基于等效源的重力异常空间导数计算方法及其在川滇地区的应用

在综合分析前人研究成果的基础上,采用基于贝叶斯准则的等效源模型滤波增强方法来识别地质体边界。通过理论模型实验讨论了在相同的噪声水平情况下,不同算法对于计算结果的影响,模型实验结果表明,与直接计算和传统高斯滤波增强技术相比,新算法可以有效消除传统算法中普遍存在的对于噪声的过度敏感问题,所得到的地质体边界形态失真更小。随后,利用此方法对川滇地区的重力数据进行了处理,并对该地区的重力水平总梯度(THD)、重力垂直梯度模(AVG)、重力解析信号模量(AAS)、重力水平梯度垂向导数(VGHD)应用效果进行了对比分析。研究结果提供了川滇地区的构造分区信息,对该地区构造演化、边界定位及动力学过程分析具有重要的指导意义。     

川滇及邻区布格重力异常与地壳密度结构研究进展

川滇及邻区是青藏高原东流物质往SE-SSE旋转和逃逸的主要场所,地质构造与地震活动十分活跃.本文总结了川滇及其邻区区域布格重力异常和地壳密度结构研究的近期成果和重要进展:(1)利用重力与GNSS定位技术,获得了 8条重力探测剖面的布格重力异常信息,利用多种地球物理观测共同约束的重力反演技术,构建了青藏高原东南缘及邻区地...     

基于时变重力数据的川滇地区场源模型反演和解释

时变重力信号能反映地球内部介质迁移引起的不均衡变化,本文利用三维欧拉反褶积方法,通过建立合适的场源模型获得最佳反演参数,并采用水平梯度滤波法消除部分虚假发散解,优化反演结果。在此基础上,利用川滇地区2015—2019年流动重力重复观测资料,分析了不同时空尺度的区域重力场动态变化特征,开展对川滇地区重力变化场源特征的定性和定量研究。结果表明:欧拉反褶积方法能有效反演重力场变化异常的场源三维空间分布特征,反演结果与2018年12月16日四川兴文县M_S5.7地震, 2019年6月17日长宁县M_S6.0地震及同年7月4日珙县发生的M_S5.6地震位置相对应,揭示了区域内的构造活动特征,为地表时变重力数据的反演和解释提供了思路和方法,同时也对捕捉与深部构造相关的地震前兆信息、开展强震中长期预测的应用研究具有现实意义。     

川滇地区重力场与深部结构特征

川滇地区地处青藏高原东缘强烈变形区,区内的龙门山断裂带、安宁河断裂带与鲜水河断裂带构成了华南块体、川滇块体与松潘-甘孜块体的重要分界.为研究川滇地区深部地壳结构特征,本文利用布格重力数据,并应用小波多尺度分析方法对重力场进行了分离,进而对该区地壳介质密度结构进行了分析.研究结果表明:川滇块体与松潘-甘孜块体中上地壳密度...     

长江下游地区布格重力异常及深浅部构造特征

为研究长江下游地区地壳结构及深浅部构造特征,本文选用大比例尺布格重力数据,利用小波变换方法进行场源分解处理,剖析不同深度下地壳横向结构,采用Parker变密度模型反演该地区的莫霍面深度,并构建两条地壳密度结构剖面模型,对研究区深、浅部构造进行精细刻画.结果表明,长江下游地区重力场整体呈现NE走向的构造异常,多发育NE向的断裂及隆凹构造.沉积层至上地壳的地壳结构复杂,存在数量较多的小尺度的线性重力梯度条带,形成了15条明显的以NE、NNE方向为主体的构造单元以及2条NW向区域性断裂,多数断层延伸至中地壳;在中、下地壳尺度中,断裂带多沿高、低异常梯度条带分布,其中金坛—南渡断裂与茅山断裂合并,形成规模一条较大的控制性断裂,推断该断裂已经切穿上地幔,结合地震数据发现,两条断裂的相接处在近代以来地震活动性较强,此外茅山断裂在深部向北延伸至镇江市区,受无锡—宿迁断裂带影响截止于埤城附近.区域莫霍面深度分布在31.6～33.4 km,表现为以埤城断凸为中心,东西浅,南北深的‘X’状.     

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.     

