滇西试验场区三维重力反演研究

本文依最新获得的滇西试验场区布格重力异常成果和近几年该区已有的人工地震测深资料，利用Ｐａｒｋｅｒ－Ｏｌｄｅｎｂｕｒｇ快速位场反演方法和文献［１］设计的反演计算程序，实施了多个密度界面的三维重力反演，首次获得了该区地壳上、中、下三界面的整体展布图像，分析了它们的细化结构，并结合本区重力异常特征讨论了界面图像的构造物理意义，结果表明：区内杨子板块地壳界面的去耦滑动远强于三江微板块，洱源—永胜一线的地壳半细颈结构是区内现代构造运动最活跃的地段。     

基于改进FCM聚类算法的三维重力反演

在重力反演中,传统的反演方法通常会生成平滑的反演结果,即不同的地质单元之间没有明显的边界。为了提高反演结果的空间分辨率和反演精度,采用模糊C均值聚类算法(fuzzy C-means,简称FCM)解决上述问题。但当异常体体积远小于围岩体积以及目标函数FCM聚类项权重系数选择不当时,该算法容易造成异常体反演结果均匀收缩,导致反演精度降低,甚至反演失败。反演失败的主要原因通常是因为异常体体积比围岩体积小很多。为此在反演的目标函数FCM聚类项中引入了缩放因子,用以平衡模型参数对每个聚类的隶属度,减小异常体体积远小于围岩体积的影响。通过建立缩放指数e_k与归一化的聚类中心与实际聚类中心间距离S_normal的简单正相关关系,使得缩放因子ρ_k随反演过程不断更新,从而显著降低了目标函数FCM聚类项权重系数的选择难度,避免了异常体反演结果均匀收缩的问题,增强了反演的稳定性。理论重力异常数据反演数值试验和实际数据反演表明,相比于此前的FCM方法,改进算法有更高的反演稳定性和反演精度。     

四川西部莫氏面三维重力反演与解释

根据川西(北纬27～36°东经100～107°)的最新完全布格重力异常,以18个人工测深点为控制,并考虑浅层地质物理资料,对莫氏面进行三维重力反演。采用的方法是在空间域中以平板公式反演给出初值;在频率域中以parker公式正演逼近,将其结果与人工测深值相比,个别最大差值不超过3km。以此绘制了莫氏面等值线图。最后讨论了莫氏面的分布特征与深部构造的关系,地震的空间分布与深大断裂的关系。指出地震多发生在活动断裂带的交叉部位,活动断裂走向的突变点,活动断裂的端点部位及弧形断裂的曲部。     

河北唐山丰南4.5级地震前重力变化

利用首都圈地区2017~2019年流动重力观测资料,分析2019-12-05河北唐山丰南4.5级地震前不同时间尺度的重力场变化。结果表明：1）0.5 a尺度重力场变化图像可较好地反映此次地震“震前1 a重力场持续出现上升（正）变化-震前局部反向（负）变化-在重力变化梯度带零等值线附近发震”的演化过程;2）震前0.5 a、1 a和2 a尺度重力场均显示,地震发生在重力变化零等值线附近;3）地震前观测到的重力变化可能由深部热物质上涌引起。     

江苏常州4.2级地震前的重力变化

利用江苏地区2019~2021年流动重力观测资料,分析江苏省常州市4.2级地震前不同时间尺度下的重力场变化。结果表明：1）0.5 a尺度重力场变化图像较好地反映了此次地震下降-转折上升-持续上升-反向变化及零值线附近发震的演化过程;2）常州4.2级地震前0.5 a和1 a尺度下的重力场均显示,地震发生在重力变化零值线附近。     

湖北秭归4.5级和4.1级地震前的流动重力变化

处理分析2016～2018年三峡流动重力测网资料,获得2016-03～2018-09共11幅差分和累积重力场变化图像,并结合2018-10-11发生在湖北秭归的4.5级和4.1级地震,分析震前重力场变化特征。结果表明：1）2017年以来,震中区重力场变化经历了从先减小后增大到震前趋缓的过程。2）2 a累积重力场变化显示,新华-龙王冲和高桥断裂带两端重力场变化差异增大,可能与本次地震的孕育有关。3）只要测网网格距合理、数据处理得当,区域流动重力测网对4.0级小震前的重力场变化具有潜在的监测能力。     

重力和形变资料联合反演地壳密度时间变化的一种方法

基于单层位理论，利用动态大地测量基本方程，选取Ｂｊｅｒｈａｍｍａｒ虚拟球作球近似，同时将地面观测数据δｇｔ（重复重力）和δＨｔ（重复水准）等解析延拓至Ｂｊｅｒｈａｍｍａｒ球面上，得到求解地壳内部密度时间变化及相关重力位场时间变化的一组公式，并给出了相应的迭代求解方法     

