琼东南盆地区的地壳密度与岩石结构

地壳岩石组成是理解地壳岩石圈演化的重要约束.我们以琼东南盆地区地壳速度结构模型为约束,正演拟合布格重力异常分布,获得了琼东南盆地区地壳密度结构模型.然后,对地壳密度模型进行温压校正,结合地壳速度模型以及全球常见地壳组成岩石的高温高压实验成果,推断了琼东南盆地区5个凹陷上地壳岩石组成.研究结果表明:琼东南盆地区地壳岩石密度具有强烈的纵横向非均匀性,岩石密度空间变化与凹陷、隆起相间构造格局密切相关.琼东南盆地区中部呈现分层高密度结构特征.其中,10 km深处存在3个孤立的高密度异常区;16 km深处形成北东走向的高密度异常带;22 km深处存在2个独立的高密度异常区.琼东南盆地区内乐水—陵水、松南—宝岛凹陷上地壳岩石组成与其他凹陷具有明显差异,但均存在玄武岩或玄武岩质岩石.支持琼东南盆地形成演化受控于低角度拆离断层作用与地幔挤出构造同时发生的简单剪切岩石圈伸展模型.     

泰安—诸城剖面重力异常和地壳密度结构特征

泰安一诸城高精度重力观测剖面,位于华北克拉通的东部,是中国东部重要的构造带且是地震活动的重要地段,利用剖面相对重力联测与同址GNSS三维坐标测量数据,得到剖面的重力异常,结合区域布格重力场、地球深部探测及地质构造成果,对剖面进行密度结构反演和剩余密度相关成像研究.结果表明：剖面布格异常变化范围为（-30.1~7.3）×10-5m·s-2,从西往东总体呈上升（泰安至沂源以低背景平缓逐渐上升与相应位置的高程呈现"同步型"变化;马站至张家楼以高背景逐渐上升与地形高程呈现"镜像型"变化）趋势,高低异常背景转折在沂沭断裂带西段150 km左右位置;背景异常是地壳厚度变化的反映,整体形态西深东浅,在沂沐断裂带地壳厚度隆起可能是地壳下地幔物质沿断裂向上入侵时,地壳产生挤压和膨胀隆起所致;剖面地壳密度呈现上、中和下三层结构,鲁西隆起、沂沭断裂带西部中下地壳局部存在低密度体,可能是上地幔物质上涌岩石含部分高温流体和熔融岩体所致,胶东地区保持了比较完整和均一的地壳结构特征,反映了胶东地区地壳活动不强;剖面的主要断裂带位置均能看到布格重力异常和剩余密度的变化,可能是断裂控制了地下介质的发育所致;剖面密度模型显示地下密度的分段特征和深浅构造差异,沂沭断裂带是鲁西隆起和胶东隆起的分界带;本文通过对布格重力异常和密度结构的特征研究,分析了地震活动、动力学背景与地壳密度结构的关系.     

蒙古及周边地区重力异常和地壳不均匀体分布

基于全球EGM2008自由空气重力异常模型,本文计算了蒙古及周边地区的布格重力异常和Airy-Heiskanen均衡重力异常.在此基础上,本文采用Crust 1.0地壳模型为参考,通过重力正演方法,对蒙古及周边地区不同深度地壳密度结构模型的重力异常进行了计算,并对得到的正演布格重力异常与实际重力异常进行了对比和分析.研究结果表明:蒙古西部杭爱山地区与阿尔泰山地区的构造变形差异性明显,现今均衡重力异常中杭爱山周边没有明显的均衡异常高值区,而阿尔泰山地区西南方向存在均衡重力异常高值分布,分析与新构造运动密切相关;Crust 1.0模型给出的壳幔横向密度不均匀体分布对于计算Moho面起伏引起的重力异常作用明显;Crust 1.0给出的地壳内界面变形可以反映深大活动断裂的深部构造变形.研究结果对于认识蒙古东西部构造特征差异,以及现今西部活动断裂的地球物理场特征具有参考意义,也可以为进一步应用Crust 1.0模型为参考开展三维密度结构反演提供一定帮助.     