基于接收函数约束的川滇地区莫霍面深度反演研究

本文利用川滇地区宽频地震接收函数结果和WGM2012全球布格重力场模型数据,采用正则化参数和接收函数结果交叉验证得到最优莫霍面参考深度和上下界面密度差,使用基于球坐标系下的快速非线性重力反演方法建立川滇地区莫霍面深度模型.研究结果显示,川滇地区整体莫霍面深度介于30～69km,青藏高原内部地区莫霍面深度大于50km;四川盆地莫霍面深度在36～38km;攀枝花地区莫霍面出现明显的隆起和下凹,变化范围在42～48km;川滇菱形地块莫霍面深度在40～50km;滇西和滇南地块莫霍面深度由南向北逐渐变深,变化范围在38～44km.本文反演莫霍面深度与接收函数结果平均误差为0.18km,与该区域天然地震层析成像、人工地震探测以及重力数据反演结果基本一致,但细节更加丰富,进一步确认了莫霍面在攀西裂谷地区存在隆起,小江断裂带下方存在下凹的特征.该结果可作为精细化川滇地区地壳密度界面模型,为研究该地区岩石圈结构和地质构造演化提供参考.     

丽江地震前后川滇地区地壳形变异常强度场及其演化

地震过程是应变能积累与释放的结果。如何描述积累的程度并对出现的异常进行检测 ,一直缺少合理的定量化研究。通过对各项观测之间相关性的分析 ,讨论了地壳形变过程的异常强度指标 ,并进一步构造了异常强度的空间分布及其演化图像。与地震活动的联系表明 ,地震多发生在区域异常集中出现后的异常平静时 ,且远离异常集中区。并证实了地壳形变异常强度与地震应变能积累程度具有密切的相关性     

川滇地区地震条带异常短临信息分析

<正>1研究背景云南地区目前地震条带异常显著,共有4个条带。利用地震条带进行地震三要素预测的难点是发震时间的预测,一是条带形成本身所需时间较长,二是从条带解体到预测地震发生的时间间隔,据统计结果显示数据比较离散(吕坚等,2016;李莹甄等,2011)。本研究根据地震条带的严格定义和识别规则,结合《中国震例》和已有研究结果,对川滇地区M_S≥6.0地震前地震条带异常出现及图像进行重新梳理。在此基础上,重点研究地震条带形成后到预测地震发生前,条带及周边区域地震活动动态变化,如地震平静、增强、丛集、地震窗、震群等,拾取可能的短临异常信息。     

川滇地区地壳密度变化与强震孕育关系

为研究川滇地区地壳密度的时空演化特征与强震孕育的关系,本文基于2011—2014年川滇地区的重力复测资料,利用阻尼最小二乘反演算法,获得了川滇地区0—50 km深度范围内分辨率为55 km×55 km×10 km （长×宽×高）的三维动态密度变化模型。以所获取的动态密度变化为依据,分析了川滇地区三维密度变化特征与2013年四川芦山M_S7.0、2014年云南鲁甸M_S6.5和四川康定M_S6.3地震的关系,并由此对强震重点构造部位的深部地壳结构特征、孕震背景及区域动力学过程进行了深入分析。结果显示:川滇地区出现多个与主要活动断裂带展布方向基本一致的密度变化高梯度带,在三次地震的震中区及其附近观测到明显的区域性密度变化异常。15—35 km深度范围内的密度变化水平剖面显示:强震容易发生在上地壳密度变化正、负异常过渡的高梯度带和密度变化四象限分布的中心;中地壳深度密度变化低异常是强震孕育的主要介质条件;下地壳深度密度变化低异常或密度变化高梯度带均有可能是孕育地震的主要介质结构。0—50 km深度的垂直剖面上的密度变化结果显示,地震震中区及附近浅部、深部地壳呈现解耦变化。壳内垂向正负密度变化过渡带可能是强震孕育的又一个主要特征构造。      

Inversion of gravity and topography data for the crust thickness of China and its adjacent region

Introduction Since the middle of the century, gravitational isostasy has been a fundamental hypothesis for inverting the gravity data to find the crust thickness. Geophysicists have done a lot of researches on using gravity data to investigate the depth of Moho discontinuity. Since 1980, the International Lithosphere Program emphasized the importance of investigating the Moho depth variation. Thereafter a lot of results have been published in the world (Braitenberg et al, 2000; Kaban et al,…     

