基于接收函数约束的川滇地区莫霍面深度反演研究

本文利用川滇地区宽频地震接收函数结果和WGM2012全球布格重力场模型数据,采用正则化参数和接收函数结果交叉验证得到最优莫霍面参考深度和上下界面密度差,使用基于球坐标系下的快速非线性重力反演方法建立川滇地区莫霍面深度模型.研究结果显示,川滇地区整体莫霍面深度介于30～69km,青藏高原内部地区莫霍面深度大于50km;四川盆地莫霍面深度在36～38km;攀枝花地区莫霍面出现明显的隆起和下凹,变化范围在42～48km;川滇菱形地块莫霍面深度在40～50km;滇西和滇南地块莫霍面深度由南向北逐渐变深,变化范围在38～44km.本文反演莫霍面深度与接收函数结果平均误差为0.18km,与该区域天然地震层析成像、人工地震探测以及重力数据反演结果基本一致,但细节更加丰富,进一步确认了莫霍面在攀西裂谷地区存在隆起,小江断裂带下方存在下凹的特征.该结果可作为精细化川滇地区地壳密度界面模型,为研究该地区岩石圈结构和地质构造演化提供参考.     

青藏高原东缘地壳密度结构及其地球动力学意义

青藏高原东缘是高原物质向E及SE扩展的重要通道,掌握青藏高原东缘的地壳密度结构对研究青藏高原的隆升、变形机制具有重要意义。文中在前人研究成果的基础上,选取了地面实测的9条交叉的重力测线数据,以深地震反射剖面为约束,采用人机交互模式反演得到了青藏高原东缘地下的二维密度结构,并通过克里金插值法获取了三维密度结果。反演结果表明,青藏高原东缘地区具有巨厚的地壳,莫霍面埋深最深约为61km,而四川盆地的莫霍面埋深约为42km,以龙门山-安宁河-小金河断裂为界,两侧形成了莫霍面深度变化梯度带;从反演得到的沉积层厚度来看,沉积层在青藏高原东缘几个块体内呈现中心普遍厚度较大、边缘厚度较薄的特点。结合该地区的地震空间分布特征分析,青藏高原东缘的莫霍面和沉积层厚度分布与该地区的地震分布均具有很强的相关性,这对未来地震预测也具有重要的参考价值。     

南海海盆三维重力约束反演莫霍面深度及其特征

利用南海海盆及周边最新的重力,经过海底地形、沉积层的重力效应改正,并采用岩石圈减薄模型的温度场公式,校正了从张裂边缘到扩张海盆的热扰动重力效应.通过研究区的地震剖面和少量声呐数据得到的莫霍面深度点作为约束,采用基于"起伏界面初始模型"的深度修正量反演迭代公式,反演、计算了研究区的莫霍面深度及地壳厚度.结果表明,海盆区莫霍面深度在8~14 km之间,地壳厚度在3~9 km之间;东部海盆和西南海盆残留扩张中心沿NNE向展布向西南延伸至112°E,莫霍面深度超过12 km,地壳厚度在6 km以上,而西北海盆没有明显的增厚扩张中心;在西南海盆北缘的中沙地块南侧,存在一个近EW向地壳减薄带,地壳厚度在9~10 km;莫霍面深度14 km的等深线和地壳厚度9 km的等值线可指示洋陆边界位置.     

三维密度界面的正反演研究和应用

重力位场的界面反演是位场处理解释中的重要问题.本文将基于快速傅里叶变换的频率域界面反演方法Parker-Oldenburg公式推广到物性可随深度变化的三维情况,得出了密度可以横向、纵向任意变化的重力界面正反演公式.该方法在计算时可以合理地选取地面下某一深度作为基准面以减小界面起伏,使迭代易于收敛.理论模型试验表明该方法反演精度高,收敛速度快,在密度界面反演中具有广泛的实用价值.最后利用该方法反演华北地区莫霍面的深度,反演结果得到了地震测深数据的验证.     

