2, 韩冰2, 王庆林1, 唐廷梅1, 王梅1
1)山东省地震局, 济南 250014
2)中国地震局地质研究所, 北京 100029
*通讯作者: 赵国泽, 男, 研究员, E-mail: zhaogz@ies.ac.cn

〔作者简介〕 张继红, 女, 1964年生, 2005年于中国科学技术大学获固体地球物理专业硕士学位, 正研级高工, 主要从事地震电磁学研究工作, E-mail: zjhrock@sina.com

摘要

郯庐断裂带中段的沂沭断裂带发生过多次中强地震, 其结构复杂, 是地震研究者重点关注的区域。 山东安丘和莒县电磁台都具有综合地电场和地磁场观测, 两台分别位于沂沭断裂带内的安丘-莒县断裂和昌邑-大店断裂上。 山东无棣电磁台位于郯庐断裂带西侧, 属冀东-渤海断块, 距安丘台230km, 但此前未曾对该台站的地壳深部电性结构进行过探测研究。 文中利用大地电磁测深方法(MT)对这3个电磁台站及其附近区域的探测数据进行研究, 结果表明, 3个台站的地壳电性结构有明显的差别, 分别与台站区域地质构造及其地震活动性存在对应关系。 在每个台站及其附近的4个测点分别得到优良的视电阻率和阻抗相位等数据, 经过一维和二维反演, 获得了3个台站的地壳深部电性结构, 并可与直流对称四级电阻率测深法得到的近地表的电性结构进行对比。 无棣台及其附近具有稳定地块的成层性地壳深部结构, 而安丘和莒县电磁台分别具有复杂的地壳电性结构, 呈现出活动地块边界带的结构特点。 安丘台和莒县台附近区域可分别以安丘-莒县断裂和昌邑-大店断裂为界, 将地壳电性结构分成2部分, 在断裂西侧即郯庐断裂带内部的中下地壳低阻层更发育, 昌邑-大店断裂西侧的低阻体可能含丰富的流体, 在区域的地震孕育发展过程中起着重要作用。

关键词: 郯庐断裂带; 电性结构; 极低频电磁探测技术; 大地电磁测深; 电磁台站
中图分类号:P315.72+ 文献标志码:A 文章编号:0253-4967(2019)05-1239-15
STUDY ON THE ELECTRICAL STRUCTURE OF THE ANQIU AND JUXIAN ELECTROMAGNETIC STATIONS IN THE TANLU FAULT ZONE
ZHANG Ji-hong1, ZHAO Guo-ze2, DONG Ze-yi2, WANG Li-feng2, HAN Bing2, WANG Qing-lin1, TANG Ting-mei1, WANF Mei1
1)Shandong Earthquake Agency, Jinan 250014, China
2)Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing 100029, China
Abstract

The Yishu fault zone is one of the branch faults of the Tanlu fault zone in its central part. Moderate and strong earthquakes occurred in the Yishu fault zone repeatedly. Due to its complex structure, the Yishu fault zone attracts much attention from earthquake researches. The Anqiu and Juxian electromagnetic stations in Shandong Province locate near the Anqiu-Juxian Fault and Changyi-Dadian Fault, which are branches of the Yishu fault zone, respectively. Geoelectric field and geomagnetic field observation were carried out in these two stations. The Wudi electromagnetic station is in the west of Tanlu fault zone in the Jidong-Bohai block and 230km from Anqiu electromagnetic station. This paper firstly describes the crustal structure near the electromagnetic stations by using magnetotelluric(MT)method. By processing the data carefully, we obtain the MT data in good quality near the stations. The MT data of each electromagnetic station and its nearby area suggests that the electrical structure and geological structure of the station are comparable. This paper applied 1-D and 2-D inversion for MT data and obtained the crustal electrical structure model beneath the Anqiu and Juxian seismic station. The shallow electrical structure from the MT method was compared with the results of symmetrical quadrupole electrical sounding. The model suggests that the electrical structure beneath the Anqiu and Juxian electromagnetic stations is complex and shows the feature of block boundary. The Wudi electromagnetic station is located inside a basin, the crustal structure shows layered feature typical for the stable blocks. Beneath the Anqiu electromagnetic station, there is a 1km-thick relative low resistivity layer in the shallow crust and a high resistivity body beneath it with a depth of 13km. There is a high resistivity structure in the crust beneath the Juxian electromagnetic station. The crustal structures are divided into two different parts by Anqiu-Juxian Fault and Changyi-Dadian Fault, respectively. More conductive layers appear to the west of the two faults. Plenty of fluid possibly exists within the conductive body to the west of Changyi-Dadian Fault, which plays important role in the earthquake generation. There is a relative low resistivity layer in the crust within 1~2km beneath the Wudi electromagnetic station. Beneath the relatively low resistivity layer, a relatively high resistivity layer extends to a depth of around 15km, and the resistivity value decreases with the increase of depth. The electrical resistivity model suggests the seismic activity of the Yishu fault zone around the Anqiu and Juxian electromagnetic stations should be taken into account seriously, and monitoring and research on it need to be strengthened. The results of this paper provide a certain reference value for the crustal structure research to similar stations.

