六盘山地区地壳重力均衡与隆升机制研究

2014年8月跨越六盘山东麓断裂带,在长度约为200公里的剖面上展开了流动重力/GPS联合剖面观测.观测结果表明,测线东端的布格重力异常约为-190 m Gal(10~(-5)ms~(-2)),西端则为-250 m Gal左右.在假设地壳均一的前提下,基于Airy均衡模型,利用布格重力异常和GPS观测数据,分别计算了测线所在剖面的莫霍面深度与均衡面深度,发现六盘山地区处于正均衡异常状态.使用布格重力异常数据反演六盘山地区的地壳密度结构,并据此地壳分层结构,计算了六盘山地区均衡面与莫霍面深度,对比显示该区域亦处于均衡正异常状态.为了确定青藏高原东北缘岩石圈有效弹性厚度和六盘山隆升机制,我们利用EMG2008自由空气异常和SRTM V18.1 DEM数据,使用自由空气重力异常导纳方法,研究了以六盘山地区为中心的青藏高原东北缘岩石圈有效弹性厚度(Te)和加载机制,发现六盘山地区的Te为5 km,岩石圈加载主要来自于地表,占总加载的95%.最后,对比六盘山地区Airy均衡异常与弹性板均衡异常,发现六盘山东麓断层处地壳承载梯度值最大,表明该断裂带吸收了较多的应变能.     

六盘山和西秦岭北缘断裂周边的重力变化

<正>为研究断裂活动与重力变化的关系,对甘宁陕交界地区2005—2013年的相对重力资料进行了相同基准的拟稳平差处理,剔除干扰因素,提取可靠的重力异常信息,给出了六盘山和西秦岭北缘断裂周边地区2011年5月至2014年5月较长时间尺度的的重力场动态变化图像(图1);对研究区域内断裂两侧稳固的点群进行重力点值时序变化进行研究,研究断裂两侧的重力差异变化特征,结果表明:六盘山断裂周边的     

晚新生代六盘山隆升过程初探

通过对六盘山地区山麓剥蚀面上的红层和陇东盆地的红黏土剖面古地磁测年及地貌地层学研究,发现红层或红黏土均形成于约8.1MaBP,指示了晚白垩世以来形成的夷平面在此时被断裂错开,发育终止,六盘山开始隆升:在约5.2MaBP时再次小规模隆升,堆积相应的细砾沉积,并随后剥蚀形成山麓剥蚀面:到约3.8MaBP,六盘山大规模加速隆起,河流急剧下切,河湖相沉积结束,典型风成红黏土沉积出现.六盘山的隆起过程可较好地与青藏高原及周边山地的隆起过程相对比,它应是青藏高原隆升的响应.     

内蒙古大青山的新生代剥蚀和隆起

内蒙古大青山及其毗邻的呼和浩特断陷盆地是研究剥蚀和地壳均衡隆起的理想地区。本文提供了大青山新生代等高峰顶面和晚第四纪河流阶地拱曲变形的证据 ;依据呼和浩特盆地的地震探测获得的沉积厚度 ,计算出大青山的剥蚀和地壳均衡隆起量 ;提出地壳均衡隆起是大青山晚第三纪以来主要的区域变形机制 ;指出由於地壳均衡隆起 ,剥蚀作用最终只是使大青山高度略微降低 ;同时复原了大青山新生代景观演化历史。本文还讨论了剥蚀和地壳均衡隆起之间的耦合关系以及断裂作用在其中的地位 ,认为大青山新生代景观演化是在剥蚀去荷失去重力平衡和均衡隆起恢复重力平衡的长期自身耦合作用中进行的 ,在此过程中断层的下降盘由主动盘变成被动盘     

