基于时变重力数据的川滇地区场源模型反演和解释

时变重力信号能反映地球内部介质迁移引起的不均衡变化, 本文利用三维欧拉反褶积方法, 通过建立合适的场源模型获得最佳反演参数, 并采用水平梯度滤波法消除部分虚假发散解, 优化反演结果。 在此基础上, 利用川滇地区2015—2019年流动重力重复观测资料, 分析了不同时空尺度的区域重力场动态变化特征, 开展对川滇地区重力变化场源特征的定性和定量研究。 结果表明: 欧拉反褶积方法能有效反演重力场变化异常的场源三维空间分布特征, 反演结果与2018年12月16日四川兴文县M_S5.7地震, 2019年6月17日长宁县M_S6.0地震及同年7月4日珙县发生的M_S5.6地震位置相对应, 揭示了区域内的构造活动特征, 为地表时变重力数据的反演和解释提供了思路和方法, 同时也对捕捉与深部构造相关的地震前兆信息、 开展强震中长期预测的应用研究具有现实意义。     

多源布格重力异常数据贝叶斯融合算法及其在川滇地区的应用

布格重力异常数据是研究地壳结构和变形的重要依据,由于观测手段、处理方法等存在差异,不同手段获得的布格重力异常可能存在数据噪声水平及起算基准不一致,从而引起多源布格重力异常数据难以有效融合的难题.为此,本文在传统等效源重力数据融合方法的基础上,通过引入贝叶斯参数优化准则,提出了一种新的多源布格重力异常融合算法.随后对川滇地区两条实测重力剖面布格异常和WGM2012模型计算布格异常开展了融合实验,结果表明:新算法不仅能显著降低不同异常中的非相干噪声,而且能将多源异常的系统偏差有效纠正.与已有布格重力异常相比,融合所得布格重力异常特征与川滇地区主要线性构造分布形态具有更好的一致性.本文给出的川滇地区融合布格重力异常同时兼顾了地表实测重力的高精度和卫星重力场全球模型的高分辨率,可为研究川滇地区地壳结构和构造区划提供更加有价值的地球物理基础资料.     

时变重力场球面模型反演算法和模拟实验

时变重力场是研究地球内部介质物性变化的重要手段。本文提出了一种适用于地面流动重力测量获得的时变重力信号的场源反演方法,该方法采用球坐标系下的六面体单元来模拟场源介质,适合大尺度地震流动重力测量数据的等效源模型构建。通过引入重力时变信号的一阶光滑先验条件,压制了时变重力信号中的短周期高频分量,可用于提取与地震孕育相关的长周期信号。通过理论和模型实验证明了本文算法的可靠性和稳定性,并使用南北地震带南段2014—2017年的流动重力实测数据进行了反演解释,获得了地壳内部等效场源的视密度时变信号,变化量级在正常地壳密度的±0.7‰之间,其空间形态受川滇菱形块体边界控制。研究成果可用于时变重力场模型解释和深部场源特征提取,可为地震重力前兆信号分析和相关研究提供完备的方法保障。     

基于欧拉反褶积方法计算川滇交界重力变化场源特征

本文以川滇地区2012-2014年来的多期流动重力观测网络数据为基础,采用欧拉反褶积方法对引起重力变化的场源深度和空间分布规律进行了反演和解释.本文通过构建理论模型。得到了最优的反演参数,并对实际数据进行了计算和分析.结果表明:选择构造指数(SI)为1时适合对流动重力数据进行反演.实际资料的反演结果显示在2012-2014年间的重力变化场源位置更集中于垂直于昭通断裂的北西向分布,场源深度分布在30±10 km范围,形态与鲁甸地震发震构造位置相似.这可能与2014年8月3日鲁甸M_S 6.5地震前的中上地壳的深部应力场变化相关.依据本文研究结果和方法,可以开展由场至源的定量研究,为流动重力变化信号的反演和解释提供一条新思路.     

起伏地形条件下流动重力数据处理方法研究

以地震监测为目的流动重力重复测量获取的重力年变信号通常在十几到几十微伽量级.但由于重力测点所处的地形高程不同,将空间测点直接插值得到的重力异常空间图像会叠加由于地形起伏引起的异常畸变.本文通过6面体模型定量计算了不同规模和埋深场源的地形效应;对青藏高原东缘地区测网的重力观测数据进行了分析处理,并通过位场曲面延拓校正技术消除了地形影响.结果表明,位场曲面延拓校正技术可以有效地改善重力数据质量,有利于更准确地圈定和认识异常的空间形态特征.     