Keyword: Tanlu fault zone; electrial structure; extremely low frequency electromagnetic technique; magnetotelluric sounding; electromagnetic station
0 引言

地球科学是一门观测科学, 需要较为科学而完整的观测台网作为支撑, 但大范围均匀密集布台既不科学也不经济。 根据中国地震监测预报的实践经验, 地震台站宜布设在未来一定时间内可能发生较大地震的区域, 如主要地震活动构造带、 地震重点监视区和地震预报试验场(国家地震局科技监测司, 1995)。

地球电磁学在现代电磁学的基础上推进和发展, 是电磁理论在地球介质条件下的应用, 并随着探测技术的发展而前行。 地震是发生在地球内部的一种自然现象, 地震的孕育和发生将伴随介质电磁性质的改变并产生一些与之相关联的电磁现象。 基于此, 很多国家逐渐建立地电、 地磁台网。 中国在20世纪50— 60年代开始建设地电、 地磁台网, 近十年得到快速发展。 很多台站具有长期连续观测资料, 部分台站还承担着国际地磁资料交换的任务。 电磁台站记录有丰富的观测资料, 既包括地震活跃期的观测记录, 也包括地震平静期的观测结果, 对不同时期的观测数据进行对比研究, 可对电磁地震预测起到推进作用(钱家栋等, 1998; 张继红等, 2001, 2005, 2010a; 黄清华等, 2006; 汤吉等, 2010; 马钦忠等, 2013; 杜学彬等, 2015)。 震源区在地壳深部, 震源的相关信息通过地壳介质传到地表被人们所发现, 在地表获得的震源信息与传播路径、 地壳介质及结构有很大的相关性, 因此研究地壳结构是地震预测不可或缺的内容。 因条件所限, 目前中国地震电磁台站对地壳电性结构的探测大多仅涉及到地表附近。

郯庐断裂带是中国东部的一条NNE走向的巨型断裂, 在中国境内长达2 400km(方仲景等, 1986)。 郯庐断裂带中段的沂沭断裂带(位于山东省及江苏省北部区域的郯庐断裂带称为沂沭断裂带)主要由4条NE向的断裂组成, 自东向西分别为昌邑-大店断裂(F1)、 安丘-莒县断裂(F2)、 沂水-汤头断裂(F3)和鄌郚-葛沟断裂(F4)(图1)。 沂沭断裂带及其周边为地震多发区, 历史记录(山东省地方史志编纂委员会, 1995)表明, 位于该断裂带上的山东安丘先后发生公元前70年6月1日M7地震(36.3° N, 119.2° E)和1668年7月26日M6.75地震(36.4° N, 119.2° E), 山东莒县于1672年6月17日发生了M6.0地震(35.6° N, 118.8° E), 1668年郯城发生了M8.5地震等。 地震研究者围绕该区域做了很多研究工作(晁洪太等, 1997; 王志才等, 1999, 2015; 张继红等, 2010b), 如在沂沭断裂带布设了较密集的电磁观测台网, 进行连续电磁场观测。 安丘电磁台位于安丘-莒县断裂(F2)上, 莒县电磁台位于昌邑-大店断裂(F1)上, 是郯庐断裂带的重点监视区域。 近年来在沂沭断裂带安丘、 莒县2个台站和冀东-渤海断块内的无棣电磁台(距安丘地震台约230km)布设了极低频电磁观测仪器(图1), 并开展了台站及其附近区域的地壳深部结构探测。 通过该项探测, 既可了解台站区域深部的构造背景、 研究地壳深部结构的中长期变化趋势, 又可为研究地震及地震异常现象的产生机理提供基础资料。

