晋东北及邻区重力三维正、反演的初步结果

本文根据地质和区域重力资料,利用重力三维正、反演方法研究得到了晋东北地区地壳深部构造。通过三维正演,得到了不同深度的剩余重力异常;用一个已知的莫霍界面的深度值,反演出了全区地壳厚度的平面分布。在此基础上,对一些活动断裂和构造的深度以及地震和第四纪火山活动的地壳深部构造背景进行了探讨。研究还发现,沿北纬40°线可能存在一条深部剪切构造带。     

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。     

重力异常不同高度解析延拓结果的讨论

一.前言利用重力资料,可以获得大面积地壳深部构造轮廓。本文根据重力场的向上解析延拓方法,分析讨论了安宁河地区(北纬26°21′～27°49′、东经100°18′—105′)向上延拓(h=10、20、30、40、50、公里)位场变换后的布格重力异常,采用电     

三维高精度重力方法在深部潜山勘探中的应用

深层地震资料由于受到火山岩体或风化壳盖层的影响,质量品质往往不高,难以识别盖层之下的小规模的潜山构造。而重力勘探技术恰能利用潜山构造与上覆地层存在显著密度差异的特点来识别这种特殊的地质储层。文中以华北油田虎8北潜山构造区为例,在该地区地层密度模型的基础上进行了三维重力正演。正演结果表明,深部密度异常体在地表形成的低缓重力异常,与区域或局部背景重力异常场叠加在一起,在布格重力异常曲线上无法识别目标体异常。通过利用高阶导数、滑动滤波等处理方法把异常场从区域场中剥离出来,可发现虎8北潜山目标区存在小规模局部剩余重力高。在地震资料的约束下,根据剩余重力异常的幅值及地层密度差进行密度建模,实现了三维密度反演。反演的结果确定了虎8北潜山的存在,并给出了潜山可能的埋深与规模。证明了三维高精度重力方法在确定深部潜山构造上具有较明显的地质效果,这对于探测深部低速层覆盖之下的潜山构造油气藏具有重要的指导意义。     

金川—芦山—犍为剖面重力异常和地壳密度结构特征

重力剖面金川—芦山—犍穿越芦山震区,近垂直于龙门山断裂带南段,长约300km,测点距平均2.5km,采用高精度绝对重力控制下的相对重力联测与同址GPS三维坐标测量,获得了沿剖面的自由空气异常和布格重力异常,并对布格重力异常进行了剩余密度相关成像和密度分层结构正反演研究.结果表明,芦山地震所在的龙门山断裂带南段存在垂直断裂走向的宽广的巨型重力梯级带,重力变化达252×10-5 m·s-2以上(龙泉山以西),反映出四川盆地与松潘—甘孜地块地壳厚度陡变(约14.5km)性质;四川盆地与松潘—甘孜地块过渡区(龙门山断裂带与新津—成都—德阳断裂之间)存在(30~50)×10-5 m·s-2的剩余异常"凹陷",可能与上地壳低密度体、山前剥蚀与松散堆积和推覆体前缘较为破碎有关;剩余密度相关成像显示地壳密度呈现分段性特征,在芦山地震位置出现高低密度变化;地壳呈现三层结构,四川盆地上、中、下地壳底界面平缓,反映其稳定阻挡作用,而松潘—甘孜块体上、中、下地壳底界面明显往盆地逐步抬升,反映出青藏高原往东的强烈挤压作用;松潘—甘孜块体往东推覆变形主要集中在上地壳范围内,推覆深度随离龙门山断裂带愈近而越浅.本文通过对密度分布及结构特征的研究,分析了芦山地震及龙门山地区地壳构造背景和当前活动性的深部动力环境特征.     