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…     

布格重力异常建模反演在二连盆地油气勘探中的应用

二连盆地由众多小凹陷组成,伊和凹陷是其中之一.重力资料在盆地"探边摸底"、"定凹选带"等方面发挥着重要作用.本文基于布格重力异常资料,利用2.5D建模反演技术对其中横跨主洼槽的两条测线进行可视化建模及正演拟合.其中,初始模型的几何参数取自二维地震解释结果;物性参数中的纵向密度取自测井声波波速与密度的相关公式.正演拟合为建模反演技术的关键环节,密度横向变化,是在拟合过程中通过人机交互试错调整实现.通过正演拟合,揭示了主洼槽沉积层横向和纵向均存在较大的密度不均匀性,主洼槽有利于油气生成.与地震解释结果对比,二者在赛汉组-第四纪、腾格尔组深度相差不大,但凹陷底部拟合结果与地震解释结果有明显差异.通过钻井结果验证,正演拟合各沉积层深度与钻井揭示的各层深度结果一致,二维地震解释结果偏浅,其可能原因是时深转换选取的速度值偏小造成.     

Determination of the degree 120 time-variable gravity field in the Sichuan-Yunnan region using Slepian functions and terrestrial measurements

The terrestrial time-variable gravity measurements are characterized by a high signal-to-noise ratio and sensitivity to the sources of mass change in the Earth's crust. These gravity data have many applications, such as surface deformation, groundwater storage changes, and mass migration before and after earthquakes. Based on repeated terrestrial gravity measurements at 198 gravity stations in the Sichuan-Yunnan region (SYR) from 2015 to 2017, we determine a time series of degree 120 gravity fields using the localized spherical harmonic (Slepian) basis functions. Our results show that adopting the first 6 Slepian basis functions is sufficient for effective localized Slepian modeling in the SYR. The differences between two gravity campaigns at the same time of year show an obvious correlation with tectonic features. The degree 120 timevariable gravity models presented in this paper will benefit the study of the regional mass migration inside the crust of the SYR and supplement the existing geophysical models for the China Seismic Experimental Site.     

基于抛物线密度模型的频率域三维界面反演及其在川滇地区的应用

密度界面反演作为了解地球内部结构的一种重要方法,长期以来都是重力学研究的主要内容.本文结合抛物线密度模型及频率域算法的优点,将抛物线密度函数应用于Parker-Oldenburg算法,经过理论推导得到了抛物线密度模型的频率域公式,从而建立了基于抛物线密度模型的三维密度界面重力异常正反演的算法和流程.理论模型数据试验表明本方法快速、有效,适用于大多数浅部比深部增加更快的实际地壳密度.研究中还利用该方法对川滇地区重力异常进行了反演,获得了该区的莫霍面深度分布,并与接收函数研究结果进行对比分析,进一步验证了本文方法的正确性和有效性.     

川滇地区强震前流体异常特征与预测指标体系初探

为进一步跟踪川滇地区未来1~3 a的7级震情, 基于《中国震例》(1966—2012年)系统分析了川滇地区强震(M_S≥6.0)前地下流体前兆异常特征, 并结合相关研究成果, 深入分析了该地区前兆信息特征, 结果表明, 该地区强震前地下流体异常具有长趋势变化特征, 且震级越大趋势性越显著, 空间上由外围沿构造带逐渐向震区收缩; 水氡、 水位异常具有时间上的配套性、 月频次加速性及空间上的群体性与分化迁移等特征。 通过拟合发现, 震级与异常数量之间存在指数关系, 并据此尝试给出了川滇地区流体异常预测指标, 希翼为今后该地区未来强震预测预报提供一定的科学依据。     

