居里等溫面(簡稱居里面)是巖石圈內(nèi)部一個獨(dú)特而關(guān)鍵的溫度/磁性界面，其對約束巖石圈熱結(jié)構(gòu)、分析巖石圈構(gòu)造變形機(jī)制和動力學(xué)演化過程，以及地?zé)豳Y源評估等都具有重要研究價值。然而，其空間分布形態(tài)仍然存在爭議。對巖石圈磁場進(jìn)行反演，是獲取居里面分布最可靠的途徑。在中國大陸地區(qū)，現(xiàn)有研究結(jié)果眾多，但絕大多數(shù)來源于功率譜法。受限于頻譜波段選取、滑動窗口大小以及磁化率分型指數(shù)因子設(shè)置等不確定因素，不同研究結(jié)果存在較大差異。此外，功率譜法更適用于洋殼、火山等淺居里面區(qū)。對于中國大陸這樣由幾個前寒武紀(jì)克拉通碰撞拼貼而成的區(qū)域，等效源法或許是更好的選擇。但是，現(xiàn)有的等效源法研究非常稀少，僅有幾個全球結(jié)果，而其在中國大陸特別是西部地區(qū)，同構(gòu)造特征之間對應(yīng)性較差。

為了解決以上問題，中國地震局地球物理研究所的焦立果副研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合北京大學(xué)黃清華教授，發(fā)展了現(xiàn)有的空間域等效源正反演方法。根據(jù)巖石磁性統(tǒng)計特征，結(jié)合巖性分布和Crust1.0地殼分層模型，構(gòu)建了一個先驗(yàn)大陸巖石圈分層磁化率模型。在此基礎(chǔ)上，使用由EMM2017巖石圈磁場模型計算得到的200 km高度處的垂向分量Bz，基于Gauss-Legendre數(shù)值積分，采用Li-Oldenburg正則化約束反演，獲取了中國及鄰區(qū)大陸0.5?×0.5?的居里面分布，結(jié)果見圖1。

圖1. 本研究得到的中國及鄰區(qū)大陸居里面分布

反演結(jié)果同大尺度構(gòu)造特征具有良好的匹配性：塔里木、準(zhǔn)格爾和四川盆地等克拉通盆地具有45 km以上的深居里面；華北克拉通受中生代以來西太平洋俯沖導(dǎo)致的熱構(gòu)造事件的影響，其居里面整體淺于40 km，并表現(xiàn)為自西向東逐步抬升；而圖瓦-蒙古山彎、青藏高原西北部、江南造山帶以及印度次大陸內(nèi)的德干大火成巖省等地則表現(xiàn)為20 km以淺的居里面。研究區(qū)平均居里面埋深為30.4 km，略淺于全球大陸平均Moho面深度（~33 km）。

為同前人研究進(jìn)行對比，圖2給出了近期的兩個全球模型，并選取了4個剖面。GH21模型同樣使用了等效源法，但其在青藏高原整體表現(xiàn)為深居里面(>40 km)，而在塔里木表現(xiàn)為30 km左右的中等居里面，與本研究結(jié)果形成了鮮明對比，同這兩個區(qū)域的地質(zhì)、地震波速及電導(dǎo)率等研究也不匹配。L17模型使用近地表航磁為主的數(shù)據(jù)，采用功率譜法反演，其結(jié)果以中小尺度特征為主，同大尺度構(gòu)造特征之間對應(yīng)并不清晰，且在青藏高原西部等地由于缺乏數(shù)據(jù)而無結(jié)果顯示。但整體而言，L17模型在青藏高原顯示為淺居里面(<25 km)，而在塔里木顯示為中等或深居里面(>35 km)。

圖2. 近期兩個全球居里面模型.

(a) Gard and Hasterok 等效源法結(jié)果(GH21)；(b) Li et al. 功率譜法結(jié)果(L17)

幾個模型的剖面對比結(jié)果見圖3，剖面位置見圖2a。整體而言，L17模型(藍(lán)色實(shí)線)比另外兩個模型的居里面要淺。在東部，本模型(紅色實(shí)線)更為接近GH21(藍(lán)色虛線)，大致位于L17與GH21變化曲線之間。在西部，塔里木地區(qū)本模型顯著深于另兩個模型；青藏高原地區(qū)，本模型同L17模型有結(jié)果的地方相近，二者顯著淺于GH21模型。根據(jù)本模型計算的地表熱流(灰色實(shí)線)同實(shí)測熱流(灰色圓圈)符合較好。在東部，本模型居里面整體靠近Moho面(綠色實(shí)線)上部。在西部，塔里木、準(zhǔn)格爾和四川盆地地區(qū)，居里面在部分地區(qū)位于Moho面以下；而在青藏高原，前者則比后者要淺30~40 km左右。

圖3. 本研究得到的居里面模型同兩個全球模型以及構(gòu)造特征對比

上述分析表明，本研究通過建立分層磁化率模型以及發(fā)展現(xiàn)有的等效源法，得到的陸區(qū)居里面分布相對于前人研究同區(qū)域構(gòu)造以及地表熱流等具有更好的匹配特征。此外，與傳統(tǒng)認(rèn)識認(rèn)為Moho面是巖石圈磁性層的底界面不同，本研究表明在寒冷而穩(wěn)定的克拉通地區(qū)，居里面有可能位于Moho面之下。

上述研究成果在2024年發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊《Journal of Geophysical Research: Solid Earth》(Lei, Y., Jiao, L.*, Huang, Q*. & Tu, J., 2024. A continental model of Curie Point Depth for China and surroundings based on Equivalent Source Method. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 129, e2023JB027254. https://doi.org/10.1029/2023JB027254)。研究受國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(42074072)、國家自然科學(xué)基金地震聯(lián)合基金(U2239201)、中國地震局地球物理研究所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)(DQJB22B23, DQJB23X15)共同資助。

作者簡介

第一作者：雷宇，地磁學(xué)研究室北大聯(lián)培博士生，主要從事居里面反演及地殼磁性結(jié)構(gòu)研究。 Email:leiyu@cea-igp.ac.cn。

通訊作者：焦立果，地磁學(xué)研究室副研究員，主要從事地磁學(xué)、地震學(xué)和地?zé)釋W(xué)研究。Email: lgjiao@cea-igp.ac.cn。

通訊作者：黃清華，北京大學(xué)地空學(xué)院教授，主要從事地磁學(xué)、大地電磁、巖石圈構(gòu)造等研究。Email: huangq@pku.edu.cn。