渭河盆地及邻区重力异常小波多尺度分解与解释

基于EGM2008重力场模型计算获得了渭河盆地及邻区布格重力异常。采用小波多尺度分解方法对布格重力异常进行了4阶小波逼近和小波细节分解,同时基于平均径向对数功率谱方法定量化地计算出1~4阶小波细节和小波逼近所对应的场源平均埋深。结合区域地质和地震资料,对获得的重力场结果进行分析,得到如下结论:①鄂尔多斯地块、渭河盆地、秦岭造山带3个一级构造单元的布格重力异常之间存在明显差异;构造区内部重力异常也存在横向的显著差异。布格重力异常的走向、规模、分布特征与二级构造区及主要的断裂具有一定的对应关系。②渭河盆地及邻区布格重力异常1~4阶细节对应4~23 km不同深度的场源信息,鄂尔多斯地块南缘东、西部的地壳结构存在明显的差异;渭河盆地凹陷、凸起构造区边界清晰,断裂边界与重力异常边界具有较好的一致性;秦岭造山带重力异常连贯性不好,东、西部重力异常变化特征表现出明显的差异。③渭河盆地及邻区布格重力异常分布与莫霍面埋深具有非常明显的镜像关系。渭河盆地及邻区地震主要分布在六盘山—陇县—宝鸡断裂带、渭河断裂与渭南塬前断裂交汇处、韩城断裂与双泉—临猗断裂交汇处。渭河盆地及邻区重力异常主要由中上地壳剩余密度体所影响,这可能是该区地震以浅源地震为主的主要原因。     

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。     

利用小波多尺度分解研究郯庐断裂带苏鲁段构造

本文利用小波多尺度分解技术对位于苏鲁地区郯庐断裂带的布格重力异常资料进行了场源分离,同时结合功率谱并与地质构造环境相联系,深入研究了郯庐断裂带苏鲁段的地壳深部空间展布.研究发现在布格重力场和区域场中郯庐断裂带苏鲁段总体表现为一条明显的重力异常梯级带,而这条梯级带又具有分段性排布的特点;在局部场中反映莫霍面深度的5阶小波变换细节的重力梯度带边缘和大的构造带边界基本吻合;麦坡地震断裂带至今仍然活跃着.     

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。      

河北省及邻区重力异常多尺度小波分析

静态重力场变化可为地壳深部结构研究提供重要基础数据。本文利用小波多尺度分解方法,对河北及邻近区域(110°～120°E,36°～42°N)的布格重力异常、Airy均衡重力异常数据资料进行了处理分析,得到了不同尺度下的分解结果。结果表明:张渤带、山西带在中上、中下地壳存在一定程度的异常,破坏性地震主要发生在重力异常正负差异高值转换区及地震带的交汇部位;布格重力异常在4阶小波细节分解结果(近莫霍面处)中显示张渤带中段存在正负差异高值异常,在一定程度上佐证了该区在一定范围内存在地幔物质上涌的通道,通过此次实验对研究区内地质情况及孕震环境有了更为清晰的认识。     

黄海及邻区莫霍面起伏特征

针对地壳构造形成的动力学机制,在广泛收集区域地质、地质构造和地球物理等资料的基础上,着重对重力数据进行了数字化、坐标、重力公式、投影方式和比例尺的统一化处理,进而进行了网格化处理.为将区域异常和局部异常分离开来,以便以对深部构造的系统研究,笔者选取趋势分析法分别对研究区内预处理后的布格重力异常数据(Δg)进行了三维多项式迭代拟合计算,得到了区域布格重力异常二阶、五阶、十阶趋势分析结果.继而,利用二级近似公式迭代法对布格重力异常五阶趋势分析区域异常数据进行了三维运算处理,得到了黄海及周边地区的莫霍面埋深值.分析了黄海及邻区莫霍面起伏特征,并进行了深部构造区划,探讨了深部断裂构造与莫霍面起伏间的成因联系,为深部构造和活动断裂演化的地球动力学研究提供了依据.     

