基于布格重力数据研究郯庐断裂带江苏段深部构造

本文收集了郯庐断裂带江苏段及周边地区的布格重力数据,利用小波多尺度分析方法对该地区的重力场进行场源分离,深入研究了区域地壳密度结构及断裂空间展布特征,并应用Parker密度界面模型对区域莫霍界面进行反演分析.研究结果如下:(1)布格重力场显示,郯庐断裂带江苏段形成了NNE走向的大型的重力高异常条带及重力梯度带,分隔了华北板块和苏胶块体、下扬子板块,成为区域内重要的地球物理分界线;(2)小波重力细节场揭示,沉积层及上地壳结构复杂,郯庐断裂带的5条主干断裂形成线性异常条带贯穿区域中央,控制着断裂带内部的隆凹构造单元.中下地壳结构相对简单,郯庐断裂带形成宽缓的高、低异常区,洪泽-沟墩断裂、淮阴-响水口断裂、宿迁-无锡断裂等深大断裂与之交切,而邵店-桑墟断裂不与之相交.受宿迁-无锡断裂交切的影响,郯庐断裂带江苏段在宿迁地区出现明显的分段性;(3)区域莫霍面形态东高西低,郯庐断裂带形成了莫霍面陡变带,造成了东西分异的格局,泗洪地区出现莫霍面局部上隆区,可能由于软流层或上地幔高密度物质上隆所致.     

基于遥感和重力多源数据研究沂沭断裂带南段及周边断裂的交切关系

以沂沭断裂带南段(沂水县—郯城县)及周边地区为研究对象,收集该地区的遥感影像、数字高程模型和布格重力数据,研究区域构造地貌和地壳深部构造特征,进一步对沂沭断裂带南段与周边断裂的交切关系予以分析.研究结果显示:在遥感影像中,蒙山山前断裂和苍尼断裂的构造地貌特征明显,断裂沿线发育水系转弯、河流错断、断层陡坎、断层崖、断层三角面等地貌现象,反映了两断裂正断兼左旋走滑的活动性质,其中蒙山山前断裂向东延伸至莒南县附近,苍尼断裂向东延至郯城一带,两条断裂在地貌上均截切了沂沭断裂带;在重力细节场中,两断裂形成了不同尺度上的重力梯度带,切割至下地壳深度,在地壳浅层至深层均交切于沂沭断裂带,且交切处出现扭曲、断折、串珠状等重力异常现象,证实其在地壳深部切穿沂沭断裂带.因此,两条断裂的遥感和重力场解译结果具有明显的一致性,在地貌及深部均截切沂沭断裂带南段,使其出现分段性特征.此外,在临沭县附近发现了一条新断裂,即相庄—沙岭断裂,该断裂在地貌上呈北高南低,沿线水系发生左旋同步转弯,且在1—3阶重力细节场中形成线性梯度条带,故推测该断裂下切至中地壳深度,在临沭县附近截切沂沭断裂带交切于东地堑,并未延伸至西地堑.      

沂沭断裂带重力场及地壳结构特征

沂沭断裂带为郯庐断裂带山东段,新构造运动显著,是华北地区的强震活动带之一。文中收集了该地区的布格重力数据,利用小波多尺度分析方法对重力场进行有效分离,研究区域地壳结构特征及断裂空间展布,并应用Parker变密度模型对区域莫霍面进行反演分析,得到以下几点结论:1)重力区域场显示,沂沭断裂带形成了NNE走向的大型重力梯度带,分隔了鲁西、鲁东地块,成为区域内重要的地球物理分界线。2)重力局部场显示,中上地壳结构复杂,沂沭带内部呈现两堑一垒的重力异常格局,5条主干断裂形成线性梯度带分布于东、西地堑内,鲁西块体的多条NW向活动断裂交切于沂沭断裂带,多数断裂只交切于西地堑,而蒙山山前断裂和苍尼断裂横穿沂沭断裂带;下地壳结构相对简单,发生明显的褶曲构造,表现出大规模高、低密度异常相间排列的典型特征。3)区域莫霍面形态东高西低,沂沭断裂带形成了莫霍面陡变带,造成了东西分异格局,潍坊东—莒县—临沂一线出现莫霍面上隆区,具有强震发生的深部孕震环境。4)区域内地震多发于高、低重力异常转化带之间,特别是活动断裂对应的重力梯度条带之上,地震的发生与断裂活动有着密切的关系,沂沭断裂带地震活动性最强,且东地堑强于西地堑。     

