青藏高原及邻区密度的重力反演与孕震环境的研究

发布时间：2020-05-05 10:56

【摘要】：随着地球物理大地测量观测技术的提高,观测资料的积累以及反演方法的改进,综合多种观测资料进行地球内部结构的研究,已成为地球物理大地测量学的重要研究方向。本文利用不同时空尺度的重力异常资料,以青藏高原及邻区的密度结构为主要目标,结合固体地球物理、构造学等的新成果与新认识,研究青藏高原及邻区的现今构造格架,推断其形成及演化、壳幔相互作用、地震孕育和深部动力学过程,具有重要的科学意义。本文系统地讨论了重力学在青藏高原及邻区的密度结构和孕震环境问题研究中的理论和方法,充分体现了大地测量学与地球物理、地质学互相结合,相互渗透的特点。本文首先介绍了重力数据处理的基本理论和方法,提出了改进的重力反演方法。在此基础上,我们利用分离之后的剩余重力异常,对青藏高原及邻区的岩石圈三维密度结构进行了反演,完成了成像工作,并结合其它地球物理和地质学研究成果,对反演结果进行了地球物理定性分析和定量解释。最后,从重力学的角度对青藏高原及邻区的地壳运动与变形特征、孕震环境等相关问题进行了探讨。本论文的主要贡献及成果:(1)重力数据处理与解释研究本文将高分辨率的地震、地球物理资料和真实可靠的地质研究结果作为先验信息,为后续重力数据的处理提供了重要约束。对重力数据进行处理,分析不同频率的重力数据,提取出不同层面的密度变化引起的重力响应段,获取了研究区域的莫霍面的变化。重力数据三维反演是非常重要的定量解释手段,应用重力观测数据可以获取地下空间三维的密度分布特征,为研究区域构造形变、运动学和动力学研究提供重要信息。同时为了提高重力数据的实际应用能力,本文提出了改进的重力反演方法,来克服因正演灵敏度矩阵条件数过大引起计算效率低下所带来的问题,有效提升了重力三维反演的计算效率。并将该方法用于获取地下空间的三维密度结构,研究区域地下空间的密度变化。(2)青藏高原及邻区的重力场特征及意义利用获得的区域重力场模型,通过数据处理方法,获取了研究区域的基本构造,结合青藏高原及邻区的地质构造背景和构造块体活动情况,以及大地测量、地震等观测资料,对研究区域的构造形式进行了定量解释。借鉴固体地球物理学、流变学、构造大地测量学的己有的模式,定性分析了青藏高原及邻区的由重力作用产生的构造格局,构造驱动力,构造环境,解释了其分布特征及其蕴含的大地构造信息。区域重力场较好地反映了研究区内主要构造单元的岩石圈深部重力场背景,区域背景之上的局部重力异常则较为详细地刻画了各构造单元之间交汇处的岩石圈构造特征。(3)青藏高原及邻区的密度结构与构造运动的关系对区域内高精度的静态和动态重力场进行了数据处理,并通过密度反演,获取了三维和四维的密度结构分布,并结合区域的地质、地球物理研究成果,对区域内的构造形变与运动特征进行分析解释。青藏高原及邻区的密度结构研究:青藏高原地壳内密度纵向上出现分层,横向上存在明显的不均匀性。分层密度结构很清晰的勾画了不同块体和深大断裂的展布;地壳内,密度异常等值线走向与地表断裂走向基本一致,其中,在上地壳深度上,区域密度变化与表层构造十分对应,展示了复杂的构造格局。青藏高原及邻区地壳密度结构为该区的地震孕育、发生和下地壳物质流动提供了约束。密度异常等值线在上地幔深度处发生了顺时针偏转,这表明青藏高原深部物质向东北方向运动时受到了柴达木盆地和四川盆地的阻碍,同时也暗示了该区的壳幔可能存在较大程度的解耦现象。70km～90km深度上,研究区内呈现为高密度、低速度异常分布,可能是由于印度板块向欧亚板块持续俯冲将青藏高原处于不断的变形和运动中,区内强大的构造挤压和高热背景使得岩石结构和性质发生了改变。局部区域密度结构研究:一是,针对2017年米林Mw 6.5地震事件,就喜马拉雅东构造结地区的介质环境和发震机制进行研究,通过震源参数、密度结构等信息,详细分析了米林地震事件,并对东构造结的演化模型与现今构造运动趋势进行了说明,认为该地区的形变特征及构造背景满足以“构造瘤”和“侵蚀”为主的演化模型,是顺时针演化与南迦巴瓦峰快速隆升的共同产物,区域内的地震危险性仍要持续关注;二是,研究青藏高原东缘地区的地震重力观测网获取的动态重力场信息,对时变重力异常的成因进行了建模分析,经过各项改正,得到剩余重力异常,结果发现其中仍含有丰富的异常信号,且不能做出成因解释;随后将剩余重力异常作重力反演,得到了四维密度扰动,结合流体力学和流变学的理论,分析认为,该区域的四维密度扰动很有可能反映了其岩石内流体的变化情况,有待进一步研究。
【图文】：