基于遥感、重磁多源信息研究茅山断裂带构造特征

通过遥感影像数据判读了茅山断裂带构造地貌特征,利用小波多尺度分解方法研究了茅山地区的布格重力异常,在进行场源分离的基础上深入研究了茅山断裂带地壳深部的空间展布特征。通过重力异常分析可知,茅山断裂带在中地壳以上由茅西断裂、茅东断裂以及茅山断块3部分组成,随着地壳深度的增加逐渐合为一条断裂带,茅山断裂带沿重力高异常与重力低异常之间的重力梯级带分布;航磁异常显示,地壳浅部火山喷发物质侵入断裂,且地壳深部同时具有岩浆侵入断裂现象;通过重力异常小波细节图进一步证明了溧阳地震与茅山断裂带和南渡—金坛断裂带之间的联系。     

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。     

重力场实数尺度小波分解及其应用

重力异常的多尺度分解是利用重力资料进行地质解释的重要环节,以往的小波多尺度分解,其小波细节尺度都是2的正整数次幂,这虽然非常有效,但在某些情况下,细节还是不够细致.因此,本文提出用无理数槡2的正整数次幂为尺度细节进行多尺度分解,以便取关于地壳三维密度结构的更多细节.中国陆地布格重力异常的实例表明,该方法得到的异常细节更为细致,新增加的无理尺度小波细节为我们提取了更多地壳构造信息,可对地质构造解释发挥更有力的作用.     

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。     

南海北部陆架西区盆地地质、地球物理场特征及其深部结构

分析了南海北部陆架西区盆地的地质、地球物理场特征，计算了研究海域重、磁资料的1阶小波细节、4阶小波逼近变换。根据分析与计算可知，研究区的布格重力异常以北西低的负值，东南高的正值为特征。在东部及东南部异常等值线走向为北东；西部异常等值线以北西走向为特征；西北地区异常以北东东、北东走向的局部等值线圈闭为特征。磁场的展布十分复杂，按磁异常的变化程度可分为三个变化区，即磁异常平静区、剧变区及缓变区。磁异常的平静区位于研究区的西部，即莺歌海盆地所在位置，这一带磁异常等值线极为稀疏，异常值为负背景异常。剧变区位于海南岛，该地区的磁异常变化极为剧烈，异常特征以局部小圈闭为特征，等值线分布密集。磁异常的平缓区位于平静区及剧变区之外的其它地区。琼东南盆地、北部湾盆地的磁异常具有此特征。根据重、磁场资料以及南海北部盆地钻井取样的测试结果、同时参考穿越南海地学断面的结果，对研究区的地壳结构进行了反演计算，计算表明南海陆架盆地区域地壳结构较为复杂，研究区的地壳厚度在22－33km之间，总的趋势由陆向洋地壳厚度逐渐减薄，反映出该区域地壳具有陆壳、拉伸陆壳、过渡壳的性质，同时存在有上地幔隆起区及凹陷区。磁性底界面厚度在17－24km之间变化，其中在莺歌海盆地较深，在海南岛地区磁性界面较浅。     

大别造山带东段重力异常多尺度分解及其构造意义

文中通过多源数据融合、模型构建、数据试验、二维离散小波变换和功率谱分析等方法获取了大别造山带东段深、浅部场源布格异常及其场源似深度,并结合地壳结构、地质构造、岩石圈有效弹性厚度和地震活动等资料,讨论了地壳深、浅部的结构特征及地震活动构造背景。结果表明,低频布格异常显示大别造山带东段与华北地块间深部构造缝合带在东部应位于青山-晓天断裂前缘,在落儿岭-土地岭断裂和商城-麻城断裂之间向N偏移至梅山-龙河口断裂之下,造山带南侧与扬子地块间深部构造缝合带位于襄樊-广济断裂以北约20km,造山带东侧与扬子地块间的深部构造转换带位于郯庐断裂带之下,造山带东段腹地显著的低频布格异常低值表明对应部位的莫霍面存在明显下凹,造山带内部的布格异常高梯度带表明其深部结构不完整;高频布格异常揭示肥中断裂、六安-合肥断裂、肥西-韩摆渡断裂和郯庐断裂带等主要断裂对地壳中上部密度结构的影响明显,落儿岭-土地岭断裂对地壳中上部密度结构的影响范围向N延伸至肥西-韩摆渡断裂前缘。结合地震活动资料进一步分析认为,大别造山带东段与华北地块在青山-晓天断裂前缘附近接触和相互作用,且大别造山带东段地壳深、浅部结构均不完整,不利于应力积累,趋向于在断裂交错的脆弱部位频繁释放应力,是霍山地区小地震活动频繁的主要原因。     

Wavelet analysis and interpretation of gravity data in Sichuan-Yunnan region, China

Introduction Sichuan-Yunnan region, located in the east margin of Qinghai-Xizang (Tibetean) Plateau, is a transitional zone between the rapidly upheaving Tibetean Plateau and relatively steady Yangtze Platform. Under the pressure exerted by the northward movement of Indian Plate, Sichuan-Yunnan region has been undergone strong deformation and regmagenesis, becoming one of the regions with the most intensive seismicity in the world. The research on the tectonics and seismicity there is alw…     

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.     

