华北断块区均衡重力异常、构造特征及地震活动

均衡重力异常是地壳均衡状态的标志,地壳均衡状态与构造特征及地震活动密切相关。文中基于高阶地球重力场模型EGM2008自由空气异常,采用高精度数字地形模型(DEM)ASTER GDEM 2009和ETOPO1分别作为陆地和海底地形数据,通过基于DEM的严密地形-均衡改正方法计算得到华北断块区5'×5'网格分辨率的Airy均衡重力异常。根据计算结果讨论了华北断块区均衡重力异常分布特征,并探讨了区内均衡重力异常与构造特征、地震活动的关系。结果表明,华北断块区均衡重力异常空间分布极不均匀,表现出明显的断块差异性;区内均衡重力异常大小主要受新构造运动控制,是地壳表层物质密度横向变化和深部构造差异共同作用的结果,构造运动对均衡重力异常的显著影响说明华北断块区地壳均衡调整尚未完成;华北断块区地震活动和均衡重力异常之间有一定的联系,地震活动在显著的均衡重力异常高值区或低值区周围及正负均衡重力异常区过渡部位分布较为集中。     

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.     

青藏高原东缘重力导纳模型均衡异常时空特征

青藏高原东缘地处南北地震带,在卫星自由空气重力异常图上对应明显的正负异常梯级带变化特征,沿着异常梯级带分布多条深大断裂,属于构造单元的边界区域.本文利用重力导纳分析方法,计算了该区重力导纳模型均衡异常背景场;通过与Airy模型和弹性板模型的均衡重力异常特征对比,结合地震活动性分布特点,评价均衡重力异常计算结果和选择计算...     

天山及邻区Vening Meinesz均衡重力异常特征及其动力学意义

本文基于Vening Meinesz区域均衡模型,通过试验不同参数计算Vening Meinesz均衡补偿深度,将其与CRUST1.0模型给出的莫霍面深度进行拟合,得到适应于天山及邻区的平均补偿深度、"地区性指标"以及区域补偿半径.结合地球重力场模型EIGEN-6C4与地形数据,利用球冠体积分方法进行地形效应、沉积层效应计算和均衡校正,得到了研究区的Vening Meinesz均衡重力异常.结果显示天山及邻区的均衡重力异常幅值在-110~120 mGal之间,表明了天山及周边盆地岩石圈所处于的均衡状态,同时揭示了研究区的壳幔密度分布特征.天山、塔里木盆地、准噶尔盆地等块体的地壳垂向形变可能部分地由均衡调整引起,且均衡调整趋势与地面形变测量结果相契合.通过对均衡重力异常成因的解释,从地壳均衡角度分析了该地区复杂的构造背景及其新生代以来的演化历程.     

天山及邻区Vening Meinesz均衡重力异常特征及其动力学意义

本文基于Vening Meinesz区域均衡模型,通过试验不同参数计算Vening Meinesz均衡补偿深度,将其与CRUST1.0模型给出的莫霍面深度进行拟合,得到适应于天山及邻区的平均补偿深度、"地区性指标"以及区域补偿半径.结合地球重力场模型EIGEN-6C4与地形数据,利用球冠体积分方法进行地形效应、沉积层效应计算和均衡校正,得到了研究区的Vening Meinesz均衡重力异常.结果显示天山及邻区的均衡重力异常幅值在-110~120 mGal之间,表明了天山及周边盆地岩石圈所处于的均衡状态,同时揭示了研究区的壳幔密度分布特征.天山、塔里木盆地、准噶尔盆地等块体的地壳垂向形变可能部分地由均衡调整引起,且均衡调整趋势与地面形变测量结果相契合.通过对均衡重力异常成因的解释,从地壳均衡角度分析了该地区复杂的构造背景及其新生代以来的演化历程.     

