騰沖火山多地球物理參數(shù)模型

李俊秀，葉濤，張慧茜，黃清華,3*

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 應(yīng)急管理部國(guó)家自然災(zāi)害防治研究院，北京 100085 3 河北紅山地球物理國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，北京大學(xué)，北京 100871

0 引言

騰沖火山位于青藏高原東南緣南部，地處印度板塊與歐亞大陸碰撞前緣，是中國(guó)大陸著名的板內(nèi)火山.騰沖火山區(qū)分布從上新世到全新世68座不同活動(dòng)時(shí)代的火山，火山活動(dòng)早期主要分布在騰沖盆地西北和東南兩端，早更新世向盆地中心遷移，晚更新世至全新世活動(dòng)規(guī)模開始收縮，集中于盆地中心的南北線上(韓新民等, 1996; 姜朝松, 1998; 皇甫崗和姜朝松, 2000; 李大明等, 2000; 趙昕煒等, 2020).騰沖火山群屬于高鉀鈣堿性系列, 主要由玄武巖、安山巖、英安巖系列巖石組成，從基性巖到酸性巖都有分布(陳延方, 2003; 徐翠玲等, 2012).關(guān)于騰沖火山活動(dòng)的研究結(jié)果和資料表明，騰沖火山群地下巖漿并未停止活動(dòng)，潛伏著再次噴發(fā)的危險(xiǎn)(皇甫崗和姜朝松, 2000).據(jù)《徐霞客游記》記載，騰沖火山在1609年發(fā)生過噴發(fā)，此后一直處于休眠狀態(tài)，現(xiàn)今仍能觀察到其他熱液活動(dòng)的存在，其未來可能會(huì)發(fā)生更大的熱液噴發(fā)(Shangguan et al., 2005).騰沖火山巖漿演化結(jié)果(樊祺誠(chéng)等, 1999)表明，騰沖火山巖漿未來可能向富堿和富硅的酸性巖漿演化，其噴發(fā)將更具爆炸性和災(zāi)害性.火山活動(dòng)與其深部的巖漿源區(qū)的幾何結(jié)構(gòu)和分布直接相關(guān).因此，對(duì)騰沖火山巖漿源區(qū)的深部結(jié)構(gòu)研究具有重要的科學(xué)意義.

騰沖地區(qū)開展的深部結(jié)構(gòu)研究表明，騰沖火山區(qū)地殼厚度約30～40 km(鄧嘉美等, 2014; 張龍等, 2015; 胥頤等, 2017)，巖石圈厚度約78.2～88 km.巖石圈呈現(xiàn)可能由該區(qū)拉張與減薄作用形成的穹隆狀結(jié)構(gòu)(張龍等, 2015).同時(shí)，騰沖火山區(qū)表現(xiàn)為負(fù)重力異常值和強(qiáng)磁異常(姜枚等, 2016)、高熱流值(周真恒等, 1997)、高3He/4He值(趙慈平等, 2012)、低速(王椿鏞等, 2002; Wang and Gang, 2004; 楊曉濤等, 2011; Xu et al., 2012; Wu et al., 2016; 李雪壘等, 2017; Li et al., 2018; Hua et al., 2019)和低阻(孫潔等, 1989; Bai et al., 2001; 譚捍東等, 2013; Ye et al., 2018)等地球物理特征.這些地球物理參數(shù)特征指示騰沖火山區(qū)下方存在巖漿囊.然而，巖漿囊的分布和幾何結(jié)構(gòu)特征尚不清晰，存在較大爭(zhēng)議.根據(jù)相對(duì)地?zé)崽荻?，趙慈平等(2006)推測(cè)騰沖火山區(qū)在4～12 km地殼深度存在三個(gè)橫向尺度在19～28 km的巖漿囊.騰沖火山區(qū)P波和S波速度結(jié)構(gòu)顯示在地殼中存在地震低速異常，并推測(cè)這些低速異常為地殼巖漿囊(Wang and Gang, 2004; 楊曉濤等, 2011; 李雪壘等, 2017).該區(qū)地殼中存在三個(gè)高VP/VS比值，推測(cè)該區(qū)存在三個(gè)巖漿囊(Hua et al., 2019).大地電磁測(cè)深(MT)研究(Bai et al., 2001; 譚捍東等, 2013)分別在熱海地?zé)崽锵路?～15 km和馬站地區(qū)下方12～30 km深度范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)巖漿囊.Ye等(2018)利用騰沖火山區(qū)78個(gè)MT臺(tái)站獲得了該區(qū)地殼三維電性結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)火山區(qū)由南至北在瑞滇—固?hào)|、馬站—曲石以及熱海地區(qū)分別存在三個(gè)以低電阻率為特征的地殼巖漿囊，巖漿囊深度10～30 km.但是上述研究關(guān)于騰沖火山地殼巖漿囊的分布位置和幾何結(jié)構(gòu)并未形成共識(shí)，仍需進(jìn)一步研究討論.此外，關(guān)于騰沖火山下方是否存在巖石圈上地幔巖漿源區(qū)還有待證實(shí)，地震學(xué)結(jié)果(Wu et al., 2016; Li et al., 2018)顯示騰沖火山下方可能存在以地震低速為特征的巖石圈上地幔巖漿囊結(jié)構(gòu).然而，騰沖地區(qū)迄今開展的深部電性結(jié)構(gòu)研究結(jié)果中并未看到存在上地幔巖漿囊的電性結(jié)構(gòu)證據(jù).前人研究中(Bai et al., 2001; 譚捍東等, 2013; Ye et al., 2018)均基于寬頻帶MT數(shù)據(jù)，反演探測(cè)深度局限于地殼尺度，未能獲得上地幔尺度的電性結(jié)構(gòu)特征，從而制約了對(duì)騰沖火山巖漿源區(qū)結(jié)構(gòu)的全面認(rèn)識(shí).因此，騰沖火山地殼巖漿囊分布和是否存在巖石圈上地幔巖漿源區(qū)還缺乏較全面認(rèn)識(shí).

