華北地區重力場變化與地殼物質密度變化特征

玄松柏 申重陽 李 輝（中國地震局地震研究所地震大地測量重點實驗室，武漢 430017）

華北地區重力場變化與地殼物質密度變化特征

玄松柏 申重陽 李 輝
（中國地震局地震研究所地震大地測量重點實驗室，武漢 430017）

華北地區2009年以來實施的統一流動重力網由1 000多個相對重力點和11個絕對重力點組成，約以半年為周期。為了提取其趨勢性變化特征及深部地殼運動機制，首先，利用最小二乘法計算了華北地區2009—2013年841個重力觀測點的重力變化趨勢，考慮到重力變化觀測的半年周期，測點（φ，λ）的重力變化g在Δt的重力變化可以表示為：

式（1）中，A和B為一階趨勢項系數，Δt為時間，i=1和i=2分別表示年周期項和半年周期項，Ci和Di為振幅，ωi為周期。

地殼密度變化反演采用緊湊重力反演方法，其目標函數如下：

式（2）中，M為地下空間劃分的塊體單元數，N為觀測點數，

重力變化率（圖1a）顯示，太行山以西的山西地區呈現負變化（圖中區域A），華北平原呈現正變化（圖中區域B），渤海灣南北側呈現負變化（圖中區域C）。區域A的負變化達到約－30 μGal/a（1 μGal=10-8ms-2），出現在晉冀交界的太行山地區；正變化最大值出現在河北南部地區，達30 μGal/a以上；渤海灣南北兩側的負變化亦較為明顯，達－10～－20 μGal/a。基于重力場變化率，利用緊湊重力反演方法，經過10次迭代獲得0～60 km的每10 km一層的分層密度變化（圖1b）。密度變化主要出現在15 km層、25 km層和35 km層的山西地區、華北平原和渤海灣盆地地區，再活化的巖石圈地幔密度變化不明顯。

山西斷陷帶10～40 km（2～4層）的負變化體現了山西斷陷帶NEE-SSW向的拉張效應，山西斷陷帶切穿Moho的深大斷裂拉張作用、鄂爾多斯塊體整體東向擠壓作用，俯沖洋殼板片的折斷與陸殼的拖拽，物質東向運動和下行導致中下地殼膨脹而密度減小，主要集中在中下地殼，幅值在約－40～－50 g/m3；華北平原主要體現為正變化，主要體現在京津冀地區和冀中南部地區。印度板塊與歐亞板塊碰撞和太平洋板塊俯沖的相互作用致使華北平原下地幔形成環流，巖石圈地幔上隆，密度增加達到30 g/m3以上；渤海灣盆地地區的深沉基層、淺Moho以及變薄的地殼揭示了該地區地殼具有膨脹特性，這種膨脹促使地殼物質密度減小，其幅值在－20 g/m3左右。總之，華北地區地殼物質由西向東的負-正-負分布總體體現了華北地區近東西向擠壓，山西帶與渤海灣盆地向華北平原匯聚效應。

圖1　(a)重力變化率；(b)分層密度變化