华北地块及邻区重力异常特征及地质结构

研究华北地块及邻区重力异常特征、地质结构和断裂构造,对该区地震风险研判和矿产资源远景规划具有重要意义。文章基于小波多尺度分解法、Parker-Oldenburg迭代反演法和重力异常导数法,利用华北地块及邻区布格重力异常数据,获得布格重力异常小波分解逼近场和细节场、莫霍面深度和重力异常导数。结果表明:(1)逼近场和细节场揭示出华北地块可分为西部的鄂尔多斯克拉通块体和东部的华北似环状裂谷盆地两个子单元。(2)莫霍面深度范围在28~52 km之间,呈NNE走向,由西向东逐渐变浅,具有显著的“东西分带”特征。尤为显著的是鄂尔多斯克拉通块体和华北似环状裂谷盆地,块体内部莫霍面变化较平缓,块体边界莫霍面变化剧烈。(3)根据重力异常导数结果识别并校正出研究区13条块体边界及主要断裂带。     

长江三峡及邻区布格重力异常小波多尺度分解

基于离散小波变换理论,对长江三峡及邻区的布格重力异常进行多尺度分解,获取局部场、区域场和1—4阶小波细节。结果显示:4阶小波细节中,秦岭—大别造山带东西向正异常与扬子地块和秦岭—大别造山带之间的相互作用相关;M3.0以上地震大多位于区域场东向突出部位,即2阶和3阶小波细节所反映的负异常区,另有小部分位于4阶小波细节所反映的黄陵背斜正异常西侧,这种现象可能与黄陵背斜新构造运动相关。      

基于布格重力异常研究运城盆地的构造特征

利用运城及周边地区的布格重力资料,对布格重力数据进行小波分解得到不同阶次的重力异常信息。依据各个阶次的小波变换结果并结合该区域的地质构造环境,对小波变换细节图中存在的特征较为明显的布格重力异常带进行深入分析,对异常所揭示的构造现象在地壳不同深度的分布特性等进行分析研究。结果表明:小波变换细节与区内地壳内部的隆起、凹陷及断裂构造具有很好的对应关系,可以对运城盆地的构造特征及地壳结构做更加深入的研究。     

渭河盆地现今三维地壳运动及断裂活动性研究

正渭河盆地西起陕西宝鸡,东至潼关,总体上呈近东西向展布,向东渐转为北东东向。北缘为鄂尔多斯地块,南缘是秦岭造山带,西与鄂尔多斯地块西南边缘的弧形断裂束相连,东与山西断陷带相接。盆地南北边界受活动断裂控制,内部活动断裂发育。由于受秦岭、华山山前断裂带等相关阶状正断层的倾滑运动控制,整个断陷盆地带在时空上呈现出拗陷与隆起,凹陷与     

渭河盆地及邻区现今地壳形变及构造特征研究

基于2009—2014年渭河盆地及邻区GPS资料,利用Shen提出的连续形变场与应变场计算方法,获得渭河盆地及邻区的水平形变场及应变率场,结合构造地质、地震目录等资料对渭河盆地及邻区的现今地壳形变及构造特征进行研究,并得到如下结论:(1)鄂尔多斯地块南缘西段和东段GPS形变场变化差异明显,六盘山—陇县—宝鸡断裂带形变场以挤压变形为主,渭河盆地中部西安—咸阳地区的形变场呈现EW向挤压、SN向拉张特征;(2)主应变率、剪应变率、面应变率变化明显的区域位于鄂尔多斯地块西南缘的六盘山—陇县—宝鸡断裂带、渭河盆地中部的长安—临潼断裂与渭南塬前断裂以及韩城断裂与双泉—临猗断裂附近;(3)未来需要警惕六盘山—陇县—宝鸡断裂带、长安—临潼断裂与渭南塬前断裂以及韩城断裂与双泉—临猗断裂附近的地震危险性。     

2018年宁强MS5.3地震前重力场变化特征分析

利用陕甘川地区2016—2018年5期流动重力观测资料,分析了陕西宁强MS5.3地震前半年和1年尺度的重力场变化特征。同时采用小波多尺度分解方法,对宁强MS5.3地震震中区的布格重力异常进行1～4阶小波分解,并对1～4阶小波细节图像进行分析。研究结果表明:①宁强MS5.3地震重力场呈现“正向变化—正向减弱—负向变化—负向减弱”演化过程,震前重力场呈现四象限分布特征,震中位于鞍部位置,符合走滑型地震特征;②布格重力异常2～3阶小波细节对宁强MS5.3地震孕震特征有较好的反映,对应的场源深度为10～15km,与本次地震震源深度11km有较好的对应关系。     

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.     