台湾地区地壳深层构造的研究

本文运用三维重力正、反演方法研究了台湾及其邻近海域(东经118°40′一122°40′,北纬21°00′—26°00′)的地壳深层构造。工作分四步进行: 1.据台湾地区的地质构造和地层岩石的厚度、密度值,按照地层时代结合密度差异,编出从老到新、从露头到隐伏的各时代地层厚度图28幅。逐幅进行数字化采样并存入软盘,得到有效数据28万个     

喜马拉雅“东构造结”地区的特异重力场与深部地壳结构

跨越中、印、缅三国交界的喜马拉雅“东构造结”地区（92°E～97°E，26°N～30°N）有一半以上的面积尚没有重力测点，是重力数据空白区,故无法直接研究其重力场特征与深部地壳结构（构造）.本文应用卫星重力异常资料作为近似空间重力异常，经计算给出的布格重力异常，其特征与该地区的地形高程呈很好的镜像相关.据此得到该区不同方位的3个地壳深部结构剖面.重力异常反演求得青藏高原地壳厚度>70 km；喜马拉雅造山带为55 km左右；布拉马普特拉河谷盆地为33～35 km；那加山山脉地区为40～45 km，即呈现出3个不同构造单元的展布.同时求得“东构造结"区由高密度的刚性物质构成，在印度洋板块的碰撞、挤压作用下呈向北运移，并插入青藏高原东缘.基于这样的构造格局和深层动力过程，导致了青藏高原东南缘和东北缘的强烈构造运动，大、小地震的频频发生和矿产资源的聚集.     

对黄海—东海研究区深部结构的一些新认识

综合地震层析成像与重磁数据的处理结果，选择26°N～36°N，120°E～130°E的范围作为研究区，讨论了黄、东海研究区的深部结构特点及其与周边各地质单元的相互关系，完成了研究区两条剖面的密度结构反演，认为东海陆架地区地壳厚度变化与大陆地区相比并不明显，显著减薄开始于冲绳海槽地区，中地壳消失；琉球岛弧处地壳厚度明显再度增加，特别是上地壳的厚度增加最大，推断其原因应与俯冲作用及俯冲带附近板块与地幔的运动速率之差有关.地球物理场“东西分带”是黄海—东海地区壳内结构从西向东变化的反映，但随着深度的增加，研究区的岩石层结构出现以近EW向为优势的构造格局.因此推断深部近EW向的异常是三叠纪时期南北板块碰撞、挤压所致，浅部的NE向条带异常是后期构造运动在岩石层较浅部位构造效应的反映.黄海—东海地区岩石层结构存在浅部与深部优势构造方向不协调的现象.层析成像结果证实了南黄海东缘断层的存在，还勾绘出绍兴—十万大山碰撞带为以40°左右的倾角向NW方向倾斜的高速带，另一条倾向基本相同的高速带则是南、北扬子块体结合带在深部的反映.     

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.     

1605年琼山大地震深部构造和应力状态研究

利用1605年琼山地震区已有的浅部地质、物探和钻井等资料,采用空间域三维重力正反演计算,消除了地壳浅部影响,依次得到由浅到深的各剩余深部重力异常值。然后由基底剩余重力异常值反演得到莫霍界面深度及起伏形态。分析上述结果可知:1605年的琼山大地震是一个以垂直向差异运动为主的地震,位于琼北莫霍面隆起区东北部、隆起向外凸出部位的陡坡上;北东东向的马袅-铺前断裂(中东段)呈反扭(左旋)状态,而北西向的铺前-清澜断裂(北段)呈顺扭(右旋)状态;云龙地区地下地幔物质上涌,造成云龙地块的上隆;如果1605年地震区出现NE30°左右的主压应力场作用和云龙地块异常上隆时,应考虑地震的复发问题。另外,分析各剩余深部重力异常等值线分布,还可以判定地质学给出的各断裂构造展布和延伸情况。     