应用布格重力异常研究郯庐断裂构造

使用布格重力资料对郯庐断裂带的中段部分（沂沭断裂带）进行了研究. 结果表明, 郯庐断裂带莫霍面及地壳内界面均发生错断,断裂带两侧地壳各界面起伏平缓. 该结果与前人的郯庐断裂带是切穿地壳的深大断裂的认识相一致. 在郯庐断裂带两侧,地壳结构明显不同,西侧沉积层较薄,平均在5 km以下;东侧多数在6 km以上;在断裂带中央沉积物最薄,大约为3～4 km. 断裂带东侧莫霍面埋深浅,大约为33～34 km;西侧莫霍面埋深明显增加,达到36～38 km．反映了莫霍面深度在断裂带附近整体是向西增加的. 郯庐断裂带在重力场分布中则表现为一条宽度较大的线性布格重力异常梯度带.      

利用小波多尺度分解研究郯庐断裂带苏鲁段构造

本文利用小波多尺度分解技术对位于苏鲁地区郯庐断裂带的布格重力异常资料进行了场源分离,同时结合功率谱并与地质构造环境相联系,深入研究了郯庐断裂带苏鲁段的地壳深部空间展布.研究发现在布格重力场和区域场中郯庐断裂带苏鲁段总体表现为一条明显的重力异常梯级带,而这条梯级带又具有分段性排布的特点;在局部场中反映莫霍面深度的5阶小波变换细节的重力梯度带边缘和大的构造带边界基本吻合;麦坡地震断裂带至今仍然活跃着.     

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.     

基于融合重力异常的大别造山带东段莫霍面反演研究

利用实测布格异常和EGM2008重力异常融合结果,采用频率域位场反演方法计算大别造山带东段莫霍面三维空间分布,结合区域地质构造和地震活动等资料讨论大别造山带东段莫霍面分布特征及其构造含义等。研究结果显示:①莫霍面空间分布体现了块体构造差异,大别造山带莫霍面最深,最大深度达42km,显示东大别造山带存在明显山根,扬子地块深度次之,华北地块最浅;郯庐断裂带及其东侧区域存在莫霍面上隆带;②大别造山带北侧和南侧莫霍面陡变带分别位于青山—晓天断裂附近和襄樊—广济断裂以北,体现华北地块和扬子地块向大别造山带之下俯冲的构造特征,指示了深部构造缝合带位置;莫霍面深度特征表明郯庐断裂带区域构造边界带属性明显,其切割深度至少达到壳幔边界,大别造山带商城—麻城断裂两侧经历了差异隆升;③研究区域绝大多数地震发生在莫霍面以上深度,莫霍面深度陡变带、上隆带及不同莫霍面深度特征区的转换带为区域地震活动提供了深部构造条件。     

徐州废黄河断裂带的空间展布与活动性研究

文中利用遥感影像分析了徐州废黄河断裂带的空间展布及与邵楼断裂的交切关系,利用重磁资料研究了废黄河断裂带的深部几何结构及与郯庐断裂带西边界的交切关系。二阶布格重力异常小波变换细节图反映出徐州废黄河断裂带的深度为7～8km,而三阶和四阶重力异常细节图反映的深度分别为9～11km和15～18km。研究结果表明,废黄河断裂带向SE延伸至九顶附近,向下的切割深度约为 8～9km。NW向的废黄河断裂带截切邵楼断裂致使邵楼断裂构造线自东北向西南由N60°E转至N45°E。废黄河断裂带与郯庐断裂带不相交。废黄河断裂带属于前第四纪断裂,活动性较弱。     

郯庐断裂带中段三维密度结构反演与解释

为深入理解研究区的构造运动规律,进一步探求地壳物质可能的运移模式,本文基于Crust1.0地壳结构模型和最新莫霍面深度模型对自由空气重力异常数据进行联合约束,采用三维重力反演技术得到了郯庐断裂带中段的三维密度结构。反演结果显示,研究区的背景场稳定,断裂构造发育部位表现为重力密度低值,特别是营潍断裂带正处于大范围的重力密度低值区并纵贯整个研究区,由此可推断重力密度低值区可指示断裂构造的存在。      