大地電磁測(cè)深法是一種基于天然交變電磁場(chǎng)探測(cè)地球內(nèi)部電阻率分布的地球物理方法，具有對(duì)地球內(nèi)部的溫度、水和熔融流體敏感等優(yōu)勢(shì)而廣泛應(yīng)用于全球范圍火山區(qū)的深部電性結(jié)構(gòu)研究中(如, Aizawa et al., 2014; Zhang et al., 2016; Gao et al., 2020; Abdallah et al., 2020; 李世文等, 2020).2011—2013年和2015—2017年間，中國(guó)地震局地質(zhì)研究所和北京大學(xué)理論與地球物理研究所，在滇西完成了一個(gè)170個(gè)MT臺(tái)站組成的陣列.與以往的大地電磁測(cè)深研究相比，研究區(qū)域更大，對(duì)討論騰沖火山區(qū)地下電性結(jié)構(gòu)更完備.之前的三維大地電磁測(cè)深結(jié)果已經(jīng)揭示在騰沖火山區(qū)中下地殼存在三個(gè)巖漿囊(Ye et al., 2018)，但仍可能還存在未知的巖漿囊結(jié)構(gòu)特征.Ye等(2020)利用這170個(gè)MT數(shù)據(jù)獲得了滇西地區(qū)精細(xì)的電性結(jié)構(gòu)模型，并對(duì)盈江地震和龍陵地震的發(fā)震機(jī)制進(jìn)行了討論，但未對(duì)該模型中騰沖火山的巖漿系統(tǒng)進(jìn)行討論.本文將在此基礎(chǔ)上，對(duì)騰沖火山區(qū)深部巖漿源區(qū)(巖漿囊)結(jié)構(gòu)進(jìn)行更全面討論，綜合相關(guān)地球物理探測(cè)結(jié)果，提出騰沖火山區(qū)多地球物理參數(shù)模型.

1 MT方法和數(shù)據(jù)

大地電磁測(cè)深法利用含有巨大能量的天然電磁場(chǎng)為場(chǎng)源，具有很強(qiáng)的能量和極寬的頻帶范圍，能夠穿透高阻層，對(duì)低阻體的分辨能力強(qiáng)，可探測(cè)到地下幾十甚至上百公里深度.通過測(cè)量地球電磁場(chǎng)的時(shí)變波動(dòng)，并在頻率域內(nèi)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行反演，從而對(duì)地下電阻率結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像.在頻率域，電場(chǎng)和磁場(chǎng)可以通過復(fù)阻抗的二階張量與麥克斯韋方程組聯(lián)系起來：

(1)

其中，ω為角頻率，Z為復(fù)阻抗，E為電場(chǎng)強(qiáng)度，H為磁場(chǎng)強(qiáng)度.復(fù)阻抗通常表示為視電阻率(ρa(bǔ))和相位(φ)：

(2)

φij=arctan(Zij).