豫鲁皖部分地区地壳厚度

在人工地震测深工作尚不能大面积开展的地区,利用重力资料推断解释地壳厚度的平面分布,来研究地震孕育和矿藏生成的深部环境,是一项既经济又具有科学性的工作。为了弥补采用平均场、向上解析延拓和频率域滤波等方法以及采用二维计算方法的不足,本文依据豫鲁皖部分地区(东经114°～116.5°,北纬32.5°～39.5°)的重力资料和浅部地质、物探资料,采用三维正演方法分别计算浅部各层密度界面产生的重力异常,并从布格重力异常中消除其影响,得到剩余深部重力异常;然后采用多次正演计算和异常曲面逼近的反演方法,求得该区地壳厚度的最佳分布。用重力反演方法得到的地壳厚度,2倍均误差小于1公里。与人工地震测深剖面对比,两者的起伏形态基本一致,相差一般不超过2公里。本文最后指出了震中位置相石油、天然气与地壳厚度的空间对应关系,并作了初步分析。     

珠江三角洲芦苞—佛山—中山—三乡断面的地壳结构——密集台阵勘探新成果

为了研究珠江三角洲核心地区中深部地壳结构,在芦苞—佛山—中山—三乡地区开展了密集台阵勘探工作,使用接收函数方法处理反演,获得珠江三角洲核心地区40 km以浅Vs速度结构.结合研究区的地质、重力异常特征对反演成果分析获得初步成果:珠江三角洲地区地壳结构可分为上地壳、中地壳、下地壳和上地幔四个大层位,上地壳厚度在临海一侧变厚,在中山三乡镇一带,厚达14 km;莫霍面隆起、上地幔物质侵入下地壳和高密度岩浆侵入上地壳这个三个因素共同导致研究区重力异常高;获得了沿线中深部断裂构造空间展布特征信息,速度结构和断裂构造具有较好的相关性;沿测线地壳在15～20 km深的深度上不存在低速层;三水盆地基底深度在3 km左右,与该地区沉积层厚度一致;莫霍面深度北深南浅,深度在27.5～30 km之间,其波速特征明显,由3.6 km/s突变为4.1 km/s.     

重力异常分离的相关法

本文研究重力异常分离的相关法,它由测点坐标的多项式方程构建区域异常,由观测异常减去区域异常计算剩余异常,根据最大化已知测点的目标密度分界面深度与剩余异常的互相关原则来分离重力异常.互相关的最大化目标可写为最小二乘方程,并利用线性或非线性优化算法迭代求解出构建区域异常的多项式系数,进而可计算出全区的区域异常和目标密度分界面的剩余异常,实现重力异常分离.理论重力异常试验结果表明,相关法直接有效地利用了已知测点的目标密度分界面深度信息,分离效果良好、反映实际地质情况.     

台湾地壳构造的三维重力正演研究

用三维重力正演方法处理了台湾地区的布格重力异常和地质资料.根据由浅而深分层正演(剥皮)得出的剩余重力异常,发现某些断层的深度并不大;而另一些断层或构造则越向下越清楚.根据正演的结果,还讨论了台湾所处的地球动力学环境.      

泰安—诸城剖面重力异常和地壳密度结构特征

泰安—诸城高精度重力观测剖面,位于华北克拉通的东部,是中国东部重要的构造带且是地震活动的重要地段,利用剖面相对重力联测与同址GNSS三维坐标测量数据,得到剖面的重力异常,结合区域布格重力场、地球深部探测及地质构造成果,对剖面进行密度结构反演和剩余密度相关成像研究.结果表明:剖面布格异常变化范围为(-30.1～7.3)×10-5m·s-2,从西往东总体呈上升(泰安至沂源以低背景平缓逐渐上升与相应位置的高程呈现"同步型"变化;马站至张家楼以高背景逐渐上升与地形高程呈现"镜像型"变化)趋势,高低异常背景转折在沂沭断裂带西段150 km左右位置;背景异常是地壳厚度变化的反映,整体形态西深东浅,在沂沐断裂带地壳厚度隆起可能是地壳下地幔物质沿断裂向上入侵时,地壳产生挤压和膨胀隆起所致;剖面地壳密度呈现上、中和下三层结构,鲁西隆起、沂沭断裂带西部中下地壳局部存在低密度体,可能是上地幔物质上涌岩石含部分高温流体和熔融岩体所致,胶东地区保持了比较完整和均一的地壳结构特征,反映了胶东地区地壳活动不强;剖面的主要断裂带位置均能看到布格重力异常和剩余密度的变化,可能是断裂控制了地下介质的发育所致;剖面密度模型显示地下密度的分段特征和深浅构造差异,沂沭断裂带是鲁西隆起和胶东隆起的分界带;本文通过对布格重力异常和密度结构的特征研究,分析了地震活动、动力学背景与地壳密度结构的关系.     

