简讯：美国大陆地区大地电磁阵列历经18年完成探测任务

文摘 2024-08-07 20:57 北京

经过18年的持续努力，大地电磁阵列（MTArray）项目终于完成了对美国大陆地区的全面探测。这项技术不仅揭示了地下结构和组成，还为地球物理学领域带来了深远的影响。

2024年6月25日，美国地球科学界迎来了一个历史性时刻——大地电磁阵列（MTArray）项目在路易斯安那州完成了其最后一个站点的部署，标志着对美国大陆地区的全面大地电磁探测工作圆满结束。这个项目由俄勒冈州立大学国家地球电磁设施（National Geoelectromagnetic Facility at Oregon State University）领导，自2006年启动以来，通过在沿海的俄勒冈州和华盛顿州部署大地电磁探测仪器，逐步扩展至全国范围。

在路易斯安那州完成的最后一个MTArray站点的部署

美国大陆地区MTArray部署时间线

大地电磁（Magnetotelluric，简称MT）仪器通过测量地表下的电磁场变化来了解地球内部的电导率结构。这些仪器能够捕捉到由太阳风产生的自然电磁波在不同波长下产生的电场和磁场。通过在一定区域内部署MT测点阵列，可以测量地球内部的三维电导率分布，这与地质结构、沉积物或岩石类型以及可能存在的流体特性密切相关。MT技术的应用，有点像医学成像可以揭示解剖结构的方式，能够揭示地下的地质结构。

MTArray项目的启动，是“地球透镜”（EarthScope）计划的一部分，该计划还包括了大地测量板块边界观测站（Plate Boundary Observatory，现称为“美洲网络”）和地震学探测阵列USArray。最初，该项目的规模较小，但随着初步结果的振奋人心，它迅速发展成为一个大规模的科研项目。目前，由EarthScope管理的NSF SAGE设施运营着超过30台MT仪器，支持全球范围内的MT调查。

美国大陆地区MTArray测点分布情况

该项目的顺利完成，得益于美国国家科学基金会（NSF）的资助，以及随后多个联邦机构的支持。这些支持部分是因为人们意识到，绘制美国全国的电导率结构图像对于直接应对空间天气灾害至关重要。空间天气事件可能会破坏电力基础设施，但这种风险在不同地区并不相同。在地球电导率较低的地区，电流会通过人类基础设施如管道和电线传播，给整个电网带来压力。为了帮助公用事业运营商了解如何减轻这种风险，我们需要知道所在地区的电导率如何变化。MT探测可以立即应用于解决这一实际问题。

美国空间天气预报中心根据MTArray数据得到的美国大陆地区地电场分布模型图

此外，MTArray项目还揭示了美国各地深部岩石圈的地质结构和活动。在太平洋西北部的初步成像结果显示，MT技术与地震成像相得益彰，独特地突出了俯冲带内的不同属性。对流体的敏感性使我们能够看到由俯冲板块携带向下的水分，这些水分导致热、干燥的地幔发生熔融，为上方的火山提供养分。板块界面上水含量和岩石类型的变化，也为那里发生的独特的“周期性震颤和滑动”现象提供了新的见解。

卡斯卡迪亚俯冲带电阻率分布截面图

（Egbert et al. / Nature Geoscience）

在其他地方，MTArray项目在黄石公园地区的成像结果揭示了该地区下方的岩浆分布情况。结合地震成像，这些数据为地壳中向上输送的部分熔融系统描绘了更为清晰的图景。

黄石地区电阻率分布截面图

（Kelbert et al. / Geology）

MTArray项目不仅在地质活跃区域有所发现，在地质相对稳定的区域也取得了重要成果。例如，它成像了中陆裂谷这样的大陆“深疤痕”——一个11亿年前形成的残余裂谷，从密歇根州和苏必利尔湖延伸到俄克拉何马州。

中陆裂谷地区电阻率分布图，裂谷范围如白色等值线所示

（Yang et al. / EPSL）

随着MTArray项目的完成，科学家们已经开始利用这些数据进行更深入的研究。这些数据不仅为美国大陆地区的地质结构绘制了一幅详尽的图像，为地球物理学领域提供了宝贵的信息，同时还可能激发新的地球物理技术，为地球物理学的发展开辟了新的道路。随着这项技术的不断进步和应用，我们有理由相信，未来将有更多的科学发现，为我们对地球内部的理解提供新的视角，以进一步揭示我们星球内部的运作规律。

该项目由俄勒冈州立大学国家地球电磁设施及其分包商（GSY、犹他大学、Zonge International、Green Geophysics）完成，得到了美国国家科学基金会（2006-2018年“地球透镜”计划）、NASA（2018-2020年）和USGS（2020-2024年通过与OSU的合作协议）的资助支持，并与EarthScope联盟（前身为IRIS）建立了合作伙伴关系。

*本文编译自EarthScope官方新闻稿，详见原文链接。

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