福建中部和东南沿海深部界面特征研究

根据重力,人工地震测等成果资料,采分区复盖检校反演措施,对福建中部和东南沿海地区进行三维重力反演,获得了该地区的上,中,下地壳分层界面的整体展布图象,并就它们的地质构造意义进行了讨论。     

宜川—泰安剖面的密度结构、构造特征和地震活动

文中利用宜川—泰安重力剖面的相对联测和同址GNSS测量数据获得沿线的布格重力异常、剩余密度相关成像和地壳密度结构,可以看出：剖面的布格异常变化范围为-(161.7～5.5)×10^-5m/s²,自西向东总体呈上升趋势,在临汾盆地有明显“凹陷”,可能与上地壳存在低密度构造有关;剖面地壳密度分布具有明显的不均匀性,以太行山重力梯级带为界,西部密度较高,东部密度较低,中下地壳存在低密度体,可能是上地幔物质上涌岩石含部分高温流体和熔融岩体所致;不同构造块体的密度差异明显,在断裂带分布区域均存在密度差,说明密度分布与构造有一定关系;地壳介质的不均匀性和地震活动相关：鄂尔多斯断块的地壳介质相对均匀,不容易积累能量,地震活动水平低;山西断陷带和华北平原断块则相反,具有显著的不均匀性,地震活动频繁。     

满都拉—卡楚加的长剖面地壳介质密度分布及深部结构特征探榷

通过对南起中国内蒙古满都拉、向北经蒙古国、直抵北端俄罗斯贝加尔湖北卡楚加全长1320km长重力剖面的布格重力异常数据进行处理和解析, 依其构建了沿剖面的二维地壳密度结构模型, 并详细分析了沿剖面的地壳底界面(Moho界面)展布的深部构造特征, 及剖面辖域内的5个次级局部构造单元的重力异常场、地壳密度结构、界面起伏及断裂构造分布的特征.期望此研究结果能为该剖面跨越的中亚造山带东部地区的地壳结构、各次级构造单元的界域与关联方面的进一步研究提供相关的重力场依据.

     

维西—贵阳剖面重力异常与地壳密度结构特征

维西—贵阳剖面位于青藏高原东南缘,为青藏高原物质往东南逃逸、东构造结侧向挤压及华南地块北西西向推挤作用的重要地段.利用剖面观测的重力与GPS定位数据,结合区域背景重力场、地质构造及深部地球物理成果,反演研究剖面较为细化的地壳密度结构特征.观测研究表明:剖面布格重力异常总幅差变化达190×10-5 m·s-2,具"斜N"分段变化特征,从西往东呈上升(维西至攀枝花,水平梯变大)—下降(攀枝花至会泽,水平梯变较大)—上升(会泽至贵阳,水平梯变较小)态势;高程与布格重力异常比值的趋势性转折部位为康滇地轴核心和小江断裂带东侧,可能与先存构造或新生构造发育有关;剖面地壳密度结构可分上、中和下三层结构,各层底界面平均埋深分别约20km、35km和51km,金沙江—红河断裂带和鲜水河—小江断裂带为地壳结构相对简单与复杂的过渡带;地壳厚度西深东浅,可能是东构造结的侧向挤压所致;下地壳厚度变化相对较大,可能对地壳增厚起主要作用;华坪—攀枝花附近的Moho面隆起和上地壳高密度体的存在暗示上地幔往上底侵作用,对青藏高原物质向南东逃逸和东构造结的侧向挤压均起到一定阻挡作用;中地壳下伏有限低密度薄层有利于其上物质的南东逃逸和顺时针旋转,有利于其下物质受喜马拉雅东构造结作用下往东向运移.     

