华北地区重力场与沉积层构造

位于中朝准地台的华北地区是由几个不同的断块组成的,重力异常场的分布具有很强的浅部效应、块状分布和深浅叠加场的特点。重力的高程效应很复杂,不同波长的起伏变化有不同的影响系数。本文对布格改正的有关问题进行了讨论,指出华北如区表浅层的密度值偏低（2520kg/m3）,该区合理的布格改正公式为△g2=-0.0879H。将重力场的垂直导数和向上延拓结合起来,有利于揭示地壳上部构造特征。本文搜集整理了由第四系到寒武系的沉积层资料,给出了沉积层总厚度和视密度的分布。对深部重力异常的分析表明,华北沉积层的形成有深源性质,在均衡调节中起着一定的内载荷作用。     

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.

     

考虑沉积层重力改正的中国西部Moho面深度反演

首先研究了大型沉积盆地对地表重力异常的影响,然后基于Parker-Oldenburg迭代算法,利用经过沉积层改正的布格重力异常数据反演了中国西部的Moho面深度。结果表明,地壳浅层密度异常对地表重力异常和Moho面深度结果的影响较大,利用简化的三层沉积层模型,计算出的中国西部沉积盆地的重力异常改正最大可达25 m Gal,由此引起的Moho面深度可达2.2 km,Moho面深度最终计算结果与区域最新研究成果相符合,因此,利用重力异常反演Moho面深度时,应考虑沉积层的影响以提高反演精度。     

利用卫星重力数据研究中国及邻域地壳厚度

本文以中国大陆及邻域地壳厚度为研究对象,采用GRACE提供的GX-OG-2-GCM模型数据计算自由空气重力异常,通过确定地核与地幔的质量,分离出由地壳部分产生的重力异常并经过布格改正得到布格重力异常,利用Park公式求出了中国大陆地壳厚度的分布,结果与以前地壳厚度资料相符合.     

松辽盆地北部布格重力异常场源分布

基于不同场源频谱成分的不同,研究松辽盆地北部布格重力异常的场源分布特征。利用匹配滤波方法计算松辽盆地北部布格重力异常的不同场源平均深度,将其分为浅源场、中源场和深源场,并推测松辽盆地北部的地壳有3层结构。浅源场产生的重力异常大,对重力勘探贡献最大;中源场和深源场的重力异常都比较小,但两者有极好的继承性。有了场源的平均深度,利用Parker迭代反演法计算上地壳与中地壳之间的界面起伏,在该界面上可看到松辽盆地北部的“隆起区-沉积盆地-隆起区”的构造特征。     

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。     

格莱尼改正及其在地球物理数据处理中的意义

格莱尼改正是重力改正的一种,是对球面半径约166.7 km以外地形和均衡造成的重力综合效应的改正,改正后所得格莱尼异常可对应研究区范围内地壳结构特征,具有重要的研究意义.但近年来国内的重力研究中,对格莱尼改正的认识和重要性还不是十分透彻,特别是在大区域研究中,忽略这一远区重力效应可能会对研究结果的解释造成误导.针对这一问题,本文介绍了格莱尼改正的含义、由来与研究历史,指出了在大区域研究中需要考虑格莱尼效应的重要性,以"扇形球壳块"法为例给出了格莱尼改正的计算原理,列举了格莱尼异常在地球物理中的常见应用,并通过重力改正与莫霍面深度反演实例,通过对反演结果的控制点检测与精度评价,指出格莱尼异常反演所得莫霍面埋深更接近地震方法结果,从而表明了格莱尼改正在地球物理研究中的不可忽视性,并指出完全布格改正与格莱尼改正在计算方法上可实现统一.     

基于卫星重磁资料的南海深部构造研究

南海深部构造对研究南海构造演化和油气勘探具有重要意义.本文对南海地区的自由空气重力异常进行布格校正、海水层校正和沉积层校正,得到布格重力异常,再对布格重力异常进行区域异常和局部异常分离,利用位场界面反演方法对区域布格异常进行反演计算得到研究区域的莫霍面深度分布;采用全变倾角化极方法对研究区域的卫星磁异常数据进行化极处理,并进一步对化极磁异常作向上延拓,得到延拓后化极磁异常结果.分析布格重力异常、莫霍面深度及化极磁异常特征,结合天然地震层析成像的证据,得到以下结论：推测南海北部陆缘的古俯冲带位置是从118.5°E,24°N沿北东向延伸至109°E,15°N;红河断裂入海后经过莺歌海盆地在海南岛南部转为南北向与越东断裂相接并延伸至万安盆地;推测中特提斯洋的部分闭合位置是从110°E,2°N到101°E,21°N.

     

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.     

