青藏高原三维地壳结构的重力正演模拟

青藏高原地壳结构的重力学研究主要集中于莫霍面深度反演及单个剖面的重力正演,但是,在亚东-格尔木与下察隅-共和之间没有地震测线的区域,地壳结构的研究受到限制.为了探讨从青藏高原中部到东部的地壳结构特征,本文采用三维重力正演的方法,对青藏高原三维地壳结构进行了重力正演模拟.研究结果显示,地壳各层界面起伏较大,表明高原地壳变形强烈.研究区域中,藏南喜马拉雅地体界面相对较浅,处于界面陡变带,往北进入拉萨地体,界面相对变深.正演剖面中,大的界面起伏与大的断裂构造有关,莫霍面的陡变也暗示着莫霍面存在错断现象.东构造结莫霍面有抬升现象,在玛多附近莫霍面有下凹现象.地壳分层正演显示,32 km以下地壳产生的重力异常占总异常的80%以上,低速层及高速体产生的重力异常最大可占到总异常的10%左右.     

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.     

琼东南盆地区的地壳密度与岩石结构

地壳岩石组成是理解地壳岩石圈演化的重要约束.我们以琼东南盆地区地壳速度结构模型为约束,正演拟合布格重力异常分布,获得了琼东南盆地区地壳密度结构模型.然后,对地壳密度模型进行温压校正,结合地壳速度模型以及全球常见地壳组成岩石的高温高压实验成果,推断了琼东南盆地区5个凹陷上地壳岩石组成.研究结果表明:琼东南盆地区地壳岩石密度具有强烈的纵横向非均匀性,岩石密度空间变化与凹陷、隆起相间构造格局密切相关.琼东南盆地区中部呈现分层高密度结构特征.其中,10 km深处存在3个孤立的高密度异常区;16 km深处形成北东走向的高密度异常带;22 km深处存在2个独立的高密度异常区.琼东南盆地区内乐水—陵水、松南—宝岛凹陷上地壳岩石组成与其他凹陷具有明显差异,但均存在玄武岩或玄武岩质岩石.支持琼东南盆地形成演化受控于低角度拆离断层作用与地幔挤出构造同时发生的简单剪切岩石圈伸展模型.     

天水地区重力剖面测量结果与地壳结构

本文介绍了１９９０年期间在天水地区的重力剖面测量结果，以及用多层变密度直接反演法得到的该区地壳密度分层结构。结果表明，除近地表的沉积层外，该区地壳在纵向上可分为上、中、下三层，其各层的平均密度为２．６１、２．６６、２．８０ｇ／ｃｍ＾３，各层底面的平均深度分别为１６、２８、４５ｋｍ，且各层在横向和纵向上变化都比较剧烈。     

用压缩质面法反演重力资料以估算地壳构造

本文用压缩质面来近似二维地质体。先由地面上测得的重力数据用矩阵方法反演此压缩质面各单元的面密度,然后从面密度与体密度差的关系求得各二维质体单元的厚度,进而得到各单元的近似地壳厚度。经正演校验和反复调整结果,使计算的重力异常值与实际测量值之残差小到满足要求,从而得到较准确的地壳底部界面。 由上地幔,玄武岩层和花岗岩层的密度差异及已算出的地壳厚度,从重力异常中分解出莫霍界面和康腊界面起伏所分别引起的重力异常。将后者同样用反演地壳厚度的压缩质面法进行计算,得到康腊界面。 文中以三种假想的地壳模型和一个实测剖面为例来检验本方法,并用其他确定地壳界面方法所得到的结果相比较,表明本文提出的压缩质面法结果较好。     