(3)

本文基于的滇西地區(qū)170個(gè)大地電磁測(cè)深數(shù)據(jù)如圖1所示，其中62個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)為2011—2013年間由中國(guó)地震局地質(zhì)研究所用加拿大Phoenix V5-2000系統(tǒng)并采用遠(yuǎn)參考道技術(shù)(Gamble et al., 1976)觀測(cè)獲得(圖1中藍(lán)色三角形)，其余108個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)為北京大學(xué)理論與地球物理研究所于2015—2017年間采用德國(guó)Metronix GMS-07e系統(tǒng)進(jìn)行采集(圖1中黑色三角形).野外采用標(biāo)準(zhǔn)5分量十字型布站方式，觀測(cè)電磁場(chǎng)5分量Ex、Ey、Hx、Hy、Hz的時(shí)間序列.每個(gè)測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)時(shí)間40個(gè)小時(shí)左右.對(duì)兩種儀器所采集的原始時(shí)間序列分別進(jìn)行快速傅里葉變換和人工挑選等一系列處理后得到功率譜文件和MT頻率域響應(yīng).研究區(qū)內(nèi)大部分寬頻帶測(cè)點(diǎn)有效頻率范圍為0.001～100 Hz.Ye等(2020)利用基于非線性共軛梯度(NLCG)(Newman and Alumbaugh, 2000)的模塊化反演代碼ModEM(Egbert and Kelbert, 2012; Kelbert et al., 2014)獲得了研究區(qū)內(nèi)的三維電性結(jié)構(gòu)模型.

圖1 大地電磁測(cè)深臺(tái)站、火山分布

2 騰沖火山區(qū)下方的巖漿系統(tǒng)

基于Ye 等(2020)中的三維電性結(jié)構(gòu)模型，本文首先對(duì)騰沖地區(qū)地殼巖漿囊的分布和幾何形態(tài)及其物質(zhì)成分進(jìn)行了進(jìn)一步討論；之后通過長(zhǎng)周期MT合成數(shù)據(jù)探討在該區(qū)地殼中大規(guī)模低阻異常的屏蔽作用下，長(zhǎng)周期MT數(shù)據(jù)對(duì)巖石圈尺度的電性結(jié)構(gòu)約束程度，以提供騰沖火山深部巖漿源區(qū)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步研究方案.

2.1 騰沖火山區(qū)中下地殼巖漿囊分布

Ye等(2020)中的三維電性結(jié)構(gòu)的水平切片顯示騰沖火山區(qū)中下地殼存在三個(gè)低阻異常體C1、C2、C3.為了更好的觀察三個(gè)低阻異常體的形態(tài)，繪制了圖1中粗黑線對(duì)應(yīng)的三個(gè)垂直剖面圖的反演結(jié)果(圖2a、2b、2c).圖1顯示騰沖地區(qū)的火山分布呈南北走向.剖面1沿著火山分布走向；剖面2沿著檳榔江斷裂和大盈江斷裂；剖面3大致垂直于火山分布走向，過火山區(qū)中心.垂直剖面1(圖2a)顯示，C1異常體位于剖面1的最北端，在瑞滇至馬站一帶下方10～25 km深度范圍內(nèi)，之前的二維MT剖面也顯示在馬站地區(qū)下方12～30 km深度內(nèi)存在巖漿囊(譚捍東等, 2013)，并且在C1附近有大規(guī)模的火山巖出露，C1可能為這些火山巖的來源.C3異常體在剖面1的南端熱海地區(qū)的下方，深度范圍7～20 km，Bai等(2001)在熱海地區(qū)的二維MT剖面也揭示了在中下地殼存在低阻巖漿囊結(jié)構(gòu).剖面1附近的二維速度結(jié)構(gòu)顯示在地殼中存在大規(guī)模低速異常(Wang and Gang, 2004; 李雪壘等, 2017)，與在剖面1下方發(fā)現(xiàn)的低阻異常體對(duì)應(yīng).在Ye等(2018)的三維電性結(jié)構(gòu)模型中，騰沖火山區(qū)中下地殼內(nèi)由北至南存在三個(gè)導(dǎo)電異常體并解釋為巖漿囊，分別位于瑞滇、馬站南側(cè)、熱海下方10～30 km深度范圍內(nèi).與該結(jié)果相比，Ye等(2020)的結(jié)果中C1、C3與其形態(tài)相似，但規(guī)模更大；另外，在芒章一帶有火山巖分布，并且芒章至盈江一帶相對(duì)地?zé)崽荻戎递^高(趙慈平等, 2006)，騰沖至盈江一帶下方15 km深度范圍內(nèi)也表現(xiàn)為低P波速度(楊曉濤等, 2011)，因此，我們認(rèn)為Ye等(2018)研究結(jié)果中發(fā)現(xiàn)的地殼巖漿囊C2橫向上可能延伸至騰沖以西的盈江地區(qū).

