对“用压缩质面法反演重力资料以估算地壳构造”一文的讨论

“用压缩质面法反演重力资料以估算地壳构造”一文发表在1977年第一期《地球物理学报》上。在应用过程中,我们发现一些问题,在此提出讨论。 1.平均密度问题 假定“深部重力异常”是由康腊界面与莫霍界面的起伏引起的(为了便于讨论,其它界面从略)。我们根据文献[1]作者常用的参数,做了两个起伏界面与对应的重力异常图(见     

河北省南部及邻区的地壳深部构造与地震

本文利用区域布格重力异常图(1:100万)和地质构造资料来研究河北省南部及其相邻地区的地壳深部构造特征,并讨论其与强震发生的关系。方法主要是运用三维重力正演计算,层层消除地壳浅部对布格重力异常的影响,得出一系列剩余重力异常和剩余深部重力异常,再根据异常图形的变换,探讨一些活动断裂和构造由浅到深的变化趋势。还用三维重力反演计算,求出了全区莫霍界面的深度,得到了全区的地壳厚度图,进而分析强震区的深部构造背景,这些对地震地质和烈度区划是有意义的。     

应县￣淄博剖面重力,地震测深联合解释

利用庆县￣淄博地震测深解释的二维速度结构，并将速度值转换为密度值，提供初始基本模型。运用任意多边形截面的块状二度体模型计算重力异常值，反演二维块状密度分布。计算结果表明：上、中地壳之间的滑脱面是一较明显的密度界面；下地壳底部的强速度梯度层－壳幔过渡带是一高密度层；五台山下部中、下地壳内的低速度块体是低密度块体。     

利用重力和地形观测反演中国及邻区地壳厚度

尝试了直接利用布格重力数据和地形数据反演计算中国及邻区的地壳厚度的方法. 为减小区域不均衡性和重力反演中的不唯一性的影响,本方法利用地表地形起伏修正传统反演方法中的参考深度,并经过多次的迭代使得反演结果逼近真实值. 在此基础上,绘制了中国及邻区1deg;times;1deg;网格的地壳厚度图,对中国及邻区的布格重力异常和莫霍界面的起伏数据进行了相关性分析, 其相关性系数为-0.993. 其地形起伏与莫霍界面的起伏之间也呈现出了海、陆不同的线性相关,其相关系数分别为0.96和0.91. 相关性计算结果显示,重力数据揭示的大陆和海洋的交界大致为水下800 m. 为了探讨地球曲率对该算法可能的影响, 还分别计算了分区反演以及整体区域反演两种模式,研究发现两者得到的地壳厚度偏差在5km以内,并分析了可能产生偏差的原因. 比较本文结果与地震测深及其它研究结果表明,独立使用布格重力异常和地形数据,能较为可靠地反演出中国及邻区地壳厚度.      

青藏高原三维地壳结构的重力正演模拟

青藏高原地壳结构的重力学研究主要集中于莫霍面深度反演及单个剖面的重力正演,但是,在亚东-格尔木与下察隅-共和之间没有地震测线的区域,地壳结构的研究受到限制.为了探讨从青藏高原中部到东部的地壳结构特征,本文采用三维重力正演的方法,对青藏高原三维地壳结构进行了重力正演模拟.研究结果显示,地壳各层界面起伏较大,表明高原地壳变形强烈.研究区域中,藏南喜马拉雅地体界面相对较浅,处于界面陡变带,往北进入拉萨地体,界面相对变深.正演剖面中,大的界面起伏与大的断裂构造有关,莫霍面的陡变也暗示着莫霍面存在错断现象.东构造结莫霍面有抬升现象,在玛多附近莫霍面有下凹现象.地壳分层正演显示,32 km以下地壳产生的重力异常占总异常的80%以上,低速层及高速体产生的重力异常最大可占到总异常的10%左右.     