河北文安5.1级地震前后重力场动态变化

分析了2006年7月4日文安5.1级地震前后文霸流动重力测网的观测结果,讨论了垂直形变和浅层地下水位变化引起的重力改变,并对重力资料进行了高程改正.研究结果认为,文安地震前后,测网出现了明显的异常变化,测区的重力异常以重力上升为主,且上升幅度大的区域主要在测网南部;地震震中在震前形成重力高梯度带,2005年10月至2006年4月短期内的重力变化表现最为明显;测区内的正负重力变化的分界线,地震前后出现逐渐偏转的特点,且在2007年10月逐渐恢复.     

川滇地区重力场特征及其与区域强震的关系

本文利用最新超高阶重力场模型EIGEN-6C2、全球DEM模型topo_15.1.img和地壳模型CRUST1.0等数据,研究了川滇地区的不同类型的静态重力场(自由空气重力异常、布格重力异常和剩余均衡重力异常)分布特征,探讨了区域强震与静态重力场之间的关系.整体上看,川滇地区自由空气重力异常FA与地形镜像关系明显,说明地形效应对重力场影响较大;由于扣除了地形效应,区域布格重力异常格呈现西北低、东南高的特征,总体反映了川滇地区地壳厚度变化的基本格局,并在此之上,叠加了各种强度不等的局部异常;利用Parker方法正演了Moho起伏引起的地表重力变化,将其从区域布格重力异常中扣除,得到反映地表密度分布的剩余重力异常.通过对比2000年以来发生的区域大震震源机制与不同静态重力场分布特征可知,逆冲/正断型地震(如汶川地震、芦山地震)往往发生在静态重力异常的高梯度带上,而走滑型地震(如玉树地震、鲁甸地震)发生在重力异常变化较为平稳的区域,这可能与断裂的性质及其所处构造环境有关.     

震前重力场变化质源体边界和危险区划定方法研究

在我国大陆开展的流动重力重复观测是监测地震前兆异常的主要技术手段之一。 对大地震前流动重力场观测资料研究结果表明, 区域性持续的重力场增加和减少与大地震发生有显著关系。 目前, 区域重力场变化监测已经成为一种常规前兆观测技术手段。 本文首先从三维倾斜台阶模型入手, 计算了理论重力异常, 并对异常进行变换, 找到了一种可以更好刻画其场源边界的方法, 并进一步应用空间相关系数法进行异常特征分析, 得到了从概率意义上估计危险区的方法。 最后, 本文尝试运用此方法对青藏高原东缘地区1998—2005年的四期流动重力测网资料进行处理和分析。 应用本文提出的异常处理技术, 可有效地圈定异常梯级带位置, 确定质源体边界形态, 并可以联合背景重力异常场等其他资料, 给出危险区发震概率的空间估计, 分析结果在年度震情会商中可以有效地对地震危险区的划定提供技术支持。     

辽宁地区时变重力场源变化特征分析

地震重力分析通过研究时变重力场变化获取地球内部介质物性变化信息.采用贝叶斯重力网平差方法对辽宁地区2011-2014年共计四年7期的流动重力观测资料进行处理,对研究区重力观测网总体监测能力做出分析,选用欧拉反褶积对研究区的重力变化场源深度及空间分布特征进行反演和解释.通过反演计算发现,在2013年灯塔Ms5.1地震前沈...     

设定场源参数的区域重力微变化特征与模型实验

流动重力测量作为地震前兆监测手段之一, 所得到的区域重力场微变化信号反映地壳内部密度变化、 地壳变形、 流体运移等信息。 采用定量化和模型化方法研究与地震孕育相关的重力场变化信号时空特征, 对于构建地震预报定量化指标体系具有重要意义。 通过设定场源参数构建了数值模型, 正演得到了多组不同场源条件下的重力场变化模型; 通过模型对比, 分析了重力变化与重力梯度变化对不同类型场源参数的关系。 研究结果表明: 重力垂直梯度变化对异常体边界比较敏感, 特对浅部异常更为敏感, 适用于圈定异常体范围。 以此为基础提出了观测系统的优化测量方案, 以及对观测精度的需求。 研究结果对于构建地震预报指标参数, 优化流动重力观测系统具有一定参考意义。     