综合数据分析青藏高原东北缘六盘山地区构造形变及其构造成因独特性探讨

青藏高原边缘是研究青藏高原构造生长的重要场所.然而,青臧高原各边界却呈现出不同的地貌形态响应.尤其是青藏高原东北缘的六盘山地区,与青藏高原东缘相比,它与邻近稳定鄂尔多斯地台之间表现出了截然不同的地形变化.青藏高原东边界所对应的龙门山构造带呈现出高陡的地貌形态:在100 km范围内,海拔高程从四川盆地的500 m陡升至临近的龙门山构造带的3500 m.而青藏高原东北边界所对应的六盘山构造带则与邻近的鄂尔多斯盆地表现为宽缓的地形变化.之前由于缺少高精度的数据资料,对造成这一地表形态差异所对应的地壳结构缺少必要的了解.在本次研究中,将着重利用前期在青藏高原东北缘六盘山地区所获得的165 km长高分辨率深反射地震数据,并结合在此区域所获得的航磁数据资料进行该地区地壳结构的综合解释,得出青藏高原东北缘一鄂尔多斯地块构造转换带的地壳结构变形模型.研究表明六盘山地区主要物质组成为构造增生楔,其两侧分别存在陇西火山岛弧和鄂尔多斯结晶基底.高原生长所产生的构造应力并不能使相对松散的构造增生楔无限制的抬高而是容易发生重力坍塌,从而造成六盘山地区比较宽缓的地形结构.同时本文还将此地壳结构研究结果与前人在青藏高原东缘所获得的地壳结构及变形机制进行对比分析,探讨这两个地区的构造变形模式,并找出两个地区的构造变形共性和差异.研究结果也将为了解青藏高原侧向构造生长过程提供理论和数据支持.     

基于接收函数约束的川滇地区莫霍面深度反演研究

本文利用川滇地区宽频地震接收函数结果和WGM2012全球布格重力场模型数据,采用正则化参数和接收函数结果交叉验证得到最优莫霍面参考深度和上下界面密度差,使用基于球坐标系下的快速非线性重力反演方法建立川滇地区莫霍面深度模型.研究结果显示,川滇地区整体莫霍面深度介于30～69km,青藏高原内部地区莫霍面深度大于50km;四川盆地莫霍面深度在36～38km;攀枝花地区莫霍面出现明显的隆起和下凹,变化范围在42～48km;川滇菱形地块莫霍面深度在40～50km;滇西和滇南地块莫霍面深度由南向北逐渐变深,变化范围在38～44km.本文反演莫霍面深度与接收函数结果平均误差为0.18km,与该区域天然地震层析成像、人工地震探测以及重力数据反演结果基本一致,但细节更加丰富,进一步确认了莫霍面在攀西裂谷地区存在隆起,小江断裂带下方存在下凹的特征.该结果可作为精细化川滇地区地壳密度界面模型,为研究该地区岩石圈结构和地质构造演化提供参考.     

汶川地震前后青藏高原东北缘重力场动态变化研究

通过对青藏高原东北缘重力观测资料进行整体平差计算, 系统分析了该区重力场在汶川8.0级地震前后重力场的时空动态演化特征。 研究结果表明, 汶川地震的发生使青藏高原深部物质向北东运移, 且部分通道受鄂尔多斯陆块的阻隔, 青藏高原东北缘区域重力场出现大空间尺度的趋势性显著重力变化; 汶川地震后, 甘、 宁、 陕交界的六盘山断裂带与西秦岭北缘断裂带以及之间地区重力场出现显著的非均匀变化, 该地区受汶川大地震的影响显著。     

由重力场的时空分布研究青藏地区地壳及其运动

基于地壳均衡及圆柱体受热模型原理，求出莫氏面起伏及上地幔异常密度分布，并推测了喜马拉雅的相对隆起及其动力机制；由残余大地水准面的分布及底层加温的热对流假设，探讨了青藏地区和我国中部地壳运动的力源问题；此外阐述了根据多期重复重力测量，可以检测出高原的隆起和断层活动     

宜川—泰安重力剖面的均衡重力异常与地震活动的关系

宜川—泰安重力剖面穿越了太行—吕梁隆起、华北裂陷、鲁西隆起等地质构造单元,剖面及其附近地区构造活动强烈.依据布格重力异常特征可分为太行山以西的布格重力异常与地形高程"同步型"的变化特征、太行山以东的布格重力异常与地形高程"镜像型"的变化特征,布格异常转换带位于太行山重力梯级带的东缘,反映了大地质构造单元有着不同的深部构造背景.均衡重力异常特征与新构造运动有着良好的一致性,即正异常区对应吕梁山、太行山以及鲁西等隆起地区,负异常区对应临汾、华北断陷盆地.通过对理论均衡地壳厚度与实际地壳厚度进行对比分析发现,在均衡重力状态异常转换带及其附近地区均对应于莫氏界面上隆、上地幔热物质向地壳侵入和运移,由于其在趋于均衡的过程中必然伴随着地壳的差异运动,因此构造活动强烈而产生深大断裂,表现为地震的频繁活动,这些地区应该是地震监测以及震害防御需要重点关注的地区.     

