重震反演中国东北地壳上地幔三维密度结构

本文利用重力和地震P波到时数据反演得到了中国东北地区地壳上地幔三维密度结构.与单一的重力或地震反演相比,重震反演一方面有效地克服了重力反演结果垂向分辨率低的问题,另一方面也提高了地震反演结果的可靠性.结果显示:中国东北地区的地壳及上地幔剩余密度异常分布与构造单元具有明显的相关性,造山带对应低密度异常,盆地对应高密度异常;区域内火山下方有明显的低密度体存在,可能是由于太平洋板块俯冲进入上地幔并部分滞留,在滞留板块深部脱水和软流圈热物质共同作用下产生了上涌岩浆,喷发后形成了火山.     

从热那亚海湾到瑞士摩拉石盆地的欧洲地学断面南段的重力模拟

利用意大利和瑞士最近出版的重力图,我们模拟了欧洲地学断面南段北部的一条剖面.此剖面从热那亚的利古里亚海岸东延伸到瑞士摩拉石盆地.重力模拟考虑了地球物理的横剖面和各种来源的密度差.对所有的模型我们让上地壳的系数作为常数,下地壳的重力影响作为变数,上地幔认为是均匀的.根据目前现有的资料,我们得出以下结论:(1)区域异常主要是由壳一慢边界的地形引起的.(2)在剖面的南部,观测到的布格异常可以用利古里亚海岸下莫霍面的一个台阶形状来模拟.(3)在剖面的北部L‘ubri。线下部引入另一个莫霍“突变”,便使得观测到和计算出的布格异常吻合得非常好.(4)两种模型都符合测量剖面.一种是单一的,另一种是有双壳一慢转换构造.     

青藏高原重力场与壳幔结构分析

本文基于重力资料, 分析了青藏高原壳幔结构模型、 高原陆内形变动力学条件、 高原深部物质运动特征及动力学机制。 研究表明, 重力布格异常和自由空间异常除了分别反映大地水准面之下的“剩余”密度信息和大地水准面之上的“附加”密度信息之外, 还可以组合在一起反映壳幔结构的流变学信息。 在整体处于Airy 重力均衡状态下, 如果局部布格异常与空间异常同向减小, 则是弱地壳强地幔的反映; 如果布格异常减小空间异常增大, 则是强地壳弱地幔的反映。 笔者认为, 青藏高原南部多为强地壳弱地幔地段, 东部既有强地壳弱地幔地段, 也有下地壳柔性-上地幔脆性地段, 北部多为弱地壳强地幔地段。 高原南北两侧板块边界的挤压力对高原做功, 重力位能使高原物质向低位势转移, 产生流变变形, 导致南区和北区主要为挤压变形区, 东区主要为构造伸展-侧向挤出区。 由于壳幔结构的差异, 不同地区驱动变形所需位能大小不同。 相同位能条件下, 南部更易于隆升, 东部更易于流变伸展。     

宜川—泰安剖面的密度结构、构造特征和地震活动

文中利用宜川—泰安重力剖面的相对联测和同址GNSS测量数据获得沿线的布格重力异常、剩余密度相关成像和地壳密度结构,可以看出：剖面的布格异常变化范围为-(161.7～5.5)×10^-5m/s²,自西向东总体呈上升趋势,在临汾盆地有明显“凹陷”,可能与上地壳存在低密度构造有关;剖面地壳密度分布具有明显的不均匀性,以太行山重力梯级带为界,西部密度较高,东部密度较低,中下地壳存在低密度体,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;不同构造块体的密度差异明显,在断裂带分布区域均存在密度差,说明密度分布与构造有一定关系;地壳介质的不均匀性和地震活动相关：鄂尔多斯断块的地壳介质相对均匀,不容易积累能量,地震活动水平低;山西断陷带和华北平原断块则相反,具有显著的不均匀性,地震活动频繁。     

利用地震层析成像数据修正中国西北地区莫霍界面深度

考虑到地壳和上地幔密度异常对地表重力的影响,本文提出了修正单纯利用重力资料 反演地壳厚度的算法．该算法利用地震层析成像结果推算出地壳和上地幔密度异常分布,然 后计算由此分布引起的地表重力异常,再从观测布格重力异常中扣除上述密度异常引起的重 力效应,最后在地壳均衡假设的基础上顾及到对反演参考深度的修正,直接反演区域地壳厚 度．本文利用胥颐等地震层析成像的数据,修正了中国西北地区莫霍界面的深度．结果表明, 该区域地壳和上地幔密度异常引起的地表重力异常值为——60times;1O-5m／s2～30times;10-5m／s2． 与直接使用布格重力异常反演地壳厚度相比较,该密度异常对该区域莫霍界面将产生约6 km 的修正．本方法使得利用重力数据反演地壳厚度在理论上更为完备,实际应用中也比较可 行,为更进一步逼近莫霍界面的真实形态提供了一种途径．      