圖2 (a)、(b)、(c)分別為剖面1、2、3的垂直切片圖(剖面的位置見圖1).(d)、(e)分別為剖面2和剖面3對(duì)應(yīng)的測(cè)試結(jié)果，即在深度范圍9.4～19.7 km，將C2異常體位置處的電阻率值設(shè)置為旁側(cè)的電阻率值1000 Ωm，并在反演過程中保持該區(qū)域的電阻率值不變的情況下所得的反演結(jié)果

由于C2異常體與前人的結(jié)果差異最大，為了進(jìn)一步驗(yàn)證C2低阻異常體的可靠性，本文使用ModEM程序?qū)ζ溥M(jìn)行了可靠性測(cè)試.首先將異常體C2處的電阻率值設(shè)置為周圍塊體的電阻率值1000 Ωm，將修改后的模型作為測(cè)試模型，正演得到相應(yīng)的MT視電阻率和相位的響應(yīng)曲線，與原始模型的響應(yīng)曲線一起和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如圖3所示，C2異常體上方的測(cè)點(diǎn)的測(cè)試模型響應(yīng)曲線和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)存在明顯的偏差，說明數(shù)據(jù)對(duì)C2異常體的約束能力強(qiáng).為了進(jìn)一步驗(yàn)證用高阻結(jié)構(gòu)替換C2低阻結(jié)構(gòu)所帶來的影響，將修改后的模型作為初始模型，使用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行反演，異常體C2內(nèi)部的電阻率值在反演迭代過程中保持不變.將原始模型(圖2b、2c)和進(jìn)行修改后的反演結(jié)果(圖2d、2e)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在C2異常體下方和旁側(cè)出現(xiàn)了大規(guī)模的低阻異常，說明擬合數(shù)據(jù)需要下方的C2低阻異常體.上述敏感度測(cè)試結(jié)果表明，原始模型中的C2低阻異常體是可靠的.

圖3 C2異常體位置處兩個(gè)典型測(cè)點(diǎn)(測(cè)點(diǎn)位置在圖2b、2c中標(biāo)出)的不同模型響應(yīng)的視電阻率和相位曲線

C2異常體從騰沖火山區(qū)中部向西沿著檳榔江斷裂和大盈江斷裂分布，檳榔江斷裂和大盈江斷裂為左旋走滑斷層.P波速度結(jié)構(gòu)顯示騰沖火山區(qū)東西方向?yàn)榉菍?duì)稱的地殼結(jié)構(gòu)，西側(cè)的速度明顯偏低(楊曉濤等, 2011; Xu et al., 2012)，這與西側(cè)的高導(dǎo)體對(duì)應(yīng).晚中新世-早上新世期間，騰沖地塊內(nèi)部以左旋運(yùn)動(dòng)為主，比如大盈江斷裂，騰沖地區(qū)由于巖石圈拆沉作用形成東西向伸展構(gòu)造，但左旋走滑運(yùn)動(dòng)制約著火山區(qū)南北走向凹陷展布，為火山噴發(fā)提供了通道(季建清等, 2000).在這一時(shí)期，騰沖火山區(qū)的巖漿可能沿著檳榔江斷裂和大盈江斷裂向西延展.因此，我們認(rèn)為Ye 等(2020)中的C2結(jié)構(gòu)可能是與騰沖火山區(qū)地殼巖漿囊同源的地殼巖漿囊結(jié)構(gòu).