鄂尔多斯地块及邻区重力均衡研究

为更加精细地了解鄂尔多斯及其邻区的地壳均衡状态,本文在考虑地壳密度横向变化的基础上计算了该区域的重力均衡异常。首先,利用研究区内重力异常和真实莫霍面深度进行反演得到壳幔密度差分布,以艾里均衡理论为基础计算了莫霍面的理论深度;其次,通过莫霍深度理论值与真实值对比来获得研究区的重力均衡异常;最后,结合区内地震分布,讨论了重力均衡异常与地震活动的关系。结果表明:研究区内盆地以负均衡异常为主,山地则表现为正均衡异常,鄂尔多斯地块内部基本均衡;研究区内中强地震主要分布在重力均衡异常梯度带上。      

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.     

南北地震带北段深部构造特征

本文利用重力资料,采用单层地壳模式反演南北地震带北段的地壳厚度.根据艾利均衡假设,进行均衡补偿归算.编制莫氏界面图和11均衡异常图.根据地壳构造特征,划分六个地壳构造区.对天水-文县间立交构造格架进行初步的探讨.结合历史地震资料,讨论了地壳构造、均衡异常与地震的关系.      

日本海重力场与深部构造研究

本文根据已有的日本海区域重力场和莫霍界面分布资料和由地震Ｐ波速度层析模型转换的密度分布及其重力异常场资料作对比。分析和讨论了两者在日本海的重力异常场、深部地壳构造特征和日本海的扩张中心上的异同。并提出和探讨从日本海纵跨本州岛到太平洋的佐渡－伊豆高重力异常带。     

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。     

Isostatic status in North China (1) Method and local compensation

Following Airy and Pratt principles, five kinds of local-compensation models are analysed and a rapid 3-D gravity formula is utilized to calculate isostatic anomalies for 66 models with different parameters. It is noted that isostatic gravity maps appear nearly identical in their main patterns and features. The optimum compensation model in North China is one of modified Airy models in which the different density distribution in the surface, upper crust and lower crust is taken into account and the standard crustal thickness is about 50km. The position of the complete compensation interface is located in the upper mantle. The North China platform as a whole is under sub-isostatic equilibrium status with an isostatic anomaly of about 18·10⁻⁵ m/s² on an average. The distribution of isostatic gravity anomaly shows an obvious blockwise pattern. Most positive anomaly areas occur over the eastern part, the Jiao-Liao Block, Mt. Yan block and northern margin of the Hebei-Shandong block, whereas a negative area occurs in the Shanxi graben. The comparison of models indicates that the Moho discontinuity is not suitable to be taken as a compensation interface, and the compensation effects in Airy model are better than that in Pratt model, which is consistent with the feature of dominant layered structure and less lateral inhomogeneity in crust. Some results about composite compensation, the basic characteristics of isostatic anomaly and deep stucture will be published later in the second part of this paper. Wang Bowen took part in some work in this paper.     

Isostatic status in North China (1)

Following Airy and Pratt principles, five kinds of local-compensation models are analysed and a rapid 3-D gravity formula is utilized to calculate isostatic anomalies for 66 models with different parameters. It is noted that isostatic gravity maps appear nearly identical in their main patterns and features. The optimum compensation model in North China is one of modified Airy models in which the different density distribution in the surface, upper crust and lower crust is taken into account and the standard crustal thickness is about 50km. The position of the complete compensation interface is located in the upper mantle. The North China platform as a whole is under sub-isostatic equilibrium status with an isostatic anomaly of about 18·10^?5 m/s² on an average. The distribution of isostatic gravity anomaly shows an obvious blockwise pattern. Most positive anomaly areas occur over the eastern part, the Jiao-Liao Block, Mt. Yan block and northern margin of the Hebei-Shandong block, whereas a negative area occurs in the Shanxi graben. The comparison of models indicates that the Moho discontinuity is not suitable to be taken as a compensation interface, and the compensation effects in Airy model are better than that in Pratt model, which is consistent with the feature of dominant layered structure and less lateral inhomogeneity in crust. Some results about composite compensation, the basic characteristics of isostatic anomaly and deep stucture will be published later in the second part of this paper.     

