基于球面重力反演苏拉威西地区莫霍面结构

基于球坐标系的地球物理反演能有效避免地球曲率的影响, 适用于大尺度构造研究.本文基于重力异常数据在球坐标系下反演莫霍面深度, 结合数据误差及光滑正则化项建立反演目标函数并求解, 同时将该方法应用于苏拉威西地区.苏拉威西地区具有复杂的断裂系统、年轻的俯冲带, 是研究俯冲起始机制等前沿科学问题的理想场所.目前研究区的地球物理观测尚不充分, 缺乏对莫霍面形成有效约束的地震数据, 对研究区莫霍面的整体认识较少.本文基于卫星重力观测数据, 通过匹配滤波方法提取与研究区莫霍面结构相关的重力异常, 并结合频谱分析确定该地区的莫霍面深度参考值.在反演中, 通过两次随机子抽样交叉验证选择最优的超参数, 包括正则化因子、莫霍面密度差以及参考莫霍面深度, 迭代反演获得莫霍面深度.反演结果表明: 研究区莫霍面平均深度为20.0 km, 深度变化范围为9.2~33.3 km.总体上, 海区莫霍面浅, 约10.0~20.0 km, 陆区莫霍面深, 约25.0~33.0 km, 该结果与Crust1.0全球模型、前人重力反演结果以及地震数据基本相符, 总体上反映了苏拉威西地区的莫霍面变化特征.

     

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。     

中国南海地区重力剥离对莫霍面反演的影响分析

确定更为精细的中国南海地区莫霍面对认识该地区内部结构、形成机制及相关动力学问题具有重要意义.重力剥离的精度直接影响莫霍面反演结果的质量.本文将由XGM2019e解算的自由空气重力扰动进行地形水深、沉积层、固体地壳密度异常和岩石圈热膨胀重力剥离,提取出莫霍面重力扰动,结合线性回归法和地震资料估计反演参数,并采用直接迭代法反演南海莫霍面模型,最后利用地震资料对反演结果进行精度评定.研究结果表明：仅顾及地形水深重力剥离的莫霍面反演结果整体精度较高,为1.94 km;在沉积物较厚的陆坡盆地,忽略沉积层的影响可使莫霍面最大加深6.30 km,但在沉积物较薄的南海海盆,考虑沉积层重力剥离会降低反演精度;利用CRUST1.0进行固体地壳重力剥离会使反演结果的精度降低0.22 km,表明CRUST1.0在南海地区并不准确;热膨胀重力剥离对反演精度的影响不大,但若忽略该效应,可能会高估洋壳区的莫霍面深度．针对南海重力莫霍面研究,笔者建议:若无精细地壳资料,忽略固体地壳重力剥离;若主要关注南海海盆可忽略沉积层的影响,但应考虑热膨胀重力剥离;若研究区覆盖沉积盆地,则应考虑沉积层重力剥离,并仔细选取密度-深度...     

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.     

大别造山带地壳结构反演及其动力学意义

大别造山带是全球最大的碰撞造山带之一,三叠纪时期,扬子板块深俯冲至地幔的200km处,经历了超高压变质作用。白垩纪早期,该造山带发生了强烈的伸展和垮塌,以及大规模的后造山地幔源岩浆侵入和火山活动。本研究收集了大别造山带及其邻区(29°~34°N、114°~119°E)的震相资料,采用双差层析成像技术,对大别造山带地壳结构进行反演,研究地壳结构与后造山地幔源岩浆侵入和火山活动之间的关系。结果显示,大别造山带中上地壳存在低速结构,该低速结构可能是熔融的幔源侵入物质,由于俯冲板片断裂,或下地壳/岩石圈发生拆沉,导致软流圈物质上涌至地壳底部、侵入地壳中,形成大别造山带地壳中的低速结构;同时,合肥盆地显示为低速区,可能是受浅部沉积层影响。研究中横切大别山的4条剖面显示,该地区下方存在北向倾斜高速结构,该高速结构可能是襄樊-广济断层,或者是扬子板块向华北板块下方俯冲的遗迹。     