东北地区构造分区与深断裂研究——基于重力场小波多尺度分解

基于东北地区的布格重力异常资料,通过小波多尺度分解,将重力异常分解为四阶.提取主要反映深断裂的重力异常2、3阶小波细节,利用不同方向的水平梯度,计算并强化深断裂的线性特征,解译出12条深断裂,同时,结合功率谱法、东北地区地震分布、震源机制解和地质信息推断断裂的下切深度和性质,结果表明:12条深断裂分别对应拼贴地块的缝合带和对东北地区盆地群的分布与演化有着明显控制作用的岩石圈断裂两类;深断裂体系主要方向为北东、北北东向且大多为走滑断层;提取主要反映深层块体异常的3、4阶小波细节并结合深断裂体系将研究区划分为五个重力场一级分区,并首次将额尔古纳块体和兴安块体分开.五个大区分别为额尔古纳块体、兴安块体、松嫩块体、佳木斯块体和华北板块;其中兴安块体又分为二连盆地、大兴安岭两个二级分区;松嫩块体又分为小兴安岭、松辽盆地、张广才岭三个二级分区;佳木斯块体又分为那丹哈达地体、三江盆地、桦南—穆棱三个二级分区,华北板块又分为辽东半岛、华北板块、北部断裂带三个二级分区,结果表明了研究区的基本构造格局.     

鲁甸M_S6.5地震孕育环境的重力学分析

鲁甸地震发生在鲜水河-小江断裂带东侧,主破裂为NW走向,其震中区处于川滇块体与华南块体过渡地带,走滑和推覆构造发育,目前对该地震的孕震构造环境认识上还存在一些争议。基于此,利用EGM2008计算的布格重力异常进行1—5阶离散小波变换,分离得到反映不同深度场源特征的地壳介质横向不均匀性;利用实测重力剖面数据,分析其布格重力异常分布特征,计算并绘制其归一化总梯度(NFG)图像,研究了地壳密度变化的差异性。分析结果表明:1)莲峰断裂与昭通-鲁甸断裂之间布格重力异常呈现SW-NE向的"高-低-高"型异常特征,鲁甸主震及余震均分布于低值带内,反映出青藏高原物质东流沿包谷垴—小河一带(低异常条带)向SE推进,至昭通鲁甸断裂受阻,能量积累到一定程度后发震;2)第3阶小波细节显示:上地壳负重力异常与主要断裂分布一致性非常好,反映了由断裂运动造成地壳浅部物质破碎而呈现出重力异常减小,震中附近NW向负异常条带可能与大凉山断裂向S发展有关,推测NW走向大凉山断裂向S扩展运动是鲁甸地震发震的直接动力来源;3)第4阶小波细节显示鲁甸震中存在明显的正异常,印证了中地壳内部高密度体的存在;第5阶小波细节显示鲁甸震中处于正异常区,预示着地幔物质的侵入,地幔隆升产生地壳引张力和印度板块推挤产生的压扭力是鲁甸地震震源拉张和走滑的动力来源;4)剖面布格重力异常归一化总梯度图像显示:"变形"显著且E倾的小江断裂带为区域控制性断裂,鲁甸震源底部存在稳定的局部"不变体",稳定的密度不变体对此次地震破裂具有限制作用,是导致震源新生破裂规模有限且切割较浅的原因;5)通过与鲜水河-小江断裂系比较,认为昭通-鲁甸断裂孕震能力明显偏弱,其最大发震能力应在7级左右。     

基于重磁资料的渭河盆地氦气资源分布规律

为了深入研究渭河盆地氦气资源分布规律,本文基于1∶200,000航空磁力ΔT总场异常数据计算了航磁化极异常,并对布格重力异常及航磁化极异常数据利用正则化滤波方法进行了异常的分解,获取了渭河盆地局部重力异常及局部磁力异常.结合已有的地质及地球物理研究成果,对布格重力异常、局部重力异常、航磁化极异常以及局部磁力异常特征进行了深入分析,并就重力异常、磁力异常、主要断裂及岩浆岩与不同氦气含量的钻井分布之间的关系进行了深入研究,探讨了本区氦气资源的分布规律.研究结果表明,渭河盆地氦气资源主要分布于盆地南部宝鸡-周至-长安-渭南-潼关一带,其中咸阳、周至、长安、蓝田、华阴等地区氦气含量较高.渭河盆地氦气资源分布与本区断裂有密切关系,尤其是秦岭北缘断裂、渭河断裂以及临潼-长安断裂.渭河盆地南部氦气资源的分布还与该区发育的花岗岩有密切关系.     