芦山-康定地区布格重力异常及其归一化梯度图像的构造物理涵义

芦山-康定地区是川滇块体、松潘-甘孜块体和华南块体三个块体过渡的"Y"型交汇区,构造变形十分强烈.本文对EGM2008计算的布格重力异常进行1~5阶离散小波变换,得到三方向分量平方和的平方根(HVDM)图像;利用实测剖面布格重力异常数据,得到剖面的布格重力异常归一化总梯度(NFG)图像.结果分析表明:(1) 垂直于龙门山断裂带南段剖面的NFG图像显示推覆构造体前端切割较浅、后端逐步变深至中地壳,说明松潘-甘孜块体在深约10~30 km之间存在滑脱构造,在青藏高原东向挤出和四川盆地的阻挡作用下,造成深、浅部构造差异性运动,形成逆冲推覆的龙门山构造带; (2) HVDM图像和剖面的NFG图像均显示龙门山断裂带西南段与中段和东北段不同,松潘-甘孜块体对四川盆地的逆冲推覆作用沿北东方向具有分段性;(3)雅江-洪雅剖面NFG图像显示鲜水河断裂带和龙门山断裂之间存在高梯度变化带,在鲜水河断裂带下方强变形带不仅在20 km左右东倾至龙门山断裂带前缘,且逐渐近垂直向下伸入至少到下地壳,反映了两大断裂带交汇区域变形作用较强.川滇块体内部和四川盆地内部则显示低值,说明其变形作用较弱.强烈左旋剪切的鲜水河断裂带对芦山-康定地区构造活动具有主要的控制作用.     

利用重力/GPS联合观测数据计算地壳垂向构造应力的新方法

本文提出一种基于重力/GPS联合观测数据计算垂向构造应力的新方法.计算步骤如下:(1) 通过重力/GPS联合观测数据计算布格重力异常;(2) 依据布格重力异常数据推算莫霍面深度;(3) 依据GPS观测数据,通过均衡理论计算均衡面深度;(4) 依据莫霍面与均衡面之间剩余物质(壳幔物质密度差)所承受的附加浮力,计算地壳承载的垂向构造应力.本文利用上述构造应力新算法,计算了巴颜喀拉块体东边界及周边地区垂向构造应力分布,发现龙泉山断裂带以东地区垂向构造应力基本为零,龙泉山断裂带与龙门山断裂带之间地区垂向构造应力为正值,巴颜喀拉地块东部垂向构造应力为负值.鲜水河断裂带东南段周边蓄积了-40~-50 MPa的垂向构造应力,且梯度变化剧烈;松潘高原蓄积的垂向构造应力大约为-10~-20 MPa,相对较小.     

川滇地区中小震地震动衰减特征分析

利用2007年以来川滇地区24次中小型破坏性地震(Ms4.7～6.7)的基岩场地和土层场地的强震动记录,分别统计获得了川滇地区水平向基岩场地和土层场地的地震动峰值及加速度反应谱衰减关系.通过与俞言祥等2006年基于转换方法得到的我国西部基岩地震动衰减关系的对比,验证了本文衰减关系对利用中小地震进行地震动估计的可靠性.同时,根据强震动数据随震级以及震中距的分布,分析了本文结果的适用性和可靠性.     

川滇地区重力场动态变化及其强震危险含义

基于川滇地区2011-2014年的重力复测资料,系统分析了区域重力场时-空动态变化及其与2012年云南彝良MS5.7、2013年四川芦山MS7.0、2014年云南鲁甸MS6.5和四川康定MS6.3地震发生的关系.结合GPS、水准观测成果和区域地质构造动力环境,进一步研究了区域重力场变化的时空分布特征及其机理,讨论了近期区域重力场动态变化的强震危险含义.结果表明:①重力变化与川滇地区断裂构造活动存在密切空间联系,重力变化较好地反映了伴随活动断层的物质迁移和构造变形引起的地表重力变化效应.②重力资料对测区内2012年以来发生的4次MS5.7以上强震均有较好反映,地震前震中区及其附近观测到明显的区域性重力异常及重力变化高梯度带,可能是地震孕育过程中观测到的重力前兆信息.③区域重力场动态演化大体反映了青藏高原物质东流的动态效应,龙门山断裂带地壳受挤压隆起、面压缩率和重力上升变化的特征最为显著.④重力场的空间分布及其随时间变化与地壳垂直与水平运动及地质构造活动等观测结果有一定的对应关系,强震易发生在重力变化四象限分布中心地带或正、负异常区过渡的高梯度带上,研究区的一些重力异常部位仍存在中-长期大震危险背景.