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     

背景噪声面波与布格重力异常联合反演:山西断陷带三维地壳结构

讨论了利用面波与布格重力异常联合反演三维地壳速度结构的新方法,并利用该方法联合反演获得山西断陷带地壳S波速度结构.通过建立速度与密度之间的经验关系,利用非线性迭代反演方法获得最终速度模型.结果显示,联合反演获得的速度模型可以同时提高对面波及重力数据的观测拟合程度,而面波单独反演得到的速度模型则无法很好的拟合重力观测数据.相比较,联合反演速度模型中的大同火山区中下地壳的低速异常幅值小于面波单独反演模型中低速异常体的幅值.联合反演速度模型结果揭示,吕梁山地区在中下地壳存在低速异常,并且和北部的大同火山区低速异常相连接,说明可能导致新生代以来大同火山区岩浆活动的上地幔构造活动(上地幔局部上涌,地幔柱)可能对山西断陷带的形成和构造活动起到了一定的控制作用,并且导致了吕梁山地区中下地壳的低速异常.     

欧洲地学断面中意大利北部的地球物理数据

在热那亚和蓬特雷莫利向北的利古里亚海岸到伦巴第南阿尔卑斯地区之间的磁法、重力测量和地震反射数据已经获得.数据和解释提供了地表到磁性基底的几何形状、深度和它们(地表地壳)的性质.根据这些因素,我们做出南阿尔卑斯—波河盆地—北亚平宁体系的构造轮廓.通过对布格异常进行滤波,重力测量数据显示了与“米兰高地”有关的剩余异常和一条在南阿尔卑斯和北阿尔卑斯边缘上的转换构造带.磁场数据显示出存在高磁化率的下层(次地层)和一些具有不同性质和起源的磁性体.这些磁性体可能来源J于在南阿尔卑斯和北亚平宁下的一些蛇绿岩、火成岩和在结构上遭到破坏的基底板块. 地震反射数据提供了沉积层顺序的构造证据,把地震、钻孔和地表地质资料相结合,得出了构造的几何形状和这个地区的地层年代演化.研究地区包括了一条前陆的刚性条带和两个造山带,此区具有第三纪压性构造,把中部地区上推到北部和南部.中部地区是受二迭纪延伸性地壳构造和火山造山运动的影响.在三迭纪一侏罗纪时地壳上隆,在中生代由于共生的沉积层断裂而移位.从第三纪开始,这个地区逐渐下沉.断裂带有如下特点:大规模的早第三纪一晚第三纪上冲,影响到前中生代的墓底.在亚平宁一侧,由于各地厚的蛇绿岩体的出现,使得这个地区的全貌变得更为复杂.     

青藏高原东北缘岩石圈三维密度结构

综合重力观测资料和地震波走时资料反演了青藏高原东北缘岩石圈三维密度结构,并对该区岩石圈结构及动力学特征进行了讨论.首先利用收集到的P波近震和远震走时数据进行地震层析成像,得到研究区岩石圈三维P波速度结构.然后利用速度-密度经验关系式,将速度扰动转化为密度扰动建立研究区三维初始密度模型.最后利用分离的布格重力异常反演得到了岩石圈三维密度结构.反演结果表明:青藏高原东北缘地壳密度结构特征有利于地震孕育发生和地壳物质侧向流动;地壳内,密度异常等值线走向与地表断裂走向基本一致,进入地幔后,密度异常等值线走向发生了顺时针旋转,这表明青藏高原东北缘地壳和地幔具有不同的构造运动模式,暗示该区可能发生了壳幔解耦;80~100 km深度上,P波速度异常较密度异常明显偏低,推测该区可能发生了部分熔融或者岩石含水量的增加;印度板块俯冲和周围坚硬块体阻挡联合作用,使得青藏高原东北缘形成了强大的区域构造应力场,并导致深部软流圈热物质上涌,为该区壳幔解耦、部分熔融和P波速度降低创造了条件.     

晋东北重力三维正反演获初步结果

晋东北(北纬38°30′～41°00′,东经113°00′～115°20′)地区包括怀来—西安裂谷系的北端,历史强震和现代地震都较频繁,还有第四纪火山分布.这些地质现象的深部构造背景是什么?浅层构造与深部构造有什么关系?前人论及不多.此次工作研究思路和方法是在详细收集区内地层厚度和密度的基础上,建立地质—密度模型,用重力三维正演方法,逐层消除浅部地质体对布格异常的干扰(“剥皮”),从而获得一套不同深度的剩余重力异常和代表下地壳底部介质密度差异的剩余深部重力异常.然后选取通过本区的D.S.S.剖面上一个莫霍深度值,反演全区地壳厚度.共处理数据37.5万个.     

