中国东海和邻区重力测量结果及其构造意义

本文根据1977和1979年利用ZYZY型海洋重力仪,在中国东海及邻区获得的重力测量数据,对仪器的测量精度再次进行了评定,编制了自由空间异常,布格异常和地壳厚度等基础图件,参考有关地质和地球物理资料,对研究区的地壳结构特征进行了初步探讨     

航空重力仪的试验

CHZ海洋重力仪1988年装在国产Z-8直升飞机上进行了重力测量试验.在地面上空6个不同的高度上悬停进行重力测量,半小时测定6个高度上的重力.不考虑只悬停一分钟的测点1,则测量精度为±2.3mGal,5个不同高度悬停的归算重力平均值的精度为±1.1mGal,与地面重力值的偏差为-0.4mGal.     

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-500～0mGal(1mGal=10~(-5)m·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～+100mGal,且大部分区域处于±20mGal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10～65km,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20km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.     

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.     

加利福尼亚HONEY LAKE盆地低温地热资源的综合调查

为了探明加利福尼亚北部Honey Lake地区低温地热储,提出了综合调查研究、确定地热资源的区域性研究包括重力、红外、水温、水质分析,由电阻率测量绘制出5个异常区.为了详细说明地热资源的结构和潜力,用温度梯度和地震方法对三个异常区进行了更多的研究.重力数据显示本区的地堑构造;综合地震反射数据与地面电阻和温度梯度数据指出了有关的断层,这些数据支持了浅部热储由深循环加热大气降水沿断层带补给的解释.     

渤海重力三维正演研究的初步结果

我们使用重力三维正演方法,把研究区内各时代地质体对布格异常的影响一一消除（正演剥皮）,最后得到深部重力异常.本区有6个深部重力高区,即渤中、渤海湾、辽东湾、渤南-莱州湾以及垦利和义和庄;一个深部重力低区,即西北隅的兴隆-青龙-承德     

喜马拉雅及邻区的莫氏面起伏与上地幔密度异常

提出了一种新的重力资料３维反演方法，并运用该方法使用布格异常对喜马拉雅及其邻区进行了反演，给出了该区域内莫氏面的大尺度变化图象和上地幔异常密度的分布。结果显示，喜马拉雅山脊带虽然海拔很高，但其地壳厚度较小。     

联合不同类型重力测量数据确定地球重力场模型的迭代法

不同的重力测量数据包含了不同波段的地球重力场信息,因此要恢复更高精度的地球重力场模型,就必须对不同类型的重力测量数据进行联合处理.以地面重力异常Δg为例,推导了利用迭代法联合不同类型重力测量数据反演地球重力场模型的基本原理公式,并给出了其具体实现步骤,接着采用全球的重力异常Δg数据和扰动位T数据,基于迭代法对卫星重力梯度SGG数据解算的重力场模型进行了进一步的精化.结果表明,初始的卫星重力梯度SGG模型和经过全球重力异常Δg数据精化后的模型,其对应的累计大地水准面误差分别达到1.128cm和0.048cm、累计重力异常误差分别达到0.416mGal和0.018mGal的精度;在经过全球扰动位T数据进一步精化后的模型,其对应的累计大地水准面误差达到0.043cm、累计重力异常误差达到0.016mGal的精度.     

捷联式航空重力测量算法比较

捷联式航空重力测量系统与平台式系统相比具有体积小、重量轻、功耗低等许多优点,近些年来取得了显著的研究进展.本文给出了捷联式航空重力测量的两种算法模型:捷联式惯性标量重力测量(SISG)和旋转不变式标量重力测量(RISG)模型,并对其误差模型作了初步讨论.利用我国首套捷联式航空重力仪SGA-WZ01在某海域的部分试验数据,对两种算法模型进行了比较分析,表明其差值之标准差对于200s的滤波长度小于0.5mGal.同时,利用两组重复测线数据估算了不同滤波尺度下的两种算法的内符合精度,表明SISG算法略优于RISG算法.对于200s和300s的滤波长度,SISG的内符合精度分别为1.06mGal和0.80mGal.     