论华北地区的均衡状态(二)——复合补偿与深部构造

由试验均衡的理论出发,得到了该区的均衡响应函数并建立了复合补偿模式。地形高度对重力场的影响很复杂,波长小于300km的地形起伏具有偏高的均衡响应值。 局部补偿是华北地区的主要补偿机制,所占比例达90%。区域补偿的等效弹性板厚度偏小,仅18km, 表明了华北地壳破裂程度严重和下地壳流变性突出。 均衡重力异常具有块体分布和均衡调整方向同新生代构造运动方向不完全符合等特点,其中一些成分是由于表浅层地质体的非均匀载荷所造成,不能简单地归因于欠补偿或过补偿。均衡异常的垂直导数分布清晰地揭示了华北地区几条重要的断块分界线。从深部构造上看,均衡补偿过程发生在下地壳特别是上地幔中。本文从均衡的角度探讨了地震危险性。      

地形-均衡补偿重力、大地水准面异常频谱分析

将地形高、地球内部质量异常以及重力、大地水准面展开成球谐级数,依据岩石圈弹性挠曲均衡补偿理论建立地形—均衡补偿重力、大地水准面异常的球谐级数表达式.由此我们可以研究地形—均衡补偿重力、大地水准面异常与球谐级数阶次的关系,以及不同波长地形荷载与岩石圈挠曲补偿的关系,探讨地形—均衡补偿重力、大地水准面的频谱特性.从观测大地水准面异常和自由空气重力异常扣除地形—均衡补偿大地水准面、重力异常,可以得到均衡大地水准面异常和均衡重力异常.均衡大地水准面异常已经消除了浅层物质不均匀的影响,反映的是地球深部物质密度不均匀分布.均衡重力异常显示出中短波长特性,反映的是地壳上地幔物质分布的失衡和物质调整的动力学特征.     

甘肃西部地区深部构造

本文利用重力资料,采用单层地壳模式反演了甘肃西部地区的地壳厚度。根据艾利的均衡假设,进行了均衡补偿的归算,编制了莫霍界面图和均衡异常图。作者对甘肃西部地区的地壳变异带形成的力源进行了简要的探讨,结合历史地震资料,讨论了地壳构造、均衡异常与地震的关系。     

The gravity and isostatic Moho in North China Craton and their implications to seismicity

The Bouguer gravity is the combination of field sources in different depths. Based on the multi-scale analysis of the Bouguer gravity, we can get the gravity anomaly caused by the Moho undulation. This study presents the various orders of approximation of gravity anomaly in North China Craton (NCC), the possible source depths with radial logarithmic power spectrum, and the relationship between the deep structure and gravity anomaly. Furthermore, we discuss the isostatic compensation about the Moho depth from gravity and deep seismic sounding profiles (DSS). The results show that: (1) the fourth approximation could have resulted from the Moho undulation, (2) in contrast to the isostatic Moho, the inverted gravity Moho and the DSS Moho show that most of NCC has been isostatically compensated, and (3) the isostatic compensation rate has some close relation to the seismicity.     

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.

     

TOPOGRAPHIC AND ISOSTATIC CORRECTIONS TO GRAVITY SURVEYS IN MOUNTAINOUS AREAS*

In mountainous areas it is an inadequate procedure to reduce gravity observations by merely subtracting the effect of an infinite flat slab of material between the station and sea-level, and adding a terrain correction. A programme is described which directly computes the effect of masses above sea-level, and mass-deficiencies below it; as well as the effect of compensating masses under the Pratt and Airy isostatic systems. As an example, the method has been applied to a regional gravity survey of Papua and New Guinea where it is seen to remove the usually high correlation of the Bouguer anomaly with local topography.