2.2 地殼巖漿囊熔融流體含量分析

騰沖地區(qū)火山巖為高鉀鈣堿性系列，巖性主要為安山玄武巖、安山巖(徐翠玲等, 2012).騰沖新生代火山巖流體中水含量高(余明等, 2014).從熱泉逸出的氣體的碳同位素分餾結(jié)果表明，騰沖火山區(qū)下方巖漿囊中心位置的溫度在700～1200 ℃之間(趙慈平等, 2011).根據(jù)安山巖熔體含水量隨溫度變化與熔體電阻率的關(guān)系(Guo et al., 2017; Cordell et al., 2018)可知，安山巖熔體在1000 ℃，含水量為6 wt%和8 wt%時(shí)，安山巖熔體的電阻率分別約為0.3 Ωm和0.1 Ωm.騰沖火山區(qū)的巖漿囊的體電阻率的平均值約為10 Ωm，圍巖的電阻率約為1000 Ωm.根據(jù)修正的阿爾奇公式(Glover et al., 2000)：

σb=σmφm+σh(1-φ)p,

(4)

(5)

其中，σb為體電阻率，σm為熔體電阻率，σh為圍巖的電阻率值，φ為熔體百分?jǐn)?shù)，m為連通系數(shù)，對(duì)于大多數(shù)巖石，m的值在1.5(連通良好)到2.5(連通不良)之間.對(duì)于巖漿囊，我們認(rèn)為熔體連通良好，取m=1.5.繪制了熔體電阻率為0.1 Ωm和0.3 Ωm時(shí)熔體百分?jǐn)?shù)和體電阻率的關(guān)系圖(圖4)，可以看到體電阻率為10 Ωm時(shí)，熔體的百分?jǐn)?shù)為4.5%～9.4%.需要注意的是，由于我們對(duì)地下的溫度、礦物以及熔體的幾何形態(tài)了解有限，是無法做到精確估算的.根據(jù)我們的估算，騰沖火山區(qū)巖漿囊的熔體體積分?jǐn)?shù)相對(duì)較高，在4.5%～9.4%之間.

圖4 不同熔體電阻率值時(shí)體電阻率隨熔體百分?jǐn)?shù)的變化

2.3 騰沖火山區(qū)巖石圈上地幔巖漿囊

地震層析成像結(jié)果顯示在騰沖火山15～25 km和50～80 km深度有低速異常分布，認(rèn)為在上地幔中存在巖漿囊，為地殼中的巖漿囊提供物質(zhì)來源(Wu et al., 2016).但目前三維電性結(jié)構(gòu)模型無法提供騰沖火山區(qū)上地幔巖漿囊的電性結(jié)構(gòu)證據(jù).大地電磁測(cè)深對(duì)低阻異常體十分敏感，騰沖火山區(qū)地殼中存在大規(guī)模的低阻異常，會(huì)造成對(duì)其下方異常體的屏蔽作用，根據(jù)大地電磁的趨膚效應(yīng)，周期越長(zhǎng)，探測(cè)的深度越深，增加各測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)周期長(zhǎng)度，能夠提高深部的分辨率.為了驗(yàn)證在騰沖火山區(qū)地殼中存在大規(guī)模低阻異常體的情況下，長(zhǎng)周期MT數(shù)據(jù)是否能為上地幔中的電性結(jié)構(gòu)提供約束，本文使用了ModEM程序進(jìn)行了長(zhǎng)周期MT理論數(shù)據(jù)反演測(cè)試.我們?cè)隍v沖火山區(qū)上地幔中設(shè)置了不同的異常體進(jìn)行測(cè)試.在最優(yōu)反演模型(圖5)基礎(chǔ)上，在騰沖火山區(qū)下方50～70 km深度范圍設(shè)置了兩種規(guī)模的低阻異常體.在本研究的MT臺(tái)站位置處，使用了兩種長(zhǎng)度周期的數(shù)據(jù)分別對(duì)這兩個(gè)模型進(jìn)行測(cè)試，第一種為寬頻帶數(shù)據(jù)，周期范圍為0.01～1000 s；第二種為長(zhǎng)周期數(shù)據(jù)，周期范圍為0.01～20000 s.使用阻抗張量的非對(duì)角元素進(jìn)行反演，采用電阻率分別為20 Ωm和100 Ωm的均勻半空間初始模型.