鄂尔多斯地块周缘地堑系形成机制及其地震活动性的实验研究

本文应用形变模拟及重力模拟对鄂尔多斯地块周缘断陷盆地带的各种特征进行了研究。认为这些断陷盆地的形成和演化主要受印度洋板块和太平洋板块共同作用而形成的拉张、剪切的力学机制控制。本文还应用了激光全息光弹性实验模拟地堑系的形成与地震活动的关系。同时,用定量分析法分别确定了各地堑系的应力集中区。发现鄂尔多斯地块的四个角域区应力集中较强,这与历史和现代强震震中分布基本吻合。     

航空重力测量数据的滤波与处理

我国首套航空重力测量系统(CHAGS)于2002年研制成功.本文设计了CHAGS观测数据的滤波处理流程,着重讨论了比力及各项改正的滤波计算方法,提出了'两步滤波法'.基于某航空重力测量实测数据,对测线重力异常的计算精度作了比较和分析,重复测线计算结果表明,CHAGS确定测线重力异常的内符合精度优于±3mGal,相应的波长分辨率为8km;与地面实测数据向上延拓数值比较表明,对于同样的波长分辨率,外部符合精度优于±4mGal.     

KSS31M型海洋重力仪在动、静态条件下观测到的读数变化及分析

2002年中国科学院海洋研究所从德国引进了KSS31M型海洋重力仪．为对该重力仪的工作性能有详细的了解,分别在德国重力仪生产厂实验室、中国科学院海洋研究所重力仪实验室进行了静态的定点观测,将重力仪安装在考察船上在黄埔江渔政码头等地进行了动态条件下的定点观测．动、静态的定点观测发现了多种规律性的重力仪读数变化,分析认为这些规律性的读数变化分别是重力仪的随机振荡、月潮的重力效应、海潮的重力效应和重力仪的线性漂移．它们各自有着不同的变化规律,并在海洋重力观测时总是同时存在．重力仪的随机振荡是重力仪自身固有的,其振荡幅度随外界条件的变化而变化,一般为0．04mGal～0．5mGal,周期为2～5min不等,在德国的重力仪厂家实验室和中国科学院海洋研究所重力实验室中观测到了月潮引起的重力变化,其变化幅度为0．2mGal．月潮引起的重力变化和海潮引起的重力变化同步,但相位相反．本文指出,仪器的月漂往往很难精确判定,本文用多种方法计算得到的仪器月漂在1．2mGal到2．3mGal之间．     

利用重力异常研究内蒙古八大关—伊敏苏木剖面的地壳构造

在波数域中处理八大关—伊敏苏木剖面重力资料,使用离散余弦变换反演法计算出重力基底起伏界面深度,利用Hilbert变换计算重力归一化总梯度及其相位.根据布格异常特征及归一化总梯度相位曲线,划分了15条断裂,反演了该剖面重力基底起伏界面,并对重力基底构造特征进行了分析,将研究区划分出3个凹陷区,确定伊敏凹陷、鄂温克凹陷和东明凹陷为油气远景区.     

我国地球形状及重力场研究的进展

本文总结了我国解放三十年来重力学上的成就。首先叙述了我国普遍重力测量工作。此外,围绕天文大地测量网的天文点周围进行了十分密集的重力测量,以保证天文重力水准计算的精度。还进行了作为地球物理勘探及其他科学研究昕用的重力测量。由天文重力水准所得的天文大地高程异常图已经完成,空间异常及布格异常图正在编制之中。在理论研究方面,也进行了不少的工作。     

新墨西哥州Valles破火山口Baca地热田的地质和地球物理评价

Baca热田一号井位于新墨西哥州中北部上-更新统的Valles破火山口西半部．蒸汽和热水主要由北东向的Redondo Creek地堑产生的,在那里,不到2km的深度井下温度就达260℃．从地层学的角度来讲,热储区可以描述为一个包括第三纪和第四纪火山岩和覆盖于前寒武纪花岗岩基底之上的中生代和第三纪沉积岩在内的五层序列．其形成主要受到与Rio Grande断裂系的活动性有着根本关系的断裂和断层的控制．从地球物理的角度来讲,破火山口西半部以重力值最小、电阻率低为特征．破火山口地区40mGal的重力极小值大部分是由于充填破火山口密度较低的火山岩和沉积岩造成的,或许与深部岩浆源无关．用二维重力模拟指出Redondo峡谷的前寒武纪基底深度在Valles破火山口东部至少是3km,并可超过5km．大地电流和大地电磁法测量表明,热储区与低电阻率有关,而且深部低阻层与用测井资料推断出的结晶岩储集层的深度相关良好．根据大地电流和大地电磁法的测量资料还找到开采区东、西部可能存在的断裂带．断裂带可能构成到Redondo Creek热储的边界．这些资料还表明了热储区位于北东-南西向与南北两条区域断裂线的交汇区．大地电磁测量结果也表明破火山口西缘的深部低电阻率与深部热流体有关．在地球物理和测井资料的基础上,我们对热储的大小做了三种预测．预测热储展布范围是10-30km2,这取决于认为含有深部地热资源的地区是Sulphur Creek还是Valle Seco．     