用压缩质面法反演重力资料以估算地壳构造

本文用压缩质面来近似二维地质体。先由地面上测得的重力数据用矩阵方法反演此压缩质面各单元的面密度,然后从面密度与体密度差的关系求得各二维质体单元的厚度,进而得到各单元的近似地壳厚度。经正演校验和反复调整结果,使计算的重力异常值与实际测量值之残差小到满足要求,从而得到较准确的地壳底部界面。 由上地幔,玄武岩层和花岗岩层的密度差异及已算出的地壳厚度,从重力异常中分解出莫霍界面和康腊界面起伏所分别引起的重力异常。将后者同样用反演地壳厚度的压缩质面法进行计算,得到康腊界面。 文中以三种假想的地壳模型和一个实测剖面为例来检验本方法,并用其他确定地壳界面方法所得到的结果相比较,表明本文提出的压缩质面法结果较好。     

重力与地形数据揭示的巴颜喀拉块体东缘垂向构造应力场

利用基于消去-恢复原理的最小二乘配置方法,对2009—2013年相对重力/GPS联合观测数据与EGM2008模型数据进行融合,更新了巴颜喀拉块体东缘地区的自由空气与布格重力异常场.基于该布格重力异常数据,以CRUST1.0地壳密度模型为初始条件,使用二维多边形棱柱体正演与非线性最小二乘反演方法,获取了巴颜喀拉块体东缘地壳分层密度结构.基于地壳不可压缩和均衡调整原理提出了计算垂向构造应力新方法,并结合上述地壳分层密度结构和地形数据计算了巴颜喀拉块体东缘垂向构造应力分布.结果表明,龙门山断裂带中南段蓄积了较高的正向构造应力（约40 MPa）,马尔康周边地区蓄积了较高的负向构造应力（约-30 MPa）.对研究区域1970年以来5级（M_S）以上地震进行统计发现,地震多发生在垂向构造应力梯度带上,垂向构造应力为正的地区易触发浅源地震,为负的地区易触发深源地震.在地壳横向变形强烈的区域,垂向构造应力与地震深度的对应关系减弱.

     

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     

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.     

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300 km,测点距平均2.5 km,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14.5 km)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.     

Global Crust-Mantle Density Contrast Estimated from EGM2008, DTM2008, CRUST2.0, and ICE-5G

We compute globally the consolidated crust-stripped gravity disturbances/anomalies. These refined gravity field quantities are obtained from the EGM2008 gravity data after applying the topographic and crust density contrasts stripping corrections computed using the global topography/bathymetry model DTM2006.0, the global continental ice-thickness data ICE-5G, and the global crustal model CRUST2.0. All crust components density contrasts are defined relative to the reference crustal density of 2,670 kg/m³. We demonstrate that the consolidated crust-stripped gravity data have the strongest correlation with the crustal thickness. Therefore, they are the most suitable gravity data type for the recovery of the Moho density interface by means of the gravimetric modelling or inversion. The consolidated crust-stripped gravity data and the CRUST2.0 crust-thickness data are used to estimate the global average value of the crust-mantle density contrast. This is done by minimising the correlation between these refined gravity and crust-thickness data by adding the crust-mantle density contrast to the original reference crustal density of 2,670?kg/m³. The estimated values of 485 kg/m³ (for the refined gravity disturbances) and 481?kg/m³ (for the refined gravity anomalies) very closely agree with the value of the crust-mantle density contrast of 480?kg/m³, which is adopted in the definition of the Preliminary Reference Earth Model (PREM). This agreement is more likely due to the fact that our results of the gravimetric forward modelling are significantly constrained by the CRUST2.0 model density structure and crust-thickness data derived purely based on methods of seismic refraction.     

长江三峡地区三维重力反演研究

本文根据最新获得的长江三峡工程坝区及外围1/50万完全布格重力异常图和人工地震测深结果,利用Parker-Oldenburg快速位场反演方法研究了该区地壳深部结构.在计算过程中,通过采用模型分解、正则化及自下而上逐层反演等方法,首次获得了该区上、中、下地壳分界面的展布图象,并围绕着该区地壳深部构造的几个共同关心的问题讨论了它们的地质构造意义.     

长江三峡地区三维重力反演研究

本文根据最新获得的长江三峡工程坝区及外围1/50万完全布格重力异常图和人工地震测深结果,利用Parker-Oldenburg快速位场反演方法研究了该区地壳深部结构.在计算过程中,通过采用模型分解、正则化及自下而上逐层反演等方法,首次获得了该区上、中、下地壳分界面的展布图象,并围绕着该区地壳深部构造的几个共同关心的问题讨论了它们的地质构造意义.     