郯庐断裂带南段大地电磁主轴方位统计分析及其意义

本文利用多测点-多频点阻抗张量统计成像技术统计分析了三条横跨郯庐断裂带南段的大地电磁剖面上的电性主轴分布特征,从电性主轴的角度描绘了大别郯庐构造区不同构造的特征及构造间的几何关系.统计结果显示:郯庐断裂带南段在断裂带浅部的电性主轴方位及二维有效因子中有明显的显示,同时郯庐断裂带南段可能未影响断裂深部介质;扬子板块及大别块体东南部地区浅部和深部的主轴方位明显不一致,表明浅部和深部之间存在结构不整合,主轴方位表明不同深度的介质受不同方向构造力的作用;大别造山带南部及以南地区深部介质中EW向电性主轴可能是板块汇聚时期扬子板块深部韧性层受NS向挤压应力作用的结果,郯庐断裂带以东地区深部韧性层中NWW向的电性主轴则是扬子板块沿郯庐带向NNE方向运动形成的;北大别块体深浅一致的电性主轴分布特征符合中生代穹隆抬升、增厚的演化过程.对该地区电性主轴的统计结果为认识该地区的深部结构及地下介质的运动极性提供了重要的依据,也为认识大别郯庐构造区的演化过程提供了新的证据.     

川西高原重磁异常特征与构造背景分析

川西高原位于青藏高原东缘, 是我国大陆地壳构造变形及地震活动最强烈的区域.利用最新重力、航磁资料, 通过异常分析和反演计算, 研究了该区鲜水河断裂、理塘断裂、金沙江断裂的重磁异常特征、莫霍面特征、居里面特征, 分析得出了这些断裂的深部地质结构与构造背景.计算表明:川西高原莫霍面东南浅、西北深, 地壳厚度在43~63km之间.居里面特征表现为条带状, 深度在17~23km之间.其中, 鲜水河断裂带对应莫霍面深度梯度带, 居里面为高低起伏圈闭.理塘断裂带北段莫霍面局部隆坳相间, 南段莫霍面逐渐抬升, 居里面呈现由西向东加深的梯度带.金沙江断裂带, 居里面形成局部抬升, 深部可能存在高温地热异常源.综合分析认为, 川西高原地壳结构主要特点为:增厚的下地壳, 热-塑性变形的中地壳, 脆性变形的上地壳.     

郯庐断裂带中段电性结构及其地学意义研究

郯庐断裂带是中国大陆东部一个重要的左行走滑断裂系,对于研究中国大陆的形成演化与构造格局有着十分重要的意义.阿拉善左旗—山东日照超宽频带大地电磁测深剖面在山东莒县附近穿越了郯庐断裂带中段,电性主轴分析结果表明断裂带附近构造走向大致为北东20°;反演电阻率模型表明剖面穿越处郯庐断裂带的宽度约为30 km,断裂带主体是两条切割深度大、陡倾的断裂,西侧断裂切割深度约为60 km,向西倾斜,断面陡立,倾角约为70°,东侧断裂切割深度大于80 km,但小于100 km,界面东倾,陡立,倾角约为60°~80°;这两条断裂都切穿了地壳,但未切穿岩石圈.郯庐断裂带东缘至剖面终端日照,整个地壳为高阻,与断裂带西侧地壳的电性结构差异明显,这表明郯庐断裂带是华北地块与胶辽朝地块的边界断裂.     

合肥市地壳浅部三维速度结构及城市沉积环境初探

合肥市位于合肥盆地东南缘,东侧紧邻郯庐断裂带,多条大型隐伏断裂穿过市区.为进一步认识合肥城市下方隐伏断裂的空间展布、性质,以及城市复杂的沉积环境,本文利用布设在合肥市区的58套三分量短周期地震仪组成的台阵,获得了37天的三分量连续波形数据,通过基于射线追踪的面波走时直接成像方法反演得到了合肥市地壳浅部0.6~3.6 km的三维剪切波速度结构,速度结构图像展现了地壳浅部的横向不均匀性和纵向成层性,揭示出NNE、NWW和近EW三组不同走向的隐伏断裂在城市地下浅部的构造特征.取得以下认识：（1）合肥市南、北方向在浅地表（2 km以内）存在显著速度差异,速度分界线位置与已知的近EW向的蜀山断裂一致,断裂南侧呈现低速凹陷,北侧则为高速隆起.低速中心深度达2~3 km,速度异常与该断裂在合肥盆地东部演化过程中的构造反转沉积了不同地层有关;（2）合肥市区存在明显的高速异常带,其走向、位置与穿过该区域的郯庐断裂带西支主干断裂相符,其中五河—合肥断裂在市区北部以东呈现低速凹陷特征,低速区范围与肥东凹陷晚白垩纪以来的沉积构造边界一致,认为肥东凹陷的最大沉积厚度可达2 km以上;（3）合肥市中心跨郯庐断裂带西支主干断裂之间呈现明显的凹、隆相间的复杂构造,推测其是在多组断裂的共同拉伸作用下形成的小型沉积盆地,沉积中心位于郯庐断裂带内部,最大厚度可达3~4 km.由于其展布方向在不同深度与该区域断裂的走向具有明显的相关性,推测不同深度的沉积形态与郯庐断裂带在不同时期的构造演化过程有关.

