中国重力异常的小波变换与多尺度分析

阐述了小波变换及多尺度分析方法的原理，利用二维小波多尺度分析方法对中国布格重力异常进行了分解，并从其中划分出有意义的剩余异常．模型结果证明方法有效．由于本文方法可以将重力异常分解成各种几何尺度意义下的不同成分，这为重力解释和研究地壳的结构提供更多更新的依据．     

离散小波变换与重力异常多重分解

小波变换多尺度分析是位场分解的有益工具.离散二维小波变换产生的低阶小波细节具有尺度不变的特征,它们不随小波变换的总阶数改变,而总阶数的增加仅增加高阶小波细节的个数和改变最后的高阶逼近.因此,用小波变换分解重力异常时,可根据地质目的来组合小波细节,从而实现有地质意义的异常分解.实验表明,用小波变换分解的重力异常小波细节,同样起到功率谱分解的作用,用分解之后的小波细节功率谱可以精确确定场源的埋深.中国大陆科学钻探场地的重力异常分解给出局部异常分解的典型例子.     

华北克拉通地壳三维密度结构与地质含义

利用重力异常揭示地壳三维密度结构是重力资料地质解释的目标和任务,密度反演的好坏至关重要.本文对华北克拉通进行了重力异常多尺度密度反演研究,首先利用小波变换对重力异常进行多尺度分解,接着利用功率谱分析方法估算各层场源的平均深度,然后利用广义密度反演方法进行各层密度反演,对华北地区进行了多层密度反演,得到其密度结构,并进行地质解释和油气藏分析.结果显示了重力场多尺度密度反演方法的有效性,对华北地区密度结构的地质含义进行了初步分析,位于造山带中的低密度异常主要反映沿造山带展布的花岗岩体.对比华北东部区浅层密度扰动与油气坳陷位置,发现油气坳陷都表现为低幅度的低密度异常区.说明利用小波多尺度反演提取的密度信息对油气勘探的部署有一定指导意义.     

华北时变重力场离散小波多尺度分解

利用华北地区地震重力监测网的绝对重力与相对重力多期重复观测资料,处理获取不同时空尺度的华北区域重力场动态变化图像.利用二维小波分解技术,将不同场源深度异常进行了分离,并对不同时空尺度的重力变化给出了解释,提高了对华北地区重力场变化趋势的认识水平.在此基础上,通过对小波细节的功率谱分析,可以获得各阶小波变换逼近及小波细节分析图所对应的场源深度.研究结果表明,不同时空尺度的重力场变化对于深入认识华北地区潜在地震危险性具有一定的科学意义.     

小波多尺度分析尼泊尔MW7.8地震前卫星重力变化

利用GRACE重力卫星RL05月重力场数据,获取尼泊尔大地震前后震源区周缘2010-2015年每月重力变化,以及震中点位重力时间序列.基于小波多尺度分析方法对卫星重力场进行分解,获得重力场细节和近似部分.研究结果表明:尼泊尔地震前5年(2010-2014)内在震源区周边出现了比较明显的卫星重力异常正负交替和迁移现象,2014至2015年间,震区周边形成了明显正负异常区,正重力异常区重力增加现象明显.震中重力时间序列反映从2013年开始,重力变化处于稳定状态,且处在较高位;通过功率谱分析,计算多尺度分解各阶细节对应的场源深度,前4阶小波分解后的重力异常细节,反映了浅部地质体的位置和异常情形;5阶小波细节更加侧重于刻画地区构造形变和深部物质流动引起的重力变化.     

中国大陆地壳密度差异多尺度反演

利用小波分析方法原理,在对中国布格重力异常多尺度分解的基础上,反演了各种尺度意义下中国大陆地壳的密度差异,给出了中国大陆地壳中相对密度差异的空间分布,为研究中国大陆地壳构造、进行深部地质研究提供了新结果．     

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。     

基于遥感、重磁多源信息研究茅山断裂带构造特征

通过遥感影像数据判读了茅山断裂带构造地貌特征,利用小波多尺度分解方法研究了茅山地区的布格重力异常,在进行场源分离的基础上深入研究了茅山断裂带地壳深部的空间展布特征。通过重力异常分析可知,茅山断裂带在中地壳以上由茅西断裂、茅东断裂以及茅山断块3部分组成,随着地壳深度的增加逐渐合为一条断裂带,茅山断裂带沿重力高异常与重力低异常之间的重力梯级带分布;航磁异常显示,地壳浅部火山喷发物质侵入断裂,且地壳深部同时具有岩浆侵入断裂现象;通过重力异常小波细节图进一步证明了溧阳地震与茅山断裂带和南渡—金坛断裂带之间的联系。     

河北省及邻区重力异常多尺度小波分析

静态重力场变化可为地壳深部结构研究提供重要基础数据。本文利用小波多尺度分解方法,对河北及邻近区域(110°～120°E,36°～42°N)的布格重力异常、Airy均衡重力异常数据资料进行了处理分析,得到了不同尺度下的分解结果。结果表明:张渤带、山西带在中上、中下地壳存在一定程度的异常,破坏性地震主要发生在重力异常正负差异高值转换区及地震带的交汇部位;布格重力异常在4阶小波细节分解结果(近莫霍面处)中显示张渤带中段存在正负差异高值异常,在一定程度上佐证了该区在一定范围内存在地幔物质上涌的通道,通过此次实验对研究区内地质情况及孕震环境有了更为清晰的认识。     