青藏高原东北缘重力异常多尺度横向构造分析

本文研究了青藏高原东北缘地区布格重力异常特征,采用优化滤波法和归一化总水平梯度垂直导数法对研究区重力异常进行多尺度分离和横向构造分析.分离出的多尺度重力异常特征表明:1) 青藏高原东北缘地区大致以东经106°线为界,有一条醒目的重力异常梯级带,即贺兰山-六盘山-川滇南北构造带的北段,其东西两侧布格重力异常特征在形态和走向上截然不同,意味着两侧密度结构和构造特征存在明显差异. 2) 鄂尔多斯地块内部定边以北,重力异常高带走向由北东向转为近南北向,推测定边附近存在一个密度或构造界面,其两侧物质组成和构造特征具有差异,对比大尺度重力异常和中尺度重力异常,表明异常特征的这种差异主要是由上地幔深部结构引起的. 3) 青藏高原东北部各块体深部边界位置与地表构造分布不同,反映出该区构造复杂,深浅构造差异大. 4) 由于印度-欧亚板块碰撞及随后印度板块持续向北的挤压作用,造成青藏高原东北缘中、下地壳物质在巨大的北东向推挤力和鄂尔多斯刚性块体阻挡的共同作用下,沿着相对软弱的秦岭造山带方向蠕动.依据多尺度重力异常及其横向构造特征,综合推断出研究区内五条断裂带,即秦岭地轴北缘断裂带、海原-六盘山断裂带、香山-天景山断裂带、烟筒山断裂带和青铜峡-固原断裂带,并分析了它们在地壳深部的可能展布特征.     

WAVELET TRANSFORM ANALYSES OF FAULTS DETECTION ON ISOSTATIC GRAVITY ANOMALIES: A CASE STUDY FROM THE QAIDAM BASIN AND ITS ADJACENT AREAS

Isostasy is used to describe a condition to which the Earth's crust and mantle tend, in the absence of disturbing forces. Eliminating the gravity effect of crust, isostatic gravity anomalies contain abundant geological structure information, which can be extracted by edge detection methods of gravity or magnetic anomalies. In order to accurately obtain the edge information, a great variety of methods, such as analytical signal amplitude, tilt angle, theta map θ, etc., have been proposed by domestic and international scholars, and many significant advances have been made in recent days. However, each method has its advantages and disadvantages. Wavelet transform is an effective method developed in recent years. It has the enhanced noise resistance and a feature of multi-scale decomposition, and can be used to identify more detailed information of edge. Here with the aim of demonstrating its effectiveness in faults detection, we established a theoretical geological model, which consists of five geological bodies. The geological bodies with different density present a fault zone and the areas on its sides, as well as two geological bodies with different geological properties. We calculated the gravity anomalies caused by this model, in addition, we added 5% Gaussian noise to the gravity anomalies for a comparative analysis to analyze the effects of wavelet transform on edge detection. Finally, we applied wavelet transform method to the decomposition of isostatic gravity anomalies, obtained 1^st to 5^th order wavelet transform details of the gravity anomalies, and compared with the well-studied faults in the Qaidam Basin and its adjacent areas. The results obtained by wavelet transform matched well with the known faults, the anomalies of different order denote the location of different fault zone(e.g. the Tanan Fault is nearly invisible on the original and the first order isostasy gravity anomalies map, but is well expressed on the second order isostasy gravity anomalies map; The apparent details of the 4^th and 5^th indicate that faults in front of the Saishiteng-Xitieshan Shan are deep faults and they are likely to distribute continuously in the deep underground). Besides, we calculated the estimated depth of isostasy gravity anomalies of different order through power spectrum analysis as well, finding that different faults extend to different depth. For example, the Danghe-Nanshan Fault and the Southern Fault in the middle Qilian Shan are 10km in depth approximately, but the faults in front of the Saishiteng-Xitieshan Shan are more than 70km in depth. In addition, we made two comparative studies, the first one is comparing the results mentioned above with the result through wavelet transform of Bouguer gravity anomalies. The second one is comparing with the results through other edge detection methods of isostatic gravity anomalies. In spite of the inconformity between anomalies and the faults to some extent, which is likely caused by the change of lithology or faults distribution in the deep underground, we finally found that:more subtle details induced from faults can be detected from isostatic gravity anomalies by using wavelet transform because of its feature of multi-scale decomposition. The wavelet transform method is proved to be more accurate and reliable(at least in the Qaidam Basin and its adjacent areas)comparing with other methods.     

