青藏高原东南地区地壳物性结构特征

研究结果表明青藏高原各块体和断裂带的地壳深部物性特征有明显的差异, 在横向和纵向具有明显的不均匀性. 冈底斯块体尤为突出. 由于受印度大陆的挤压, 壳内高导层在冈底斯块体中向北倾, 且不连续. 但在羌塘和巴颜喀拉块体中基本上呈水平分布, 且较厚. 金沙江断裂带在玉树附近向北倾斜, 澜沧江断裂和怒江断裂带基本上呈垂直分布. 重力布格异常南北两端较高, 高原内部较低, 察隅-沙马尚未达到重力均衡, 呈明显的负异常, 表明该地区正处在快速隆升的阶段. 此外在不同的块体内和断裂带上, 地磁异常的变化十分明显, 由南向北磁异常的强度和变化幅度明显地减弱. 各种地球物理方法的观测与研究, 从不同的侧面反映出了研究区域内块体和断裂的空间展布特征.     

青藏高原三维地壳结构的重力正演模拟

青藏高原地壳结构的重力学研究主要集中于莫霍面深度反演及单个剖面的重力正演,但是,在亚东-格尔木与下察隅-共和之间没有地震测线的区域,地壳结构的研究受到限制.为了探讨从青藏高原中部到东部的地壳结构特征,本文采用三维重力正演的方法,对青藏高原三维地壳结构进行了重力正演模拟.研究结果显示,地壳各层界面起伏较大,表明高原地壳变形强烈.研究区域中,藏南喜马拉雅地体界面相对较浅,处于界面陡变带,往北进入拉萨地体,界面相对变深.正演剖面中,大的界面起伏与大的断裂构造有关,莫霍面的陡变也暗示着莫霍面存在错断现象.东构造结莫霍面有抬升现象,在玛多附近莫霍面有下凹现象.地壳分层正演显示,32 km以下地壳产生的重力异常占总异常的80%以上,低速层及高速体产生的重力异常最大可占到总异常的10%左右.     

喜玛拉雅“东构造结”地区特异重力场的探讨

跨越中、印、缅三国交界的青藏高原东南的喜玛拉雅“东构造结”地区（92°E~97°E，26°N~30°N）一半以上的面积尚没有重力测点，是重力数据空白区,故无法直接研究其重力场特征与深部地壳结构（构造）.本文分析了卫星重力异常的特性，提出应用卫星重力异常作为近似空间重力异常，并作布格改正后，得到的布格重力异常具有与该地区地形高程呈镜像相关的特征，可用以研究深部地壳结构.据三条重力剖面计算得到该地区三个地壳深部结构剖面的结果，给出青藏高原地壳厚度>70 km；喜马拉雅造山带为55 km左右；布拉马普特拉河谷盆地为33~35 km；那加山山脉地区为40~45 km，显示出三者为三个不同的构造单元.同时给出布拉马普特拉构造单元为相对高密度的刚性物质构成，随着印度洋板块向北运移，在碰撞、挤压下，插入青藏高原东南缘一带.导致该地带的强烈构造运动，和频发大、小地震.最后提出了几点认识和建议.     

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。     

六盘山地区地壳重力均衡与隆升机制研究

2014年8月跨越六盘山东麓断裂带,在长度约为200公里的剖面上展开了流动重力/GPS联合剖面观测.观测结果表明,测线东端的布格重力异常约为-190 m Gal(10~(-5)ms~(-2)),西端则为-250 m Gal左右.在假设地壳均一的前提下,基于Airy均衡模型,利用布格重力异常和GPS观测数据,分别计算了测线所在剖面的莫霍面深度与均衡面深度,发现六盘山地区处于正均衡异常状态.使用布格重力异常数据反演六盘山地区的地壳密度结构,并据此地壳分层结构,计算了六盘山地区均衡面与莫霍面深度,对比显示该区域亦处于均衡正异常状态.为了确定青藏高原东北缘岩石圈有效弹性厚度和六盘山隆升机制,我们利用EMG2008自由空气异常和SRTM V18.1 DEM数据,使用自由空气重力异常导纳方法,研究了以六盘山地区为中心的青藏高原东北缘岩石圈有效弹性厚度(Te)和加载机制,发现六盘山地区的Te为5 km,岩石圈加载主要来自于地表,占总加载的95%.最后,对比六盘山地区Airy均衡异常与弹性板均衡异常,发现六盘山东麓断层处地壳承载梯度值最大,表明该断裂带吸收了较多的应变能.     

