据断层附近布格重力异常分布反推地质时期断层运动的探讨

本文应用变形介质位移场产生的附加重力场的积分表达式,对麦克斯威尔介质半空间中断层长期活动引起的永久变形与现今布格重力异常分布的关系作了定量分析,并提出了由断层附近布格异常分布特征反推地质时期断层运动趋势的一般方法。其主要应用于平原地区断层运动(特别是扭动方式)的判别。文中以滦南断裂为实例,通过数值积分,计算了几种断层运动可能产生的地表重力异常。经理论计算与实测重力资料相对比,该断层曾发生过下盘上升的正倾滑运动,并具有顺扭走滑运动分量     

广义重力异常:内窥重力测量

各种地下三维重力测量都需要作常规的重力校正和布格异常校正.本文介绍的一种方法就是将未作处理并随时间变化的重力测量数据与完整的理论场进行比较,其中包括已知场:月亮、太阳、1967年参考椭球场、海洋;局部已知场:已知几何形态但未知密度的单一数字地形模型;未知场:形状和密度都未知的地下结构. 对于单一密度模型,相应的一阶剩余异常最接近于布格异常的概念.为了最好地确定地下结构,可进行广义反演进而确定单一密度或几种密度,并且确定一个或多个区域参数,这些都要求残差为极小. 所讨论的方法主要有益于特殊类型的重力测量,如起伏的地形或用预置的地体密度进行地下重力测量.在这些地方进行常规改正时,有可能引起相当大的误差. 本文列举了两方面的实例:(1)Cheops金字塔测量.重力测量在锥形体的内部、上部和周围进行并估算出结构的全部密度和密度变化.(2)在Alps的Coche水电站隧道测量.对水电管道上和山上所观测到的非常强的重力异常进行了三维模型的解释.     

直立断层平动和旋转运动引起的重力变化

以断层下盘左端点为旋转基点,定义断层扭张(W_1)、扭转(W_2)、扭翘(W_3)3种旋转模式,将其与断层走滑(U_1)、倾滑(U_2)、张裂(U_3)3种平移模式相结合共同描述断层在空间中的运动。利用三维角点法计算直立断层平移和旋转在不同组合模式下引起的地表同震重力变化。结果表明:断层在单一转动模式下产生的重力变化分布以断层为轴线对称分布,断层在同一转动模式与不同平移模式组合的重力变化的响应程度不同。当断层处于W_1转动模式时,与U_2平移组合模式引起的重力变化最为显著;当断层处于W_2转动模式时,与U_3平移组合模式的重力变化最为显著;而断层在转动W_3模式时,与U_3平移组合模式的重力变化分布形态由U_3模式向外扩张运动原因所致。断层在混合转动与混合平动组合运动模式下引起的地表重力变化分布,其主体分布与混合转动模式的分布一致,同时呈现出混合平动模式的响应。     

断层地质位错模型的局部重力异常稳健反演分析

理论分析和观测实践表明,断层位错会引起断层周围局部重力场的变化．长期重复的位错事件引起的重力变化以局部布格异常积累起来,成为断层历史活动的证据,也为古地震的研究提供了一条途径．本文研究了利用局部重力布格异常反演断层古地质位错的方法．为了消除局部重力布格异常中与断层运动无关成分对反演结果的影响,提出了稳健非线性反演方法,并构造了相应的稳健算法．模拟算例表明,阻尼最小二乘和贝叶斯最小二乘由于受含粗差数据的吸引而偏离其真实解,数据受粗差污染的程度越重,偏离越严重．相对地,用本文提出的稳健-阻尼和稳健-贝叶斯反演的结果,即使50%的数据受粗差污染,仍能与不受粗差污染数据的反演结果保持一致．这说明本文所提出的稳健反演方法是有效的．滇西洱海周围断裂的古地质位错模型反演结果表明,苍东北和洱海断裂是以正倾滑为主的断层,错动量为4～5 km,苍东南断裂的倾滑相对较小．反演结果的理论值与局部重力场的拟合程度是令人满意的．      