青藏高原东北部多尺度重力场及其地球动力学意义

由于受到SN和EW双向挤压作用的综合影响,处于年轻高原与古老地块交接区的青藏高原东北部岩石圈强烈变形,构造活动十分活跃.为了整体性地了解青藏高原东北部重力场和深部动力学机制,本文基于EGM2008全球重力场模型数据,利用小波多尺度分析获得不同尺度的重力异常信息;同时反演了研究区的地壳厚度;通过构建穿越龙门山造山带和西秦岭造山带两条剖面的岩石圈密度结构模型,分析了地壳上地幔内不同介质的分布特征.研究结果表明,青藏高原东北部岩石圈显示十分复杂的塑性体的特征,其重力异常走向多以EW或SSE为主,反映了高原岩石圈物质向东运移的趋势;地壳厚度由西向东逐渐减薄,边缘造山带深部并没有发现"山根"痕迹,结合该地区低重力的特征,推测西秦岭—松潘构造结岩石圈发生过大规模地幔流底侵作用;地幔流上涌的动力可能来源于印度板块向欧亚大陆板块俯冲,激发了地幔流体侧向移动,在扬子地台和华北地台附近受到坚硬岩石圈的阻挡而被迫上移,并因此造成龙门山与西秦岭的隆升.     

A view of tectonic structure and gravity anomalies of Hatay Region Southern Turkey using wavelet analysis

In this study, we demonstrate wavelet analysis as a method of delineating the boundaries of subsurface geological structures. We applied wavelet transform to Bouguer anomaly data of the Cilicia Region and adjacent areas. The residual anomalies are the results of various depth and other properties of buried structures on the gravity anomaly map. The superposition of anomaly of the underground structures with different properties such as depth, density and size, increases the complexity of the overall system. Thus the extraction of the desired properties from the anomaly map becomes difficult. Different separation techniques are used to solve this problem. Wavelet transform is one of these modern approaches. Here, we tested various types of wavelet transform modeling on synthetic examples and then applied them to the gravity anomaly map of the Cilicia Region in Turkey. We have detected the borders of the Hatay Region in southern Turkey and proposed the tectonic model of this real complex structure using the wavelet transformation. The most important result we have found is the presence of a triple junction near the Hatay region.     

南海重力异常的沉积层密度改正及其对区域构造特征分析的意义

南海位于太平洋板块、印澳板块和欧亚板块交汇处,自晚中生代以来历经张裂作用、海底扩张以及印藏碰撞、菲律宾海板块西向运动等构造事件的叠加改造,不仅形成了复杂多样的构造格局,而且堆积了厚薄不均的沉积层.为了考察沉积层密度改正对利用重力资料分析南海不同尺度构造特征的影响,本文利用南海各区域不同深度沉积层的地震波速度及钻孔密度等数据,建立了沉积层与沉积基底密度差随深度变化的二次函数关系式,并基于该关系式,计算了南海沉积层相对基底密度低而产生的重力异常值.结果显示,南海沉积层的重力异常值在海盆区介于-40~-60 mGal,而在堆积巨厚沉积物的莺歌海盆地可达到-135 mGal;相对于空间重力异常、布格重力异常,经沉积层重力异常改正后的地壳布格重力异常更能突出深部不同尺度的密度结构和莫霍面的起伏特征,其总水平导数模更突显了南海西北部红河断裂带的海上延伸;利用谱分析技术估算岩石圈强度时,经沉积层重力异常改正的地壳布格重力异常数据获得的岩石圈有效弹性厚度值更为符合地质实际,特别是在长条形的巨厚沉积区如莺歌海盆地和马来盆地.分析表明,重力异常的沉积层密度改正对揭示南海构造特征具有重要的意义.