图 1 台站分布和地质构造(构造基于邓起东等, 2007)
F1昌邑-大店断裂; F2安丘-莒县断裂; F3沂水-汤头断裂; F4鄌郚-葛沟断裂
Fig. 1 The distribution of seismic stations and geological structure(geological structure data is from DENG Qi-dong et al., 2007).

图 2 直流电测深曲线
a 安丘台; b 莒县台; c 无棣台
Fig. 2 Electrical sounding curve.

1 台站构造环境和浅层探测结果

通过直流对称四级电阻率测深法研究了3个台站的浅层(近地表)电性结构。 直流电测深采用 “ 十字” 装置, 分别沿EW、 SN向布置。 图 2为在3个台站测量得到的电测深曲线。 安丘电磁台的2条视电阻率曲线大体呈 “ KHA” 型(图2a), 2条曲线的类型基本相同, 说明该点EW和SN 2个方向的地层沉积和岩性变化相同; SN向AB/2(AB为供电极距)为1.5~1 500m, EW向AB/2为1.5~2 000m。 参考安丘地震台的钻孔柱状图 , 分析认为该点的第四系约厚1.5m, 下部为白垩系王氏组地层, 厚838.5m。 莒县电磁台的2条视电阻率曲线类型也基本相同(图2b), 大体呈 “ AH” 型, 该台2个方向的岩性基本相同, AB/2为1.5~1 000m, 测点处第四系厚度为1.5~10m, 白垩系王氏组地层厚度为50~350m, 下伏崮山组地层。 无棣电磁台位于华北地台内的冀东-渤海断块中, 2条视电阻率曲线类型更加接近(图2c), 反映了台站位于沉积盆地区的特点; SN、 EW向AB/2均从10m开始, 于2 000m终止。 受地层产状影响, 同一深度下, 视电阻率ρ a值略有变化。 由于无棣临近渤海, 长期受到海水侵蚀, 属于盐碱地, 地表(浅层)的地电阻率很低, 总体呈低阻状态。

2 地壳深部电性结构探测
2.1 探测方法

采用大地电磁法(Magnetoteluric, MT)对3个台站的地壳深部结构进行了研究。 大地电磁法是利用天然源电磁场进行测量的电磁地球物理方法, 与电测深方法相比, 其克服了易受高阻层屏蔽的缺陷, 因而具有探测深度大、 精度高等优势(Tikhonov, 1950; Cagniard, 1953)。 由于大地电磁测深对地下流体较为敏感, 故其在断裂带、 破碎带和火山等地区的探测中发挥了重要作用, 在中强地震区对震源区结构的探测中可提供重要的信息, 以便更好地研究地震和地震前兆异常产生的机理(陈乐寿等, 1990; 赵国泽等, 1998, 2009, 2014; 魏文博等, 2003; 汤吉等, 2005; 肖骑彬等, 2007; 张继红等, 2010b; 詹艳等, 2014; 王立凤等, 2017; 叶涛等, 2018)。 此外, 还在上述3个电磁台站分别增加人工源极低频电磁(CSELF)观测。 CSELF这种新技术既能观测电磁场的异常变化现象, 也能够观测地壳深部包括震源区的结构变化(赵国泽等, 2003, 2010a, 2012; 陈小斌等, 2004), 具有研究不同深度电性变化的优势。