利用水准数据分析大别造山带东段构造活动特征

利用大别造山带东段(霍山震情窗)自2000年以来的精密水准资料,并结合区域构造环境及地震资料对东大别造山带内的十年尺度的垂直形变特征和地震活动相关性进行初步研究。结果显示,位于断裂交汇处的构造活动活跃,小震频发。水准场地表现出来的垂直形变速率增大或减小,与周边中等强度地震有很明显的对应关系。地震活动在时间分布上并不均匀,不同场地的水准测点也显示出不同的升、降交替变化。各水准场地均有映震情况,其中仙姑坟水准场地的映震效果最好。     

均衡模型在莫霍面反演中的应用综述

莫霍面是重要的地质与地球物理界面,对其深度分布的研究是地球物理领域的重要内容.莫霍面深度分布与地球均衡重力场之间有重要关系,但长期以来部分研究人员在使用重测-均衡方法探究莫霍面深度时或多或少地忽视了参考均衡模型的重要性,造成了均衡补偿模式理论发展与重测-均衡方法研究莫霍面深度之间的不同步.本文介绍了世界上常用的几种均衡补偿模式当前的发展状况,对均衡解释中的一些争议问题和应用性问题进行了讨论,并针对莫霍面深度反演问题,指出了传统重测—均衡方法尚需进行的改进,并从五个方面阐释了均衡理论对传统反演方法的贡献,并探讨了下一步可继续探究的方向.     

基于多台站的接收函数和重力联合反演确定莫霍面起伏和地壳平均波速比

地壳厚度和波速比是研究地壳结构和组分的两个重要参数,可为区域构造研究提供重要约束。接收函数被广泛地用于确定地壳厚度和波速比,例如H-κ方法或H-κ-c方法,但是该方法只能确定台站下方的地壳厚度和速度比,当地震台站分布稀疏时,很难约束台站间的横向不均匀性。另一方面,重力数据也可用于莫霍面的起伏变化研究,它在横向上覆盖很好,有较高的分辨率,但在纵向上分辨率相对较低。为此,本研究提出了一种联合反演算法求解莫霍面深度和地壳波速比参数。联合反演算法综合考虑了接收函数在纵向上的较高分辨率和重力数据在横向上的较高分辨率,同时拟合区域内所有台站上的接收函数和区域重力数据。模型测试表明联合反演算法较单一的接收函数反演更精确,特别是对于地壳厚度的确定。     

大别造山带的地壳结构研究

介绍横穿大别造山带的深地震测深剖面的地壳P波速度结构和密度结构.地表高程最大的岳西至晓天之间存在约5km厚的山根,在晓天-磨子潭断裂下方莫霍界面达4.5km垂直错断表征三叠纪碰撞的古缝合线,在超高压带3km深度以下的相对高速异常区,可能与含量较高的超高压变质岩有关.     

黄海及邻区莫霍面起伏特征

针对地壳构造形成的动力学机制,在广泛收集区域地质、地质构造和地球物理等资料的基础上,着重对重力数据进行了数字化、坐标、重力公式、投影方式和比例尺的统一化处理,进而进行了网格化处理.为将区域异常和局部异常分离开来,以便以对深部构造的系统研究,笔者选取趋势分析法分别对研究区内预处理后的布格重力异常数据(Δg)进行了三维多项式迭代拟合计算,得到了区域布格重力异常二阶、五阶、十阶趋势分析结果.继而,利用二级近似公式迭代法对布格重力异常五阶趋势分析区域异常数据进行了三维运算处理,得到了黄海及周边地区的莫霍面埋深值.分析了黄海及邻区莫霍面起伏特征,并进行了深部构造区划,探讨了深部断裂构造与莫霍面起伏间的成因联系,为深部构造和活动断裂演化的地球动力学研究提供了依据.     