THE DEPTH OF MOHO INTERFACE AND CRUSTAL THICKNESS IN SICHUAN-YUNNAN REGION,CHINA

By using moving average method to separate Bouguer gravity anomaly field in Sichuan-Yunnan region, we got the low-frequency Bouguer gravity anomaly field which reflects the undulating of Moho interface. The initial model is obtained after seismic model transformation and elevation correction. Then, we used Parker method to invert the low-frequency Bouguer gravity anomaly field to obtain the depth of Moho interface and crustal thickness in the area. The results show that the Qinghai-Tibet block in the northwest of the study area deepens and thickens from the edge to the interior, with the depth of Moho interface and the crust thickness of about 52~62km and 54~66km, respectively. The depth of Moho interface in Sichuan Basin is about 38~42km. In Sichuan-Yunnan block, the depth of Moho interface is about 42~62km from southeast to northwest. Beneath the West Yunnan block, west of the Red River fault zone, the Moho depth is about 34~52km from south to north. The Longmen Mountains and Red River fault zone are the gradient zone of the Moho depth change. Along the Red River fault zone, the depth difference of Moho interface is increasing gradually from north to south. No obvious uplift is found on the Moho interface of Panzhihua rift valley. The depth of Moho interface distribution in Sichuan and Yunnan is obviously restricted by the collision between the Indian plate and the Eurasian plate and the lateral subduction of the Indo-China peninsula. The mean square error of the depth of Moho interface is less than 1.7km between the result of divisional density interface inversion and artificial seismic exploration. At the same time, we compared the integral with divisional inversion result. It shows that:in areas where there is obvious difference between the crust velocity and density structure in different tectonic blocks, the use of high resolution seismic exploration data as the constraints to the divisional density interface inversion can effectively improve the reliability of inversion results.     

青藏高原东南缘多尺度重力场及构造含义

本文基于EGM2008重力场模型研究了青藏高原东南缘均衡重力异常和多尺度的布格重力异常特征, 以鲁甸和景谷地震为例, 认识其深部构造环境和动力学过程, 为该区域的构造运动和地震孕育环境研究提供依据。 结果表明, 研究区布格重力异常和均衡重力异常与地质构造格局相关性较好, 川滇地块剧烈的区域布格重力异常和非均衡状态与其强烈的地壳变形、 断裂及地震活动密切相关。 强震多分布在断裂带两侧重力异常的过渡地带和高梯度带, 断裂带两侧横向和垂向的显著介质密度差异是强震孕育的深部构造背景。 布格重力异常和均衡重力异常揭示的鲁甸、 景谷震源区深浅差异性的重力异常特征, 暗示鲁甸和景谷地震孕震环境的不同。     

GOCE卫星监测的中国区域重力异常

介绍了利用最新一代重力卫星GOCE(Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer)重力场模型数据计算重力异常的原理和方法,采用最新发布的GOCE重力场模型数据(2009年10月-2010年7月)计算了中国区域(70°～130°E,15°～55°N)的重力异常,为了进一步分析重力异常与区域地质构造及地震活动性的对应关系,将计算结果与中国区域地形、地震活动区域等资料进行了对比分析,结果表明利用GOCE重力场模型数据计算的重力异常能够较好的反映区域地质构造分布特征,而且强震震中通常位于重力异常变化剧烈的高梯度带上.     

邢台流动重力测网前兆异常变化特征研究

应用重力变化平面图和各点时序变化曲线．结合网区及周边地区震例,对邢台网重力场震前异常特征进行了研究。结果显示．网区重力场存在整体单调上升变化背景;重力场变化同周边地震活动水平明显相关;震前伴有网区重力场变化加速或转折过程,平面图出现大面积高值异常区。     

华北地区重力场变化特征与孕震模型研究

本文采用基于贝叶斯原理的重力平差方法对华北地区2009—2017年的16期陆地流动重力观测资料进行了统一处理,结合研究区内2009年以来4次M≥4.5 地震活动,分析区域重力场动态演化特征。基于华北地区均衡重力异常、布格重力异常、沉积层重力异常和莫霍面重力异常,研究华北地区三维密度结构特征,分析区域重力场变化与深部密度结构之间的关系。结果表明:研究区内近年来M≥4.5地震均位于区域差分重力场和累积重力场“零值”等值线附近、异常变化剧烈的梯度带及梯度带转弯部位,以及深部结构中理论均衡厚度与实际地壳厚度存在差异的非均衡区和三维密度结构的高低密度过渡带内。      

川滇地区Lg波Q值层析成像

利用云南和四川数字地震观测台网记录的数字化地震资料,开展了川滇地区不同频率的Q_Lg层析成像研究,反演结果的空间分辨率小于100 km.反演结果表明,川滇地区介质的横向不均匀性强烈,Q_Lg高低值差异显著.川滇地区显著的高衰减区有川滇菱形块体的东南边界（即沿鲜水河至安宁河以及思茅—澜沧—普洱区）,滇西北地区、龙门山断裂以西松潘—茂文地区、巴塘及理塘强震区等,Lg波高衰减区的分布与构造活动强烈、强震活动或大震破裂造成介质破碎区、低速区等相关,表明构造活动强烈或大震破裂造成的介质破碎、热物质沿活动断裂上涌等可能是川滇地区低Q_Lg的主要成因.显著的低衰减区有川东盆地、滇东南地区以及金沙江、怒江断裂的中段区域,滇中块体内部也呈现出相对的低衰减特征.Lg波低衰减区与地震活动性弱、速度正异常等相关,表明川滇地区Lg波的低衰减区与地壳变形、地震活动性及水热活动弱、块体稳定等有关.     