青藏高原地壳三维密度结构的重力反演

在阻尼最小二乘法的基础上,提出了利用重力进行三维密度反演的选权拟合法,并利用密度分布的特点构造了约束权矩阵.为了改善单一重力反演的非唯一性,利用地震面波层析成像资料进行约束,得到了青藏高原不同深度高分辨率三维密度异常分布图.反演结果显示,青藏高原地壳内密度很不均匀,不同块体具有不同的密度异常特征,拉萨和羌塘地体为低的负密度异常区,松潘-甘孜地体东部存在较低的负密度异常区,塔里木盆地存在较高的正密度异常区.从中部到东部,上地壳物质存在差异,而下地壳物质存在一定连续性.     

根据北海北部地区重力资料和深地震反射资料求得的莫霍面的比较

我们给出了北海北部地区NSDP-84深地震反射削面的重力模拟的结果.根据海上布格重力异常的正演所推断出的莫霍面深度与根据卫星测高所得到的自由空气重力异常的独立反演及由深地震反射剖面所得结果很一致.这表明由深地震反射资料所得到的莫霍不连续面与密度的较大跃变相对应,因而,很可能不仅代表了大陆地壳和上地幔间的地球物理边界,而且也代表了其岩性边界.尽管北海北部地区下面的深地震反射剖面资料表明结晶岩底层有明显的横向不均匀性,但是所得出的地壳底层和上地幔之间的平均密度之差却变化得相当小.维金(Viking)地堑的最深部分却并非这样,在那里地壳的下部和上地幔的性质可能因伴随着地堑形成的岩浆过程而发生变化.地壳扩张的程度与岩浆侵入到地壳下部的体积之间的相互关系,由我们的结果提供了初步证据.     

大别山超高压变质带地壳结构及其构造意义

根据大别山深地震测深剖面的资料,取得了大别山地区的地壳结构模型．二维地壳结构显示了碰撞造山带的特征和超高压变质带的深部地球物理证据．地壳上部的三维速度结构表明:在2 km深度上速度分布与地表的地质构造明显相关,在5～10 km深度上超高压变质带显示相对高速．布格重力异常的观测资料显示大别山地区有较大范围的负异常．在由上部地壳引起的布格重力异常中,超高压变质带则为正异常区．由于在地震剖面的二维地壳模型中,造山带的山根仅有4～5 km厚,且上地幔顶部的速度横向变化不明显,因此可以认为,观测与计算的布格重力异常不一致的原因主要来自地壳,至少在中上地壳内应产生负布格重力异常．超高压变质带中地壳内的物质密度应比周围地区低．这一较低密度的物质与扬子地壳向北俯冲到100 km以下的深度,然后返回地壳的碰撞过程有关．      

喜马拉雅及邻区的莫氏面起伏与上地幔密度异常

提出了一种新的重力资料３维反演方法，并运用该方法使用布格异常对喜马拉雅及其邻区进行了反演，给出了该区域内莫氏面的大尺度变化图象和上地幔异常密度的分布。结果显示，喜马拉雅山脊带虽然海拔很高，但其地壳厚度较小。     

多源布格重力异常数据贝叶斯融合算法及其在川滇地区的应用

布格重力异常数据是研究地壳结构和变形的重要依据,由于观测手段、处理方法等存在差异,不同手段获得的布格重力异常可能存在数据噪声水平及起算基准不一致,从而引起多源布格重力异常数据难以有效融合的难题.为此,本文在传统等效源重力数据融合方法的基础上,通过引入贝叶斯参数优化准则,提出了一种新的多源布格重力异常融合算法.随后对川滇地区两条实测重力剖面布格异常和WGM2012模型计算布格异常开展了融合实验,结果表明:新算法不仅能显著降低不同异常中的非相干噪声,而且能将多源异常的系统偏差有效纠正.与已有布格重力异常相比,融合所得布格重力异常特征与川滇地区主要线性构造分布形态具有更好的一致性.本文给出的川滇地区融合布格重力异常同时兼顾了地表实测重力的高精度和卫星重力场全球模型的高分辨率,可为研究川滇地区地壳结构和构造区划提供更加有价值的地球物理基础资料.     

