类乌齐-玉树-玛多剖面重力异常研究*

杨光亮 申重阳 孙少安 谈洪波 玄松柏 黎哲君

(1)中国地震局地震研究所，武汉 430071 2)地壳运动与地球观测实验室，武汉 430071 3)中国科学院研究生院地球科学学院地球动力学实验室，北京100039)

类乌齐-玉树-玛多剖面重力异常研究*

杨光亮1，2，3)申重阳1，2)孙少安1，2)谈洪波1，2)玄松柏1，2)黎哲君1，2)

(1)中国地震局地震研究所，武汉 430071 2)地壳运动与地球观测实验室，武汉 430071 3)中国科学院研究生院地球科学学院地球动力学实验室，北京100039)

青海玉树Ms7.1地震发生在巴彦喀拉块体的甘孜-玉树断裂带上。对跨断裂带的重力剖面测线进行了相对重力联测，对观测结果作了大气改正、极移改正、漂移改正，经平差计算后，获取了该剖面的自由空气异常;结合该区1″×1″的ASTER GDEM(2009)地形数字模型，对自由空气异常作了曲率改正、平板改正及高精度的地形改正，得到该探测剖面的完全布格重力异常。分析结果表明：从布格异常的陡变区可初步推断出与地质研究结果一致的断裂构造的位置;在玉树附近沿剖面往东北向出现地壳基底抬升现象，并在清水河附近幅度达到最大，初步推断为印度地壳的俯冲下插对青藏高原东缘的抬升作用的结果。

玉树;数字地形模型;布格重力异常;地形改正;断裂带

1 引言

青藏高原地处巨型特提斯——喜马拉雅构造域的东段，是古生代以来的地质活动区。2010年4月14日玉树Ms7.1地震所在的巴颜喀拉块体是青藏高原内部极为重要的地质构造单元，具有多类型的沉积构造、频繁的岩浆活动和变质作用，以及复杂的地质构造格局。在其北、东和南边界上先后发生了2001年昆仑山口西8.1级地震、2008年汶川8.0级地震和2010年玉树7.1级地震，地震发震频次逐渐增强，预示着该区地壳物质运移逐渐活跃。

玉树Ms7.1地震发生在巴颜喀拉块体所在的甘孜-玉树断裂带上，处于该断裂的中段，是青藏高原沿甘孜-玉树断裂向东挤出运动的结果［1］。甘孜-玉树断裂位于金沙江台缘带内，是青藏高原内部的一条大型走滑断裂带，走向为北西西-北西，倾向以北东为主，倾角近直立，是青藏高原川滇菱形块体向东挤出的北部边界，也是广义的鲜水河断裂向西北延伸的部分［2-5］。该断裂带起于四川甘孜石门坎附近，延伸至青海玉树，经冬布勒山北麓勒玛曲第四纪盆地，向西消失于西金乌兰湖，向东南与鲜水河断裂呈雁列分布［4］，其形成于早华力西期，在印支期有过强烈运动，后以推覆活动为主，是一条长期活动的断裂，第四纪以来有明显的活动特征［2］。

为获得巴颜喀拉地块深浅构造孕震环境的特点及孕震动力、形成机理，中国地震局科技发展司组织了在青海玉树地区地震、地质、重力、电磁等多学科综合剖面科学考察。其中重力剖面探测设置了类乌齐-玉树-玛多-花石峡观测剖面，该剖面基本沿214国道自南向北横跨玉树地区主要断层构造，通过对该剖面的流动重力及绝对控制点的观测可以获取该区高精度重力观测数据，构建沿剖面的反映主要构造单元差异的地壳二维密度细化结构，为探测区域三维密度分布模型的建立及为地震前兆机理解释具有重要意义。

2 重力剖面观测

重力剖面基本以玉树为中心，跨越巴颜喀拉块体，沿国道G214(类乌齐-囊谦-玉树-称多-玛多一线)布设，测点平均点距约3 km，相对重力测点总数219个，跨断层方向直线距离约500 km(图1)。该剖面西南段(类乌齐至玉树)，地形较为陡峭，高差起伏比较大;北段(玉树至玛多、清水河)，地形稍平缓，平均海拔在4 500米以上(图3)。