圖5 原始模型.分別繪制了50 km深度的水平切片、南北向和東西向垂直剖面

初始模型為100 Ωm的均勻半空間時(shí)，兩個(gè)模型的測(cè)試結(jié)果分別如圖6、7所示.上地幔中異常體規(guī)模為90 km(x)×60 km(y)×20 km(z)時(shí)，根據(jù)周期為0.01～1000 s的數(shù)據(jù)的反演結(jié)果(圖6a)，50 km深度水平切片顯示在設(shè)置的異常體位置附近有大范圍的低阻異常出現(xiàn)，南北向剖面顯示上方的低阻異常體呈向下延伸，東西向剖面顯示在50 km深度以下有一個(gè)寬度約50 km、電阻率值約15 Ωm的低阻異常；長(zhǎng)周期數(shù)據(jù)的反演結(jié)果(圖6b)與其相比，南北向剖面中低阻異常向南延伸與剖面中部地殼中的良導(dǎo)體相連.總體來說，上地幔中異常體的規(guī)模很大時(shí)，長(zhǎng)周期數(shù)據(jù)和寬頻帶數(shù)據(jù)的反演結(jié)果對(duì)異常體都有所反映.上地幔中設(shè)置異常體規(guī)模為60 km(x)×40 km(y)×20 km(z)時(shí)(圖7)，寬頻帶數(shù)據(jù)反演結(jié)果對(duì)添加的異常體反映微弱，長(zhǎng)周期數(shù)據(jù)反演結(jié)果反映則較為明顯.

圖6 上地幔中設(shè)置90 km(x)×60 km(y)×20 km(z)、電阻率值為3 Ωm的低阻異常體的反演結(jié)果.分別繪制了50 km深度的水平切片、過異常體的南北向和東西向垂直剖面

圖7 上地幔中設(shè)置60 km(x)×40 km(y)×20 km(z)、電阻率值為3 Ωm的低阻異常體的反演結(jié)果，分別繪制了50 km深度的水平切片、過異常體的南北向和東西向垂直剖面

為了觀察數(shù)據(jù)對(duì)添加的異常體的響應(yīng)，選取了在設(shè)置的異常體中心(3號(hào)測(cè)點(diǎn))和邊緣(4號(hào)測(cè)點(diǎn))位置處的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，繪制視電阻率和相位曲線如圖8所示，測(cè)點(diǎn)的位置在圖6和圖7中標(biāo)出，對(duì)比兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的響應(yīng)曲線，位于中心的測(cè)點(diǎn)對(duì)添加的低阻異常體的反映更為明顯.當(dāng)異常體規(guī)模較大時(shí)(圖8a)，測(cè)點(diǎn)的視電阻率曲線顯示數(shù)據(jù)周期達(dá)到1000 s，加了異常體的模型及其反演結(jié)果比未加異常體的模型響應(yīng)曲線值更低，表明對(duì)添加的低阻異常體有所反映，周期越長(zhǎng)，這種偏差越明顯，對(duì)上地幔中的低阻異常體的反映也更強(qiáng)，模型在添加異常體的前后產(chǎn)生了3°左右的相位差值.當(dāng)異常體規(guī)模小一些時(shí)(圖8b)，添加低阻異常體前后的視電阻率和相位的曲線的差值更小，視電阻率曲線顯示在1000 s時(shí)無法將二者區(qū)分開來，因此需要更長(zhǎng)周期的數(shù)據(jù)才能反映出設(shè)置在上地幔的低阻異常體.測(cè)點(diǎn)的響應(yīng)曲線與上述的反演結(jié)果是一致的.初始模型為20 Ωm均勻半空間時(shí)的反演測(cè)試結(jié)果與初始模型為100 Ωm均勻半空間時(shí)的測(cè)試結(jié)果所得結(jié)論基本一致.測(cè)試結(jié)果中，雖然寬頻帶數(shù)據(jù)對(duì)上地幔中較大的低阻異常體有微弱的反映，但考慮到騰沖火山區(qū)地殼中存在較大規(guī)模的低阻異常，信號(hào)在到達(dá)上地幔前衰減很強(qiáng)，加上實(shí)際測(cè)量過程中噪聲的干擾，有效信號(hào)極易被掩蓋，而長(zhǎng)周期數(shù)據(jù)能在一定程度上提高信號(hào)在深部的分辨率.因此，未來探討騰沖火山區(qū)巖石圈尺度的電性結(jié)構(gòu)還需要長(zhǎng)周期MT數(shù)據(jù)的支持.