利用远震接收函数分析三峡库区重庆段地壳厚度变化

针对三峡库区重庆段地震监测台网和重庆区域台网2007年到2010年记录到的远震数据,利用接收函数方法,得到该区域的地壳厚度值及泊松比。结果显示27个地震台下方的地壳平均厚度为44.6km。最厚处为城口(CHK),达50.9km;最薄处为荣昌(ROC),仅38.9km,两者相差12km。研究区的地壳泊松比σ值约为0.27,三峡重庆库区东部奉节荆竹(JIZ)地壳泊松比高达0.302,武隆(WUL)地区的地壳泊松比较低,最低为0.228,两者相差0.074;研究区内泊松比的最大值偏离标准泊松体比值(0.25)20.8%以上,其最小值偏离标准泊松体比值-8.80%。布格重力异常反映了地下的密度与地壳厚度变化。文中得出的三峡库区重庆段地壳厚度变化与该区布格重力异常分析结果一致,重庆境内最小的负布格重力异常在地壳厚度最厚的城口—巫溪地区(厚49.7～50.9km),地壳最薄的荣昌—合川地区(厚38.9～41km)对应着渝西最大的负布格重力异常。     

川西藏东地区的地壳均衡异常及其与地震分布的关系

川西藏东地区是青藏高原物质东移、转而向东南运移的通道地域,该处强烈的构造活动和频发的地震即是由于其深部物质的分异、调整和运移所致.为此,在该地域沿30°N设置了一条跨越特提斯构造域和扬子克拉通不同构造单元的剖面,依据Airy重力均衡理论求取该剖面沿线的理论均衡地壳厚度,并与根据天然地震和人工源地震资料所求得的实际地壳厚度进行对比分析,以探讨该区壳、幔物质的地壳均衡状态.研究结果发现,在本剖面沿线呈现出两处大的均衡异常区,即与四川盆地相比其差异显著,均衡异常强度高、且范围广.在此基础上通过对地壳重力场均衡效应与强烈地震活动之间关系的分析与探讨.认为存在均衡异常的地区是强震发生的主要地带,而由均衡区向不均衡区过度的均衡异常梯度带则是强震预防的重中之重.     

青藏高原及周边地壳均衡模式与强震活动

青藏高原作为中国大陆强震活动的主体区,不但构造变形历史复杂,而且高原内部与周边块体之间的重力异常差异也十分显著。本文基于EGM2008重力模型,计算得到了青藏高原及周边地区的区域布格重力异常和艾里均衡重力异常;并依据复合均衡模型原理,以Crust1.0地壳模型中莫霍面的深度为参考,反演得到了地壳剩余密度的分布,该结果适用于研究地壳横向密度的差异;最后,将反演结果与弹性板均衡理论模型反演得到的岩石层有效弹性厚度进行对比,结果表明,青藏高原与周边地块之间的地壳力学特性和平均密度存在显著差异,为强震孕育提供了动力学背景。以此为依据,可为潜在强震危险区位置的判断提供参考。      

喜马拉雅“东构造结”地区的特异重力场与深部地壳结构

跨越中、印、缅三国交界的喜马拉雅“东构造结”地区（92°E～97°E，26°N～30°N）有一半以上的面积尚没有重力测点，是重力数据空白区,故无法直接研究其重力场特征与深部地壳结构（构造）.本文应用卫星重力异常资料作为近似空间重力异常，经计算给出的布格重力异常，其特征与该地区的地形高程呈很好的镜像相关.据此得到该区不同方位的3个地壳深部结构剖面.重力异常反演求得青藏高原地壳厚度>70 km；喜马拉雅造山带为55 km左右；布拉马普特拉河谷盆地为33～35 km；那加山山脉地区为40～45 km，即呈现出3个不同构造单元的展布.同时求得“东构造结"区由高密度的刚性物质构成，在印度洋板块的碰撞、挤压作用下呈向北运移，并插入青藏高原东缘.基于这样的构造格局和深层动力过程，导致了青藏高原东南缘和东北缘的强烈构造运动，大、小地震的频频发生和矿产资源的聚集.     

应用重力资源估算东海冲绳海槽地壳厚度

利用东海地区的重力资源，并参考在该地区进行的地震测深结果，应用线性公式估算了研究区的地壳厚度，分析了研究区地壳结构特征，根据与中国东部地球物理场、地壳结构的对比，指出东海大陆架地区应是中国大陆的自然延伸，对冲绳海槽的地壳性质进行了探讨，指出冲绳海槽应该为东海大陆架的自然终结。     

鄂尔多斯地块及邻区重力均衡研究

为更加精细地了解鄂尔多斯及其邻区的地壳均衡状态,本文在考虑地壳密度横向变化的基础上计算了该区域的重力均衡异常。首先,利用研究区内重力异常和真实莫霍面深度进行反演得到壳幔密度差分布,以艾里均衡理论为基础计算了莫霍面的理论深度;其次,通过莫霍深度理论值与真实值对比来获得研究区的重力均衡异常;最后,结合区内地震分布,讨论了重力均衡异常与地震活动的关系。结果表明:研究区内盆地以负均衡异常为主,山地则表现为正均衡异常,鄂尔多斯地块内部基本均衡;研究区内中强地震主要分布在重力均衡异常梯度带上。      