三维密度界面的正反演研究和应用

重力位场的界面反演是位场处理解释中的重要问题.本文将基于快速傅里叶变换的频率域界面反演方法Parker-Oldenburg公式推广到物性可随深度变化的三维情况,得出了密度可以横向、纵向任意变化的重力界面正反演公式.该方法在计算时可以合理地选取地面下某一深度作为基准面以减小界面起伏,使迭代易于收敛.理论模型试验表明该方法反演精度高,收敛速度快,在密度界面反演中具有广泛的实用价值.最后利用该方法反演华北地区莫霍面的深度,反演结果得到了地震测深数据的验证.     

中国南海地区重力剥离对莫霍面反演的影响分析

确定更为精细的中国南海地区莫霍面对认识该地区内部结构、形成机制及相关动力学问题具有重要意义.重力剥离的精度直接影响莫霍面反演结果的质量.本文将由XGM2019e解算的自由空气重力扰动进行地形水深、沉积层、固体地壳密度异常和岩石圈热膨胀重力剥离,提取出莫霍面重力扰动,结合线性回归法和地震资料估计反演参数,并采用直接迭代法反演南海莫霍面模型,最后利用地震资料对反演结果进行精度评定.研究结果表明：仅顾及地形水深重力剥离的莫霍面反演结果整体精度较高,为1.94 km;在沉积物较厚的陆坡盆地,忽略沉积层的影响可使莫霍面最大加深6.30 km,但在沉积物较薄的南海海盆,考虑沉积层重力剥离会降低反演精度;利用CRUST1.0进行固体地壳重力剥离会使反演结果的精度降低0.22 km,表明CRUST1.0在南海地区并不准确;热膨胀重力剥离对反演精度的影响不大,但若忽略该效应,可能会高估洋壳区的莫霍面深度．针对南海重力莫霍面研究,笔者建议:若无精细地壳资料,忽略固体地壳重力剥离;若主要关注南海海盆可忽略沉积层的影响,但应考虑热膨胀重力剥离;若研究区覆盖沉积盆地,则应考虑沉积层重力剥离,并仔细选取密度-深度...     

关于中国海陆莫霍面深度图编绘的思考

莫霍面是地壳和上地幔的分界面,是一个重要的密度界面.布格重力异常与莫霍面深度之间具有紧密的联系,利用重力异常反演莫霍面深度成是研究莫霍面深度和编制莫霍面深度图的主要手段之一.本文总结了前人编制莫霍图的方法和结果,并加以分析讨论.提出应用布格重力异常反演中国海陆莫霍面深度的方法与技术,并考虑到中国海、陆构造的一体性,进行海陆统一编图以展示莫霍面的海、陆演化与构造关系.     

东海及其邻域壳-幔结构与展布特征

莫霍面是地壳和上地幔的分界面,是个重要的密度界面,东海莫霍面的展布特征,对于研究东海深部构造具有重要意义.利用最新重力异常数据反演莫霍面深度,结合前人的莫霍面深度结果,分析东海及其邻域的壳－幔结构与展布特征.从莫霍面深度图可见东海及其邻域莫霍面起伏变化很大,深度在12～34 km之间变化,东海及其邻域地壳厚度为6～34km,东海陆架地区地壳厚度变化与大陆地区相比并不明显,显著减薄开始于冲绳海槽地区,琉球岛弧处地壳厚度明显再度增加,莫霍面呈现两凹两凸形态,认为东海及其邻域地壳自西而东从陆壳－过渡壳－洋壳逐渐过渡的.     

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.     

龙门山断裂带地壳密度结构

研究龙门山及邻区地壳密度结构对于认识该地区地震活动性具有重要意义.根据龙门山及邻区( 100°～105°E,28°～33°N)的布格重力异常资料,选取了跨越龙门山断裂带的6条重力测线,在深地震测深资料约束下,使用Geosoft软件分别反演出了龙门山地区地下的沉积层、康拉德界面和莫霍面的深度分布.研究结果表明:龙门山断裂带两侧的地壳结构明显不同,西面高原地区沉积层较薄,大部分为基岩出露;而东边盆地沉积层明显较厚,多在6km以上.莫霍面和康拉德面在两侧均相对平缓,康拉德面从东部的大约24km增加到青藏高原山区的35km左右;莫霍面深度从东部盆地的大约42km增加到西部青藏高原的67km左右.龙门山断裂带整体表现为一条近SN向的陡变重力梯度带,并在其地壳内各界面均发生错断,莫霍面和康拉德面错断距离分别达6 ～ 7km和3～ 5km.该区地壳的这种陡变和不均匀性是导致地震活动性强烈的主要原因之一.     

