六盤山地區(qū)地殼重力均衡與隆升機(jī)制研究

佘雅文付廣裕蘇小寧孟國杰祝意青郭樹松徐云馬中國地震局地震預(yù)測研究所地震預(yù)測重點實驗室，北京 100036中國地震局第二監(jiān)測中心，西安 710054

六盤山地區(qū)地殼重力均衡與隆升機(jī)制研究

佘雅文1）付廣裕1）蘇小寧1）孟國杰1）祝意青2）郭樹松2）徐云馬2）
1）中國地震局地震預(yù)測研究所地震預(yù)測重點實驗室，北京 100036
2）中國地震局第二監(jiān)測中心，西安 710054

近年來很多學(xué)者對六盤山地區(qū)的隆起機(jī)制給出了不同的見解，為了探明這一問題，利用重力數(shù)據(jù)對六盤山地區(qū)的隆起機(jī)制進(jìn)行研究。通過對該地區(qū)實測重力數(shù)據(jù)與模型重力數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)六盤山地區(qū)的隆起主要是由于青藏高原東北緣的向外延伸而造成的。

2014年8月跨越六盤山東麓斷裂帶，在長度約為200 km的剖面上展開了流動重力/GPS聯(lián)合剖面觀測。觀測結(jié)果表明，測線東端的布格重力異常約為-1.9×10-3ms-2，西端則為-2.5×10-3ms-2左右。在假設(shè)地殼均一的前提下，基于Airy均衡模型，利用布格重力異常和GPS觀測數(shù)據(jù)，分別計算了測線所在剖面的莫霍面深度與均衡面深度。發(fā)現(xiàn)六盤山地區(qū)均衡深度大于莫霍面深度，表明該區(qū)域處于正均衡異常狀態(tài)。考慮地殼分層的前提下，以研究區(qū)域地殼P波波速結(jié)構(gòu)為約束，使用布格重力異常數(shù)據(jù)反演獲取六盤山地區(qū)的地殼密度結(jié)構(gòu)（圖1）。利用上述地殼密度結(jié)構(gòu)，依舊基于Airy均衡模型，計算六盤山地區(qū)均衡面與莫霍面深度，對比顯示該區(qū)域亦處于均衡正異常狀態(tài)。

假設(shè)地殼為彈性板的前提下，利用EGM2008自由空氣重力異常和SRTM V18.1 DEM數(shù)據(jù)，在頻域下研究了以六盤山為中心的青藏高原東北緣地區(qū)的巖石圈有效彈性厚度（Te）和加載機(jī)制。使用的方法為自由空氣重力異常導(dǎo)納方法。此方法利用MTM（多窗譜分析方法）對重力數(shù)據(jù)和地形數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜估計，進(jìn)而獲取自由空氣重力異常導(dǎo)納。使用此重力導(dǎo)納與彈性板模型導(dǎo)納在波數(shù)域（k=2π/λ，k為波數(shù)，λ為波長）中擬合，從而求解巖石圈撓曲的初始加載位置和有效彈性厚度。計算結(jié)果表明六盤山地區(qū)的Te為5 km，巖石圈加載主要來自于地表，占總加載的95%。依據(jù)獲取的Te和加載狀態(tài)，計算研究區(qū)域的布格模型導(dǎo)納。使用此導(dǎo)納和頻域地形數(shù)據(jù)可計算研究區(qū)域的頻域布格重力異常，再進(jìn)行傅里葉逆變換，可得到區(qū)域的彈性板布格重力異常，進(jìn)而獲取彈性板均衡異常。此異常表明六盤山地區(qū)在假設(shè)地殼為彈性板的前提下基本處于均衡狀態(tài)。

Airy均衡異常與彈性板均衡異常的差異即是地殼分別為塑性體和彈性體的差異，此差異代表彈性地殼對其自身的承載。對比六盤山地區(qū)的Airy均衡異常和彈性板均衡異常的差異，發(fā)現(xiàn)六盤山東麓斷層處地殼承載梯度值最大（圖2），表明該斷裂帶吸收了較多的應(yīng)變能。

圖1　跨六盤山地區(qū)布格重力異常與地殼密度結(jié)構(gòu)反演結(jié)果

圖2　彈性板模型與Airy模型均衡異常的對比