Gravity anomaly, lithospheric structure and seismicity of Western Himalayan Syntaxis

A compiled gravity anomaly map of the Western Himalayan Syntaxis is analysed to understand the tectonics of the region around the epicentre of Kashmir earthquake of October 8, 2005 (Mw = 7.6). Isostatic gravity anomalies and effective elastic thickness (EET) of lithosphere are assessed from coherence analysis between Bouguer anomaly and topography. The isostatic residual gravity high and gravity low correspond to the two main seismic zones in this region, viz. Indus–Kohistan Seismic Zone (IKSZ) and Hindu Kush Seismic Zones (HKSZ), respectively, suggesting a connection between siesmicity and gravity anomalies. The gravity high originates from the high-density thrusted rocks along the syntaxial bend of the Main Boundary Thrust and coincides with the region of the crustal thrust earthquakes, including the Kashmir earthquake of 2005. The gravity low of HKSZ coincides with the region of intermediate–deep-focus earthquakes, where crustal rocks are underthrusting with a higher speed to create low density cold mantle. Comparable EET (∼55 km) to the focal depth of crustal earthquakes suggests that whole crust is seismogenic and brittle. An integrated lithospheric model along a profile provides the crustal structure of the boundary zones with crustal thickness of about 60 km under the Karakoram–Pamir regions and suggests continental subduction from either sides (Indian and Eurasian) leading to a complex compressional environment for large earthquakes.     

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.     

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.     

Crustal Structure of the Flood Basalt Province of Ethiopia from Constrained 3-D Gravity Inversion

The Oligocene Afar mantle plume resulted in the eruption of a large volume of basaltic magma, including major sequences of rhyolitic ignimbrites, in a short span of time across Ethiopia. In order to assess the impact of these magmatic processes on the crust and to investigate the general crustal configuration beneath the Ethiopian plateau, northern part of the Main Ethiopian Rift and the Afar depression, analysis and modeling of the gravity field have been conducted. The Bouguer gravity map is dominated by long-wavelength anomalies that primarily arise from the isostatic compensation of the topography. Consequently, anomalies within the crust/upper mantle are masked and quantitative interpretation becomes difficult. The long-wavelength anomalies are approximated using admittance technique and subsequently removed from the Bouguer anomalies to obtain the residual isostatic anomalies. The residual map contains both short- and intermediate-wavelength anomalies related to geologic and tectonic features. The long-wavelength regional isostatic field is used to map the crust-mantle interface and the results are in good agreement with those determined by other geophysical methods. Seismic constrained gravity inversion was performed on the isostatic residual field and series of three-dimensional models have been constructed for the structures of the crust and upper mantle beneath the uplifted and rifted flood basalt province of northern Ethiopia. The inversion results have shown that the NW plateau has thick crust that rests on normal lithospheric mantle. Afar, On the other hand, is marked by thin stretched crust resting on a low-density upper mantle indicating a hotter thermal regime and partial melt. No lithospheric mantle is observed beneath Afar. The models further indicate the presence of an extensive sub-crustal thick (~12 km on average) and high-density (~3.06 gm/cc) mafic accreted igneous layer of fractionated cumulate (magmatic underplating) beneath the NW plateau. The study suggests that the underplate was fundamental to the accretion process and may have played a role in compensating most of the plateau uplift and in localizing stresses.     

四川中西部地区地壳结构与重力均衡

汶川M_S8.0地震的“孕育”、发生和发展是深部物质分异、调整和运移的产物.为此,在四川中西部地区（松潘—甘孜,龙门山断裂系和四川盆地）应用重力布格异常场资料并通过两条典型剖面的地壳厚度(Moho界面深度）分布与依据Airy均衡理论给出的理论均衡地壳厚度做对比分析,探讨四川盆地、龙门山造山带、邛崃山等川西地域的地壳均衡状态,得到龙门山及其以西地带的深部地壳结构.龙门山造山带恰处于很不均衡的状态,即与其西北和东南部相比差异明显,故地壳处于不稳定状态.为探讨该区重力场均衡与强烈地震活动之间的关系,还必须进行新一轮的高精度观测,以对该区深部精细结构、重力场效应和均衡补偿深入研究.此外,本文研究结果有益于震后确定城镇布局和为不同类型建筑物重建选址提供深部要素.     