断层向错引起的地表重力变化研究

利用三维角点法以及空间物体旋转的几何变换理论,建立断层向错与地表重力变化的关系,并进行数值模拟计算。选取断层下盘左端点为旋转基点,分析断层埋深和倾角对其向错引起的重力变化的影响。结果表明,断层向错引起的重力变化与断层埋深有明显的相关性,在W1、W2、W3向错模式下,重力变化均表现为随断层深度增加而逐渐衰减;重力变化对断层倾角有着不同的响应。断层运动产生的重力变化空间分布特征与断层的向错模式以及旋转基点的选择有关。     

东北地区重力场动态变化特征与前郭5.8级震群关系研究

利用2010~2016年东北地区的流动重力观测数据,分析该地区区域重力场动态演化和2013年前郭5.8级震群前后的变化特征。结果表明,差分和累积重力变化整体呈北西向和近南北向,与北东和北北东向构造格局不一致,重力变化受构造控制作用较弱;近期整体重力变化较平缓,基本没有超过60 μGal的梯级带,反映出地下构造活动和物质运移水平相对平稳;前郭5.8级震群和通辽5.3级地震震前存在明显的能量积累,有利于破裂的产生,震后震荡恢复调整的时间需2~3 a甚至更长。     

2017年四川九寨沟MS7.0地震震前地壳密度变化特征

基于紧凑约束最小二乘优化反演算法,利用2014~2017年地表重力变化观测成果,反演得到2017年九寨沟MS7.0地震前震中及周边地区的地壳三维密度变化。结果表明：1）在震中及周边地区出现大范围的重力变化,并沿张掖-西宁-九寨沟一带形成最大值达9 μGal的重力变化梯度带;2） 地壳密度变化量随深度增加而增大,其中在45 km附近达到最大,为0.2 g/cm3;3） 震中及邻区范围内形成密度变化的正负四象限分布（2014-04~2017-04）,其表现的物质运移方向呈左旋走滑式分布,与震源机制解基本一致。据此推断,在震前产生了与地震孕育相关的深部构造运动,而强震易发生在物质运移汇聚地方。     

2017年南丹Ms4.0地震前后重力变化

利用广西及邻区2014~2017年流动重力观测资料,系统分析区域重力场变化及其与2017-07-15广西南丹MS4.0地震的关系,并结合GPS观测数据与地震地质调查成果,探讨区域重力场变化的时空分布特征及机理。结果表明：1）南丹M_S4.0地震前后,震区附近重力异常变化与主干断裂关系密切,反映沿控震断裂在2014~2017年间发生了引起地表重力变化效应的地壳变形和构造活动;2）差分重力图像表明,南丹M_S4.0地震前重力变化为“局部重力异常→四象限重力异常→重力反向变化发震”的过程;3）重力变化与GPS 观测反映的水平运动表明,南丹M_S4.0地震位于重力四象限分布中心部位及面压缩峰值附近,证明重力场和形变场动态变化对中强地震地点预测具有指示意义;4）天峨-南丹-环江一带是重力变化最剧烈地区,亦是水平形变面压缩过渡带,同时位于莫霍面等深线强烈变化地段、M_L3.0地震围空区、沿主断裂存在的低b值异常区。结合地震活动图像、定点前兆观测异常综合分析认为,该地区仍存在发生中强地震的可能。     

苍梧M_S5.4地震孕震环境的多尺度重力场分析及动力学意义

基于EGM2008研究苍梧震源区及华南块体不同尺度重力场的横向和纵向分布特征,探讨深部物质密度变化及可能的动力学意义,为该区地震孕育环境研究提供深部依据。扬子克拉通重力异常横向变化相对较小,显示出其相对稳定的克拉通结构特征;华夏地块上地幔存在与西太平洋板块俯冲角度较为一致的重力正异常和相间分布的重力负异常,其高低密度体分布可能与中生代以来西太平洋板块俯冲作用下岩石圈拆沉和软流圈物质上涌有关;扬子克拉通和华夏地块过渡带呈现显著的重力异常高梯度带和东西差异性特征,揭示了深部复杂构造变形的过渡带特征。本文研究区多尺度布格重力异常横向的复杂性和非均一性及在地壳和上地幔深浅差异性的重力异常特征,反映了研究区深浅物质结构和动力学不平衡的差异相互运动的动力学过程,可能是地震孕育的深部动力学环境。苍梧地震位于重力正负异常的过渡带,与深部物质扰动和密度分布的不均匀密切相关。     