中国地震局地震研究所在该区布设有中国大陆构造环境监测网络、青藏高原东缘重力场变化加密监测网络及数字地震网络等区域流动重力网络，因此，本次剖面重力观测以已有重力观测网络的重力点作为基本控制点，选取以剖面沿线的6个中国大陆流动重力网基本点：花石峡、玛多、清水河、玉树、囊谦、类乌齐等作为相对重力联测基点(其中玉树为绝对点、其他点均已联测)。

考虑到地形对重力观测的影响，观测点一般选择在地表平坦、开阔的地方，并且土层或岩石尽量坚硬，尽可能避开公路、岩石开挖、崩塌、新的建筑或构筑物等地形、地貌发生变化的地方以及小溪、水库、池塘等存在密度异常的区域，同时我们收集了高精度的数字地形资料来尽可能减小地形对观测结果的影响。

图1 重力剖面测点分布Fig.1 Distribution of measuring points along gravity profile

3 重力异常计算

采用CG-5型相对重力仪观测，共获取了219个测点的重力观测值。对其分别进行仪器漂移、潮汐、极移、改正后，进行平差计算，得到各测点空间重力异常值。计算得到的重力点值精度达到33×10-8ms-2。在此基础上，对各测点的重力观测值依次进行正常重力改正、大气改正、高度改正，获得自由空气异常和完全布格改正，得到各测点的自由空气异常和布格重力异常。

其中正常重力改正(纬度改正)采用赫尔墨特(Helmert)公式：

高程改正采用：

其中Δg表示自由空间异常改正量，单位为10-5ms-2;H表示高程，单位为米。

自由空气异常计算公式为

中间层改正公式：

完全布格重力异常计算公式：

其中G表示万有引力常数，各剖面改正中取6.67× 10-8cm3/gs2;μ为平面布格板密度，选取为2.67g/ cm3;H表示高程;Δgcc为地球曲率改正，Δgcc计算公式：

其中 H为测点高程，A=1.464 139×10-3，B= 3.533 047×10-7，C=1.002 709×10-13，D= 3.002 407×10-18。

地形对重力观测值的影响由近到远快速衰减，为了减少计算量，地形改正采用有限单元法，以测点为中心按照一定距离划分近、中、远3个区域分别计算，然后累加。其中近区一般以测点为中心的2 km范围内，中区为2～20 km，远区为20～166.735 km，其重力效应的计算公式表示为：

Δg中计算时将地下介质划分为2～8个单元体，每个单元体的计算公式表示为［7］：

其中G为万有引力常数，ρT为地形密度，r为质量单元到测点的距离，X1、X2、Y1、Y2、Z1、Z2分别表示每个单元体的空间位置。

Δg外表示为［6］：

其中G为万有引力常数，ρT为地形密度，A为介质单元长度，R1、R2分别为内外区域的半径。

对观测资料的地形改正，我们采用数字地形模型ASTER GDEM 2009进行计算。该数字地形模型是2009年美国航天局(NASA)与日本经济产业省(METI)利用NASA的新一代对地观测卫星TERRA观测的结果，共同制作的星载热发射和反射辐射仪全球数字高程模型，即ASTER G-DEM地形模型。ASTER G-DEM数据采样精度达到了30 m，海拔精度为7～14 m，是目前公开的最为精确的全球地形模型。

近区(2 km内)地形我们采用了ASTER GDEM的最高精度，即1″×1″地形数据，中区(2～20 km)地形采用插值后得到的5″×5″地形数据，远区(20～166.735 km)地形则采用插值后得到的10″×10″地形数据。

通过上述公式分别计算剖面各点的地形改正量，对上述结果进行地形改正，最终获得了剖面完全布格重力异常值。

从图3的计算结果可看出，布格异常变化范围为-(467～521)×10-8ms-2。布格重力场的基本特征为东北高西南低，西南段类乌齐-囊谦-玉树段重力变化梯度较大，东北段重力变化相对较为平缓。