为了解每个台站及其附近地区的深部结构, 在每个台站开展了2种观测研究, 一种是在台站内部进行单点观测, 以了解台站正下方的地壳深部结构; 另一种是在台站附近进行多点剖面观测, 以了解台站及附近地区的地壳深部结构。 进行剖面观测时, 在台站两侧分别布设2个测点, 构成与局部构造走向近垂直的剖面。 对每个单点的观测资料用一维方法进行反演解释, 以研究台站下方地壳的电性结构随深度变化的细节, 并对比不同台站之间深部结构的差异, 以上分析有助于研究电磁异常产生的机理差异。 为了客观反映台站下方的电性结构, 对台站观测的2种极化方式的视电阻率曲线进行了一维反演, 并且对2种曲线的几何平均进行了一维反演, 得到每个台站3条曲线的反演结果, 用于分析台站的电性随深度的变化。 对每个台站及其附近测点组成的剖面进行二维反演和解释, 由此既可对台站及附近的深部结构有整体的宏观认识, 也能帮助分析台站内单点测量资料的一维反演结果, 了解台站与周围深部结构的关系。

利用大地电磁方法观测得到的视电阻率与深度的关系与电测深方法不同。 直流电阻率测深方法的视电阻率曲线通过发射电极距AB与深度对应(傅良魁, 1990), 而大地电磁法是根据地面观测的电磁场分量数据计算地面的表面阻抗张量, 估算信号的趋肤深度δ (近似的探测深度, 单位: km)与视电阻率ρ (Ω · m)的关系, T表示电磁场信号的周期(单位: s)。

δ=12π10ρT(1)

基于阻抗张量元素还可计算地下电性的主轴方向θ (电性走向或倾向), 结合构造分析, 可确定其方位对应的是走向还是倾向。 在二维条件下, 当观测坐标旋转到电性主轴方向时, 电场分量沿着电性结构走向时称为横电波极化(即TE极化), 电场分量沿着电性结构倾向时称为横磁波极化(即TM极化)。 进行二维反演前, 首先应根据二维偏离度判断二维反演的可行性。 分析结果表明, 3个台站大多数测点的二维偏离度< 0.3(即可近似为二维结构), 因此采用二维反演方法是合适的。 在进行二维反演时, 可采用沿剖面所有测点的TE极化或TM极化的视电阻率和相位进行反演, 也可采用TE和TM极化的联合反演。 根据前人的研究结果, 在多数情况下, 采用TM极化的视电阻率和相位资料进行反演可以得到较真实的地下电性结构(陈小斌等, 2005, 2009), 所确定的震源区上方的结构更加合理。 因此, 本研究基于TM极化的资料, 对每个台站的剖面进行了反演。

2.2 台站二维电性结构

2.2.1 安丘台

安丘台位于郯庐断裂带中段之沂沭断裂带的安丘-莒县断裂(F2)上。 在台站NW侧, 即F2断裂带以西布设安丘01和安丘02测点, 在SE侧依次布设安丘03、 安丘04测点, 其与安丘台站构成近NW向的剖面(图3)。 图3中的电性主轴方向是在安丘台站内的测点上观测的各个频点的电性主轴方向, 多数频点的主轴方向为近NE向(N29° E: 大地电磁观测结果是此轴与磁北的夹角为35° , 见图5, 而其与地理N的夹角应减去所在区域的磁偏角, 山东地区的磁偏角约6° , 故为29° , 下文莒县台和无棣台同理)或与之垂直的方向, 同时, 结合构造分析, 由于NE向为构造的走向, 故可知安丘台所邻近的F2断裂的深部断裂走向约N29° E, 而NW向剖面与构造走向近垂直, 适于进行二维反演。

图 3 安丘台和测点分布以及台站的电性主轴方向Fig. 3 Map showing Anqiu seismic station and measurement sites, and the geoelectric strike direction of Anqiu station.

