青藏高原南缘绝对重力测站的非构造重力效应特征

基于2002—2017年的ECMWF Interim三维大气再分析资料、GRACE时变重力场模型和GPS数据,分析了青藏高原南缘的拉萨、日喀则、仲巴、噶尔4个绝对重力测站的非构造重力效应。结果表明:ECMWF Interim大气负荷重力效应主要表现为季节性变化特征,最大周年振幅可达到1.4μGal;GRACE陆地水负荷重力效应和GPS地壳垂直位移引起的重力效应均存在较为明显的季节性及长期趋势变化特征,二者的最大周年振幅和长期趋势分别达到2.6μGal,-0.6μGal/a和1.8μGal,-0.3μGal/a;GRACE与GPS的比较分析结果表明青藏高原南缘的非构造重力效应会受到局部流体质量负荷的显著影响。     

基于流动重力资料的平原地区深部构造解释

以河北省流动重力测点覆盖区域内邢台地区4条断裂为例,将卫星布格重力异常与实测布格重力异常进行对比,发现流动重力资料可更为详细地反映测点周围构造的空间分布特征,为精细刻画华北平原地区深部构造背景提供可靠资料。采用向上延拓方法,对实测布格重力异常进行处理,获得不同上延高度的布格重力异常图像,结合当地地震地质与构造资料进行分析,并对流动重力资料在构造解释上的应用前景进行展望,认为该方法可提高现有资料的利用价值,适合在流动重力测量地区推广。     

航空重力构造分层方法

航空重力在我国渤海西、南部海陆结合带进行了首次地质调查试验,并取得了成功.本文以航空重力数据为基础,通过地层密度参数的测定与分析,针对不同的界面,将优化选择法与垂向一导切线法相结合,获得了新生界底面深度,将优化选择法与帕克迭代法相结合,取得了寒武-奥陶系顶面深度,进而计算了新生界、中生界-上古生界的厚度;其中,垂向一导切线法属国内外首次尝试,效果明显.在此基础上,将测区构造层序自下而上划分为基底、上古生界-中生界和新生界等三大构造层.基于地层密度及其引起的重力异常的构造分层,是对传统地质构造分层方法的补充和扩展,为今后航空重力研究提供了参考.     

重力－重力梯度边值问题的准解

依据超定边值问题的准解理论，推导出关于重力－重力梯度边值问题的准解，其简洁易算的解析形式给联合重力和卫星重力梯度数据精化地球重力场提供了一种新方法．     

青藏高原构造结构特点:新重力异常成果的启示

截至2007年1:1000000区域重力工作已基本覆盖青藏高原全区,这些全新的重力成果揭示了很多有意义的现象.通过多方法处理分析研究不同深度层次的重力场特征及正反演计算构建地壳模型,认为:重力异常形态显示青藏高原独成体系,与相邻块体具有多样化的接触关系.已发现蛇绿岩的结合带、弧盆系和岩浆岩带是幅值不等、规模不一的重力高和重力低,表明青藏高原是具有多条结合带的拼合体;班公湖—怒江结合带是高原内最主要的重力高异常带,长达千余公里,将不同深度层次的重力场分成截然不同的南北两大区块,为它是冈瓦纳大陆北界提供了依据;局部重力异常指示青藏高原构造形迹自南而北以东西走向为主,东部则为北西—南北走向,具有与大地构造相似的分区特征; 85°E和92°E附近存在较大尺度的南北和北东走向的重力异常特征线,揭示出青藏高原腹地的深部结构具有东中西三分现象,与表壳的东西走向格局形成对比.     

基于布格重力异常研究运城盆地的构造特征

利用运城及周边地区的布格重力资料,对布格重力数据进行小波分解得到不同阶次的重力异常信息。依据各个阶次的小波变换结果并结合该区域的地质构造环境,对小波变换细节图中存在的特征较为明显的布格重力异常带进行深入分析,对异常所揭示的构造现象在地壳不同深度的分布特性等进行分析研究。结果表明:小波变换细节与区内地壳内部的隆起、凹陷及断裂构造具有很好的对应关系,可以对运城盆地的构造特征及地壳结构做更加深入的研究。     

利用重力/GPS联合观测数据计算地壳垂向构造应力的新方法

本文提出一种基于重力/GPS联合观测数据计算垂向构造应力的新方法.计算步骤如下:(1) 通过重力/GPS联合观测数据计算布格重力异常;(2) 依据布格重力异常数据推算莫霍面深度;(3) 依据GPS观测数据,通过均衡理论计算均衡面深度;(4) 依据莫霍面与均衡面之间剩余物质(壳幔物质密度差)所承受的附加浮力,计算地壳承载的垂向构造应力.本文利用上述构造应力新算法,计算了巴颜喀拉块体东边界及周边地区垂向构造应力分布,发现龙泉山断裂带以东地区垂向构造应力基本为零,龙泉山断裂带与龙门山断裂带之间地区垂向构造应力为正值,巴颜喀拉地块东部垂向构造应力为负值.鲜水河断裂带东南段周边蓄积了-40~-50 MPa的垂向构造应力,且梯度变化剧烈;松潘高原蓄积的垂向构造应力大约为-10~-20 MPa,相对较小.     