The gravity and isostatic Moho undulations in Qinghai–Tibet plateau

It is our interest to study the Moho depths in the Qinghai–Tibet. An iterative hybrid spectral–classical methodology is applied to invert the gravity data and obtain the 3D variation in Moho depth. The gravity inversion is constrained by results from deep seismic sounding and seismological investigations. The Moho is found between 70 and 75 km depth over most of Tibet. Maximum depths of up to 80 km are found along the margins of the plateau, and shallower depths of 65 km correlate with an important suture running along central Tibet (Bangong Nujiang). At Moho level most of Tibet is isostatically compensated at 90–110%, according to the Airy isostatic model. The Qaidam basin in North-Eastern Tibet and the Tarim basin to the North-West are found to be over-compensated.     

基于抛物线密度模型的频率域三维界面反演及其在川滇地区的应用

密度界面反演作为了解地球内部结构的一种重要方法,长期以来都是重力学研究的主要内容.本文结合抛物线密度模型及频率域算法的优点,将抛物线密度函数应用于Parker-Oldenburg算法,经过理论推导得到了抛物线密度模型的频率域公式,从而建立了基于抛物线密度模型的三维密度界面重力异常正反演的算法和流程.理论模型数据试验表明本方法快速、有效,适用于大多数浅部比深部增加更快的实际地壳密度.研究中还利用该方法对川滇地区重力异常进行了反演,获得了该区的莫霍面深度分布,并与接收函数研究结果进行对比分析,进一步验证了本文方法的正确性和有效性.     

Topography of the Moho and earth crust structure beneath the East Vietnam Sea from 3D inversion of gravity field data

The Moho depth, crustal thickness and fault systems of the East Vietnam Sea (EVS) are determined by 3D interpretation of satellite gravity. The Moho depth is calculated by 3D Parker inversion from residual gravity anomaly that is obtained by removing the gravity effects of seafloor and Pre-Cenozoic sediment basement topographies from the free air anomaly. The 3D inversion solution is constrained by power density spectrum of gravity anomaly and seismic data. The calculated Moho depths in the EVS vary from 30–31 km near the coast to 9 km in the Central Basin. A map of the lithosphere extension factor in the Cenozoic is constructed from Moho and Pre-Cenozoic sediment basement depths. The fault systems constructed by the maximum horizontal gradient approach include NE-SW, NW-SE, and N-S oriented faults. Based on the interpretation results, the EVS is sub-divided into five structural zones which demonstrated the different characteristics of the crustal structure.     

THE DEPTH OF MOHO INTERFACE AND CRUSTAL THICKNESS IN SICHUAN-YUNNAN REGION,CHINA

By using moving average method to separate Bouguer gravity anomaly field in Sichuan-Yunnan region, we got the low-frequency Bouguer gravity anomaly field which reflects the undulating of Moho interface. The initial model is obtained after seismic model transformation and elevation correction. Then, we used Parker method to invert the low-frequency Bouguer gravity anomaly field to obtain the depth of Moho interface and crustal thickness in the area. The results show that the Qinghai-Tibet block in the northwest of the study area deepens and thickens from the edge to the interior, with the depth of Moho interface and the crust thickness of about 52~62km and 54~66km, respectively. The depth of Moho interface in Sichuan Basin is about 38~42km. In Sichuan-Yunnan block, the depth of Moho interface is about 42~62km from southeast to northwest. Beneath the West Yunnan block, west of the Red River fault zone, the Moho depth is about 34~52km from south to north. The Longmen Mountains and Red River fault zone are the gradient zone of the Moho depth change. Along the Red River fault zone, the depth difference of Moho interface is increasing gradually from north to south. No obvious uplift is found on the Moho interface of Panzhihua rift valley. The depth of Moho interface distribution in Sichuan and Yunnan is obviously restricted by the collision between the Indian plate and the Eurasian plate and the lateral subduction of the Indo-China peninsula. The mean square error of the depth of Moho interface is less than 1.7km between the result of divisional density interface inversion and artificial seismic exploration. At the same time, we compared the integral with divisional inversion result. It shows that:in areas where there is obvious difference between the crust velocity and density structure in different tectonic blocks, the use of high resolution seismic exploration data as the constraints to the divisional density interface inversion can effectively improve the reliability of inversion results.     