用四维反演方法研究地震活动的深部环境

导出了用重力和水准重复测量资料反演地壳界面密度和垂直形变随时间变化的四维反演公式，并对甘肃河西地区（包括祁连山地区）和滇西北地区的重力和水准重复测量资料进行了计算。根据计算结果，分析了2个地区莫霍西密度变化速率和垂直形变速率与地震的关系。结果表明：甘肃河西地区和滇西北地区莫霍面密度大规模减小和莫霍面大范围隆起可作为1年尺度的地震预报的深部判据。地震往往发生在莫霍面隆起区与沉降区、密度减小区与增长区的过渡地带。     

基于重力异常反演的三维地震波速度结构分析方法研究

利用重力异常反演测试三维地震波速度结构,存在解不唯一、可靠性不高的问题。将面波反演充分融合到重力异常反演方程中,降低传统反演方法的非唯一性,并提升可靠性。以川滇地区为例,采用融合后的重力异常反演方法分析三维地震波速度结构。通过速度和密度的关系转换,得到对应的重力异常数据。由于面波频射数据主要对地震波横波速度敏感,因此将重力异常数据和初始横波速度相连,依据地震波速度和岩石密度之间的关系,获取重力异常反演方程,用于分析速度结构。选取21.6°~34.2°N、97.1°~105.9°E范围内的川滇地区活动块体作为实验数据,经过实验分析发现：使用该方法迭代反演川滇地区地壳上地幔顶部横波速度,重力异常数据和面波频射数据的残差值分别是6.24 mGal和0.027 km/s,实际拟合效果较好;分析该地区不同深度切面横波速度发现,在24 km深度处,上地壳中含有相对低速层,在44 km深度处,中下地壳中存在低速层;且该方法分析川滇地区三维地震波速度结构解的分辨率较高。     

六盘山断裂带构造活动特征及流域盆地地貌响应

通过航卫片解译和野外实地调查,对六盘山断裂带新活动特征开展详细研究。调查发现六盘山东麓断裂为一条全新世活动的逆左旋走滑断裂,而六盘山西麓断裂为晚更新世活动的挤压逆冲断裂,二者的构造活动控制和影响了本区的地貌发育和地震活动。同时利用SRTM数据提取六盘山东西两侧泾河和水洛河上游流域盆地水系,得到流域盆地面积-高程积分值(HI值)分布图,探讨本区活动构造和地貌的响应关系。分析结果表明,在相同的岩性条件下六盘山东侧的HI值要低于西侧,反映了活动断裂对本地区地貌演化特征的不同影响。上述地貌分析研究为认识和理解六盘山地区地貌演化以及控制因素提供了基础数据和思路。     

新疆及邻近地区重力场变化特征研究

首次利用1998-2010年共6期全国地壳运动网、数字地震网和陆态网络重力观测数据,通过整理计算平差,分别绘制了新疆及周边部分地区（西藏、甘肃、青海和宁夏）2~3年尺度重力场差分变化和累计变化图像,并结合动力构造环境和强震活动,剖析该地区重力变化特征及与强震孕育之间的响应关系。分析表明：新疆及周边地区重力场变化较明显,重力异常变化值较大,2~3年为尺度的重力变化值最大达到-140×10-8 ms-2;地震发生在重力变化转折、高梯度带附近和主要控制构造交汇部位;新疆及周边地区重力变化具有明显的分区特征,重力变化机制的差异与构造环境密切相关。     

鄂尔多斯南缘地区重力变化场源特征

以鄂尔多斯南缘地区布格重力异常数据及2014—2017年相对重力观测数据为基础,采用欧拉反褶积方法,对引起重力变化的场源深度进行反演,并对空间分布规律予以解释。通过构建理论模型,反演得到最优模型参数,并对实际数据进行计算和分析。为了减弱和消除欧拉解的发散性,利用水平梯度滤波法优化反演结果。结果表明:①构造指数为1时,适合对相对重力数据进行反演,当滑动窗口选择4—8倍测点间距时,可以获得较为可靠的场源参数;②在主要断裂附近,不同时间尺度的场源呈较好的一致性特征;③引起重力变化的场源深度集中在10—30 km,与鄂尔多斯南缘地区的震源深度基本一致;④不同时间尺度的场源位置相对分散,表明引起重力变化的物质流动具有随机性和波动性。     

