局部热膨胀产生的重力异常及其构造意义

地热梯度的增加不仅引起地壳的体积变化，而且使地壳的荷载发生变化，定量计算表明，在均衡深度以上，局部地壳热梯度的增加将产生重力负异常。随之而来的地壳均衡运动会造成２ＫＭ左右的地壳上升，用以补偿膨胀后地壳的质量亏损。     

西北太平洋岩石圈有效弹性厚度及其构造意义

本文引入滑动窗口导纳技术(MWAT),计算西北太平洋岩石圈有效弹性厚度(Te).首先,基于SIO V15.1海底地形模型,模拟研究了MWAT法计算Te的精度,表明当TeTe≥5 km时,相对误差在10%以内.分别采用GEBCO、SIO V15.1和BAT_VGG海底地形模型,构建了西北太平洋Te,通过对获得的洋壳密度参数和实测导纳与模型导纳之差的均方根进行分析,结果表明,BAT_VGG模型更适用于Te计算.西北太平洋Te均值为13.2 km,标准差为6.9 km,以板块冷却模型为参考,主要分布在150℃~450℃等温线深度范围内.白垩纪和侏罗纪时期岩石圈Te分布在150℃~300℃等温线深度范围内,且未随海山加载时岩石圈年龄增大而增大,说明海山加载时岩石圈年龄不是影响其强度的唯一因素.南太平洋超级海隆活动,以及研究区域广泛存在的断裂带构造,都曾对本区域岩石圈演化产生过重要影响,可能是本地区岩石圈Te较小的构造原因.     

弹性岩石层,区域重力异常和上地幔小尺度对流

在小尺度地幔对流模型的基础上,建立了顾及岩石层与地幔耦合的地幔对流模型,考虑到岩石层对上地幔小尺度对流的弹性响应,将上地幔视为一均匀的等粘滞系数的牛顿粘滞流体,其对注能量来源于下地幔,用热流体动力学基本方程得到地上地幔对流在壳幔边界处的垂向应力作为弹性板弯曲方程的垂直加载,来耦合弹性岩石层和可流动地幔,推导了两者耦合下区域重力异常和上地幔小尺度对流的相关方程,用以反演上地幔小尺度对流场模式和岩石层底部拖力场格局,对比了有,无弹性岩石层影响的模型之间的差异,并对模型应用范围,特别要板块边界水平均造力可能产生的影响,作了进一步探讨。     

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.     

青藏高原东缘地壳密度结构及其地球动力学意义

青藏高原东缘是高原物质向E及SE扩展的重要通道,掌握青藏高原东缘的地壳密度结构对研究青藏高原的隆升、变形机制具有重要意义。文中在前人研究成果的基础上,选取了地面实测的9条交叉的重力测线数据,以深地震反射剖面为约束,采用人机交互模式反演得到了青藏高原东缘地下的二维密度结构,并通过克里金插值法获取了三维密度结果。反演结果表明,青藏高原东缘地区具有巨厚的地壳,莫霍面埋深最深约为61km,而四川盆地的莫霍面埋深约为42km,以龙门山-安宁河-小金河断裂为界,两侧形成了莫霍面深度变化梯度带;从反演得到的沉积层厚度来看,沉积层在青藏高原东缘几个块体内呈现中心普遍厚度较大、边缘厚度较薄的特点。结合该地区的地震空间分布特征分析,青藏高原东缘的莫霍面和沉积层厚度分布与该地区的地震分布均具有很强的相关性,这对未来地震预测也具有重要的参考价值。     

深部大尺度单一密度界面重力异常迭代反演

对于深部大尺度单一密度界面的重力异常反演,需顾及球形观测面和重力铅垂线变化的影响。为此,本文通过球谐展开,得到重力异常的级数展开式,并推导出积分形式的反演迭代解。该迭代方法要求设法分离出单一密度界面的重力异常,已知界面上、下层的密度差和尽可能多的深度控制点。模型和实例显示其效果良好,可用于莫霍界面、岩石层底界面等深部密度界面重力异常的反演。     