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.     

航空重力测量的分辨率和精度分析

研究了航空重力测量分辨率与飞行高度的关系,表明对于300 km/h的飞行速度和2.5 km的飞行高度在山区和平地可恢复的最小波长分辨率分别为9 km和14 km,在此高度该频段重力异常的衰减率约为50%.探讨了低通滤波器截止频率对航空重力测量沿线分辨率和精度的影响,对于大同航空重力测量,滤波尺度为150,200,250 s时,沿线的半波长分辨率分别为7.5,10和12.5 km,相应的精度分别为7.5,6.2和5.5 mGal.     

我国重力场新的统计特征参数的计算分析

基于地形信息,构造了完全布格异常和完全空间异常的协方差和代表误差模型参数等新统计量,利用某试验区密集的重力和地形数据进行了统计分析,并将计算方案推广到了全国大范围、多区域内的统计计算,给出了6种不同地形类别区域（平原、丘陵、小山区、中山区、大山区、特大山区）的完全空间异常和完全布格异常的方差、协方差以及代表误差模型参数.试验结果表明：依据本文的统计模型、算法与思路,在实际测量数据的支撑下,可以给出全国范围的统计参数的网格值、等值线图等,提供后续重力场相关研究工作使用.     

晋东北重力三维正反演获初步结果

晋东北(北纬38°30′～41°00′,东经113°00′～115°20′)地区包括怀来—西安裂谷系的北端,历史强震和现代地震都较频繁,还有第四纪火山分布.这些地质现象的深部构造背景是什么?浅层构造与深部构造有什么关系?前人论及不多.此次工作研究思路和方法是在详细收集区内地层厚度和密度的基础上,建立地质—密度模型,用重力三维正演方法,逐层消除浅部地质体对布格异常的干扰(“剥皮”),从而获得一套不同深度的剩余重力异常和代表下地壳底部介质密度差异的剩余深部重力异常.然后选取通过本区的D.S.S.剖面上一个莫霍深度值,反演全区地壳厚度.共处理数据37.5万个.     

欧洲地学断面(EGT)阿尔卑斯地区地壳和上地幔的三维模型

我们利用综合了重力和地震反射数据的三维地壳模型研究了欧洲地学断面(EGT)阿尔卑斯地区地壳和上地幔的结构.重力数据取自瑞士、意大利和德国的原始资料.研究区域包括了阿尔卑斯地区北部的瑞士磨拉石层盆地(Swiss Molasse Basin)和南部的波(Po)平原.为了提高对阿尔卑斯区的短波异常数据的分辨率,附设了550个测量点.这些测点分布在从C为拙切叮。e湖(位于瑞典和德意志联邦共和国交界处)到Be趁浓mo(意大利)的一10km宽的条形地带上.在三维模型中由于瑞士磨拉石盆地和波平原的沉积物以及其他一些产状已知的地质体.如:阿尔卑斯山谷的第四纪沉积物、IVrea体的镁铁质和超镁铁质岩石的影响,布格异常减小.这一结果在一幅条带状布格异常图中表示出来了.利用地震数据建立了一个地壳的三维模型,其密度是由最小二乘反演方法确定的.从条带布格异常中减去模型的影响后,我们发现超过400km长的剩余重力异常,这可以用上地怪的正密度异常来解释,这一点与地震学的结果一致.这些结果与欧洲板块和亚德里亚海角(非州板块)边界下,上地怪中具有较高密度和较高地震速度的俯冲物质的大地构造模型很吻合.