考虑沉积层重力改正的中国西部Moho面深度反演

首先研究了大型沉积盆地对地表重力异常的影响,然后基于Parker-Oldenburg迭代算法,利用经过沉积层改正的布格重力异常数据反演了中国西部的Moho面深度。结果表明,地壳浅层密度异常对地表重力异常和Moho面深度结果的影响较大,利用简化的三层沉积层模型,计算出的中国西部沉积盆地的重力异常改正最大可达25 m Gal,由此引起的Moho面深度可达2.2 km,Moho面深度最终计算结果与区域最新研究成果相符合,因此,利用重力异常反演Moho面深度时,应考虑沉积层的影响以提高反演精度。     

A Versatile Nonlinear Inversion to Interpret Gravity Anomaly Caused by a Simple Geometrical Structure

A geophysical interpretative method is proposed to depth, amplitude coefficient and geometrical shape factor determination of a buried structure from an observed gravity anomaly related to a cylinder or a sphere-like structure.The method is based on nonlinearly constrained mathematical modelling and also on stochastic optimization approaches. The proposed interpretative method first has been tested on theoretical synthetic models with different random errors at a certain depth, where a very close agreement has been observed between assumed and evaluated parameters. Subsequent field data have been considered for which the interpreted results by other methods are available for comparison. The agreement between the obtained results by the proposed technique and by other geophysical methods is good. A statistical analysis has been also carried out to demonstrate the accuracy and the precision of the suggested interpretative method.     

关于中国海陆莫霍面深度图编绘的思考

莫霍面是地壳和上地幔的分界面,是一个重要的密度界面.布格重力异常与莫霍面深度之间具有紧密的联系,利用重力异常反演莫霍面深度成是研究莫霍面深度和编制莫霍面深度图的主要手段之一.本文总结了前人编制莫霍图的方法和结果,并加以分析讨论.提出应用布格重力异常反演中国海陆莫霍面深度的方法与技术,并考虑到中国海、陆构造的一体性,进行海陆统一编图以展示莫霍面的海、陆演化与构造关系.     

东大别地磁剖面磁异常的匹配滤波分析与地震研究

利用匹配滤波方法对东大别造山带内的六安—英山、白塔畈—无为、金寨青山—万佛湖三地磁剖面异常数据进行局部与区域异常场分离;基于区域异常场分离结果利用近似线性反演方法对各剖面的居里面埋深进行了定量计算;并结合构造及地震资料对东大别造山带内的地震活动与居里面的关系及其地震成因机制进行了初步研究.结果表明:剖面磁异常曲线较好地反应出研究区构造基底性质之间的差异性,与居里面埋深呈现出较好的镜像关系;居里面的起伏较大约为14km,埋深最浅处位于霍山地区;地震空间分布与居里面相关,主要发生在居里面的梯度带上;居里面梯度带之间的温度差异形成的热应力可能是霍山地区地震发生的直接动力源.居里面反演结果也为晓天—磨子潭断裂下方莫霍面垂向错断提供了证据.     

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...     

A notch structure on the Moho beneath the Eastern San Gabriel Mountains

Synthetic waveform modeling of the anomalous receiver functions for two stations in the eastern San Gabriel Mountains, California, suggests that a flat-topped notch structure exists on the Moho. North of the San Andreas Fault (SAF), the Moho depth is 36–38 km and is 33–35 km south of the San Gabriel Fault (SGF), but in-between under the Mt. Baldy block, it is only  29 km. The inferred notch structure is also supported by the Pms arrival times along the SCSN and the LARSE I profiles. The shallow Moho block correlates well with the surficial exposure of the lower plate Pelona Schist or where it resides at very shallow depth. The large Moho offsets across the two major faults can be either related to differential uplifting reflected by the difference in the denudation rate and the exposure of the lower plate Pelona Schist, or it can be the result of the juxtaposition of the distinctive terranes with initially different Moho depth due to the strike-slip movements along the two major faults.     