圖8 上地幔中設(shè)置的高導(dǎo)體位置處的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的視電阻率和相位曲線

3 討論

基于前文2.1節(jié)中的分析認(rèn)為騰沖火山區(qū)中下地殼的三個(gè)良導(dǎo)體為地殼中的巖漿囊.三個(gè)巖漿囊都在高黎貢剪切帶西側(cè)，第一個(gè)位于瑞滇—固?hào)|一帶，第二個(gè)位于芒章—盈江一帶，第三個(gè)位于熱海一帶.王椿鏞等(2002)的三維S波及P波速度結(jié)構(gòu)以及Wu等(2016)和Li等(2018)的三維S波速度結(jié)構(gòu)均顯示，除了在地殼中存在低速異常外，在上地幔中也有低速異常的存在.巖石學(xué)和地球化學(xué)的結(jié)果表明騰沖火山起源于上地幔(Du et al., 2005; Duan et al., 2019).因此，推測(cè)地殼中的巖漿囊來源于上地幔，可能存在上地幔中的巖漿囊.

晚中新世-全新世期間，騰沖火山經(jīng)歷了多期構(gòu)造變形和火山噴發(fā)，火山噴發(fā)受該區(qū)的扭張變形過程中發(fā)育的構(gòu)造控制，目前騰沖火山區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)為NNE-NE向擠壓、WNW-NW向拉張(Wang et al., 2007)，騰沖火山區(qū)的拉張變形為巖漿提供了上升通道，這種拉張變形可能和騰沖地區(qū)的巖石圈拆沉有關(guān).三維S波速度結(jié)構(gòu)顯示在騰沖火山上地幔頂部發(fā)現(xiàn)了類似于巖漿管道的低速異常(Wu et al., 2016)，并且騰沖火山區(qū)存在超殼斷層(Wang and Gang, 2004).因此，地幔中的巖漿囊受到高壓可能通過巖漿管道或斷裂系統(tǒng)向上遷移，為地殼中的巖漿囊提供深部來源.

結(jié)合前人的研究，基于騰沖火山區(qū)的三維電性結(jié)構(gòu)模型，我們提出的多參數(shù)的騰沖火山模型如圖9所示，在該模型中，在地殼中存在三個(gè)巖漿囊，可能存在上地幔巖漿囊，上地幔和地殼中的巖漿囊可能存在殼幔深部動(dòng)力過程的相互作用.但是，目前還沒有發(fā)現(xiàn)上地幔巖漿囊的電性結(jié)構(gòu)證據(jù)，我們的測(cè)試結(jié)果表明，長(zhǎng)周期MT數(shù)據(jù)能反映騰沖火山區(qū)巖石圈尺度電性結(jié)構(gòu).因此，在騰沖火山區(qū)布設(shè)更多的長(zhǎng)周期MT臺(tái)站能幫助我們更好地認(rèn)識(shí)火山區(qū)上地幔中的巖漿系統(tǒng).

圖9 多地球物理參數(shù)的騰沖火山巖石圈尺度的巖漿系統(tǒng)模型

4 結(jié)論

在本文研究中，由大地電磁測(cè)深得到的三維電阻率模型結(jié)合其他地球物理資料提出了騰沖火山區(qū)巖石圈尺度的巖漿系統(tǒng)模型.在中下地殼內(nèi)存在三個(gè)巖漿囊，第一個(gè)位于瑞滇—馬站一帶下方10～25 km深度；第二個(gè)從騰沖火山中部沿檳榔江斷裂和大盈江斷裂向西延展，深度范圍5～20 km；第三個(gè)位于熱海一帶下方7～20 km.地殼中的巖漿囊成分為含水的熔融體，根據(jù)修正的阿奇公式計(jì)算得到熔體百分?jǐn)?shù)在4.5%～9.4%之間.騰沖火山區(qū)可能存在上地幔巖漿囊，但目前的寬頻帶MT結(jié)果無法給出直接的證據(jù)，我們?cè)隍v沖火山區(qū)上地幔中設(shè)置低阻異常體，并利用寬頻帶MT和長(zhǎng)周期MT數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示長(zhǎng)周期MT數(shù)據(jù)能為騰沖火山區(qū)巖石圈尺度的電性結(jié)構(gòu)提供可靠的約束.因此，對(duì)于騰沖火山區(qū)地殼中巖漿囊的來源以及殼幔物質(zhì)相互作用的研究需要長(zhǎng)周期MT觀測(cè)的支持.