南海东南部陆缘地壳结构特征及其构造意义

南海东南部海域沉积厚度较大,礁体发育,构造演化复杂,导致深部结构探测不清楚,制约了对南部陆缘地壳结构的认识.本文通过对新采集和重新处理的多道地震剖面解释,结合钻井、拖网资料,对浅部地层和构造进行约束,同时利用附近海底地震（OBS）测线的速度结构,对深部结构和界面解释约束;在此基础上,开展了重震联合反演,分析地壳密度空间分布特征,结合重力梯度特征对构造单元进行识别.通过对东西两条测线的上下和全地壳厚度、拉伸因子比较,发现南海东南部的东西部深部结构存在差异性;礼乐断裂可能是礼乐和郑和地块的分界,并控制了两个地块在南海扩张时期的相对运动.

     

南海海盆三维重力约束反演莫霍面深度及其特征

利用南海海盆及周边最新的重力,经过海底地形、沉积层的重力效应改正,并采用岩石圈减薄模型的温度场公式,校正了从张裂边缘到扩张海盆的热扰动重力效应.通过研究区的地震剖面和少量声呐数据得到的莫霍面深度点作为约束,采用基于"起伏界面初始模型"的深度修正量反演迭代公式,反演、计算了研究区的莫霍面深度及地壳厚度.结果表明,海盆区莫霍面深度在8~14 km之间,地壳厚度在3~9 km之间;东部海盆和西南海盆残留扩张中心沿NNE向展布向西南延伸至112°E,莫霍面深度超过12 km,地壳厚度在6 km以上,而西北海盆没有明显的增厚扩张中心;在西南海盆北缘的中沙地块南侧,存在一个近EW向地壳减薄带,地壳厚度在9~10 km;莫霍面深度14 km的等深线和地壳厚度9 km的等值线可指示洋陆边界位置.     

基于重力资料的南海及邻区断裂分布特征研究

断裂构造作为重力异常一个非常重要的解释成果,它与能源和矿产资源勘查、构造单元划分和大地构造分区有着密切的联系.有些地质界线以断裂为界,有些能源或矿产资源与断裂伴生.本文利用重力异常,采用归一化总水平导数垂向导数（NVDR-THDR）断裂识别方法推断了南海及邻区主要断裂平面分布位置,首次采用重力异常曲率属性方法反演了南海及邻区主要断裂视深度.在南海及邻区推断断裂57条,其中一级断裂14条,二级断裂43条;断裂走向以NE和NW向为主,其次为NEE、NWW和NNE向以及NNW、EW和近SN向;一级断裂长度大部分为600~1400 km,二级断裂长度大部分为400~900 km;断裂视深度约为2~10 km,其中一级断裂视深度大部分为2~10 km,二级断裂视深度大部分为2~8 km.该研究成果可以为南海及邻区油气勘探、矿产资源勘探以及基础地质研究提供依据.

     

融合多源海洋大地测量数据的南海海底地形多层感知机反演

本文融合SIO(Scripps Institution of Oceanography)发布的垂线偏差、重力异常和垂直重力梯度数据及NCEI(National Centers for Environmental Information)发布的船载测深数据, 利用多层感知机神经网络(Multi-Layer Perceptron, MLP)建立南海海域(108°E—121°E, 6°N—23°N)分辨率为1'×1'的海底地形模型(MLP_Depth).首先, 将642716个船载测深控制点的位置信息与周围4'×4'格网点处的地球重力信息(垂线偏差、重力异常、垂直重力梯度)作为输入数据, 将船载测深控制点处实测水深值作为输出数据, 训练MLP神经网络模型, 训练结束时决定系数R²为99%, 平均绝对误差MAE为39.33 m.然后, 将研究区域内1'×1'格网正中心点处的输入数据输入于MLP模型中, 可得格网正中心点处的预测海深值.最后, 根据预测海深值建立研究区域范围内分辨率为1'×1'的MLP_Depth模型.将MLP_Depth模型预测水深与160679个检核点处实测水深对比, 其差值的标准差STD(75.38 m)、平均绝对百分比误差MAPE(5.89%)与平均绝对误差MAE(42.91 m)皆优于GEBCO_2021模型、topo_23.1模型、ETOPO1模型与检核点实测水深差值的STD(108.88 m、113.41 m、229.67 m)、MAPE(6.11%、6.94%、18.37%)与MAE(47.33 m、52.24 m、130.08 m).同时, 为了研究不同区域内利用该方法建立的海底地形模型的精度, 本文在研究区域内分别建立了A、B区域的海底地形模型(MLP_Depth_A、MLP_Depth_B).经过验证得: MLP_Depth_A、MLP_Depth_B相比于MLP_Depth模型具有更高的精度, 更能反应海底地形的变化趋势.