图 4为安丘台和附近4个测点的视电阻率和阻抗相位曲线图(大多数频点达到优良要求, 符合大地电磁观测规范)。 由图可见, 安丘01和安丘02测点的视电阻率曲线具有相似的形态, 安丘03和安丘04的视电阻率具有相似形态, 安丘台的视电阻率显示出边界带的特点。 垂直郯庐断裂带于37° N布设的MT二维反演剖面(张继红等, 2010b)在安丘-莒县断裂(F2)与沂水-汤头断裂(F3)之间存在高阻区域, 与安丘01和安丘02点的高阻变化相吻合。 总体而言, 安丘台以西的地壳具有相对较高的电阻率, 对应沂沭断裂带F2以西地块中的局部高阻区, F2以东的地壳电阻率相对较低, 而安丘台恰好位于东、 西不同构造的边界上, 对应沂沭断裂带的安丘-莒县断裂(F2), 具有边界特点。 安丘台的视电阻率曲线高频段与其电测深曲线相吻合, 数值约100Ω · m(图2)。

图 4 安丘台及附近4个测点的视电阻率和相位(xyyx分别表示TE和TM极化)Fig. 4 Curves of apparent resistivity and impedance phase for Anqiu station and MT measurement site.

利用非线性共轭梯度法(NLCG, Non-linear Conjugate Gradient)对沿剖面的资料进行了二维反演, 结果见图5, 反演中设TM视电阻率和相位的背景误差为5%。 利用不同的正则化因子τ 进行多次试算, 比较资料拟合误差与粗糙度。 当τ =30时, 观测曲线的拟合度和粗糙度达到平衡, 反演结果具有较高的可信度, 将5个测点的均方根误差(RMS)绘于图的上方, 整个剖面的平均拟合误差为1.16, 说明资料拟合效果可以接受, 所得结果可信。 电性结构剖面(图5)显示, 在安丘-莒县断裂(F2)以西的地块, 自地表到约13km深处为高阻层, 其下方到地壳深部为相对低阻层, 在安丘02测点和安丘台之间的浅层存在低阻层。 F2断裂以东的地块, 地壳表层为1km厚的相对低阻层, 其下为厚约20km的高阻层, 高阻层的厚度大于西侧地块。 由于安丘台位于断裂上方, 即电性边界带上, 推测其视电阻率对构造变动反映较敏感。

图 5 安丘台和MT测点的二维反演剖面
TM 5%: TM极化的视电阻率本底误差为5%; τ 反演时正则化因子; Rod 电性主轴方位角; RMS 均方根误差
Fig. 5 Electrical resistivity models by 2-D inversion of the MT data along the profiles of Anqiu.

2.2.2 莒县台

莒县台位于沂沭断裂带的昌邑-大店断裂(F1)上。 在台站西侧即F1断裂带西侧布设莒县01、 莒县02测点, 在台站东南侧依次布设莒县03、 莒县04测点, 其与莒县台站构成近NW向的剖面(图6)。 图6中电性主轴方向是莒县台测点上观测的各个频点的电性主轴方向, 多数频点的电性主轴方向为近NE向(N34° E)或与之垂直的方向, 由于NE向为区域构造走向, 故可知昌邑-大店断裂(F1)在莒县台附近的深部走向约N34° E, 而NW向剖面与构造走向近垂直, 适于进行二维反演。

图 6 莒县台和测点分布及台站电性主轴方向Fig. 6 Map showing Juxian station and measurement sites, and the geoelectric strike direction of Juxian station.

莒县台和附近4个测点的视电阻率和阻抗相位曲线图(图7)显示, 位于F1断裂带西侧的莒县01和莒县02测点的视电阻率曲线具有相似的形态, 莒县03和莒县04测点位于F1断裂以东, 其视电阻率形态也相似, 以上现象说明4个测点分别位于2个不同的断裂块体。 莒县台的视电阻率曲线形态与F1断裂带两侧的变化不相同, F1西侧的点位视电阻率整体相对较低, 东侧的点位视电阻率整体相对较高, 莒县台的视电阻率整体介于东、 西点位之间, 显示出边界带的特点。 莒县台的视电阻率曲线高频段与其电测深曲线相吻合, 为800~1 000Ω · m(图2)。

图 7 莒县台及附近4个测点的视电阻率和相位(xyyx分别表示TE和TM极化)Fig. 7 Curves of apparent resistivity and impedance phase for Juxian station and MT measurement sites.