喜马拉雅山脉中部地区的地壳构造及其地质意义的探讨

利用压缩质面法反演重力资料,得到了喜马拉雅山脉中部地区的莫霍界面、康腊界面及花岗岩Ⅰ层底部界面的等深线图。从这些图可以看出,在喜马拉雅山区,上述各个地壳界面剧烈变化,喜马拉雅山正处于向北逐渐加深的斜坡上,地壳还缺乏“山根”,因而这个地区的地壳还未达到均衡。但藏南的楚中、查当至戛隆公巴一线以北地区,地壳已处于均衡状态。喜马拉雅山区目前还在逐步上升,说明有比均衡调整力更为强大的板块构造运动力存在。由地震机制的压力轴近于由南向北,以及一系列逆断层性质的大断裂,说明存在印度板块向北运动与亚洲板块互相挤压碰撞。由喜马拉雅山地区浅源地震震中呈带状分布及深部地壳构造特征得出,莫霍界面的急剧变化、地壳未达到均衡是容易发生大地震的深部构造环境。     

用四维反演方法研究地震活动的深部环境

导出了用重力和水准重复测量资料反演地壳界面密度和垂直形变随时间变化的四维反演公式，并对甘肃河西地区（包括祁连山地区）和滇西北地区的重力和水准重复测量资料进行了计算。根据计算结果，分析了2个地区莫霍西密度变化速率和垂直形变速率与地震的关系。结果表明：甘肃河西地区和滇西北地区莫霍面密度大规模减小和莫霍面大范围隆起可作为1年尺度的地震预报的深部判据。地震往往发生在莫霍面隆起区与沉降区、密度减小区与增长区的过渡地带。     

利用地震层析成像数据修正中国西北地区莫霍界面深度

考虑到地壳和上地幔密度异常对地表重力的影响,本文提出了修正单纯利用重力资料 反演地壳厚度的算法．该算法利用地震层析成像结果推算出地壳和上地幔密度异常分布,然 后计算由此分布引起的地表重力异常,再从观测布格重力异常中扣除上述密度异常引起的重 力效应,最后在地壳均衡假设的基础上顾及到对反演参考深度的修正,直接反演区域地壳厚 度．本文利用胥颐等地震层析成像的数据,修正了中国西北地区莫霍界面的深度．结果表明, 该区域地壳和上地幔密度异常引起的地表重力异常值为——60times;1O-5m／s2～30times;10-5m／s2． 与直接使用布格重力异常反演地壳厚度相比较,该密度异常对该区域莫霍界面将产生约6 km 的修正．本方法使得利用重力数据反演地壳厚度在理论上更为完备,实际应用中也比较可 行,为更进一步逼近莫霍界面的真实形态提供了一种途径．      

辽南地区地壳构造轮廓

为了研究辽宁省海城7.3级地震发生的地质背景--辽南地区的地壳构造,根据已有的反映深部界面起伏的重力资料,以及本文提出的方法除去新生代沉积和浅部构造影响后的重力异常,用等效压缩质面方法计算莫霍界面深度。并采用密度差异的原理,从重力异常中分解出康拉界面的影响,从而求得康拉界面的深度。根据13条计算剖面的结果,给出辽南地区的康拉界面和莫霍界面的分布。根据莫霍界面的起伏,此地区大致可划分为三个部分。中部:为一北东向的上地幔隆起带,北低南高,一直向西南延伸入渤海。隆起的东南坡陡,西北坡缓,且呈台阶式次第下倾。在此大的构造背景上展布了一系列具有相当规模的次一级正、负构造。地壳厚度在隆起部分为31-32公里,但其东缘较薄,约为30公里左右。东南部:地壳厚度一般为34-35公里,最大可达38公里.西北部:地壳厚度向西北方向由34公里逐渐增至40公里左右。海城地震就发生在中部隆起带的较陡的东南坡上。 文中对有关的计算方法作了简要的介绍。并对一些问题进行了讨论。     

利用重力资料研究地壳分层结构的遗传反演方法

根据模型分解思想，采用变密度多层地壳密度模型，据此推导了相应的重力异常正演计算公式。以遗传算法为基础，结合上述重力异常正演公式，形成了地壳多层密度结构的遗传反演方法。     

利用重力资料反演三维密度界面的质面系数法

文中给出一深度为h的水平矩形质面在地面产生的重力公式,对比了此公式算出的重力异常与三维长方体公式算出的重力异常,得出:当三维地质体的厚度与其埋深之比小于0.2-0.4时,二者的重力效应几乎相等,它们之间最大偏差在1-3％以内。用给出的重力公式进一步导出了重力反演三维密度界面的质面系数法。用理想模式检验,结果表明,本文给出的方法收敛快,反演误差较小,计算效果较好。最后用一实例,验证了方法的适用性。     

