不同的地质体间的磁性差异可以引起磁异常,磁异常的位置和轮廓与地质体的位置和轮廓有一定对应关系(徐如刚等,2012; 张毅等,2013)。当一个磁性层或磁性体被断层错开时,不论是上下错动还是水平错动,当断距较大时都会使磁异常发生明显变化。岩层在出现断裂的情况下,其所反映的磁场强度一般会发生突变,即断层基岩层面的磁场强度会出现正负异常突变(林珍,2003; 管志宁等,2002; 安玉林等,2003)。本文正是通过观测地磁场的异常来确定地质目标的磁性分布,主要利用滨州—青岛剖面地磁场总强度数据进行处理反演,对滨州—青岛剖面局部地下磁化率结构进行分析研究。

滨州—青岛地磁总强度探测剖面由河北省地震局流动测量队于2015年7月中旬完成布设、测量,该剖面西起滨州,主要经过博兴县、广饶县、寿光县、潍坊市等,东结束于青岛即墨市,共布设50个测点,测点间隔为5～6 km,剖面总长约280 km,由西至东主要经过跨过7个断层(图1)。

剖面野外地磁总强度观测使用GSM—19T标准质子旋进磁力仪,观测作业执行《流动地磁测量基本技术要求(试行)》及其规范性附录^①。通过对滨州—青岛剖面50个测点的地磁总强度探测,形成滨州—青岛剖面地磁总强度标准观测数据集。

磁异常反映了地壳中、深部介质与磁性构造属性的信息,其形态、走向及结构在一定程度上可作为推断基底构造性质、断裂走向及不同构造单元与边界带的依据(管志宁等,2002; 段新力等,2011; 袁照令等,2000)。由于解析延拓数据结果量级较大,以第一个测点数值为基准,做曲线图(测点数据自西向东依次排列),分别得到2015.0年滨州—青岛剖面地磁总强度曲线图(图2)、岩石圈磁场曲线图(图3)、岩石圈磁场分层延拓结果曲线图(图4)。基于各曲线图展现的磁异常特征进行如下分析:

(1)从图2可以看出,滨州—青岛剖面总强度F数值从西向东整体呈下降趋势,东西差值近1 000 nT; 在断裂处,曲线出现了明显的起伏波动,其中在F₂、F₃、F₄断裂间曲线呈一个较强的波动,高值处可达250 nT,低值处可达-450 nT,数值跳跃较大; F₄、F₅、F₆断裂之间,曲线呈现较平缓的波动; F₆断裂以东30 km曲线又出现一较强的波动,绝对差值近500 nT; F₇断裂以西15 km处,曲线出现一个小幅度的提升。

图2 2015.0年滨州—青岛剖面地磁总强度曲线
Fig.2 The total geomagnetic intensity 2015.0 curve along the Binzhou-Qingdao profile

(2)从图3可以看出,曲线的波动主要在0值以上,剖面起始到50 km处,曲线处于平缓的滑行,数值约为-80 nT,F₁断裂位于其中; 从50 km处开始,曲线开始大幅度上升,在F₂断裂以西10 km处有一个缓冲之后,于F₂开始陡然上升,在F₂和F₃之间出现一个大的凸起,峰值约600 nT; 过F₃断裂后有一个约100 nT的抬升,于F₄断裂以西约10 km处回归0值,后在F₄断裂处抬升至420 nT,之后曲线出现连续波动的降低; F₅断裂处出现一个约-50 nT的值后又回到0值; F₆断裂以东30 km的范围内出现连续2个较大的起伏,最大值达460 nT,最低达-50 nT; F₇断裂以西出现一个范围约30 km的负值凹陷,最低值约为-180 nT。

图3 滨州—青岛剖面岩石圈磁场曲线
Fig.3 Lithospheric magnetic field curve along the Binzhou-Qingdao profile

(3)从图4可以看出,浅表磁场曲线变化特征与岩石圈磁场曲线变化特征基本相似,由西向东浅表磁场总体变化由平缓变为波动复杂后回归平缓波动,起伏较为剧烈区域为断裂分布较复杂地段; 中间层磁场曲线变化呈较小幅度的波动,分别在F₂、F₃、F₄断裂和F₆断裂以东30 km有一个起伏抬升; 基底磁场则呈现为一条较平滑的连续曲线。