框图,研究思路,框图

采用位场分离技术获取由地球内部地壳、地幔等固有构造引起的区域场和由内部物质流动引起的地球内部构造变化产生局部重力异常。研究重力逡逑常的定量解释方法，提高计算时空效率。逡逑２．对青藏高原及邻区的大地测量、地球物理及地质资料进行分析研宄，掌逡逑区域的介质属性、块体运动变形特点，用于对该区域重力测量结果作定量逡逑的背景信息和约束条件。通过数据处理方法确定青藏高原及邻区的地壳内逡逑均匀性和构造的重力异常信息。综合区域地质和地球物理结果对异常信定性分析。最后，通过重力反演方法确定三维密度结构，对区域构造特征进逡逑量解释。逡逑３．喜马拉雅东构造结是印度板块和欧亚板块碰撞、挤压的畸点，该区域内逡逑构造复杂且具有较强横向不均匀性。确定２０１７年西藏米林Ｍｗ邋６．５级地震逡逑源参数，研究该区域孕震环境与地震成因机制，，探析东构造结的演化模４．青藏高原东缘地区现今形变特征明显，利用该地区的地震重力观测数据依时间变化的重力值。确定时变重力信号的不同影响因素，并构建模型改正。对时变重力进行综合性的解译。逡逑

分布图,青藏高原,邻区,地理特征

２．１引言逡逑本文研宄区域的范围为：北炜２０°？４５°，东经６５°？１１０°。其中包含的青藏高逡逑原是中国最大的高原，也是世界范围内地势最高的大高原（图２－１）。本章主要逡逑介绍青藏高原及邻区的大地构造及区域地质背景；对区域现今地震活动性进行逡逑统计分析；利用己有形变场，计算获取区域现今应变场；分析区域地壳运动与逡逑应变率场的特征。逡逑２．逦印度逦＆逡逑—邋＇ｙ）－．．【］逦，姻．逡逑＾邋－３０００逦２０００逦７０００逡逑６５逦７０逦７５逦８０逦８５逦９０逦９５逦１００逦１０５逦１１０逡逑经度（°Ｅ）逡逑图２－１青藏高原及邻区地理特征分布图逡逑．受欧亚板块与印度板块碰撞的影响，青藏高原及邻区具有强烈的、大规模逡逑的地壳运动。其中喜马拉雅高山北部为青藏高原，南边山带有冈底斯山，中间逡逑有唐古拉山，北边最为明显的山带属昆仑山脉。青藏高原东西长约３０００ｋｍ，西逡逑侧有两条北西向浅断裂谷，东半部有两条明显的ＮＥ向长断裂谷。东西向的昆仑逡逑山脉、天山山脉与ＮＷＷ向的祁连山和ＮＥＥ向的阿尔金山的交切格局，夹持了逡逑塔里木和柴达木两个沙漠盆地
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P631.1;P315.2

【参考文献】