巴颜喀拉地块东部及邻区重力均衡与岩石圈有效弹性厚度

基于SIO（Scripps Institute of Oceanography）最新全球重力和高程模型,计算了巴颜喀拉地块东部及邻区的布格重力异常、均衡重力异常、岩石圈有效弹性厚度及荷载比.结合大地热流、地震速度结构、地震活动和断裂构造分布等,分析了地壳均衡状态和岩石圈有效弹性厚度、地质构造单元间的差异及与地震活动的相关性特征.研究结果表明,该区域布格重力变化范围约为-500~0 mGal（1 mGal=10^-5m·s^-2,下同）,在巴颜喀拉块体东部区域形成弧形重力梯度带,近年来的中强地震活动频发于该梯度带不同部位,应与其应力依次释放有关;均衡重力异常结果表明,其变化范围约为-80~+100 mGal,且大部分区域处于±20 mGal以内的被认为处于重力均衡的状态,重力非均衡（正或负）多出现于块体边界带附近,地震多发生在靠近块体边界的均衡重力异常（正或负,主要为正）区域内;巴颜喀拉地块东部及邻区岩石圈有效弹性厚度（T_e）为10~65 km,不同构造单元之间T_e空间分布差异明显,较低的T_e值出现在龙门山构造带附近,T_e值为20 km左右,岩石圈荷载加载比为0.5~0.8,表明现今的岩石圈挠曲状态主要由莫霍面加载形成.进一步分析表明,巴颜喀拉地块东部挤压增生与横向流动同时发生,是造成该区域地震发生与重力均衡异常高值重合、岩石圈有效弹性厚度和大地热流值较低的主要原因.本文获得的地壳均衡特征及岩石圈有效弹性强度结果,加深了对巴颜喀拉东部及邻区岩石圈构造演化过程的认识.

     

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.     

青藏高原东北缘岩石圈有效弹性厚度与地震分布关系

岩石圈有效弹性厚度（T_e）表征岩石圈综合力学强度,对理解区域深部构造孕震环境具有重要意义.青藏高原东北缘地质构造复杂,强烈地震活动频发.为进一步了解该区域深部岩石圈力学性质特征及其与地震活动的关系,本文利用基于Fan小波的谱方法,使用WGM2012重力异常数据、ETOPO1地形数据和CRUST1.0模型,通过导纳和相关联合反演计算了青藏高原东北缘的岩石圈有效弹性厚度（T_e）与荷载比（F）.结果显示研究区T_e整体呈明显的东高西低分布,青藏块体T_e变化剧烈,西部高值（>40 km）和东部低值（< 20 km）共存;鄂尔多斯地块T_e较高（>30 km）,变化相对平缓;荷载比F存在局部西南高,巴颜喀拉和羌塘地块荷载比F较高（>0.5）,说明以地下荷载为主,其他地块荷载比F较低（< 0.2）,以地表荷载为主.鄂尔多斯地块结构稳定,岩石圈强度较大,T_e值较高;内部构造活动性微弱,深部物质密度横向变化较小,岩石圈所受荷载以地表为主,荷载比F较低.柴达木地块东部与巴颜喀拉地块东部可能发生有下地壳流,岩石圈较为软弱,T_e值较低;巴颜喀拉地块内部与鲜水河断裂的荷载比F较高,岩石圈所受荷载以地下为主,可能是地壳物质向东流动导致岩石圈深部物质密度横向变化较大引起的.通过对比分析研究区T_e和T_e梯度、F和F梯度与地震之间的对应关系,发现地震一般发生在区域相对低T_e值、T_e梯度值和荷载比F梯度值较大的区域,震级较小的地震多发生在荷载比F较小的地区,6级以上强震则较多发生在荷载比F约为0.1和0.8的区域.因此,岩石圈有效弹性厚度T_e值较低、T_e梯度和荷载比F梯度较大的地区,更易出现地震.

     

西北太平洋岩石圈有效弹性厚度及其构造意义

本文引入滑动窗口导纳技术(MWAT),计算西北太平洋岩石圈有效弹性厚度(Te).首先,基于SIO V15.1海底地形模型,模拟研究了MWAT法计算Te的精度,表明当TeTe≥5 km时,相对误差在10%以内.分别采用GEBCO、SIO V15.1和BAT_VGG海底地形模型,构建了西北太平洋Te,通过对获得的洋壳密度参数和实测导纳与模型导纳之差的均方根进行分析,结果表明,BAT_VGG模型更适用于Te计算.西北太平洋Te均值为13.2 km,标准差为6.9 km,以板块冷却模型为参考,主要分布在150℃~450℃等温线深度范围内.白垩纪和侏罗纪时期岩石圈Te分布在150℃~300℃等温线深度范围内,且未随海山加载时岩石圈年龄增大而增大,说明海山加载时岩石圈年龄不是影响其强度的唯一因素.南太平洋超级海隆活动,以及研究区域广泛存在的断裂带构造,都曾对本区域岩石圈演化产生过重要影响,可能是本地区岩石圈Te较小的构造原因.     