图4 滨州—青岛剖面岩石圈磁场分层延拓结果曲线
Fig.4 Delamination extension curve of lithosphere magnetic field along the Binzhou-Qingdao profile

使用ModelVision Pro11.0软件对分层延拓数据进行反演,选用滨州—青岛剖面中间测点经纬度来计算该剖面在ModelVision程序中的地磁三要素(F、D、I),剖面实测长度约280 km。将获取的延拓基底磁场数据、中间层磁场数据、浅表磁场数据在ModelVision 中进行滤波之后,反演出对应层磁化率数据。然后将各层磁化率合并进行曲面样条拟合(高金田等,2006; 陈斌等,2016),得出滨州—青岛剖面地下磁化率复合结构(图5)。图5中的黑色虚线为根据地质资料勾画的断裂带位置,可对比图1。

图5 滨州—青岛剖面地下磁化率结构
Fig.5 Underground nagnetic succeptibility structure of Binzhou-Qingdao profile

滨州—青岛剖面地下磁化率结构可分为3层:浅表层、中间层和基底层,其中浅表层为低磁化率层,厚度约5 km,磁化率数值为0～0.05,磁化率结构整体从西往东呈升高趋势,在F₂断裂带以西主要呈负磁化率,在F₂断裂以西约20 km处出现深度约1 km的相对高负值团块; 在F₃和F₄断裂区域之间出现正值区域,磁化率值约为0.05; F₄断裂以东磁化率数值又开始降低,到F₅断裂处出现一长约5 km的稍低磁化率团块后,磁化率开始渐升; 从F₇断裂带往西开始,磁化率呈区域片状渐减。

中间层磁化率较高,磁化率数值为0.05～0.13,上界面距地表约5 m,下界面由西向东呈较浅—加深—变浅特征,下界面可能反映了居里面的埋深变化,其最浅处约为-18 km,位于最西端,最深处约为29 km,位于构造较复杂地段。该区域断裂构造的控制作用较明显,从西往东约40 km,磁化率结构呈上小下大层状结构,且分层明显,高值磁化率区域比例渐大; 进入断裂带区域,居里面加深,磁化率升高,整体磁化率在0.1之上,中间穿插一磁化率值约0.08的条带状区域,范围至F₆断裂带以西约10 km处,深度为-13～-20 km,其中在F₂～F₅断裂之间深度约-7～-10 km的区域出现一椭圆状高值块域,在F₄断裂带约-25 km处出现一小块圆状高值区域,F₅断裂带东部约-22 km处出现一较磁化率较高值区域,长度约10 km; F₇断裂带往东,居里面变浅,在-10 km区域出现一相对较低团块区域,数值约为0.07,长度约20 km,在其下方出现3个分散的相对高磁化率的圆形区域,笔者推断这4个地段可能存在磁异常介质。

基底层位于居里面以下,磁化率呈绝对较小值,约-0.01。

滨州—青岛剖面磁异常的分布在一定程度可以反映出区域构造分布、介质磁性结构差异。主要表现如下:

(1)滨州—青岛剖面地磁总强度,从西往东呈下降趋势,在断裂处磁场强度变化较大,多数为磁场强度增大,最大近400 nT,且在断裂复杂区域总强度波动较为剧烈。岩石圈磁场的变化亦有相应的特征,在局部断裂处特征被放大。由此认为可以把磁场总强度的增大作为一个判断地下存在断裂的依据。

(2)地下磁化率结构反映出了滨州—青岛剖面地下磁性介质的分布,在断裂带处一般会有高磁化率的团块出现。断裂的出现改变了地下磁性构造,反之利用地下磁化率结构是否可能得到地下构造单元的信息,将有待进一步研究。

(3)结合磁场强度变化曲线及地下磁化率结构分析,在F₆断裂以东约30 km处存在磁异常介质,或有断裂存在,或F₆断裂控制区域东移。

通过对滨州—青岛剖面磁异常数据反演,较好地反映出了研究区的深部磁性结构特征,对剖面地下深部的断裂和构造表现较为清晰。从磁性结构视角认识区域构造,结合地质、地球物理等研究结果,对区域构造带深部背景和孕震环境有着研究意义。