Dislocation structure of the crust-mantle boundary and low-velocity body within the crust beneath the Dabie Shan collision orogen

The Dabie Shan is located on the eastern side of the Qinling-Dabie orogenic belt, which marks a geological boundary between the Sino-Korean and Yangtze cra- ton. Since the 1980s, the discovery of coesite and mi- crodiamond in the Dabie Shan orogen motivates an extensive interest to the ultra-high pressure (UHP)metamorphism and its exhumation[1,2]. Many results about them were published, which deal with different disciplines, including tectonics, petrology and chro- nology[3?8]. Up to now,…     

基于Lp范数正则化的V字型密度界面重力反演

V字型密度界面是一类常见的密度界面,如海沟、半地堑以及俯冲带之下的莫霍面,利用重力数据刻画此类密度界面形态对于区域构造研究、油气勘探以及物理海洋学等都具有重要意义.本文首先建立了L_p-范数形式的模型约束函数,并利用正则化原理将其与重力数据误差函数和已知深度约束函数结合形成V字型密度界面反演的目标函数,推导了目标函数的梯度表达式,并以非线性共轭梯度法为核心给出了反演流程.二维简单模型试算结果表明p=5时该方法能准确地刻画V字型密度界面起伏特征,且亦能准确地应用于二维复杂密度界面和三维界面的反演.最后将反演方法应用于挑战者深渊及邻区的实际资料处理之中,利用研究区海底地形数据和沉积层厚度数据对自由空间重力异常逐层剥离而得到莫霍面引起的重力异常,用本文方法对此重力异常进行反演,结果呈现了板块俯冲作用引起的V字型莫霍面起伏特征.     

大别山超高压变质带深部电性结构及其动力学意义初步研究

通过在大别造山带东部横穿超高压变质带的一条NNE向剖面大地电磁测深资料的分析解释,获得了关于沿剖面的地壳上地幔二维电性结构,显示北淮阳与大别地块是电性差异显著的构造单元,它们之间的界面与晓天—磨子潭断裂对应;晓天—磨子潭断裂倾向北,在中上地壳层位出现错动解耦现象;从地表向深处可划分出4个主要电性层：地表风化层、中上地壳高阻层、壳内相对高导层以及上地幔层;大别地块内中、上地壳层位以高阻层为主,与高压-超高压变质岩分布区对应,高阻层最厚处在岳西—英山之间;在大别地块内,推测存在燕山期花岗质岩浆活动的通道,它们造成了超高压变质岩的进一步抬升,同时影响了大别地块内存在的壳内相对高导层的分布,壳内相对高导层在层位上相差较大.     

长江中下游成矿带及邻区三维Moho面结构:来自人工源宽角地震资料的约束

为深入理解长江中下游地区在中生代成矿的深部动力学过程,对跨越宁芜矿集区地质廊带内的非纵剖面反射/折射地震数据进行动校正和时深转换处理,获得了非纵方向的Moho面深度;联合纵测线和非纵测线上Moho面深度数据,获得了长江中下游成矿带及邻区的三维Moho面深度结构.结果显示宁芜矿集区下方的Moho面整体较浅,约32~34 km,华北块体合肥盆地内Moho面整体较深,约34~35 km.Moho面深度和区域布格重力异常变化趋势对应良好.宁芜矿集区下方Moho面呈上隆特征,支持长江中下游地区成矿模式中增厚岩石圈发生拆沉、软流圈的上隆及底侵作用等动力学过程.Moho面平行于成矿带走向的变化趋势,预示长江中下游成矿带地壳和上地幔在板块边界发生了NE-SW向的切向流动变形.郯庐断裂带两侧,Moho面深度变化较大,表明地表近陡立的郯庐断裂为深大断裂,深部可能切穿Moho面并延伸至上地幔.