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。     

金川—芦山—犍为剖面重力异常和地壳密度结构特征

重力剖面金川—芦山—犍穿越芦山震区,近垂直于龙门山断裂带南段,长约300 km,测点距平均2.5 km,采用高精度绝对重力控制下的相对重力联测与同址GPS三维坐标测量,获得了沿剖面的自由空气异常和布格重力异常,并对布格重力异常进行了剩余密度相关成像和密度分层结构正反演研究.结果表明,芦山地震所在的龙门山断裂带南段存在垂直断裂走向的宽广的巨型重力梯级带,重力变化达252×10-5 m·s-2以上(龙泉山以西),反映出四川盆地与松潘—甘孜地块地壳厚度陡变(约14.5 km)性质;四川盆地与松潘—甘孜地块过渡区(龙门山断裂带与新津—成都—德阳断裂之间)存在(30~50)×10-5 m·s-2的剩余异常"凹陷",可能与上地壳低密度体、山前剥蚀与松散堆积和推覆体前缘较为破碎有关;剩余密度相关成像显示地壳密度呈现分段性特征,在芦山地震位置出现高低密度变化;地壳呈现三层结构,四川盆地上、中、下地壳底界面平缓,反映其稳定阻挡作用,而松潘—甘孜块体上、中、下地壳底界面明显往盆地逐步抬升,反映出青藏高原往东的强烈挤压作用;松潘—甘孜块体往东推覆变形主要集中在上地壳范围内,推覆深度随离龙门山断裂带愈近而越浅.本文通过对密度分布及结构特征的研究,分析了芦山地震及龙门山地区地壳构造背景和当前活动性的深部动力环境特征.     

东北亚地区地壳密度结构与垂向构造应力场

本文利用EIGEN-6C4重力数据和ETOPO1地形数据,在考虑物质密度横向不均匀的情况下,在东北亚地区展开地壳均衡研究,并重点分析了长白山的隆升机制.首先,针对穿越长白山和库页岛的两条近乎东西向的剖面（剖面A、B）展开详细研究,以CRUST1.0模型为初始条件,利用布格重力异常数据,基于Airy模型和Airy-Pratt模型分别反演了相应剖面的地壳密度结构,发现两剖面的地壳密度呈现一定程度的横向不均匀特性;接着基于上述密度结构和高程数据,利用Airy均衡理论计算了相应剖面的均衡面深度,并进一步比较莫霍面（Moho）和均衡面的差异,计算了剖面的垂向构造应力分布;然后,把上述方法应用到整个东北亚地区,计算了1°采样的21条东西向剖面的垂向构造应力,插值得到整个东北亚地区的垂向构造应力分布.结果表明,东北亚大部分地区垂向构造应力基本为零,总体处于均衡状态,长白山地区垂向构造应力为-15~-25 MPa,日本列岛垂向构造应力为-40~-50 MPa,太平洋海沟垂向构造应力为15~25 MPa;最后,本文运用自由空气重力异常导纳方法,计算了长白山地区的有效弹性厚度（T_e）和加载比,发现长白山地区的T_e为10 km,表明该地区的岩石圈较为柔软;加载比结果显示,岩石圈初始加载主要来自莫霍面,占总加载的78%,表明长白山的隆升主要源自地幔物质上涌.

     

利用重力和地形观测反演中国及邻区地壳厚度

尝试了直接利用布格重力数据和地形数据反演计算中国及邻区的地壳厚度的方法. 为减小区域不均衡性和重力反演中的不唯一性的影响,本方法利用地表地形起伏修正传统反演方法中的参考深度,并经过多次的迭代使得反演结果逼近真实值. 在此基础上,绘制了中国及邻区1deg;times;1deg;网格的地壳厚度图,对中国及邻区的布格重力异常和莫霍界面的起伏数据进行了相关性分析, 其相关性系数为-0.993. 其地形起伏与莫霍界面的起伏之间也呈现出了海、陆不同的线性相关,其相关系数分别为0.96和0.91. 相关性计算结果显示,重力数据揭示的大陆和海洋的交界大致为水下800 m. 为了探讨地球曲率对该算法可能的影响, 还分别计算了分区反演以及整体区域反演两种模式,研究发现两者得到的地壳厚度偏差在5km以内,并分析了可能产生偏差的原因. 比较本文结果与地震测深及其它研究结果表明,独立使用布格重力异常和地形数据,能较为可靠地反演出中国及邻区地壳厚度.      

川滇及邻区布格重力异常与地壳密度结构研究进展

川滇及邻区是青藏高原东流物质往SE-SSE旋转和逃逸的主要场所,地质构造与地震活动十分活跃.本文总结了川滇及其邻区区域布格重力异常和地壳密度结构研究的近期成果和重要进展:(1)利用重力与GNSS定位技术,获得了 8条重力探测剖面的布格重力异常信息,利用多种地球物理观测共同约束的重力反演技术,构建了青藏高原东南缘及邻区地...     