川滇地区震间期断层运动引起的重力变化

川滇地区深浅构造活动强烈、地震发生频度高且强度大.为研究川滇地区断层运动、重力变化和地震活动之间的关系,本文基于连接断层元模型,采用经典弹性半空间位错理论,研究了该地区震间期断层蠕滑引起的重力场变化特征,结果表明:(1)川滇地区韧性层断层蠕滑引起藏东次级块体、雅江次级块体、香格里拉次级块体、滇中次级块体和四川盆地呈现负的空间重力变化,其余块体呈正重力变化;(2)断层蠕滑引起的变形地表重力变化图像与空间重力变化图像形态上相似,量值上较小;(3)川滇地区的强震震中位置,与年际空间重力变化的零值区有一定的对应关系.     

断层活动的重力效应

本文对介质变形造成的重力变化作了定量分析,通过质点位移法(拉格朗日法)导出了介质位移场和由它产生的附加重力场之间的积分关系式.应用已有的弹性和粘弹性半空间任意倾角断层位错的位移表达式,本文通过三维空间数值积分,计算了弹性介质和广义开尔文介质中断层不同的运动方式所产生的地表附加重力场,以及介质流变性导致的重力随时间的变化趋势.参考唐山地震前沧东断裂的活动和震时断层错动,计算了震前震后相应的重力变化,其结果与实测重力资料有一定程度的符合.     

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。     

断层活动的重力效应ht

本文对介质变形造成的重力变化作了定量分析, 通过质点位移法(拉格朗日法)导出了介质位移场和由它产生的附加重力场之间的积分关系式.应用已有的弹性和粘弹性半空间任意倾角断层位错的位移表达式, 本文通过三维空间数值积分, 计算了弹性介质和广义开尔文介质中断层不同的运动方式所产生的地表附加重力场, 以及介质流变性导致的重力随时间的变化趋势.参考唐山地震前沧东断裂的活动和震时断层错动, 计算了震前震后相应的重力变化, 其结果与实测重力资料有一定程度的符合.     

昆明地区重力异常数据处理

为了有效地划分出重力异常,利用小波多尺度分析和奇异值分解重建两种方法对昆明地区布格重力异常数据进行处理,实现了位场的分离.分离结果反映了不同深度和尺度地质体密度的不均匀性,从而较好地圈定了盆地,并揭示了几条主要断裂的空间延展特征.运用这两种方法对重力数据的处理都具有可行性.     

唐山地震的重力异常

多年来的工作实践及实验证明了重力仪格值随温度变化而改变,而且对观测值的影响极大,以致造成虚假异常。本文对京津唐地区重力资料进行格值改算,再计算唐山地震前,唐山测点自74年4月至76年3月累积重力上升了130微伽,由76年3月到7月短期异常近200微伽。根据异常范围、形态、量值计算震前在莫氏界面断裂处有一个密度异常区。     

国内外重力异常编图进展及重力异常计算方法改进

论述了国内外重力异常图,特别是海陆联编重力异常图的编制方法、图面表达以及重力异常计算.介绍了中国地质调查局组织编制的几个层次的地质地球物理系列图中的重力异常图.对我国重力调查规范提出了改进建议.国际上逐渐采用GRS80椭球体作为重力测量和计算的水平及垂直基准,有利于重力数据库的管理和不同来源重力数据间的换算及融合使用.北美重力数据库新标准规定了海区布格改正具体参数和计算方法.我国区域重力调查规范的改进应跟进国际发展动态,研究使用全球通用的参考椭球体作为水平和垂直基准.现行的海洋重力调查规范过于简单,除需增补重要技术规定外,还应对海区布格重力异常计算方法进行研究,特别应对海陆联编重力图的编制方法进行规范.     