内蒙古阿拉善左旗MS5.8震源区及周边重力布格异常的计算与分析

利用EGM2008自由空气重力异常数据及具有1′分辨率的DEM数据,借助FA2Boug思想,对内蒙古阿拉善左旗MS5.8震源区及周边（105°～110°E,36°～41°N）进行重力布格异常值的计算,获取了震源区及周边的重力布格异常信息。结果表明,震源区位于重力布格异常值变化的高梯度带上;同时,在鲜有震例的鄂尔多斯块体内部存在着不一致的作用力。     

太康MS4.6级地震与重力场演化特征探讨

通过精细处理华北南部2009~2012年流动重力观测数据,结合地震测深剖面,分析太康两次地震前后的重力场演化特征及其与断裂活动、地震构造的关系。结果表明,太康地震前,在重力场差分动态图像上表现出四象限特征,是许昌-太康断裂走滑型发震的前兆,重力场的正负异常区对应震源机制解的压缩区和拉张区。段差和点值时序变化图表明,应变累积主要集中在许昌-太康断裂的西段和震中附近,断裂又位于地壳内低速体的上方,两者为太康地震的孕育和发震提供了条件。     

姚安Ms6.0地震典型重力前兆孕震模型量化研究

基于闭锁剪力模式与地震位错理论,提出构造“等效位错”来描述地震的震前“闭锁剪力”,并建立震前地表重力变化与“等效位错”之间的定量化模型。考虑到粗差干扰,采用稳健-贝叶斯最小二乘方法对姚安M_S6.0地震的“等效位错”进行反演。结果表明,其孕震源为高倾角走滑型,“孕震矩”与USGS给出的矩震级接近,证明该方法可依据震前重力四象限图像对未来震源特性和孕震强度进行预测。     

九寨沟Ms7.0地震的InSAR观测及断层破裂研究

为提高九寨沟2017-08-08 MS7.0地震的InSAR同震形变场精度,厘清发震断层的构造形态及形成机制,对形变区相干系数进行统计分析并确定相干性阈值,利用GACOS对形变场进行大气校正,再根据余震分布和地质背景确定发震断层的基本形状,最后基于Okada弹性半空间位错模型反演发震断层的滑动分布。改正后的InSAR同震形变场显示,视线向最大下沉为25 cm,最大抬升为10 cm,分别位于震中西北和东南,形变长轴为北西向,主要形变区位于发震断层西部。改正后的InSAR形变场残差均方根较改正前小,最大滑动量为0.9 m,平均滑动角为-0.5°,破裂主要集中在地下1~20 km范围内,矩震级为6.5,与USGS和GCMT等机构的结果一致。研究表明,利用GACOS改正九寨沟InSAR同震形变场对提高形变场精度具有一定的作用,反演断层滑动分布的结果较改正前差别不明显,发震断层的属性与虎牙断裂北段的性质基本一致。结合余震重定位结果可以推断,发震断层为虎牙断裂的北向延伸部分,此次地震事件为巴颜喀拉地块南东向扭转与华南地块碰撞的结果,中下地壳粘性流体的差异分布是导致虎牙断裂倾角变化的主要原因。     

2015年塔吉克斯坦MS7.4地震的InSAR观测及其构造意义

利用欧空局提供的Sentinel-1A卫星差分干涉数据为约束,对2015-12-07塔吉克斯坦MS7.4地震的震源机制进行反演。首先运用两轨法对卫星雷达影像进行差分干涉处理,获取覆盖塔吉克斯坦地震震区的同震形变场,然后运用分布式滑动模型反演获取较精细的断层滑动分布。结果显示,分布式滑动模型与观测结果有很高的拟合度。反演结果表明,发震断层以左旋走滑运动为主,此次地震断层的最大滑移量为4.42 m,同震的地震矩为73.71×1018 Nm,矩震级为MW7.19,与震后USGS、GCMT、IPGP等机构给出的震源机制解结果一致,是在具有左旋走滑运动特征的显著构造背景下的一次正常、必然的破裂事件。     

九寨沟MS7.0地震前跨断层水准前兆异常与震后变化

利用2017-08-08九寨沟MS7.0地震前震区北侧青藏块体东北缘跨断层短水准观测资料,以及震后8月、9月两期加密复测结果,综合观测曲线、异常时空演化特征及特征强度指标,分析九寨沟地震前断层形变异常及震后变化。结果显示,九寨沟地震前1 a多西秦岭至六盘山构造区异常比较集中;震前1~3个月西秦岭构造区及其附近(震区周边300 km范围内)短期异常增多,异常特性以逆断性突跳为主,对该次地震有中短期-短期前兆反映;震后1个月西秦岭构造区多数异常调整恢复。