利用非线性共轭梯度法对沿剖面的资料进行了二维反演, 反演结果见图8。 反演中设TM视电阻率和相位的背景误差为5%。 当τ =30时反演结果具有较高的可信度, 将5个测点的均方根误差(RMS)绘于图的上方, 整个剖面的平均拟合误差为1.72, 说明资料拟合的效果是可以接受的, 所得结果可信。 电性结构剖面(图8)显示, 在F1断裂以西的地块, 深4~20km处为低阻区, 断裂西侧近地表的视电阻率明显低于东侧; F1断裂以东地块自地表至约10km深处为高阻层; 莒县台下方高阻层持续到地下30km深处, 在深10~12km处视电阻率略有降低。 总体而言, F1断裂附近区域的视电阻率东高西低, 莒县台位于断裂上方, 即电性边界带上, 其电阻率可能对构造变动反映更加敏感。

图 8 莒县台和MT测点的二维反演剖面
TM 5%: TM极化的视电阻率本底误差为5%; τ 反演时正则化因子; Rod 电性主轴方位角; RMS 均方根误差
Fig. 8 Electrical resistivity models by 2-D inversion of the MT data along the profiles of Juxian.

2.2.3 无棣台

无棣台位于山东省滨州市无棣县, 其临近渤海, 属华北地台内的冀东-渤海断块, 在台站西北侧布设无棣01和无棣02测点, 在台站南侧布设无棣03和无棣04测点, 其与无棣台站构成近NW向的剖面(图9)。 从图9中可以看出, 无棣台的电性主轴方向为N64° E和近 N26° W, 结合构造分析可知, N70° E为构造的走向。 埕南断裂位于台站北侧, 断裂地表走向近EW。 无棣台和附近4个测点的视电阻率和阻抗相位曲线图(图10)显示, 无棣台及南、 北4个测点的视电阻率曲线具有相似的形态, 反映出台站及周边的电性结构变化不大, 属于同一地块。 无棣台的视电阻率曲线高频段与其电测深曲线吻合, 为1~10Ω · m(图2)。

图 9 无棣台和测点分布及台站的电性主轴方向Fig. 9 Map showing Wudi station and measurement sites, and the geoelectric strike direction of Wudi station.

图 10 无棣台和附近4个测点的视电阻率和相位(xyyx分别表示TE和TM极化)Fig. 10 Curves of apparent resistivity and impedance phase for Wudi station and MT measurement sites.

对无棣台及4个测点组成的剖面进行了二维反演(图11), 反演中设TM视电阻率和相位的背景误差设为5%, τ =30, 将5个测点的均方根误差(RMS)绘于在图的上方, 整个剖面的平均拟合误差为1.14, 由此可知所得结果可信。 电性结构剖面显示, 浅层地表向下1~1.5km左右为低阻区, 由NW向SE低阻区逐渐增厚; 其下方到地壳约13km深处为相对高阻层, 点位之间没有明显的结构变化。

图 11 无棣台和MT测点的二维反演剖面
TM 5%: TM极化的视电阻率本底误差为5%; τ 反演时正则化因子; Rod 电性主轴方位角; RMS 均方根误差
Fig. 11 Electrical resistivity models by 2-D inversion of the MT data along the profiles around Wudi station.