龙门山断裂带地壳密度结构

研究龙门山及邻区地壳密度结构对于认识该地区地震活动性具有重要意义.根据龙门山及邻区( 100°～105°E,28°～33°N)的布格重力异常资料,选取了跨越龙门山断裂带的6条重力测线,在深地震测深资料约束下,使用Geosoft软件分别反演出了龙门山地区地下的沉积层、康拉德界面和莫霍面的深度分布.研究结果表明:龙门山断裂带两侧的地壳结构明显不同,西面高原地区沉积层较薄,大部分为基岩出露;而东边盆地沉积层明显较厚,多在6km以上.莫霍面和康拉德面在两侧均相对平缓,康拉德面从东部的大约24km增加到青藏高原山区的35km左右;莫霍面深度从东部盆地的大约42km增加到西部青藏高原的67km左右.龙门山断裂带整体表现为一条近SN向的陡变重力梯度带,并在其地壳内各界面均发生错断,莫霍面和康拉德面错断距离分别达6 ～ 7km和3～ 5km.该区地壳的这种陡变和不均匀性是导致地震活动性强烈的主要原因之一.     

鄂尔多斯—中秦岭—四川东部的重力异常场与深部地壳结构

本文基于在跨越鄂尔多斯盆地、中秦岭造山带与渭河盆地、四川盆地东部长达1010km的综合地球物理探测剖面,实地采集的最新高精度重力位场数据,分析了不同构造单元的重力位场特征,构建了该剖面区域的地壳密度结构模型.进而通过分析地壳内部不同密度界面的横向差异特征及分区,确定了该剖面区域内的断裂分布,提出了鄂尔多斯盆地—中秦岭造山带—四川盆地的"盆-山-盆"型构造体系的新认识.     

南海海盆三维重力约束反演莫霍面深度及其特征

利用南海海盆及周边最新的重力,经过海底地形、沉积层的重力效应改正,并采用岩石圈减薄模型的温度场公式,校正了从张裂边缘到扩张海盆的热扰动重力效应.通过研究区的地震剖面和少量声呐数据得到的莫霍面深度点作为约束,采用基于"起伏界面初始模型"的深度修正量反演迭代公式,反演、计算了研究区的莫霍面深度及地壳厚度.结果表明,海盆区莫霍面深度在8~14 km之间,地壳厚度在3~9 km之间;东部海盆和西南海盆残留扩张中心沿NNE向展布向西南延伸至112°E,莫霍面深度超过12 km,地壳厚度在6 km以上,而西北海盆没有明显的增厚扩张中心;在西南海盆北缘的中沙地块南侧,存在一个近EW向地壳减薄带,地壳厚度在9~10 km;莫霍面深度14 km的等深线和地壳厚度9 km的等值线可指示洋陆边界位置.     

用于区域重力场定量解释的多尺度刻痕分析方法

本文介绍一个把小波多尺度分析、表面刻痕分析以及位场频率域解释理论和反演方法结合起来的数据处理、反演解释和信息提取的方法系统.这一方法系统简称为区域重力场多尺度刻痕分析方法,应用于刻画地壳分层的三维密度结构、地壳变形带分布和构造单元分区.多尺度刻痕分析包含频率域重力场场源分层、重力场小波变换多尺度分解、场源分层深度及密度扰动反演、分层刻痕分析和构造边界定位四个子系统.文中扼要地介绍这四个子系统基本原理、方法技术及应用效果.从地球物理探测到大地构造学发现,是一个多学科综合研究的探索过程.要取得重大研究成果,必须研发和组合来自不同学科的多个新方法技术,使多学科综合研究有宽厚的理论支撑.本文介绍的四个子系统组合的理论支撑分别来自应用数学、地球物理学和信息科学.     

DEEP STRUCTURE OF NORTHERN HENAN PROVINCE AND ADJACENT AREAS DERIVED FROM GRAVITY AND SEISMIC SOUNDING DATA IN RELATION TO DISTRIBUTION OF EARTHQUAKES