图2 玉树地区地形图(ASTER G-DEM 2009)Fig.2 Topographic map of Yushu area

图3 重力剖面(类乌齐-玉树-花石峡)测点高程、自由空气异常与布格重力异常Fig.3 Elevations，free air anomalies and Bouguer gravity anomalies at measuring points along gravity profile(Riwoqe-Yushu-Huashixia)

从图3中的布格重力异常分布可初步分辨出大型地质构造带的位置，如在剖面南段的囊谦附近，存在一个大型的重力梯级过渡带，地质研究［8］表明此处存在4个断裂构造，分别是澜沧江断裂带、扎那曲-着晓断裂带、杂多-上拉秀断裂带和宁嘎寺-德钦断裂。在玉树附近也存在一个布格重力的陡变带，此处正好为甘孜-玉树-风火山与杂多-上拉秀带的交汇处。

4 地震地质构造分析

为便于分析布格重力异常特征，图4对类乌齐-玉树-玛多剖面作了分段绘制。理论上类乌齐-玉树-玛多剖面的实际平均海拔是西南低，东北高，相应的，布格重力异常应为从西南至东北逐渐降低，但是实际上，仅图4(a)和图4(b)中表示的玉树以南符合这种规律，玉树以北则出现海拔和布格异常同时增加的情况，特别是在清水河东北向布格重力异常增加尤为明显，这种现象表明在玉树附近存在一个较大断裂，其左右两盘存在错动，且东北面基底高于西南面基底，特别是在清水河附近基底地层错动量达到最大。这与该区人工测深结果一致［9］。王有学等［9］根据人工地震反演获得了巴颜喀拉块体的地壳结构示意图(图5)，该结果与上述论述结论基本一致。

图4 重力剖面各段测点高程、自由空气异常与布格重力异常Fig.4 Elevations，free air anomalies and Bouguer gravity anomalies at measuring points along each segments of gravity profile

图5 地壳结构特征示意图Fig.5 Sketch of crustal structure

地震地质研究表明，甘孜-玉树断裂根据其活动性的差异可分为3段：玉树-甘孜段，活动程度最强;结隆西北-玉树段，以强烈走滑运动为主;结隆西北至拉目段，地震活动分散，且活动性较弱［4，5］。2010年4月14日玉树Ms7.1地震发生在该断裂的中部(结隆西北-玉树段)，属左旋走滑地震(图5)，在其所属的巴颜喀拉块体周围边界已先后在2001年、2008年发生8级强震，预示着该块体逐渐进入活跃期。

5 讨论与结论

综上所述，从流动重力剖面解算获得的布格重力异常分析可知，从布格异常的陡变区可初步推断出断裂构造的位置，并与实际吻合;在玉树附近沿剖面往东北向出现地壳基底开始抬升现象，并在清水河附近幅度达到最大。这是俯冲下插的印度地壳对青藏高原东缘的抬升作用的结果，研究表明羌塘、巴颜喀拉块体是青藏物质东流通道-印支通道的一部分［10，11］。

1 陈立春，等.玉树Ms7.1级地震地表破裂与历史大地震［J］.科学通报，2010，55(13)：1 200-1 205.(Chen Lichun，et al.The Ms7.1 Yushu earthquake surface rupture and large historical earthquakes on the Garze-Yushu fault［J］.Chinese Science Bulletin，2010，55(13)：1 200-1 205)

2 闻学泽.甘孜-玉树断裂带的新构造特征与地震危险估计［J］.地震地质，1985，7(3)：23-32.(Wen xueze，et al.Neotectonic features of the Ganzi-Yushu fault zone and assessment of its earthquake risk［J］.Seismology and Geology，1985，7(3)：23-32)

3 周荣军，等.甘孜-玉树断裂带的近代地震与未来地震趋势估计［J］.地震地质，1997，19(2)：l15-124.(Zhou Rongjun，et al.Recent earthquakes and assessment of seismic tendency on the Ganzi-Yushu fault zone［J］.Seismology and Geology，1997，19(2)：l15-124)

