重力及重力梯度联合反演青藏高原及邻区岩石圈三维密度结构

本文利用GOCEL2观测重力梯度的五个独立分量(T_(xx),T_(zz),T_(xy),T_(xz),T_(yz)),联合EGM2008地球重力场模型计算垂直重力,反演计算了青藏高原及邻区0~120 km深度岩石圈三维密度结构.将经过低阶项改正、地形效应改正、沉积层界面起伏效应改正得到的剩余重力及重力梯度异常值作为观测值,以改正剩余量归一化权重作为观测权重,基于Tikhonov正则化理论建立反演目标函数.反演过程中,利用地震层析S波速度转换密度作为初始约束,通过非等权最小二乘迭代法计算得到最终反演密度.反演结果表明:(1)40 km深度,青藏高原内部为中地壳,表现为低密度,邻区为中下地壳,表现为高密度.青藏高原内部中地壳强低密度层主要分布在高原边界.其成因是印度板块俯冲和周围坚硬块体阻挡作用导致在高原边界形成的高应变积累闭锁区,为壳内低密度软弱物质的形成提供了条件.(2)80 km深度,青藏高原上地幔顶部显示出低密度的特征.高原内部东、中、西密度特征差异明显,低密度以95°E为中心线呈东西对称分布.以班公一怒江缝合带为中心,在拉萨块体和羌塘块体内从北向南出现了"低-高-低"的密度分布起伏特征.该特征与GRACE得到的莫霍面起伏特征一致,结合大地构造结果,这种起伏特征验证了印度、羌塘块体从南北两侧分别向喜马拉雅、拉萨地块挤入的双向俯冲模式.(3)四川盆地和鄂尔多斯盆地内,地壳高密度异常较地震波速异常明显偏低,表明古老的四川盆地和鄂尔多斯盆地比想象中更冷、更坚硬.塔里木盆地和柴达木盆地内壳、幔高密度的结构特征,对应地幔物质上涌.

西准噶尔及邻区的岩石圈密度结构特征及其构造意义

对西准噶尔及周边地区壳幔结构的研究是揭示准噶尔盆地演化的重要基础。利用最新的卫星重力场模型，通过计算得到西准噶尔及周边地区的布格重力异常，进而采用三维反演技术，对西准噶尔及周边地区的地壳与上地幔顶部进行密度成像，得到了0-80 km 深度范围的密度异常结构。地壳密度分布显示古准噶尔洋壳有可能向 NE 和 NW 分别俯冲于西伯利亚板块和西准噶尔地块之下。上地幔顶部密度变化表明：阿尔泰褶皱带具有相对较低的密度，可能为古大陆巨厚的硅铝层所致；哈萨克斯坦－准噶尔盆地具有相对完整的高密度结构；天山褶皱带区域的密度大幅度变化刻画了超岩石圈断裂对岩石圈的切割以及岩石圈形变与构造活动的痕迹。

全球重力势能特征及其地质意义——基于Crust1.0模型的分析

重力势能及重力势能差是分析岩石圈内部密度变化所引起的岩石圈平均应力特征的主要方法之一.本文基于全球Crust1.0模型地壳结构,结合常密度、横向变密度和三维变密度三种不同的地幔密度模型,获得了全球尺度更为精细的重力势能及重力势能差分布特征并开展分析.研究结果表明,在北美西部、安第斯山脉、东非、青藏高原等区域表现为重力势能高,呈拉张应力状态;在洋盆、高原周围的盆地等地区表现为重力势能低,呈挤压应力状态.对比分析不同地幔密度模型结果,发现大洋地区洋壳薄,岩石圈地幔密度受构造及热影响变化较大,对重力势能影响大;大陆地区地壳厚度大,对重力势能影响大,地幔密度变化影响相对较小.采用三维变密度地幔模型获得的重力势能差分布和大地水准面异常计算获得的全球重力势能差分布具有相似特征,表明该模型的计算结果更符合全球岩石圈尺度的应力分布特征.三维变密度地幔模型计算的重力势能差显示洋中脊轴部地区趋于零,说明该处岩石圈密度变化对应力影响较小,其拉张应力与洋中脊地区地幔上涌更为相关.

地球物理观察和岩石包体约束华北岩石圈地幔结构、性质及过程

对岩石圈物理、化学结构进行多维度的高精度限定,可为其形成演化等重要基础科学问题提供可靠依据.华北深部岩石圈经历多期次复杂改造过程,导致物理、化学结构参数的改变.厘清岩石圈精细结构中各参数空间分布特征,有助于对改造范围、程度及机制进行有效制约.通过地震学、重力学及地热学综合研究,结合深源岩石包体的定深(岩石圈中的层位)、定性(化学的和物理的)和定年(形成和改造年龄)成果,文章构建了华北岩石圈地幔多维度物理、化学结构模型.研究表明:华北陆块岩石圈地幔横向上存在高度不均一性,除陆块内部的局部地区保留有太古宙-古元古代难熔、强烈交代的地幔,大部分已转变为元古代甚至显生宙饱满、弱交代的地幔.岩石圈地幔结构组成特征表明,华北东部地幔受改造强烈,甚至最终完全置换;华北中部过渡带和西部保持相对稳定,但是西南缘岩石圈受到明显改造.