基于Lp范数正则化的V字型密度界面重力反演

V字型密度界面是一类常见的密度界面,如海沟、半地堑以及俯冲带之下的莫霍面,利用重力数据刻画此类密度界面形态对于区域构造研究、油气勘探以及物理海洋学等都具有重要意义.本文首先建立了L_p-范数形式的模型约束函数,并利用正则化原理将其与重力数据误差函数和已知深度约束函数结合形成V字型密度界面反演的目标函数,推导了目标函数的梯度表达式,并以非线性共轭梯度法为核心给出了反演流程.二维简单模型试算结果表明p=5时该方法能准确地刻画V字型密度界面起伏特征,且亦能准确地应用于二维复杂密度界面和三维界面的反演.最后将反演方法应用于挑战者深渊及邻区的实际资料处理之中,利用研究区海底地形数据和沉积层厚度数据对自由空间重力异常逐层剥离而得到莫霍面引起的重力异常,用本文方法对此重力异常进行反演,结果呈现了板块俯冲作用引起的V字型莫霍面起伏特征.     

中国海陆莫霍面及深部地壳结构特征——以阿尔泰—巴士海峡剖面为例

中国海陆莫霍面及深部地壳结构特征研究是东亚地区宏观构造格架研究中的重点内容之一.本文以地震测深等数据为约束信息,以重力数据为基础,通过分区计算,反演了中国海陆莫霍面深度.依据地壳性质与莫霍面深度分布特征,划分了莫霍面深度梯级带与分区,并对各分区的莫霍面分布特点进行了归纳、总结.并选取阿尔泰—巴士海峡典型剖面进行了重、震反演,建立了密度结构.剖面上莫霍面深度和深部结构能够清晰地反映中国大陆"三横、两竖、两三角"构造格架中的两横和两竖,在昆仑—秦岭—大别以北的准噶尔地块和中朝地台莫霍面深度45~50 km,而其以南至贺兰山—龙门山之间的祁连、柴达木至松潘—甘孜的莫霍面呈"W"型起伏,莫霍面深度由祁连地块北部的50 km,加深至68 km,在柴达木盆地抬升至58 km,在阿尼玛卿山莫霍面降至68 km,向南逐渐抬升至四川盆地的44 km,经大兴安岭—太行山—武陵山这一竖的台阶式抬升至华南褶皱带的35 km,在江绍—南岭以南缓慢抬升至南海北部陆架区的20~25 km.在巴士海峡处南海沿马尼拉海沟向东俯冲,莫霍面形态较复杂.同时剖面上祁连—柴达木地块的中下地壳存在一个低速、低密度体,推测其可能是由于部分熔融引起的,是青藏高原东北缘壳内物质流动的通道.     

A regional gravimetric Moho recovery under Tibet using gravitational potential data from a satellite global model

The Moho information under Tibet Plateau is important for a better understanding of the geodynamic processes associated with the continental collision of the Indian and Eurasian tectonic plates and subsequent formation of Himalayan and Tibetan orogens. However, under the central and western parts of Tibet, the existing Moho models are still relatively inaccurate due to a sparse and irregular distribution of seismic surveys. To overcome this problem, the gravimetric data could be used to interpolate the Moho information, where seismic data are missing. In this study, we apply the gravimetric method for a regional Moho recovery under Tibet. Compared to existing methods that use either the gravity or gravity-gradient data, the method presented here utilizes a more generic definition based on a functional relation between the Moho depth and the gravitational potential. Since the gravity and gravity-gradient data have more regional support than the potential field, a numerical test is conducted to find an optimal data area extension that is needed to solve a regional inversion problem in order to reduce errors caused by disregarding the far-zone contribution. Our analysis shows that for the potential field such extension should be at least 25°, while 5° for the gravity and only about 1° for the gravity gradient. The comparison of our gravimetric result with the CRUST1.0 seismic model shows differences at the level of expected accuracy of the gravimetric method of about 5 km and without the presence of significant bias.