4 彭华等.甘孜-玉树断裂带第四纪活动特征［J］.地质力学学报，2006，12(3)：295-304.(Peng hua，et al.Characteristics of quaternary activities of the Ganze-Yushu fault zone［J］.Journal of Geomechanics，2006，12(3)：295-304)

5 冉洪流，何宏林.鲜水河断裂带北西段不同破裂源强震震级(M≥6.7)及复发间隔研究［J］.地球物理学报，2006，49(1)：153-161.(Ran Hongliu and He Honglin.Research on the magnitude and recurrence interval of characterized earthquakes with M≥6.7 along the north western portion of the Xianshuihe fault zone in western Sichuan，China［J］.Chinese Journal of Geophysics，2006，49(1)：153-161)

6 Kane M F.A comprehensive system of terrain corrections using a digital computer［J］.Geophysics，1962，27：455-462.

7 Nagy D.The gravitational attraction of a right rectangular prism［J］.Geophysics，1966，31：362-371.

8 李闽峰，等.玉树断裂活动性研究［J］.地震地质，1995，17 (3)：218-224.(Li Minfeng，et al.Research on activity of yushu fault［J］.Seismology and Geology，1995，17(3)：218 -224)

9 王有学，等.青海东部地壳速度结构特征研究［J］.地学前缘，2000，7(4)：568-579.(Wang Youxue，et al Study of crustal velocity structure in east Qinghai［J］.Earth Science Frontiers，2000，7(4)：568-579)

10 王阎昭，等.基于GPS资料约束反演川滇地区主要断裂现今活动速率［J］.中国科学D辑：地球科学，2008，38 (5)：582-597.(Wang Yanzhao，et al.Inversion of present-day rates of major faults of the region in Sichuan-Yunnan province constrained by GPS［J］.Science in China，2008，38(5)：582-597)

11 王刚，等.青藏高原腹地中新世从造山阶段向造高原阶段的转变及动力学机制［J］.地球物理学报，2010，53 (6)：1 384-1 398.(Wang Gang，et al.The deformation transfer from orogen stage to plateau stage in the central part of Tibetan Plateau during Miocene time and it’s tectonic mechanism［J］.Chinese Journal of Geophysics，2010，53(6)：1 384-1 398)

STUDY ON GRAVITY ANOMALY OF PROFILE RIWOQE-YUSHU-MADUO

Yang Guangliang1，2，3)，Shen Chongyang1，2)，Sun Shaoan1，2)，Tan Hongbo1，2)，Xuan Songbai1，2)and Li Zhejun1，2)

(1)Institute of Seismology，China Earthquake Administration，Wuhan 430071 2)Crustal Movement Laboratory，Wuhan 430071 3)Geodynamics Laboratory，College of Earth Sciences，Graduate University of CAS，Beijing100039)

Yushu Ms7.1 earthquake occurred in the Bayan Har block，exactly the Ganzi-Yushu fault zone.We set up a relative gravity survey lines cross the fault zone and conducted the gravity survey.We processed the raw data，such as atmospheric correction，polar motion correction，drift correction，adjustment calculation，and then obtained the free air anomaly of the profile.After the curvature correction，flat-panel and high-precision terrain correction by using the ASTER GDEM(2009)Digital terrain model(1″×1″)，we obtained a complete profile of the probe Bouguer gravity anomaly.The results show that the location of faults which consistents with the geological results as their is a sudden change zone in the Bouguer anomaly curve;the basement begins to uplift from the place near Yushu to its northeast along the profile，and the maximum rate is at Qingshuihe town.We have concluded that it is resulted from the Indian crust subducting and inserting，making the eastern edge of Qinghai-Tibet Plateau uplifting.

Yushu;GDEM;Bouguer gravity anomaly;terrain correction;fault zone

1671-5942(2011)05-0001-05

2011-03-09

中国地震局地震研究所所长重点基金(IS200916004)

杨光亮，1980年生，博士，主要从事重力场变化与地球动力学研究.E-mail：ygl@eqhb.gov.cn

P315.72+6

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