首都圈地区精细地壳结构——基于重力场的反演

本文以地质与地球物理资料作为约束条件,利用小波多尺度分析方法,对首都圈地区重力场进行了有效分离,应用Parker位场界面反演法及变密度模型对莫霍界面进行了反演分析,并构建了两条地壳密度结构剖面模型,对该区精细地壳结构进行了深入研究.研究结果表明首都圈地区受多期构造运动的改造,形成坳、隆相邻,盆、山相间,密度非均匀性,壳内结构与莫霍面埋深相差比较大的地壳分块构造格局.受华北克拉通岩石圈伸展、减薄以及岩浆的上涌底侵作用,首都圈地区莫霍面起伏比较大,莫霍面区域构造方向呈NE—NNE方向,在盆地向太行山、燕山过渡地带形成了莫霍面陡变带;盆地内部莫霍面形成东西向排列、高低起伏的框架,最大起伏约5 km,但平均地壳厚度比较小,北京、唐山地区地壳厚度最小约29 km,武清凹陷地壳厚度最大约34 km.在重力均衡调整作用下,西部太行山区地壳厚度较大,但地壳密度小于华北裂谷盆地内部;中上地壳重力场特征与地表地形及地貌特征具有很大的相关性.受新生代裂谷作用影响,首都圈中上地壳结构非常复杂,形成了NNE方向为主体的构造单元,断层多下延至中地壳;下地壳发生明显的褶曲构造,表现出高低密度异常相间排列的典型特征;首都圈地区地壳密度具有明显的非均匀性.研究认为首都圈地区地震的发生与上地幔顶部及软流层物质的上涌有一定关系.     

关于地壳厚度计算方法的修正

利用前苏联学者（１９５８．）计算地壳厚度公式计算了兰州－天水－武都地区的布格重力异常．发现其结果与人工地震爆破得出的结果相差很大。造成差值大的原因可能是地壳界面边界效应的作用。为使计算结果尽量接近实际地壳厚度。所以要从计算地壳厚度公式中减去每一测点的效应值，依此法推算出任意点的地壳厚度。     

利用卫星重力数据研究中国及邻域地壳厚度

本文以中国大陆及邻域地壳厚度为研究对象,采用GRACE提供的GX-OG-2-GCM模型数据计算自由空气重力异常,通过确定地核与地幔的质量,分离出由地壳部分产生的重力异常并经过布格改正得到布格重力异常,利用Park公式求出了中国大陆地壳厚度的分布,结果与以前地壳厚度资料相符合.     

龙门山断裂带深部构造和地壳组分的分段特征

宽频带远震记录来自龙门山断裂带周边的几个区域数字地震台网和2003~2006年流动地震观测计划布设的台阵的132个台站。使用H-k倾斜叠加方法计算了各个台站的地壳厚度和波速比。研究区域地壳厚度总体变化是:地壳从东向西增厚,东部的最小厚度为37.8km(XAN)和39.0km(GYA),西部的最大厚度是66.6km(DNB)和68.1km(MAD)。从东南向西北横跨龙门山断裂带的地壳急剧增厚,从东南的41.5km(AXI)增厚到西北的52.5km(WCH)。根据Airy均衡理论,用132个台站的高程和观测地壳厚度数据,求得研究区域内在最小二乘意义下的壳幔密度差为Δρ=0.649g/cm3,地形高程为零时的平均地壳厚度H0=37.9km。然后用布格重力异常资料计算均衡重力异常。就整体而言,龙门山及其周边地区基本上处于均衡状态,大部分地区的均衡异常在[-25mgal,25mgal]区间内。两个例外地区可以用局部密度异常来解释:龙门山断裂带南段和中段的西北侧呈正均衡异常分布,可能是松潘-甘孜块体沿龙门山断裂逆冲推覆到四川盆地块体之上造成的地形质量多余形成的;攀西地区正均衡异常可能与地壳中铁镁质成分增加、地壳密度增大有关,而不是未补偿地形质量引起的。泊松比的空间分布可以细分为3个区域:松潘-甘孜地体北部和西秦岭造山带(即青藏高原东北缘)具有低泊松比(ν0.26),扬子地台具有低-中泊松比(ν0.27),松潘-甘孜地体南部、三江褶皱带和四川盆地具有中-高泊松比(0.26ν0.29)。这一分布表明,当前的研究无法推断出Roydenetal.(1997)提出的青藏高原东部广泛分布的下地壳流。然而,龙门山南段局部地区存在的高泊松比(ν约为0.30)可以看成是铁镁质组分和/或部分熔融的证据,表明那里的下地壳部分熔融是可能存在的。松潘-甘孜块体东南部地区的下地壳处于富含流体或温度较高的部分熔融状态,它有助于青藏高原的下地壳物质向东运动。青藏高原东部中上地壳向东运动受刚性强度较大的扬子地台的阻挡,沿龙门山断裂带产生应变积累。当应变积累达到临界值,发生急剧的摩擦滑动,释放积累的应变能,产生汶川MS8.0地震。     