3 台站地壳结构与区域构造对比分析

3个台站的地壳电性结构显示出其差异和各自的特点(图5, 图8, 图11), 表明其分属于2类不同的地质结构: 安丘台和莒县台位于郯庐断裂带(沂沭断裂带)之上, 台站近区测点的视电阻率曲线有较大的变化, 表现为多变的电性结构状态, 呈现出电性边界的特点, 总体为高阻; 无棣台所处位置覆盖层厚, 其周边测点与台站电性变化一致, 显示出相对稳定的平原区特点。 近地表层(0~1km深)的电测深曲线更能直观地反映地表及近地表地壳的电性变化。 安丘、 莒县的视电阻率远高于无棣, 主要是由于无棣临海, 地表受海水侵蚀, 为导电性强的盐碱地, 故呈现低阻特征。 尽管地表层(0~1km)的电测深曲线与MT视电阻率曲线通过不同仪器和方法测得, 两者的结果仍具有一致性。

对比郯庐断裂带的沂沭断裂带内部2个台站的电性变化可知: 安丘台地表及近地表(0~1km深)的视电阻率低于莒县台, 这与安丘台处于断裂带上, 台址岩石破碎严重, 同时受到地下水侵入, 导致地下水相对丰富有关。 对比横向变化可知: 安丘台地壳部分(自上而下)的视电阻率与周边几个MT测点的变化一致性低于莒县台, 说明安丘台周边电性结构的变化更大。 从地震活动性分析可知: 安丘-莒县断裂及周边的地震活动无论是能量还是频度都高于昌邑-大店断裂(图1), 这与2条断裂的深部构造有关。

通过地质学等方法得知沂沭断裂带中的昌邑-大店断裂和安丘-莒县断裂的地表走向均为10° ~25° (邓起东等, 2007), 通过大地电磁方法探测分析推测, 安丘台附近地壳断裂的优势走向为N29° E(电性主轴方向), 莒县台附近地壳断裂的优势走向为N34° E(电性主轴方向), 该结论是深部断裂走向与地表断裂走向存在差异的电磁地球物理学依据。

4 结论和讨论

大量研究表明, 相对稳定地块区的地壳电性结构具有成层性的结构特点, 而地块边界带或者活动构造带地壳呈现高、 低阻电性体相互交错发育的特点(赵国泽等, 2010b)。 无棣台位于相对稳定的地块内部, 该台及其附近区域的地壳电性结构大体可分为3层, 表层为相对低阻层, 其下约10km厚的相对高阻层覆盖在深部的相对低阻层上(图11)。 而安丘台附近地壳的电性结构中近地表层具有横向不均匀性, 以安丘-莒县断裂(F2)为界, 东部为约1km厚的低阻层, 但西部为高阻带, 且与深部高阻层连为一体, 深部高阻层向E有变深的趋势, 之下的低阻层在安丘-莒县断裂及其西侧的电阻率小于东侧(图5)。 莒县台附近的地壳电性结构更加复杂, 表层低阻层很薄, 仅出现在昌邑-大店断裂(F1)以西。 表层之下的高阻层厚度变化很大, 在F1断裂以西, 上地壳的高阻层底部被中地壳厚约10km的低阻体侵蚀, 推测该低阻体富含流体, 使得高阻层厚度不足5km, 而东部高阻层厚度> 10km。 中下地壳在昌邑-大店断裂以东整体表现为高阻体, 其东部高阻体的电阻率有所降低(图8)。 安丘台和莒县台的地壳深部结构反映了郯庐断裂带中段的活动性和电性特点。

本研究表明, 地壳深部断裂的走向与由地质学方法研究得到的昌邑-大店断裂和安丘-莒县断裂10° ~25° 的走向有差异, 安丘台附近深部断裂优势走向为N29° E, 莒县台附近深部断裂优势走向为N34° E。 安丘和莒县台深浅结构的关系以及复杂的深部结构特点, 反映了其位于频繁发生地震的活动的郯庐断裂带上, 本研究所探测到的地壳中部含流体的低阻体在地震产生过程中起到了重要作用(徐常芳, 1998)。

本研究首次对电磁台站及其附近地壳深部结构进行了探测工作, 所涉及的台站数目也有限, 但所得结果显示, 此项研究对于了解地震活动区深部结构特点和地震孕育发展过程、 解释地震前兆异常现象及其产生机理具有重要意义, 建议在更多的台站进行推广。

致谢 审稿专家对本文提出了宝贵的意见和建议; 作者在地质构造方面与山东省地震局王志才研究员进行了有益的探讨。 在此一并表示感谢!

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
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