海洋岩石圈板块有效弹性厚度研究

本文在前人研究大陆岩石圈板块有效弹性厚度的基础上,建立研究海洋岩石圈板块有效弹性厚度的理论模型,推导出与大陆岩石圈不同的海洋岩石圈板块响应函数 Z(k,Te) 理论计算公式.并分析海洋岩石圈板块响应函数 Z(k,Te) 的特点.文中对实际的海洋测量数据的响应函数 Z(k,Te) 进行计算和分析,估算我国南海南沙海域和南海中央海盆岩石圈板块有效弹性厚度分别约为10 km和6~7 km.     

利用重力地形导纳估计月壳厚度

在频域使用多窗口(Multitaper)方法来计算月球正面四个形成于不同历史时期月海区(Smythii, Crisium, Imbrium, Orientale)的重力地形导纳,然后将其与月球弹性岩石圈的理论导纳模型相比较,由最小二乘法得出四个月海区的月球岩石圈的平均弹性厚度约为8 km,月壳的厚度分别为：Smythii 盆地,72 km; Crisium 盆地 70 km;Orientale 盆地 60 km;Imbrium 盆地57 km.随着月球的演化,月壳厚度呈现变厚的趋势.     

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.      

弹性岩石层,区域重力异常和上地幔小尺度对流

在小尺度地幔对流模型的基础上,建立了顾及岩石层与地幔耦合的地幔对流模型,考虑到岩石层对上地幔小尺度对流的弹性响应,将上地幔视为一均匀的等粘滞系数的牛顿粘滞流体,其对注能量来源于下地幔,用热流体动力学基本方程得到地上地幔对流在壳幔边界处的垂向应力作为弹性板弯曲方程的垂直加载,来耦合弹性岩石层和可流动地幔,推导了两者耦合下区域重力异常和上地幔小尺度对流的相关方程,用以反演上地幔小尺度对流场模式和岩石层底部拖力场格局,对比了有,无弹性岩石层影响的模型之间的差异,并对模型应用范围,特别要板块边界水平均造力可能产生的影响,作了进一步探讨。     

利用卫星重力资料反演地壳及岩石圈厚度

地球外部重力场由地球内部物质分布所决定,由于地宙与地幔、岩石圈与软流圈存在着较大的特性差异,利用重力资料可以确定莫霍面和岩石圈底面深度,基于上述结论,利用ＯＳＵ９１全球重力位模型数据进行了反演,计算结果表明,地壳和岩石圈厚度与地形相关,大陆地壳,岩石圈较厚,海洋则相反。     

陆地高精度重力观测数据的应用研究进展

陆地重力观测相较于航空和卫星重力观测,距离场源更近,观测精度相对较高,其静态异常和时变数据已广泛应用于研究多种地球动力学问题.21世纪以来,绝对重力观测技术发展迅速,陆地观测网络日益完善,高精度陆地重力观测数据产品逐渐丰富,基于这些产品的大地测量和地球物理研究不断取得新进展.本文总结了近十几年来高精度陆地重力观测数据在大地测量和地球物理领域的应用进展情况,包括基于重力异常数据构建重力场和大地水准面模型、建立地壳物性结构模型、反演Moho界面形态和估计岩石圈有效弹性厚度,以及利用时变重力数据构建时变重力场模型、探测微弱动力学信号、估计地壳构造变形速率和分析与火山、地震过程的可能关联,最后探讨分析了陆地重力测量的未来发展趋势,可为中国大陆重力观测系统建设与发展规划提供参考.     

关于壳厚度计算方法的修正

利用前苏联学者Ｐ．Ｍ．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央边界效应的作用。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芳。     

南海重力异常的沉积层密度改正及其对区域构造特征分析的意义

南海位于太平洋板块、印澳板块和欧亚板块交汇处,自晚中生代以来历经张裂作用、海底扩张以及印藏碰撞、菲律宾海板块西向运动等构造事件的叠加改造,不仅形成了复杂多样的构造格局,而且堆积了厚薄不均的沉积层.为了考察沉积层密度改正对利用重力资料分析南海不同尺度构造特征的影响,本文利用南海各区域不同深度沉积层的地震波速度及钻孔密度等数据,建立了沉积层与沉积基底密度差随深度变化的二次函数关系式,并基于该关系式,计算了南海沉积层相对基底密度低而产生的重力异常值.结果显示,南海沉积层的重力异常值在海盆区介于-40~-60 mGal,而在堆积巨厚沉积物的莺歌海盆地可达到-135 mGal;相对于空间重力异常、布格重力异常,经沉积层重力异常改正后的地壳布格重力异常更能突出深部不同尺度的密度结构和莫霍面的起伏特征,其总水平导数模更突显了南海西北部红河断裂带的海上延伸;利用谱分析技术估算岩石圈强度时,经沉积层重力异常改正的地壳布格重力异常数据获得的岩石圈有效弹性厚度值更为符合地质实际,特别是在长条形的巨厚沉积区如莺歌海盆地和马来盆地.分析表明,重力异常的沉积层密度改正对揭示南海构造特征具有重要的意义.