基于小波细节信息的重力源参数估算

小波多尺度分析方法在位场数据处理领域得到了广泛关注.目前,人们对利用该方法分离位场数据所得到的小波细节横向边缘信息认知不够深入,有必要做进一步探究.本文首先采用小波多尺度位场分离方法分离出区域和局部重力异常,然后利用haar小波变换HVD模法对局部异常信息进行多尺度分析,将所得到的小波细节信息进行水平、垂直和对角线方向分解,探测出局部异常体的横向边缘特征,并利用频谱分析方法估测出场源深度.最后,通过理论模型和南非Witwatersrand Basin航空实测重力数据进行分析,表明小波多尺度分析方法不仅能很好地实现位场分离、近似提取异常体场源深度,还可以利用小波细节信息有效地分辨出局部异常体的横向边缘特征,提高其识别精度.     

渭河盆地及邻区重力异常小波多尺度分解与解释

基于EGM2008重力场模型计算获得了渭河盆地及邻区布格重力异常。采用小波多尺度分解方法对布格重力异常进行了4阶小波逼近和小波细节分解,同时基于平均径向对数功率谱方法定量化地计算出1~4阶小波细节和小波逼近所对应的场源平均埋深。结合区域地质和地震资料,对获得的重力场结果进行分析,得到如下结论:①鄂尔多斯地块、渭河盆地、秦岭造山带3个一级构造单元的布格重力异常之间存在明显差异;构造区内部重力异常也存在横向的显著差异。布格重力异常的走向、规模、分布特征与二级构造区及主要的断裂具有一定的对应关系。②渭河盆地及邻区布格重力异常1~4阶细节对应4~23 km不同深度的场源信息,鄂尔多斯地块南缘东、西部的地壳结构存在明显的差异;渭河盆地凹陷、凸起构造区边界清晰,断裂边界与重力异常边界具有较好的一致性;秦岭造山带重力异常连贯性不好,东、西部重力异常变化特征表现出明显的差异。③渭河盆地及邻区布格重力异常分布与莫霍面埋深具有非常明显的镜像关系。渭河盆地及邻区地震主要分布在六盘山—陇县—宝鸡断裂带、渭河断裂与渭南塬前断裂交汇处、韩城断裂与双泉—临猗断裂交汇处。渭河盆地及邻区重力异常主要由中上地壳剩余密度体所影响,这可能是该区地震以浅源地震为主的主要原因。     

东北地区构造分区与深断裂研究——基于重力场小波多尺度分解

基于东北地区的布格重力异常资料,通过小波多尺度分解,将重力异常分解为四阶.提取主要反映深断裂的重力异常2、3阶小波细节,利用不同方向的水平梯度,计算并强化深断裂的线性特征,解译出12条深断裂,同时,结合功率谱法、东北地区地震分布、震源机制解和地质信息推断断裂的下切深度和性质,结果表明:12条深断裂分别对应拼贴地块的缝合带和对东北地区盆地群的分布与演化有着明显控制作用的岩石圈断裂两类;深断裂体系主要方向为北东、北北东向且大多为走滑断层;提取主要反映深层块体异常的3、4阶小波细节并结合深断裂体系将研究区划分为五个重力场一级分区,并首次将额尔古纳块体和兴安块体分开.五个大区分别为额尔古纳块体、兴安块体、松嫩块体、佳木斯块体和华北板块;其中兴安块体又分为二连盆地、大兴安岭两个二级分区;松嫩块体又分为小兴安岭、松辽盆地、张广才岭三个二级分区;佳木斯块体又分为那丹哈达地体、三江盆地、桦南—穆棱三个二级分区,华北板块又分为辽东半岛、华北板块、北部断裂带三个二级分区,结果表明了研究区的基本构造格局.     

长江三峡及邻区布格重力异常小波多尺度分解

基于离散小波变换理论,对长江三峡及邻区的布格重力异常进行多尺度分解,获取局部场、区域场和1—4阶小波细节。结果显示:4阶小波细节中,秦岭—大别造山带东西向正异常与扬子地块和秦岭—大别造山带之间的相互作用相关;M3.0以上地震大多位于区域场东向突出部位,即2阶和3阶小波细节所反映的负异常区,另有小部分位于4阶小波细节所反映的黄陵背斜正异常西侧,这种现象可能与黄陵背斜新构造运动相关。      

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.     