大地水准面异常在湖南地区的地球物理解释

以湖南地区为例,利用超高阶地球重力位模型EGM2008计算了研究区的重力大地水准面,并采用棱柱体公式和球体公式相结合的方法分别进行了完全地形改正和Airy-Heiskanen局部均衡改正,得到布格大地水准面和均衡大地水准面.对三种大地水准面进行不同波长分量的分离处理,得到包含不同深度异常信息的剩余大地水准面,并结合其他地球物理资料对研究区进行了详细的地球物理解释.结果表明,剩余重力大地水准面可以有效地反映出研究区内的深部构造特征,如深大断裂带分布、构造块体位置、上地幔密度横向分布等,但对地壳内异常结构反映不明显;研究区岩石圈密度变化相对平缓,厚度由东向西增加;根据剩余均衡大地水准面及研究区Airy局部均衡莫霍面,可以大致推测出研究区的莫霍面起伏形态以及均衡状态,可作为一种有用的参考信息.     

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.     

台湾地壳中的古陆刚体和现代板块运动

古陆,泛指前第三纪变质基底:“刚体”,则相对第三纪柔性岩石而言.我们把台湾的基础地质和布格重力异常等资料,通过三维重力正演,得到了深部重力异常.与布格异常相比较,提出了两个地壳深部构造问题:(1)在北纬23.5-25.2°的台湾西部,潜伏着一个密度较高的块体,可能是陆壳;(2)北纬23.5°以南,还有一个密度更高的块体,可能是现代海洋地壳.作者初步认     

川滇地区重力异常的小波分解与解释

利用小波变换方法对四川云南及周围地区的布格重力异常进行分解. 在计算中选用具有正交完备性并有较好对称性及较高消失矩的小波函数把重力异常分解为两部分. 用功率谱方法对分解后异常进行分析,可知其分别表示地壳内部和更深部的密度变化. 两部分异常显示出川滇地区深部与浅部的构造差异. 浅层重力异常的密度填图表明:① 四川盆地地壳密度较高,松潘——甘孜造山带密度较低;② 康滇菱形块体的密度是不均匀的;③ 康滇菱形块体的边界断裂具有不同的密度特征,显示出不同的构造性质. 深部重力异常的密度填图显示出与浅部相似而又不同的密度分布特征,表明川滇地区浅部与深部构造作用有所不同,两者之间可能是不完全解耦关系. 本文结果还表明,地震分布不仅受断裂构造控制,也与深部密度变化有关.      

考虑非均匀地幔的重力-地震联合建模

本文提出在综合地球物理研究中,为了使重力数据处理和反演更加符合实际的地质情况,重力-地震联合建模分析时应当考虑非均匀地幔物质的重力效应.本文针对含油气盆地结构、断裂构造、大陆边缘演化和洋陆转换带等热点地质问题,广泛调研了全球范围内多个地区的综合地球物理研究成果,及其对应的地幔深部结构,发现地幔的横向不均一性是普遍存在的.在以往许多基于重力、地震数据的综合研究实践中,重力异常分离和建模分析通常都是在地壳内部（莫霍面以上）进行的.这种处理方式实际上是以均匀地幔为假设前提,虽然简化了重力异常分离和建模分析的难度,但忽略了地球深部的不均匀性所带来的重力异常,所获得的剩余重力异常和在此基础上进行的密度结构反演、地质解释会存在偏差.本文通过对模型界面的2D正演,定量探讨了非均匀地幔对布格重力异常的影响.在对四川盆地的实例研究中,剥离了非均匀地幔的重力效应,2.5D重震联合模拟的结果明显优于均匀地幔假设条件下的结果.