     

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。     

琼中地震台连续重力显著异常分析

2014年以来,琼中基准地震台连续重力观测数据出现较为显著的零漂转折加速和数据放大异常。经仪器观测系统检查、台站观测环境调查、数据分析等核实操作,分析认为:(1)零漂转折加速异常系观测环境影响所致;(2)数据放大异常系网络数据采集器故障所致。因此,2次异常均非地震地球物理异常。此类异常干扰判别可为其他重力台站观测数据分析提供参考。     

西藏高原地区重力测量与研究

对实测的西藏高原布格重力异常和自由空间异常的分析发现,青藏高原四周为重力异常梯级带、地壳厚度陡变带和一系列深大断裂带,从而推断青藏高原可能为一断块高原;现代欧亚板块和印度板块碰撞挤压带不是雅鲁藏布江断裂带,而是在喜马拉雅山和雅鲁藏布江的中间地带。对重力复测资料分析的结果表明,西藏地区重力场变化之敏感点在雅鲁藏布江与其稍偏南一带以及该区北东向的深大断裂带上。西藏地区的地壳运动尤其是新生代以来的地壳活动也集中表现在深大断裂带及其附近。     

青藏高原东北部岩石圈有效弹性厚度及其各向异性

青藏高原东北部是中国大陆构造环境特殊的主要构造域,毗邻青藏高原羌塘地块、塔里木盆地、四川盆地和华北克拉通,属于不同构造类型块体俯冲、碰撞及陆内汇聚的结合部,在中国大陆形成与演化的历史中扮演着重要角色.岩石圈有效弹性厚度(Te)及其各向异性与岩石圈流变性、力学结构紧密相连,研究青藏高原东北部的岩石圈Te及其各向异性将为我们认识大陆岩石圈的流变性及动力学过程提供重要信息.本文基于Fan小波相关性分析法,运用布格重力和地形资料获得了青藏高原东北部岩石圈Te及其各向异性二维分布的详细信息.研究结果表明研究区域内Te的分布范围在5～100 km之间;松潘—甘孜地块、祁连山造山带和龙门山地区的Te较薄(5 kmTeTe值都较低,其中龙门山断裂带Te只有5～20 km,且南、北两段各向异性存在明显差异.内部的若尔盖盆地Te值略显高值,说明其是仍保留有刚性的块体;北缘的柴达木盆地下伏为古生代的地壳,被认为是古老的克拉通碎片,Te较大(50 kmTeTe的各向异性轴垂直于大的块体边界.通过比较Te各向异性与SKS波的快波偏振方向、Rayleigh面波方位角各向异性的相互关系我们推测阿拉善地块各向异性源自地幔橄榄岩晶格的优势取向,岩石圈变形趋于垂直连贯变形模式;柴达木盆地各向异性源于历史构造事件残留在岩石圈中的"化石"各向异性;松潘—甘孜地块各向异性源自物质的侧向流动.     

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。     

重力异常和DEM的小波变换与多尺度相关分析

为深入认识高程与重力异常相关性的内在机制,利用小波变换信号分解特性,研究了重力异常和相应数字地形模型（DEM）在不同小波尺度上的统计相关性,由相关系数、乘常数、加常数的变化特点,得出传统意义上重力异常与高程的相关,实际上表现为二者小波变换小尺度细节的相关,这种相关不是简单孤立的关系,而是包含物理意义的平均相关。     

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。     

张家口-塘沽测线岩石圈有效弹性厚度研究

岩石圈有效弹性厚度表征了岩石圈抵抗变形的能力,代表了岩石圈的综合强度,通过岩石圈有效弹性厚度的研究能揭示岩石圈丰富的热力学信息.本文收集分布在首都圈地区张家口-塘沽测线附近的16个大地热流数据,且结合该测线下的地壳结构,计算得到测线下方岩石圈的现今温度场剖面,并根据温度场计算得到其流变结构和有效弹性厚度.通过将有效弹性厚度与前人有关该测线下方震源深度的研究成果做对比,结果表明在有热流约束的地方有效弹性厚度大致对应约400~600℃的等温面,所有地震都发生在有效弹性厚度之上.