大别造山带东段重力异常多尺度分解及其构造意义

文中通过多源数据融合、模型构建、数据试验、二维离散小波变换和功率谱分析等方法获取了大别造山带东段深、浅部场源布格异常及其场源似深度,并结合地壳结构、地质构造、岩石圈有效弹性厚度和地震活动等资料,讨论了地壳深、浅部的结构特征及地震活动构造背景。结果表明,低频布格异常显示大别造山带东段与华北地块间深部构造缝合带在东部应位于青山-晓天断裂前缘,在落儿岭-土地岭断裂和商城-麻城断裂之间向N偏移至梅山-龙河口断裂之下,造山带南侧与扬子地块间深部构造缝合带位于襄樊-广济断裂以北约20km,造山带东侧与扬子地块间的深部构造转换带位于郯庐断裂带之下,造山带东段腹地显著的低频布格异常低值表明对应部位的莫霍面存在明显下凹,造山带内部的布格异常高梯度带表明其深部结构不完整;高频布格异常揭示肥中断裂、六安-合肥断裂、肥西-韩摆渡断裂和郯庐断裂带等主要断裂对地壳中上部密度结构的影响明显,落儿岭-土地岭断裂对地壳中上部密度结构的影响范围向N延伸至肥西-韩摆渡断裂前缘。结合地震活动资料进一步分析认为,大别造山带东段与华北地块在青山-晓天断裂前缘附近接触和相互作用,且大别造山带东段地壳深、浅部结构均不完整,不利于应力积累,趋向于在断裂交错的脆弱部位频繁释放应力,是霍山地区小地震活动频繁的主要原因。     

THE SEISMOGENIC ENVIRONMENT ANALYSIS OF LUDIAN MS6.5 EARTHQUAKE USING GRAVITY DATA

The main rupture of Ludian M_S6.5 earthquake is directed to the northwest, which occurred in the east of Xianshuihe-Xiaojiang fault zone. The epicenter is in the transitional zone of the Sichuan-Yunnan block and the South China block, where there are many slip and nappe structures. Some controversy still remains on the earthquake tectonic environment. So, Bouguer gravity anomalies calculated by EGM2008 were broken down into 1-5 ranks using the way of Discrete Wavelet Transform(DWT), then we get the lateral heterogeneity in different depths of the crust. The distribution characteristics of Bouguer gravity anomaly are analyzed using measured gravity profile data. We also get its normalized full gradient(NFG)picture, and study the differences between different depths in crust. The results show that: (1)the characteristic of Buoguer gravity anomaly in southwest to northeast is high-low-high between the Lianfeng Fault(LFF)and Zhaotong-Ludian Fault(ZLF). The mainshock and aftershocks are distributed in the middle of the low-value zone, which means that the east moving materials of Qinghai-Tibet plateau broke through the southern section of Lianfeng Fault(LFF), moving along the Baogunao-Xiaohe zone(low-value belt)to the southeast, stopped by the Zhaotong-Ludian Fault(ZLF), and then earthquake occurred.(2)The third-order discrete wavelet transform(DWT)details show that: there is a good consistency between the negative gravity anomaly in upper crust and the distribution of major faults, which reflects that the rupture caused by the movements of the faults in crust has reduced gravity anomaly. There is a NW-trending negative anomaly belt near the epicenter, which may has some relationship to the southward development of the Daliangshan Fault(DLSF). So we speculate that the southward movement of Daliangshan Fault is the main direct force source of Ludian earthquake.(3)In the picture of the fourth-order DWT details, there is an obvious positive gravity anomaly under the epicenter of Ludian earthquake, which confirms the presence of a high-density body in the middle crust. While the fifth-order DWT details show that: A positive anomaly belt is below the epicenter too, which may be caused by mantle material intruding to the lower crust. Tensile force in crust caused by mantle uplift and extrusion-torsion force caused by Indian plate push are the main force source in the tensile and strike slip movement of the Ludian earthquake.(4)The normalized total gradient of Bouguer gravity anomalies of Huili-Ludian-Zhaotong profile shows that: there is obvious ‘deformation’ in the Xiaojiang fault zone which dips to the east and controls the local crust movement. There is a local ‘constant body’ at the bottom of the epicenter. The stable constant body in density has limiting effects to the earthquake rupture, which is the reason that the earthquake rupture' scale in strike and in depth are limited.(5)The ability of earthquake preparation in Zhaotong-Ludian Fault is lower than the Xianshuihe-Xiaojiang fault zone, and the maximum earthquake capacity in this area should be around magnitude 7.     

北天山中段时变重力场离散小波多尺度分解

利用北天山地区2016～2019年观测的4期流动重力观测资料,分析研究一年尺度的重力场动态变化特征,并利用小波分析方法,将不同场源深度的重力异常进行分离。通过功率谱分析,获取各阶小波重力细节对应的场源深度。研究结果表明,2017年8月9日精河M_S6.6地震前,震中位于负值集中区,四阶小波重力细节显示震中附近出现明显的四象限分布;2020年1月16日库车M_S5.6地震前,震中位于负值区,小波重力细节整体量值较小;功率谱估算的场源近似深度与2次地震的震源深度相近。     

南北地震带中段深部构造与地震

南北地震带中段位于中国大腹部，是青藏块体、华北块体和扬子块体的中间枢纽部位。根据该区布格重力异常图，采用Ｐａｒｋｅｒ’ｓ三维位场方法进行莫氏面反演并计算该区不同窗口的剩余场推断和解释了条岩石圈断裂，进而研究它们与地震的关系。