     

郯庐断裂带中南段地壳厚度与泊松比研究

郯庐断裂带中南段与西太平洋板块俯冲以及华北克拉通破坏密切相关,研究其深部结构对于了解郯庐断裂带构造演化过程、强震的孕震机制具有重要意义.本文利用密集台阵波形资料,采用接收函数H-κ叠加方法获得郯庐断裂带中南段的地壳厚度和泊松比.结果显示,郯庐断裂带中南段的地壳厚度分布以庐江和新沂为分段点呈现出与地质构造相关的南北向分段特征：南段的断裂带西侧的地壳厚度比东侧厚约5 km,中段的断裂带两侧厚度差异减小至约3 km,而北段则表现为断裂带下方隆起特征.郯庐断裂带沿线的地壳泊松比较高,推测是地幔物质的热侵蚀和化学侵蚀所致.根据艾里地壳均衡理论,南段地壳厚度与地表高程相关,基本符合艾里地壳均衡模型;而中段两侧地表高程基本相同,两侧地壳厚度差异表明不符合艾里地壳均衡模型,可能与断裂带西侧的华北克拉通岩石圈比东侧扬子克拉通岩石圈具有更高密度有关,高密度岩石圈产生向下"拖拽力"导致莫霍面相对理论值偏深;北段的莫霍面也偏深,与中段断裂带西侧情况类似,该区域基本位于华北克拉通块体.在郯城地震破裂范围内,存在莫霍面的不平滑过渡、活动块体的边界带以及断裂的分叉与交汇这三类结构特征.在上述结构特征的区域应力更集中,从而孕育产生了1668年郯城8.5级地震.     

莱州湾海域郯庐断裂带活断层探测

利用浅地层剖面仪对郯庐断裂带莱州湾段进行了活断层探测,发现郯庐断裂带主干断裂在第四纪晚期以来具有明显的活动,继承了晚第三纪以来的主要构造活动特点,仍是这一区域的主导性构造. 西支KL3断裂由多条高角度正断裂组成,最新活动时代为晚更新世晚期至全新世早期,受到一系列错断晚更新世晚期沉积的北东或近东西向断裂的切割;东支龙口断裂由两段右阶斜列的次级断层组成,沿断裂带不但有明显的晚第四纪断错活动,而且还发育北北东向晚第四纪生长褶皱,表现出明显的晚更新世晚期至全新世活动特征. 在山东陆地区也发现了与龙口断裂相对应的安丘——莒县断裂,安丘段由一系列右阶斜列的次级断层组成. 从安丘向北至莱州湾凹陷,郯庐断裂带东支活断层构成了一条右旋单剪变形带,每一个次级活断层段相当于带内理论上次级压剪面,在第四纪晚期以来仍以右旋走滑活动为主要特征.      

郯庐断裂带鲁苏皖段地壳速度结构的分段特征及其地质意义

本文采用天然地震近震走时反演地壳三维速度结构的方法获得了郯庐断裂带鲁苏皖段及附近地壳(30°N—37°N,113°E—122°E)三维速度结构.对地壳内分层速度结构的分析发现,郯庐断裂带鲁苏皖段存在速度的分段特征.郯庐断裂带鲁苏皖段浅层35.3°N以北,34.5°N—35.3°N间,33°N—34.5°N间呈现的速度分段和地表出露地层有关,与地质上安丘段、莒县—郯城段,新沂—泗洪段三个破裂单元相对应,且和各段的地震活动相呼应,表明郯庐带新沂到泗洪段可能是断裂的闭锁段.郯庐断裂带鲁苏皖段地壳速度结构自浅至深分为三段, 大体位置是:南段(32.5°N—33°N以南),中段(32.5°N—33°N至35°N—35.3°N),北段(35°N—35.3°N以北).上地壳分段与苏鲁超高压变质岩带的插入有关,中、下地壳速度分段则可能和火山岩滞留有关.地壳各层速度结构不同段的速度差异反映了构造块体的速度差异,表明各构造块体在地壳下部仍有差异,郯庐带西侧速度总体高于东侧,反映了不同构造块体的形成和组成差别,也说明了该断裂带可能延伸到莫霍面.而不同深度的分段性可能反映了不同地质演化过程.     