近地表密度估计的重力贝叶斯分析方法及在云南地区的应用

基于布格重力异常相对于地形起伏光滑分布的约束条件,从一维自由空气重力异常数据出发,采用贝叶斯方法估算近地表岩石密度,同时采用三次B样条函数拟合布格重力异常,获取光滑分布的布格重力异常.数据拟合和光滑约束之间的权重采用Akaike贝叶斯准则（ABIC准则）自动确定.均匀剖分模型和不均匀剖分模型数据试验都验证了该方法的有效性.相关参数评价表明,足够多的样条系数可以提高估计结果的准确性,样条系数的个数接近测点数时可获得较稳定的估计结果.增大异常的噪声水平时,ABIC准则可有效地自动增大先验光滑约束的权重.云南地区两条重力剖面应用结果表明,剖面沿线的近地表密度值起伏变化明显（达2.45~2.8 g·cm^-3）,前寒武纪和古生代地层密度相对较高（主要为2.53~2.75 g·cm^-3）,而中生代密度较低（2.45~2.73 g·cm^-3）;本文估计的近地表密度结果与区域物性资料及地表地质特征较吻合;估计的剖面布格重力异常具有光滑性;红河断裂两侧近地表密度差异较大,可达0.4 g·cm^-3.本文获得的两条剖面近地表密度结构和布格重力异常为该区深部结构与构造研究提供更可靠的重力基础数据.

     

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。      

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。     

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1010 km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.     

近震体波走时与重力联合反演华北地区地壳上地幔顶部P波速度结构

华北是克拉通破坏的典型案例, 也是陆内强震活动最为强烈、频繁的地区之一, 对该区壳幔速度结构进行研究, 可为深化认识克拉通的形成演化、板内强震与火山发生机理等研究提供重要的深部约束. 利用202个固定台站、360个流动台站所记录到的天然地震事件P波资料和实测布格重力异常, 采用近震体波走时与重力联合反演方法获得了地壳、上地幔顶部P波速度结构. 重力资料的引入不仅对壳幔结构进行了更合理的约束, 而且有效提高了浅层和边缘射线分布稀疏区的成像能力. 联合成像结果显示, 鄂尔多斯地块和华北平原浅层表现为明显的低速异常, 可能与其存在厚的松软沉积层有关; 鄂尔多斯东部上地壳存在明显的P波高速异常, 推测该高速异常与古元古代孔兹岩带的形成有关.大同火山区15~25 km和25~40 km表现为明显的低速异常, 且这两个低速层是连通的, 推测与地幔热物质上涌导致的多期次岩浆侵位有关. 三河—平谷8.0级地震和邢台7.2级地震震源都位于脆性的上地壳, 均下伏低速异常, 推测在区域动力环境加载作用下, 韧性的壳内蠕变导致脆性上地壳岩石中弹性应变能的局部积累, 从而引起地震的发生.

     

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。     

蒙古及周边地区重力异常和地壳不均匀体分布

基于全球EGM2008自由空气重力异常模型,本文计算了蒙古及周边地区的布格重力异常和Airy-Heiskanen均衡重力异常.在此基础上,本文采用Crust 1.0地壳模型为参考,通过重力正演方法,对蒙古及周边地区不同深度地壳密度结构模型的重力异常进行了计算,并对得到的正演布格重力异常与实际重力异常进行了对比和分析.研究结果表明:蒙古西部杭爱山地区与阿尔泰山地区的构造变形差异性明显,现今均衡重力异常中杭爱山周边没有明显的均衡异常高值区,而阿尔泰山地区西南方向存在均衡重力异常高值分布,分析与新构造运动密切相关;Crust 1.0模型给出的壳幔横向密度不均匀体分布对于计算Moho面起伏引起的重力异常作用明显;Crust 1.0给出的地壳内界面变形可以反映深大活动断裂的深部构造变形.研究结果对于认识蒙古东西部构造特征差异,以及现今西部活动断裂的地球物理场特征具有参考意义,也可以为进一步应用Crust 1.0模型为参考开展三维密度结构反演提供一定帮助.     

四川地区流动重力资料的位场 分离与异常特征提取

用于监测四川地区重力场随时间变化的流动重力测网于2008年5月12日汶川M_S8.0地震后进行了全面改造, 形成了新的闭合环线并对整网点位每年实施2次重力观测工作. 该文以2010—2012年获取的5期流动重力资料为基础, 分别采用小波多尺度分解和三维视密度反演等位场分离方法, 对测区内重力场的动态变化进行多层次分解及异常特征提取, 以探求四川测区范围内重力异常动态变化特征以及地震前后不同深度范围内密度变化情况与重力场响应之间的关系. 结果表明, 对同一期资料进行小波分解得到不同阶次的细节图像, 揭示了不同深度处重力异常动态变化特征; 分解结果同时也表明了四川测区范围内重力场的变化形态与川内特有的断裂构造格架和深部结构环境及过渡带特征密切相关. 通过对不同时期的差分重力异常资料进行三维视密度反演对比研究发现, 在地震前后四川测区范围内由浅到深密度变化呈现出不同程度的差异, 震区附近出现较为明显的横向密度变化特征且浅层物质密度局部性的异常变化差异较为突出, 测区范围内中上地壳深度层密度反演切片显示出的趋势性差异基本上反映了地震前后测区内地下物质的动态变化趋势, 因此, 深刻认识不同深度范围内重力场的动态演化特征, 对研究壳内物质密度变化以及与地震的孕育和发展有关的深部介质环境具有积极的意义.