沿欧洲地学断面南段的岩石层横剖面

欧洲地学断面南段(EGT—S)从阿尔卑斯到突尼斯是个200—300km宽的窄长带.这个剖面穿越欧洲最年轻的构造区域,这里是阿尔卑斯造山挤压的延续区(例如在利古里亚海和西西里海沟),并伴随有近代的扩张运动.沿EGT—S的地球物理研究几乎没有间断.从1982—1987年,无论在陆地还是在海上都一直在进行深地震测深(DSS)试验和采集热流、重力、地磁、地震和地震构造的资料.新的Dss和地震反射资料证明了阿尔卑斯火山筑积物的不对称现象.从地震反射资料中发现壳一馒边界的最深部分在一个陡倾的挠曲之后,欧洲的Moh。面消失了的结晶岩体本身及其周围地区下方,尽管如此,在地震折射资料中Moh。间断面延伸到南阿尔卑斯区域仍是明显的.地震资料和热流数据表明利古里亚海早期裂谷系的墓底是一个p.速度仅为7.skxn/s的异常低速的地慢物质.翻rdinja一corsica板块的古生代地壳展示出一个内部构造尚未分异的洼地地形(平均p波速为6.3一6.4km/的、地壳厚度由其边缘的20 km增加到岛中央部分的30 km还多,其上部推覆体的变薄地壳成为sardinia海沟的特征.最后由突尼斯的初步Dss结果显示出Moh。面突然加深(在Tell区由20kxn到接近35km),平均地壳速度很低,这要求下地壳内有一个速度转换层,而壳下反射层揭示出一个构造上地慢.     

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.     

龙门山中南段地壳上地幔三维密度结构

基于高精度布格重力异常资料,以川滇地区P波速度三维层析成像结果为约束建立初始模型,采用预优共轭梯度(Preconditional Conjugate Gradiem,PCG)反演方法得到了龙门山断裂带中南段的地壳上地幔(深度范围0～65km)三维密度结构(网格间距为10km(横向)×10km(纵向)×5km(深度))。密度成像结果表明:龙门山断裂带中南段两侧地壳密度结构存在明显差异,四川盆地有约10km厚的低密度沉积层,松潘-甘孜块体因沉积层较薄,且部分地区有基岩出露,上地壳表现为高密度结构;松潘-甘孜块体中、下地壳有大范围低密度层分布,介质强度明显低于高密度的四川盆地,青藏高原东移物质受到四川盆地阻挡后更易于在低密度的一侧发生挤压形变及隆升,从而形成龙门山逆冲推覆构造带;龙门山断裂带内部在地壳结构上具有明显的分段特征,表现为沿着龙门山断裂带地壳密度变化不连续,以汶川地震和芦山地震震中为界,形成多个高、低密度异常区;同时,结合地震精定位结果分析,汶川地震及其余震多分布于壳内中央断裂带西侧高密度体内,芦山地震及其余震则集中在地壳密度变化梯级带附近并偏向高密度体一侧。四川盆地下地壳密度较高,其前缘随深度增加向青藏高原方向扩展,在上地幔顶部接近龙门山断裂带以西。松潘-甘孜块体中、下地壳虽然有一定规模的低密度体分布,但其连通性差,在平面上多形成局部低密度异常区,是否存在下地壳流仍无法给出明确的证据。     

滇西地壳三维密度结构及其大地构造含义

重力异常揭示地壳三维密度结构是地球物理的重要目标和任务,其关键技术是密度反演.本文对滇西地区重力异常进行了多尺度密度反演,首先利用小波变换对重力异常进行多尺度分解,接着利用功率谱分析方法估算各层场源的平均深度,然后利用广义密度反演方法进行各层密度反演,取得区域地壳多个深度上的密度扰动图像.滇西上地壳高密度扰动出现在扬子克拉通内部和西缘,以及澜沧江断裂带西缘,后者对应昌宁—勐连蛇绿混杂岩带及岛弧岩浆岩带.上地壳低密度异常主要反映西昌裂谷带和高黎贡—腾冲一带的岩浆房,和兰坪—思茅盆地中的坳陷带指示钾盐等沉积矿产目的层较厚的区段.滇西上地壳和中地壳出现三条低密度扰动带,与三期大陆碰撞带的吻合.大部分6级以上地震分布在低密度异常区或它们的边缘,只有在西昌—元古谋裂带才分布在高密度异常区.克拉通内部古裂谷带地震可分布在高密度异常区.在26°N线以南下地壳为高密度区,以北为低密度区.因此,26°N线的一个属性是下地壳密度差异分界线.滇西由北向南地壳加厚缩短的程度是逐渐变弱的,在26°N线以南,南北向的地壳加厚缩短就不明显了.高黎贡走滑剪切带、澜沧江走滑剪切带、红河走滑剪切带在滇西中地壳密度扰动平面图中表现为密度急变的梯度带.表明这三条主要的走滑剪切断裂带都穿过中地壳并可能延深到下地壳.     

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.