辽宁省重力异常指标体系研究

以辽宁省近年来流动重力观测数据为基础,统计监测区内主要地震事件(灯塔M5.1;朝阳M4.6;海城M4.4)与重力变化的对应关系,通过分析重力时变特征,提取重力异常判定指标,构建定量指标体系,提高重力学科在地震监测中的预报效能。研究结果从定性和定量两方面完整的给出了辽宁省M5.0±0.5震级档重力异常判定指标,同时对M6.0以上强震预判提供了科学参考。     

青藏高原均衡重力异常研究

根据重力异常图等有关资料，研究了青藏高均衡重力异常的分布特征与地质构造、地壳新构造运动产间的关系，结果表明：（１）高原内各块体的均衡状太民并不均一，而且异常幅值大小与地壳的相对隆起或沉程度相关；（２）高原均衡异常同强地震分布有较密切联系。     

重力异常分离的相关法

本文研究重力异常分离的相关法,它由测点坐标的多项式方程构建区域异常,由观测异常减去区域异常计算剩余异常,根据最大化已知测点的目标密度分界面深度与剩余异常的互相关原则来分离重力异常.互相关的最大化目标可写为最小二乘方程,并利用线性或非线性优化算法迭代求解出构建区域异常的多项式系数,进而可计算出全区的区域异常和目标密度分界面的剩余异常,实现重力异常分离.理论重力异常试验结果表明,相关法直接有效地利用了已知测点的目标密度分界面深度信息,分离效果良好、反映实际地质情况.     

震前重力异常的讨论

在我国首先指出重力与地震关系的是顾功叙等同志,他们在1950年指出:中国西部重力均衡负异常带地震比较活跃,如甘肃、四川和云南等省常发生地震。近年来,通过大震前后重力测量发现重力在地震前后有一定变化。本文着重介绍重力前兆异常在空间和时间的分布特点,并用震源模式来介释与地震的关系。     

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.     

断层转动引起的空间重力变化特征

以向错理论为基础,利用经典点源位错理论的解析式,推导得出了断层三维滑动和转动引起的空间重力变化.计算并分析了简单断层三维转动引起的空间重力变化特征,并基于子断层叠加法,采用数值方法模拟计算了智利大震同震断层转动引起的空间重力变化,将计算结果与断层滑动模拟的结果进行了对比.结果表明:断层单分量转动ω_1产生的空间重力变化分布区域具有明显的不对称性,单分量转动ω_2、ω_3时均呈现沿断层倾向方向为轴的对称分布特征;当断层同时以ω_1ω_2转动时,ω_1的转动效应将打破整个重力变化分布区域的的空间对称性.当断层同时以ω_2ω_3转动时,ω_2的转动效应对转动结果起主导作用;断层转动和断层滑动在计算大震同震引起的空间重力变化时,计算结果具有相同的量级.相较于断层滑动,断层转动引起的重力变化在空间上呈显著的不均匀分布,重力变化分布区域相对更大.     

监测地壳垂直运动的重力测量法:潜力与问题

随着近年绝对和相对重力测量技术的发展,在大小尺度的测网中,测量精度已经可以分别达到十分之几到百分之几μm s~(-2)(1μm s~(-2)=0.1mGal)。所以重力测量技术现在能够作为探测地壳垂直运动的一种有效工具。在把几何水准测量结果转换为由重力场定义的高度时,以及在由重复测量来控制高度参考面的时间变化时,重力测量数据都是必不可少的,因为水准测量相当费时,而且在测距很大时,存在传递的不利因素,所以用重复重力测量来加强和部分地代替水准测量具有更为重要的意义,在测定地壳垂直运动中,所测得的重力随时间的变化能否成功地应用,不仅取决于重力和高度变化之间的变换因子的可靠性,而且还取决于重力测量的精度。变换因子应该在代表性测段上由同时进行的水准和重力测量来确定。现在那种建立重力基准控制点的想法正在改变,因为绝对重力仪已经可利用,而且也有可能对相对重力观测仪器做准确的标定,利用反馈系统还可观测到微量的重力差异。因此,目前的工作重点已经放在研究环境特性量的干扰效应上,例如微地震、大气压力和地下水的平面变化,以及研究一些周期性效应如地球潮汐和极性运动。