中国南北地震带(北段、中段)的深部环境与地震关系的初步探讨

本文从部分地球物理资料出发,初步探讨了中国南北地震带北段(贺兰山—六盘山地震带)、中段(天水—武都、文县—川西北地震带)地壳和上地慢的结构特征。 根据对有关资料的分析研究,初步得出中国南北地震带北段、中段深部地震环境的主要特点: 地震带下部的上地幔顶面呈带状隆起:银川地堑地区上地幔顶面带状隆起的轴向呈北北东向;西吉、海原、固原地区呈北西向;天水—武都地区呈近南北向。 强烈地震的断层走向、震中迁移方向与软流圈顶面等深线轴向方向一致。 强烈地震往往发生在深部构造与浅部构造在深部的交汇区,如天水、武都地区。 强烈地震与壳内高导层和上地幔高导层的局部隆起和拗陷有关。 进而尝试性的分析了深部环境与地震孕育发生的关系。最后文章讨论了深部地震环境对中长期地震预报和地震成因研究的意义     

1992-2014年河北省流动重力资料整理

系统整理河北省1992-2014年流动重力资料,利用LGADJ数据处理软件,对每期重力数据进行单期平差、多期整体平差计算,改正历史遗留问题,利用差分结果绘制145幅流动重力等值线差分图,通过具体异常点位及重力变化分析,得出：①地震前重力场变化强度与震级大小存在相关性;②流动重力观测资料地震前具有较为明显的前兆异常反应;③地震均发生在重力变化的“0”等值线附近地区。     

青藏高原东北缘重力异常多尺度横向构造分析

本文研究了青藏高原东北缘地区布格重力异常特征,采用优化滤波法和归一化总水平梯度垂直导数法对研究区重力异常进行多尺度分离和横向构造分析.分离出的多尺度重力异常特征表明:1) 青藏高原东北缘地区大致以东经106°线为界,有一条醒目的重力异常梯级带,即贺兰山-六盘山-川滇南北构造带的北段,其东西两侧布格重力异常特征在形态和走向上截然不同,意味着两侧密度结构和构造特征存在明显差异. 2) 鄂尔多斯地块内部定边以北,重力异常高带走向由北东向转为近南北向,推测定边附近存在一个密度或构造界面,其两侧物质组成和构造特征具有差异,对比大尺度重力异常和中尺度重力异常,表明异常特征的这种差异主要是由上地幔深部结构引起的. 3) 青藏高原东北部各块体深部边界位置与地表构造分布不同,反映出该区构造复杂,深浅构造差异大. 4) 由于印度-欧亚板块碰撞及随后印度板块持续向北的挤压作用,造成青藏高原东北缘中、下地壳物质在巨大的北东向推挤力和鄂尔多斯刚性块体阻挡的共同作用下,沿着相对软弱的秦岭造山带方向蠕动.依据多尺度重力异常及其横向构造特征,综合推断出研究区内五条断裂带,即秦岭地轴北缘断裂带、海原-六盘山断裂带、香山-天景山断裂带、烟筒山断裂带和青铜峡-固原断裂带,并分析了它们在地壳深部的可能展布特征.     

华北东部地区上地幔运动与盆地形成关系的模拟研究

在综合分析华北东部深部构造、盆地构造及其动力学特征等资料的基础上,运用离心技术讨论了该区盆地形成机制与上地幔运动的关系。这种离心技术采用物质密度差代替温度差是一种新的实验方法。 实验结果表明,上地幔对流、上地幔隆起(或底辟)以及重力均衡作用产生了华北地壳的单向引张力,从而导致箕状盆地的形成。 作者认为,华北东部地区盆地形成和发展的动力源与上地幔的运动和重力作用密切相关     

北天山中段近期重力场变化特征研究

利用北天山中段最新的流动重力观测数据,通过整理计算平差,绘制该地区半年和一年尺度的重力场变化图像;选取横跨北天山中段乌鲁木齐、独山子两条测线,并分别绘制其重力剖面变化图;结合北天山中段地区动力构造环境,剖析该地区重力变化特征及其与地震孕育之间的关系。分析表明:北天山中段地区重力异常变化值不大,重力变化等值线图和剖面变化图均能较好地反映重力场随时空变化特征;北天山中段动态重力变化特征基本反映了该地区动力构造运动的外部环境;研究区域内的重力场空间格局分布特征较清晰,其重力变化具有明显的分区特征,山体和盆地之间的重力变化具有显著差异,山体与盆地边缘正负重力变化交替出现,且变化相对较平稳。     

帕米尔及其周围地区的重力场特征与地壳构造的研究

本文根据帕米尔地区（32°N-42°N,66°E-80°E）的重力资料,计算出深部重力场。以费尔干纳-帕米尔-斯利那加地震测深剖面数据作为控制与参考资料,采用三维横向变密度重力模型,进行重力反演计算,求得研究区莫霍界面的起伏深度,并依此给出研究区的地壳厚度分布特征。结合帕米尔及其周围地区的地震活动和均衡异常,对这一地区的构造运动进行了初步探讨。