     

东海陆架盆地重震联合解释推断研究

目前,我国海洋区域地质调查以重磁为主,辅以二维地震,用单一的物探方法难以探测海区沉积盆地中的各个密度界面,本文充分发挥地震、重力和磁力资料的特点,进行优势互补,利用重震联合界面反演技术,对东海陆架盆地的三个密度界面,上新统底界面、中新统底界面和沉积基底进行反演,利用反演结果对研究区的构造区划进行重新认识.东海陆架盆地西部凹陷基本缺失渐新统,海礁凸起南北两块的分界处东西方向的长度较短,钱塘凹陷向东北方向延伸较长,东部西湖凹陷地层发育齐全,新生代沉积厚度大,沉降幅度大,底界面在11794米左右.说明利用重震联合密度界面反演及解释是一项可行的技术.     

南海及邻区莫霍面深度分布特征及其与各构造单元的关系

为了研究南海及邻区莫霍面分布特征及其与边缘海盆、海沟、岛弧、新生代沉积盆地的关系等构造单元的关系,本文通过对研究区的空间重力异常数据进行全布格改正,得到研究区内的布格重力异常,并以近年来的声纳浮标探测与海底地震仪探测剖面所得到的莫霍面深度资料为控制点采用三维带控制点界面反演方法得到了研究区的莫霍面深度图和地壳厚度图.本...     

Texture and tectonic attribute of Cenozoic basin basement in the northern South China Sea

Based on the drilling data,the geological characteristics of the coast in South China,and the interpretation of the long seismic profiles covering the Pearl River Mouth Basin and southeastern Hainan Basin,the basin basement in the northern South China Sea is divided into four structural layers,namely,Pre-Sinian crystalline basement,Sinian-lower Paleozoic,upper Paleozoic,and Mesozoic structural layers.This paper discusses the distribution range and law and reveals the tectonic attribute of each structural layer.The Pre-Sinian crystalline basement is distributed in the northern South China Sea,which is linked to the Pre-Sinian crystalline basement of the Cathaysian Block and together they constitute a larger-scale continental block—the Cathaysian-northern South China Sea continental block.The Sinian-lower Paleozoic structural layer is distributed in the northern South China Sea,which is the natural extension of the Caledonian fold belt in South China to the sea area.The sediments are derived from southern East China Sea-Taiwan,Zhongsha-Xisha islands and Yunkai ancient uplifts,and some small basement uplifts.The Caledonian fold belt in the northern South China Sea is linked with that in South China and they constitute the wider fold belt.The upper Paleozoic structural layer is unevenly distributed in the northern South China.In the basement of Beibu Gulf Basin and southwestern Taiwan Basin,the structural layer is composed of the stable epicontinental sea deposit.The distribution areas in the Pearl River Mouth Basin and the southeastern Hainan Basin belong to ancient uplifts in the late Paleozoic,lacking the upper Paleozoic structural layers.The stratigraphic distribution and sedimentary environment in Middle-Late Jurassic to Cretaceous are characteristic of differentiation in the east and the west.The marine,paralic deposit is well developed in the basin basement of southwestern Taiwan but the volcanic activity is not obvious.The marine and paralic facies deposit is distributed in the eastern Pearl River Mouth Basin basement and the volcanic activity is stronger.The continental facies volcano-sediment in the Early Cretaceous is distributed in the basement of the western Pearl River Mouth Basin and Southeastern Hainan Basin.The Upper Cretaceous red continental facies clastic rocks are distributed in the Beibu Gulf Basin and Yinggehai Basin.The NE direction granitic volcanic-intrusive complex,volcano-sedimentary basin,fold and fault in Mesozoic basement have the similar temporal and spatial distribution,geological feature,and tectonic attribute with the coastal land in South China,and they belong to the same magma-deposition-tectonic system,which demonstrates that the late Mesozoic structural layer was formed in the background of active continental margin.Based on the analysis of basement structure and the study on tectonic attribute,the paleogeographic map of the basin basement in different periods in the northern South China Sea is compiled.     