Modeling of co- and post-seismic surface deformation and gravity changes of M W 6.9 Yushu,Qinghai,earthquake

Based on the elastic dislocation theory, multilayered crustal model, and rupture model obtained by seismic waveform inversion, we calculated the coand post-seismic surface deformation and gravity changes caused by the Yushu M W 6.9 earthquake occurred on April 14, 2010. The observed GPS velocity field and gravity field in Yushu areas are disturbed by the coand post-seismic effects induced by Yushu earthquake, thus the theoretical coand post-seismic deformation and gravity changes will provide important modi...     

TWO-DIMENSIONAL MASS DISTRIBUTIONS FROM GRAVITY ANOMALIES: A COMPUTER METHOD*

A gravity anomaly profile, considered to be associated with a two-dimensional mass distribution of constant density contrast, may be interpreted with the help of a digital computer. Using the infinite slab formula and anomaly values at selected points of the profile, an initial model of the anomalous mass is built. The gravity effect of the model is computed with a simplified version of the formula derived by Talwani, Worzel and Landisman (1959) for line-integration. After the effect is computed at a point, the model is adjusted depending upon the residual anomaly. The effect of the adjusted model is computed at the following point. Within one cycle of computation the model is adjusted as many times as the number of the selected points. Five such cycles are sufficient to minimize residuals in most cases. A final cycle is computed without adjustment. Local anomaly profiles have been interpreted to obtain the shape of a sedimentary basin and of a faulted block. A regional anomaly profile has been interpreted to obtain crustal structure.     

Crustal structure beneath Beijing and its surrounding regions derived from gravity data

In this paper we use gravity data to study fine crustal structure and seismogenic environment beneath Beijing and its surrounding regions.Multi-scale wavelet analysis method is applied to separating gravity fields.Logarithmic power spectrum method is also used to calculate depth of gravity field source.The results show that the crustal structure is very complicated beneath Beijing and its surrounding areas.The crustal density exhibits laterally inhomogeneous.There are three large scale tectonic zones in ...     

满都拉—卡楚加的长剖面地壳介质密度分布及深部结构特征探榷

通过对南起中国内蒙古满都拉、向北经蒙古国、直抵北端俄罗斯贝加尔湖北卡楚加全长1320km长重力剖面的布格重力异常数据进行处理和解析, 依其构建了沿剖面的二维地壳密度结构模型, 并详细分析了沿剖面的地壳底界面(Moho界面)展布的深部构造特征, 及剖面辖域内的5个次级局部构造单元的重力异常场、地壳密度结构、界面起伏及断裂构造分布的特征.期望此研究结果能为该剖面跨越的中亚造山带东部地区的地壳结构、各次级构造单元的界域与关联方面的进一步研究提供相关的重力场依据.

     

新疆精河6.6级地震周边地区密度构造、均衡异常以及岩石圈挠曲机理

依据EIGEN-6C4重力模型和ETOPO1高程模型数据,围绕新疆精河6.6级地震展开岩石圈均衡与挠曲机理研究,得到如下结论：（1）震中附近的布格与自由空气重力异常分别为-221和-92 mGal（10^-5m·s^-2）,震中位于重力异常高梯度带上;（2）震中周边地区地壳厚度约为50 km,密度结构总体变化平缓,东西方向地壳厚度变化较小,但自南向北地壳厚度逐渐变薄,精河6.6级地震初始破裂发生在上中地壳分界面附近;（3）震中附近岩石圈承载的垂向构造应力为20 MPa左右,震中位于岩石圈垂向构造应力极大值附近的高梯度带上;（4）地震周边地区岩石圈有效弹性厚度最优解为26 km,加载比最优解为F₁=1,F₂=F₃=0,表明该区域岩石圈相对坚硬,且导致岩石圈变形的初始加载全部来自地表.

     

泰安—诸城剖面重力异常和地壳密度结构特征

泰安一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.