南极洲东部普里兹湾海域重磁场特征及地壳结构

普里兹湾位于南极洲东部大陆边缘,其深部地壳结构特征对认识白垩纪冈瓦纳古陆裂解和新生代大陆边缘形成具有重要意义.本文利用重磁、多道反射地震、声纳浮标折射地震和ODP钻井数据对普里兹湾海域的深部地壳结构进行了研究.研究结果显示,普里兹凹陷表现为典型的盆地负重力异常特征,其沉积基底较深,而在四夫人浅滩为高幅重力正异常,其沉积基底普遍抬升.在大陆架中部存在SW-NE向条带状基底的抬升,且呈朝NE向逐渐变深的趋势.在中大陆架外侧,均衡残余重力异常呈V字形负异常条带状分布,其两翼分别与四夫人浅滩和弗拉姆浅滩外的大陆坡相连.该异常带在大陆架中部向陆的偏移可能是由于古大陆架边缘的地形影响,推测其与普里兹冲积扇同属于洋陆过渡带向陆的部分,在重力模拟剖面表现为地壳向海逐渐减薄.普里兹冲积扇的地壳厚度较薄,平均为6 km,最薄处可达4.6 km,并且根据洋陆过渡带向海端的位置,推测可能属于接近洋壳厚度的过渡壳.重力异常分区的走向与兰伯特地堑在普里兹湾的构造走向基本一致,可能主要反映了二叠纪-三叠纪超级地幔柱对普里兹湾的裂谷作用的影响.该区域的自由空间重力异常和均衡残余异常均表现为超过100×10^-5m/s²的高幅正异常特征,可能由位于大陆架边缘的巨厚沉积体负载在高强度岩石圈之上的区域挠曲均衡作用所导致,可能与该区域第二期裂谷期之后的沉积间断以及快速进积加厚的演化过程有关.普里兹湾磁力异常的走向与重力异常明显不同,大致可分为东北高幅正异常区和西南低幅异常区.重磁异常在走向上的差异反映高磁异常主要来源于岩浆作用形成的铁镁质火成岩的影响,并且岩浆作用的时代不同于基底隆升的时代,而可能形成于前寒武纪或者南极洲和印度板块裂谷期间(白垩纪).     

甘肃西部地区深部构造

本文利用重力资料,采用单层地壳模式反演了甘肃西部地区的地壳厚度。根据艾利的均衡假设,进行了均衡补偿的归算,编制了莫霍界面图和均衡异常图。作者对甘肃西部地区的地壳变异带形成的力源进行了简要的探讨,结合历史地震资料,讨论了地壳构造、均衡异常与地震的关系。     

青藏高原东缘地壳运动与深部过程的研究

由于青藏高原东部地区记录了高原约50 Ma演化历史中物质东流的构造史,因此受到地学界的广泛重视. 现代大地测量与地质研究结果给出了该区现代地壳运动的图像,为地球动力学数值模拟提供了重要的边界约束条件. 利用重力异常计算的高原及邻区地幔对流应力场与地表地壳运动格局的明显差异表征了高原东部地壳与地幔物质的运动解耦. 基于随深度变化地壳蠕变率的动力学模拟结果显示,高原东部地壳增厚与高原内部存在很大差异,高原东部地壳增厚主要表现为下地壳的增厚,并且地幔形变过程与地表变化也不一致,同样显示出地壳、地幔运动的解耦. 研究表明,下地壳低强度分布可能是导致这种解耦的重要原因,而了解高原东部地壳及上地幔物理力学性质对我们认识高原物质东流至关重要.     

Magmatism and tectonic processes in Area A hydrothermal vent on the Southwest Indian Ridge

The hydrothermal vent in Area A(37.78°S,49.65°E)is the first active hydrothermal vent discovered on the Southwest Indian Ridge(SWIR).Heat source and adequate bulk permeability are two necessary factors for the formation of a hydrothermal vent.Along the SWIR 49.3°E to 51.2°E,the gravity-derived crustal thickness is up to 9.0 km,much thicker than the average thickness of the global oceanic crust.This characteristic indicates that the magma supply in this area is robust,which is possibly affected by a hotspot.The large-scale residual mantle Bouguer anomalies(RMBA)reveal prominent negative-gravity anomalies between the first-order ridge segment(from Indomed to Gallieni,46.0°E to 52.0°E)and the Marion-Del Cano-Crozet region.These anomalies indicate the channel of the hotspot-ridge interaction.The tomography data corrected with theoretical thermal model indicate that the low-velocity anomalies corresponding to this channel can reach the base of the lithosphere.Near the hydrothermal vent area,the topography and crustal thickness at the off-axis area are extremely asymmetrical.South of the SWIR,the high topography corresponds to the thinning crustal thickness.The residual isostatic topography anomalies indicate that Area A is a deviation from the local isostatic equilibrium,similar to the characteristics of the transform fault inside corner.The forward profiles of the magnetic data indicate that the thinning magnetic layer at the south side of Area A corresponds to the shallow,high-velocity area revealed by the OBS,which is the result of tectonic extension of a detachment fault.The active tectonic processes in Area A can provide sufficient crustal permeability to the hydrothermal circulation and may form massive sulfide deposits.