南海北部地壳密度结构:基于约束三维重力反演

地壳结构的揭示是研究陆缘伸展机制的基础.尽管在南海北部陆缘已开展了大量地壳尺度的二维地震探测,但目前还存在许多覆盖空白的地区,这些调查所得到的结果无法提供地壳结构的区域视图.为了揭示南海北部的地壳结构,本研究将水深和沉积物厚度信息作为约束条件,对空间重力异常进行区域三维反演,并利用地震研究的结果来衡量反演结果的质量.沿地震测线的密度切片显示,重力反演结果与地震研究结果具有良好的一致性.本研究通过选择两个与地震研究结果最匹配的密度异常等值面分别作为康拉德面和莫霍面,获取了莫霍面深度和上、下地壳的厚度.根据假设的相应初始地壳厚度,本研究进一步计算了全地壳、上地壳和下地壳的拉张因子.通过与已发表的居里面深度比较,发现南海北部大部分地区的居里面深度均位于莫霍面之下,其中西沙海槽的拉张因子β_w大于3.5并且缺乏岩浆活动,是地幔橄榄岩蛇纹石化的潜在区域.南海北部陆缘的地壳拉张因子显示其经历了伸展方向为128°和160°的两组张裂运动,分别对应于神弧运动和珠琼运动一幕及二幕,在张裂过程中应力场发生了顺时针旋转.此外,上、下地壳的拉张因子表明北部陆缘普遍存在正向和反向差异伸展,陆架区域表现为反向差异伸展,洋陆过渡带为正向差异伸展,推测这种正向和反向差异伸展可能是由下地壳流动导致的,由地壳厚度差异引起的横向梯度力、软流圈浮力和沉积物负载共同驱动.

     

菲律宾海板块与南海协同构造演化探讨

菲律宾海板块(Philippine Sea Plate,PSP)与南海(South China Sea,SCS)处于欧亚板块、太平洋板块和澳大利亚板块的交汇区域,其构造演化对东南亚、西太平洋乃至全球板块构造重建具有重要意义.虽然PSP和SCS的构造演化模型已经分别建立,但二者之间的协同演化关系还不明确.本文综述了PSP和SCS的古地磁数据、海底磁异常条带资料,并结合地震层析成像以及其他地质结果的约束,对二者的演化关系进行了探讨.PSP四国盆地与SCS在渐新世开始时,受控于统一的地球动力学系统,两者具有地质意义上的亲缘性.早中新世,澳大利亚板块与东南亚地块碰撞,致使PSP发生旋转,四国盆地开始与SCS发生分离,并逐渐向北运动和顺时针旋转,直至演化至现今位置.本文最后提出了这种协同构造演化模式有待解决的问题以及未来的研究展望.

     

华北地区热均衡、重力均衡与深部构造

本文基于最新的全球重力场模型TopexV18.1数据,在区域背景尺度下,计算了华北地区的区域布格重力异常,并反演了Moho面分布特征;在此基础上结合区域地热流测量数据,讨论重力均衡和热均衡调整过程对现今地形的影响;最后,结合已有的速度结构模型和岩石圈热参数,对10个次级块体单元的热均衡特点开展了综合对比研究.研究结果表明:华北地区构造块体单元之间由于克拉通底部受到不同程度的破坏,不仅深部构造特征差异性明显,而且其构造热均衡特点也不尽相同.根据平均地震波速去掉重力均衡作用后恢复的高程-热流关系表明,均衡作用对于现今地形的改造作用十分显著,但根据该方法对燕山隆起和冀中坳陷两个块体的恢复效果不明显.