We conduct the wave field separation of the gravity field for northern Henan Province and adjacent areas by the wavelet multi-scale decomposition method, and obtain multi-order gravity wavelet details and regional gravity field information. Then the Parker density surface inversion is used to invert the Moho interface. Based on the analysis of wavelet details in different orders and results of three seismic sounding profiles available in this area, we attempt to reveal the deep crustal structure of the study area. Research results show that the crustal structure is dominated by uneven density distribution accompanied by uplifts and depressions in the region with obvious heterogeneities of the density in horizontal and vertical directions. The gravity field characteristics in the middle-upper crust correspond to the surface topography, the lower crust is dominated by the large-scale high-low gravity anomalies, and several major depression basins show the characteristics of low velocity and low density. At the same time, the depth of the Moho interface changes greatly, which forms the block structure pattern of the regional crustal thickness. Among these features, the area with relatively large variations of the Moho is located in the transition zone of the basin to the Taihang Mountains, or exactly the Moho mutation belt. The Moho interface of the basin area as a whole is dominated by the uplift intertwined with local variations, of which the least and largest depths are 31km and 37km, respectively. Due to the gravity isostasy, the crustal thickness is larger(about 41km)in the northwest of the Taihang Mountains, with less average crustal density. In the study area, earthquakes tend to occur around the transition zone with density changes where the Moho is locally convex. The seismogenic mechanism may be associated with upwelling of upper mantle materials, low-velocity and low-density structures in the middle-lower crust and connection of deep large faults. Moreover, the deep large faults play a controlling role in the distribution of regional earthquakes.     

长江三峡地区三维重力反演研究

本文根据最新获得的长江三峡工程坝区及外围1/50万完全布格重力异常图和人工地震测深结果,利用Parker-Oldenburg快速位场反演方法研究了该区地壳深部结构.在计算过程中,通过采用模型分解、正则化及自下而上逐层反演等方法,首次获得了该区上、中、下地壳分界面的展布图象,并围绕着该区地壳深部构造的几个共同关心的问题讨论了它们的地质构造意义.     

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.     

Global Crust-Mantle Density Contrast Estimated from EGM2008, DTM2008, CRUST2.0, and ICE-5G

We compute globally the consolidated crust-stripped gravity disturbances/anomalies. These refined gravity field quantities are obtained from the EGM2008 gravity data after applying the topographic and crust density contrasts stripping corrections computed using the global topography/bathymetry model DTM2006.0, the global continental ice-thickness data ICE-5G, and the global crustal model CRUST2.0. All crust components density contrasts are defined relative to the reference crustal density of 2,670 kg/m³. We demonstrate that the consolidated crust-stripped gravity data have the strongest correlation with the crustal thickness. Therefore, they are the most suitable gravity data type for the recovery of the Moho density interface by means of the gravimetric modelling or inversion. The consolidated crust-stripped gravity data and the CRUST2.0 crust-thickness data are used to estimate the global average value of the crust-mantle density contrast. This is done by minimising the correlation between these refined gravity and crust-thickness data by adding the crust-mantle density contrast to the original reference crustal density of 2,670?kg/m³. The estimated values of 485 kg/m³ (for the refined gravity disturbances) and 481?kg/m³ (for the refined gravity anomalies) very closely agree with the value of the crust-mantle density contrast of 480?kg/m³, which is adopted in the definition of the Preliminary Reference Earth Model (PREM). This agreement is more likely due to the fact that our results of the gravimetric forward modelling are significantly constrained by the CRUST2.0 model density structure and crust-thickness data derived purely based on methods of seismic refraction.     

中国地壳厚度及上地幔密度分布(三维重力反演结果)

根据我国11平均布格重力异常图,采用Parker-Oldenbug位场反演方法,做了全国范围的三维重力反演。Parker的位场理论公式不仅数学上严密,而且运算速度甚高。本文将近些年大量的地震测深资料做为三维模型的控制点输入,并对反演计算采取了多种措施,以改善结果的合理性。本研究不仅得到了中国地区地壳厚度的分布,还首次给出了至120公里深处上地幔的密度分布。 结果表明,地壳厚度自东部沿海地区30——40公里逐渐增至青藏高原大部分地区的68公里,东部变化平缓,西部复杂,与大地构造有一定对应性。青藏高原及西部地区的上地幔密度总体偏高,一般3.40——3.65克/厘米3。东部广大区域在3.23——3.30克/厘米3。东部重力梯度带反映着下地壳与上地幔中一条深层构造带的存在,它不仅是地壳厚度陡变带,也是上地幔中的高密度带（3.29——3.35克/厘米3）,具有大区域性的控制作用。重力的均衡调整是青藏高原隆起的重要因素之一。 作者初步推断,中国地区的上地幔可大体分为青藏高原区、中部过渡区和东部正常区等三个大区,反映着上地幔结构的横向不均匀性。据此,本文解释了某些地球物理现象。