川滇地区重力场动态变化及其强震危险含义

基于川滇地区2011—2014年的重力复测资料,系统分析了区域重力场时-空动态变化及其与2012年云南彝良MS5.7、2013年四川芦山MS7.0、2014年云南鲁甸MS6.5和四川康定MS6.3地震发生的关系.结合GPS、水准观测成果和区域地质构造动力环境,进一步研究了区域重力场变化的时空分布特征及其机理,讨论了近期区域重力场动态变化的强震危险含义.结果表明:1重力变化与川滇地区断裂构造活动存在密切空间联系,重力变化较好地反映了伴随活动断层的物质迁移和构造变形引起的地表重力变化效应.2重力资料对测区内2012年以来发生的4次MS5.7以上强震均有较好反映,地震前震中区及其附近观测到明显的区域性重力异常及重力变化高梯度带,可能是地震孕育过程中观测到的重力前兆信息.3区域重力场动态演化大体反映了青藏高原物质东流的动态效应,龙门山断裂带地壳受挤压隆起、面压缩率和重力上升变化的特征最为显著.4重力场的空间分布及其随时间变化与地壳垂直与水平运动及地质构造活动等观测结果有一定的对应关系,强震易发生在重力变化四象限分布中心地带或正、负异常区过渡的高梯度带上,研究区的一些重力异常部位仍存在中-长期大震危险背景.     

中国大陆Pn波速度结构与强震孕育的深部背景

在作者以往工作的基础上，增加了中国地震年报（1997～1998年）、朝鲜以及我国各区域地震台网的数据，使Pn到时数据增加到近14万条，从中选取符合反演条件的8043次地震在581个地震台站上记录到的Pn射线99440条,重新作了中国大陆Pn波速层析成像,空间分辨率达到3°×3°. 文中将Pn波速度横向变化与活动地块的划分进行了对比,结果表明: Pn波速度横向变化与Ⅰ级活动地块区之间关系密切，大致以105°E为界，西部地区速度以正异常为主，其中西域地块区速度正异常最大，其次是青藏地块区，而滇缅地块区为负异常区；东部地区速度以负异常为主，华北地块区速度负异常最大，其次是东北亚地块区. 西部的地块区上地幔顶部Pn波速度各向异性的平均快波速度方向大体为NWW—SEE向;东部的地块区大体为NNW—SSE向，大致与相应的张应力优势方向一致. Pn波速度横向变化与强震活动间的关系也较明显，所有MS≥7.0的强震大部分发生在上地幔顶部Pn波速度的低速异常区上面的地壳内，少数发生在高、低速区域的过渡地带或两个高速区之间的相对低速部分.     

基于接收函数约束的川滇地区莫霍面深度反演研究

本文利用川滇地区宽频地震接收函数结果和WGM2012全球布格重力场模型数据,采用正则化参数和接收函数结果交叉验证得到最优莫霍面参考深度和上下界面密度差,使用基于球坐标系下的快速非线性重力反演方法建立川滇地区莫霍面深度模型.研究结果显示,川滇地区整体莫霍面深度介于30～69km,青藏高原内部地区莫霍面深度大于50km;四川盆地莫霍面深度在36～38km;攀枝花地区莫霍面出现明显的隆起和下凹,变化范围在42～48km;川滇菱形地块莫霍面深度在40～50km;滇西和滇南地块莫霍面深度由南向北逐渐变深,变化范围在38～44km.本文反演莫霍面深度与接收函数结果平均误差为0.18km,与该区域天然地震层析成像、人工地震探测以及重力数据反演结果基本一致,但细节更加丰富,进一步确认了莫霍面在攀西裂谷地区存在隆起,小江断裂带下方存在下凹的特征.该结果可作为精细化川滇地区地壳密度界面模型,为研究该地区岩石圈结构和地质构造演化提供参考.     

基于等效源的重力异常空间导数计算方法及其在川滇地区的应用

在综合分析前人研究成果的基础上, 采用基于贝叶斯准则的等效源模型滤波增强方法来识别地质体边界。 通过理论模型实验讨论了在相同的噪声水平情况下, 不同算法对于计算结果的影响, 模型实验结果表明, 与直接计算和传统高斯滤波增强技术相比, 新算法可以有效消除传统算法中普遍存在的对于噪声的过度敏感问题, 所得到的地质体边界形态失真更小。 随后, 利用此方法对川滇地区的重力数据进行了处理, 并对该地区的重力水平总梯度(THD)、 重力垂直梯度模(AVG)、 重力解析信号模量(AAS)、 重力水平梯度垂向导数(VGHD)应用效果进行了对比分析。 研究结果提供了川滇地区的构造分区信息, 对该地区构造演化、 边界定位及动力学过程分析具有重要的指导意义。