合肥市地壳浅部三维速度结构及城市沉积环境初探

合肥市位于合肥盆地东南缘,东侧紧邻郯庐断裂带,多条大型隐伏断裂穿过市区.为进一步认识合肥城市下方隐伏断裂的空间展布、性质,以及城市复杂的沉积环境,本文利用布设在合肥市区的58套三分量短周期地震仪组成的台阵,获得了37天的三分量连续波形数据,通过基于射线追踪的面波走时直接成像方法反演得到了合肥市地壳浅部0.6~3.6 km的三维剪切波速度结构,速度结构图像展现了地壳浅部的横向不均匀性和纵向成层性,揭示出NNE、NWW和近EW三组不同走向的隐伏断裂在城市地下浅部的构造特征.取得以下认识：（1）合肥市南、北方向在浅地表（2 km以内）存在显著速度差异,速度分界线位置与已知的近EW向的蜀山断裂一致,断裂南侧呈现低速凹陷,北侧则为高速隆起.低速中心深度达2~3 km,速度异常与该断裂在合肥盆地东部演化过程中的构造反转沉积了不同地层有关;（2）合肥市区存在明显的高速异常带,其走向、位置与穿过该区域的郯庐断裂带西支主干断裂相符,其中五河—合肥断裂在市区北部以东呈现低速凹陷特征,低速区范围与肥东凹陷晚白垩纪以来的沉积构造边界一致,认为肥东凹陷的最大沉积厚度可达2 km以上;（3）合肥市中心跨郯庐断裂带西支主干断裂之间呈现明显的凹、隆相间的复杂构造,推测其是在多组断裂的共同拉伸作用下形成的小型沉积盆地,沉积中心位于郯庐断裂带内部,最大厚度可达3~4 km.由于其展布方向在不同深度与该区域断裂的走向具有明显的相关性,推测不同深度的沉积形态与郯庐断裂带在不同时期的构造演化过程有关.     

基于遥感、重磁多源信息研究茅山断裂带构造特征

通过遥感影像数据判读了茅山断裂带构造地貌特征,利用小波多尺度分解方法研究了茅山地区的布格重力异常,在进行场源分离的基础上深入研究了茅山断裂带地壳深部的空间展布特征。通过重力异常分析可知,茅山断裂带在中地壳以上由茅西断裂、茅东断裂以及茅山断块3部分组成,随着地壳深度的增加逐渐合为一条断裂带,茅山断裂带沿重力高异常与重力低异常之间的重力梯级带分布;航磁异常显示,地壳浅部火山喷发物质侵入断裂,且地壳深部同时具有岩浆侵入断裂现象;通过重力异常小波细节图进一步证明了溧阳地震与茅山断裂带和南渡—金坛断裂带之间的联系。     

大别造山带东段重力异常多尺度分解及其构造意义

文中通过多源数据融合、模型构建、数据试验、二维离散小波变换和功率谱分析等方法获取了大别造山带东段深、浅部场源布格异常及其场源似深度,并结合地壳结构、地质构造、岩石圈有效弹性厚度和地震活动等资料,讨论了地壳深、浅部的结构特征及地震活动构造背景。结果表明,低频布格异常显示大别造山带东段与华北地块间深部构造缝合带在东部应位于青山-晓天断裂前缘,在落儿岭-土地岭断裂和商城-麻城断裂之间向N偏移至梅山-龙河口断裂之下,造山带南侧与扬子地块间深部构造缝合带位于襄樊-广济断裂以北约20km,造山带东侧与扬子地块间的深部构造转换带位于郯庐断裂带之下,造山带东段腹地显著的低频布格异常低值表明对应部位的莫霍面存在明显下凹,造山带内部的布格异常高梯度带表明其深部结构不完整;高频布格异常揭示肥中断裂、六安-合肥断裂、肥西-韩摆渡断裂和郯庐断裂带等主要断裂对地壳中上部密度结构的影响明显,落儿岭-土地岭断裂对地壳中上部密度结构的影响范围向N延伸至肥西-韩摆渡断裂前缘。结合地震活动资料进一步分析认为,大别造山带东段与华北地块在青山-晓天断裂前缘附近接触和相互作用,且大别造山带东段地壳深、浅部结构均不完整,不利于应力积累,趋向于在断裂交错的脆弱部位频繁释放应力,是霍山地区小地震活动频繁的主要原因。     

郯庐断裂带中段的重力异常特征与地壳构造

本文利用作者在郯庐断裂带中段地区布设的三条重力剖面,以及有关的重力资料,分析了该地带的重力异常特征;计算了地壳厚度。结果表明:沿断裂带中段未形成一条完整的重力梯级带;在其两侧,重力异常与地壳构造差异较明显;在该断裂带存在着轴部重力高与地壳减薄。结合地质研究成果,讨论了造成该断裂带重力异常与地壳构造特征的可能原因。