断层活动的重力效应

地球内部的热应力和重力是驱动地壳运动和地震活动的主要力源，而这些构造应力往往在地壳薄弱处－断层带发生作用。本文从断层在构造应力作用下有关参数发生变化这一情况出发，讨论它们的重力效应，所得结果表明，断层的几何参数和特性参数发生变化时，重力场将产生相应的变化。     

江淮地区布格重力异常与中强地震发生的构造环境分析

通过对布格重力异常等值线的离散化、梯度计算和粗化处理，生成江淮地区布格重力异常梯度分级图。布格重力异常高梯度区与中强地震的空间分布有很好的一致性，与低梯度分布区的弱地震活动性形成鲜明的对比。同时，布格重力异常高梯度区的分布具有线性展布特点，可以划分出两组布格重力异常梯级带，一组走向北东，另一组走向北西西。同方向的条带具有相互平行、间距近似相等的特点，不同方向的构造带相互交切，形成一幅网络状图象。沿着这些梯级带存在断裂构造，它们在晚第三纪至第四纪早期有过构造运动，但晚更新世以来活动不明显。在江淮地区，布格重力异常梯级带、晚第三纪至早第四纪活动断裂和中强地震在空间有比较明显的对应关系。因此，在现今构造活动不太强烈的地区，布格重力异常梯级带可以认为是划分中强地震潜在震源区的一个重要标志。     

中国布格重力异常水平梯度图的判读和构造解释

分析和对比中国大陆布格重力异常水平梯度的彩色图像,得到一些新的构造特征信息. 大致以105°E为界,图像的东部以蓝色低梯度为背景,出现中、高梯度带状构造和大梯度差值边界的线状构造;西部以高、中梯度的带状构造为格架,镶嵌着低梯度区,区内有阴影线状构造. 总体上,重力异常水平梯度构造可概括为三大组. 第一组是NNE向的大兴安岭、太行山、武陵山高梯度带与斜切东部全区的郯庐大断裂带和NNW向的斜切西部全区的三条大断裂带;第二组为西部的NWW向与NEE向高、中梯度带的交叉构造格局,以及东部近于等间距的三条NWW向断续的阴影构造带和一条单一的构造线,而华南则仅有NE向的低梯度构造线;第三组是横贯全区的的几条近EW向和中部SN向宽而复杂的构造带,在后者的东、西两侧散臣着大间距、小长度、断续的SN向阴影构造线. 这三组重力梯度构造不仅反映了地貌起伏的信息,而且显示了大区域构造,特别是深部构造的密度差. 各组线状构造带的内部结构和各组的形成时间及演变历史可能不同,但它们相互复合构成现今总体的构造格局,对大尺度现代构造应力场作用都会有不同的响应,因此导致主应力方向的区域性变化.     

用压缩质面法反演重力资料以估算地壳构造

本文用压缩质面来近似二维地质体。先由地面上测得的重力数据用矩阵方法反演此压缩质面各单元的面密度,然后从面密度与体密度差的关系求得各二维质体单元的厚度,进而得到各单元的近似地壳厚度。经正演校验和反复调整结果,使计算的重力异常值与实际测量值之残差小到满足要求,从而得到较准确的地壳底部界面。 由上地幔,玄武岩层和花岗岩层的密度差异及已算出的地壳厚度,从重力异常中分解出莫霍界面和康腊界面起伏所分别引起的重力异常。将后者同样用反演地壳厚度的压缩质面法进行计算,得到康腊界面。 文中以三种假想的地壳模型和一个实测剖面为例来检验本方法,并用其他确定地壳界面方法所得到的结果相比较,表明本文提出的压缩质面法结果较好。     

用压缩质面法反演重力资料以估算地壳构造

本文用压缩质面来近似二维地质体。先由地面上测得的重力数据用矩阵方法反演此压缩质面各单元的面密度,然后从面密度与体密度差的关系求得各二维质体单元的厚度,进而得到各单元的近似地壳厚度。经正演校验和反复调整结果,使计算的重力异常值与实际测量值之残差小到满足要求,从而得到较准确的地壳底部界面。 由上地幔,玄武岩层和花岗岩层的密度差异及已算出的地壳厚度,从重力异常中分解出莫霍界面和康腊界面起伏所分别引起的重力异常。将后者同样用反演地壳厚度的压缩质面法进行计算,得到康腊界面。 文中以三种假想的地壳模型和一个实测剖面为例来检验本方法,并用其他确定地壳界面方法所得到的结果相比较,表明本文提出的压缩质面法结果较好。     

GPS-重力边值问题

详细研究了在O(T²)精度下如何利用地面GPS和重力观测值确定地球外部重力场的问题, 以参考椭球面为界面建立起了完整的理论和相应的精度判断标准. 具体求解方法主要分成两个步骤: 地面重力观测值到参考椭球面上的调和延拓; 参考椭球面上Neumann外问题的积分解式. 得到的积分解式在O(T²)精度下包含了重力场频谱的全部信息; 得到的公式不仅实用, 而且理论上有所突破, 在O(T²)精度下解决了椭球界面边值问题的积分解.     

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.     

单层/双层地壳物理参数对重力数据反演海底地形影响分析

针对利用海面重力数据构建海底地形模型质量受诸多地壳地球物理参数影响现状,以重力异常反演海底地形的频率域算法模型为基础,讨论了不同地球物理参数对单层/双层地壳仿真结构和不同均衡补偿模式下导纳函数各频段影响程度,推导给出了不同地球物理参数及其组合对海底地形反演结果影响的定量数学表达.仿真试验结果表明,单层地壳的密度变化导致单层导纳函数和双层导纳函数明显分离;双层地壳仿真结构中海山载荷密度对导纳函数影响显著且几乎为全频段影响;因此,建议应用解析法开展数值试验分析时,重点考虑海山载荷密度(双层地壳)或者地壳密度(单层地壳)变化.就当前海底地形反演精度而言,运用相关解析算法建立海底地形数值模型时,应重点关注有效弹性厚度、平均海深、海山和海水密度差异参数取值准确性,特别是顾及地壳均衡补偿恢复海底地形,岩石圈有效弹性厚度(通过有效弹性厚度可获取挠曲刚度)取值准确程度将较大程度影响最终海底地形模型效能高低.