康滇地区重力场分离、密度反演与地壳构造

康滇地区位于我国著名的南北向活动构造带的南端,是中蒙经向中轴强地震带和巨大的地壳厚度变化带的一部分．由于该地区是地震活动的预测危险区,且资源非常丰富,引起了广大地学工作者的关注．本文采用对地壳内部密度分布最为敏感的重力场资料进行场分离、平差、反演等数学处理,求出地壳平均密度和深度10～100km各层的密度分布;综合其它地球物理资料进行分析．结果表明,康滇菱形块体与其东侧和西侧不论在构造特征还是地球物理场特征方面皆存在差异．     

应用布格重力异常研究太行山地区地壳密度结构

在深地震测深(DSS)资料约束下,使用做过地形校正的重力资料对太行山山前地区的深部构造进行研究.在4条测线上通过分层剥离的方法分别得到沉积层和莫霍面的空间图像以及深部密度界面的形态分布特征.研究结果表明,在太行山山前断裂带两侧地壳结构明显不同,西面高原地区沉积层较薄,平均在4 km以下;东侧华北平原地区多数在5 km以上,且起伏剧烈,对应于华北平原地区一系列次级的凹陷与隆起构造.莫霍面和康氏面在两侧均相对平缓,康氏面从东部的大约18 km增加到西北部山区的28 km左右;莫霍面深度从东南侧平原地区的大约34 km左右向西北侧埋深陡然增加到42～43 km.太行山断裂带表现为太行山重力梯级带,并在太行山山前地壳内各界面均发生错断,莫霍面和康氏面错断距离达4～5 km,这还证明太行山山前断裂带的确是深大断裂.     

地壳孕震过程的重力变化研究

根据民介质中的力学理论,推导了在地壳中存在微孔洞时介质的应力应变本构关系的表示公式,讨论了描述地壳中空洞形成过程的孕震模型参数,讨论了孕震模型参数的变化与地过介质状态的变化和地面重力变化的关系,并根据乘法分解理论推导了孕震过程计算重力变化的弹塑性递推计算方法,并采用ＧＴＮ模型进行了数值模拟。在此基础上,将数据配发生在１９９６年云南丽江Ｍｓ＝７．０地震前后的重力变化进行了对比分析,讨论了微孔洞的形成     

重力变化与地壳形变、地下水关系的研究

地震预报的实践发现,重力变化地区有时并没有地震发生或地震震级与重力变化量不符.其主要原因是与地形变、地下水有关.用弹性理论和动力学理论研究了测点高程变化、密度变化和质量迁移伴随的重力效应及其与地壳活动的关系,探讨了地壳垂直形变、地下水、降水量与重力变化关系,研究其影响量级、时间和方式、以获得与地震直接有关的重力前兆.理论与实践证明,抽取地下水或开采油田引起地壳形变与重力变化呈线性关系.提出了不同含水层对重力的作用和影响也不同.潜水是引起重力变化的主要因素,其次是降水量导致土壤湿度对重力的影响,承压水在无抽水情况下,它的升降对重力几乎没有什么影响.从华北及西南地区的重力观测资料入手,验证了理论与实践的一致性.