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.     

东北地区重磁场与地壳结构特征

分析了东北地区的重、磁场特征,同时对研究区的布格重力异常和航磁异常据进行了小波分析计算.根据分析与计算可知,东北地区重力场以北东走向为主,表现出该地区重力场的主要趋势.根据磁场的分布特征,可将研究区分为六个区域:呼和浩特以北磁场相对平静区;赤峰一带正负磁场交互变化区;海拉尔以南磁场缓变区;齐齐哈尔—依春磁场剧烈变化区;长春—沈阳负磁场平缓区;牡丹江—丹东磁场区.利用重力资料,应用调和级数法对研究区的莫霍界面进行了反演计算,得到了该地区莫霍界面深度分布.根据磁力资料采用遗传算法反演计算了研究区居里界面的深度分布.同时对研究区的地壳结构特征进行了探讨.     

攀西地区重力场特征及地壳密度结构

攀西地区位于峨眉山大火成岩省中西部,构造和岩浆特征显著,地震活动强烈.通过对野外重力测量得到的云县—会东和普洱—七甸两条剖面的高精度重力观测数据进行处理和分析,构建了沿剖面的二维地壳密度结构,其中普洱—七甸剖面与孟连—马龙宽角地震剖面部分位置重合.同时结合区域重力异常特征及下地壳视密度填图结果,得到如下初步认识:红河断裂带是南北地震带南段地区重要的构造分界线,断裂带南北向密度结构和莫霍面分布形态存在较大差异,沿走向构造变化.云县—会东剖面上大姚—会东段下地壳底部存在密度较高的壳幔过渡层,结合研究区下地壳底部壳幔过渡层的密度分布特征,认为该过渡层不是攀西裂谷下的"裂谷垫",而是由岩浆底侵作用造成的.     

Investigation of Crustal Thickness in Eastern Anatolia Using Gravity,Magnetic and Topographic Data

The tectonic regime of Eastern Anatolia is determined by the Arabia-Eurasia continent-continent collision. Several dynamic models have been proposed to characterize the collision zone and its geodynamic structure. In this study, change in crustal thickness has been investigated using gravity, magnetic and topographic data of the region. In the first stage, two-dimensional low-pass filter and upward analytical continuation techniques were applied to the Bouguer gravity data of the region to investigate the behavior of the regional gravity anomalies. Next the moving window power spectrum method was used, and changes in the probable structural depths from 38 to 52 km were determined. The changes in crustal thickness where free air gravity and magnetic data have inversely correlated and the type of the anomaly resources were investigated applying the Euler deconvolution method to Bouguer gravity data. The obtained depth values are consistent with the results obtained using the power spectrum method. It was determined that the types of anomaly resources are different in the west and east of the 40° E longitude. Finally, using the obtained findings from this study and seismic velocity models proposed for this region by previous studies, a probable two-dimensional crust model was constituted.     

羌塘地块中部南北向断裂的构造特征及其动力学意义

青藏高原内部除大规模的东西向走滑断裂以外,另一个显著的地质特征就是在藏南及高原腹地广泛发育东西向的伸展构造,形成走向近南北的断裂构造,如亚东一谷露裂谷带及双湖断裂.伸展构造已经成为青藏高原地质研究的一个焦点问题.在羌塘地块89°E附近存在明显的低重力、负磁、深度达300 km的低速异常及连通壳幔的高导异常,且地表伴生大规模的新生代火山岩,这些特殊的地质及地球物理场特征的发生位置与地表双湖断裂的位置基本对应.本文通过卫星重力数据的多尺度小波分析结果发现,双湖断裂之下,存在一明显由上地壳一直向下延伸至地幔深部的低重力异常,说明双湖断裂向下延伸深度大,且上下连通性好.结合已有的地质和地球物理资料,认为由于双湖断裂的存在,使得深部幔源岩浆沿断裂构造薄弱带上涌,从而导致羌塘地块之下壳幔温度的升高及大规模部分熔融的发生.