華北克拉通巖石圈三維密度結(jié)構(gòu)

王新勝，方 劍，許厚澤，鄭 偉

1 中國科學(xué)院測量與地球物理研究所大地測量與地球動力學(xué)國家重點實驗室，武漢 430077

2 中國科學(xué)院研究生院，北京 100049

華北克拉通巖石圈三維密度結(jié)構(gòu)

王新勝1，2，方 劍1，許厚澤1，鄭 偉1

1 中國科學(xué)院測量與地球物理研究所大地測量與地球動力學(xué)國家重點實驗室，武漢 430077

2 中國科學(xué)院研究生院，北京 100049

顯生宙以來華北克拉通巖石圈遭到破壞，這一現(xiàn)象的科學(xué)問題已受到世界地學(xué)家廣泛關(guān)注.本文首先將地震層析成像反演得到的P波速度擾動轉(zhuǎn)化為密度擾動，以此作為初始密度模型，然后利用布格重力異常反演得到了華北克拉通巖石圈高分辨三維密度結(jié)構(gòu).為了避開大型稀疏矩陣求逆計算，提高計算效率，我們將代數(shù)重構(gòu)技術(shù)用于密度反演解算.反演結(jié)果表明：華北克拉通巖石圈密度在橫向和縱向上均存在明顯的不均勻性，密度分布形態(tài)與地表構(gòu)造格局有很好的相關(guān)性；研究區(qū)地殼整體表現(xiàn)為低密度異常，地殼以下巖石圈部分則以高密度異常為主；鄂爾多斯塊體地殼范圍內(nèi)以低密度異常為主，80～120km深度上為呈南北兩端集中分布的高密度異常，并分別與秦嶺造山帶和陰山造山帶的高密度異常分布相連，這暗示了鄂爾多斯塊體可能受到了來自其南北兩端造山帶深部動力學(xué)過程的影響；80～120km深度上，華北克拉通東部地區(qū)呈現(xiàn)出顯著的南北向非均勻的高密度異常，這表明遭到破壞后該地區(qū)上地幔物質(zhì)分布具有強(qiáng)烈的南北向非均勻性.

華北克拉通，密度結(jié)構(gòu)，巖石圈，代數(shù)重構(gòu)技術(shù)

1 引 言

自20世紀(jì)90年代早期華北巖石圈減薄概念提出以來，有關(guān)克拉通破壞的研究越來越熱.尤其是近幾年以來，國內(nèi)外地球物理、地球化學(xué)以及地質(zhì)學(xué)家針對華北克拉通破壞的相關(guān)問題開展了大量的研究工作［1－6］，使得我們對華北克拉通的深部結(jié)構(gòu)、形成及演化有了更清晰的認(rèn)識.然而，由于學(xué)科背景的差異和研究思路的不同，目前對華北克拉通的時空分布，破壞機(jī)制和地球動力學(xué)原因等問題科學(xué)家們尚存在爭議［7］.華北克拉通地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，周邊分布著陰山—燕山造山帶，祁連山造山帶和秦嶺—大別造超高壓變質(zhì)帶.華北克拉通西部為鄂爾多斯塊體及周圍盆地，中部有太行山造山帶和汾渭地塹，東部以華北盆地和郯廬斷裂帶為主.本文研究區(qū)域為郯廬斷裂帶及其以西克拉通地區(qū)，區(qū)內(nèi)地形及主要構(gòu)造如圖1所示.

目前，就華北克拉通破壞機(jī)制而言有兩種主流觀點：拆沉作用和熱侵蝕作用.無論哪種破壞機(jī)制，都涉及到了華北克拉通巖石圈物質(zhì)的運移和轉(zhuǎn)換，由此，獲得高分辨率的巖石圈結(jié)構(gòu)尤為重要.近年來，隨著地震層析成像技術(shù)的發(fā)展，人們對華北克拉通及其周邊地區(qū)地殼、上地幔速度結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量研究，并取得了一些顯著的研究成果［8－16］.與之相比，地下深部密度結(jié)構(gòu)研究成果相對較少［17］.地球內(nèi)部密度構(gòu)造繼承性對研究巖石圈內(nèi)部構(gòu)造變形和地殼物質(zhì)組分［18］起著重要作用.拆沉作用泛指由于重力的不穩(wěn)定性導(dǎo)致巖石圈地幔、大陸下地殼或大洋地殼沉入下伏軟流圈或地幔的過程［19］.巖石圈加厚迫使冷的、密度較大的巖石圈地幔沉入熱的、浮力更大的軟流圈中［20］.從這個角度來講，研究華北克拉通巖石圈密度結(jié)構(gòu)有助于進(jìn)一步探討華北克拉通的破壞機(jī)制，尤其是拆沉機(jī)制.

圖1 研究區(qū)地形及主要構(gòu)造特征（據(jù)文獻(xiàn)［23］和［32］修改）Fig.1 Topography and major geological features of the study region（Modified from Ref.［23］and［32］）

布格重力異常很好地反映了地下介質(zhì)密度的不均勻性.由于重力測量具有海陸空測量的優(yōu)勢，隨著重力衛(wèi)星技術(shù)［21－22］的發(fā)展和地面觀測資料的積累，重力資料具有分辨率高，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)好的特點.雖然重力資料具有較高的分辨率，但重力方法反演解的非唯一性很強(qiáng).為了對重力反演進(jìn)行約束，我們將地震資料引入到重力反演，以改善反演解的非唯一性.本文在地震層析成像所得高分辨P波速度結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，運用華北地區(qū)速度與密度之間的經(jīng)驗轉(zhuǎn)換關(guān)系，建立了華北克拉通巖石圈三維初始密度模型.在此基礎(chǔ)上利用布格重力異常采用代數(shù)重構(gòu)算法快速反演得到了華北克拉通巖石圈三維密度分布.

2 數(shù)據(jù)和方法

選取33°N—43°N，100°E—120°E范圍作為本文的研究區(qū)域.收集了研究區(qū)0.5°×0.5°P波三維層析成像結(jié)果［23］.馮銳等在對華北地區(qū)大量人工地震資料研究的基礎(chǔ)上提出了適合該區(qū)的波速－密度關(guān)系［24］為

利用（1）式將收集到的P波速度擾動轉(zhuǎn)換為密度擾動，并以此作為密度反演的初始模型.同時，收集了研究區(qū)5′×5′空氣重力異常資料（圖2）和30″×30″GTOPO30格網(wǎng)地形數(shù)據(jù)（圖1），經(jīng)過地形改正和布格改正得到布格重力異常.

地表實測重力異常是地下各層界面起伏和物質(zhì)密度不均勻的綜合反應(yīng).因此，研究巖石圈密度不均勻性之前，需要先將其它因素引起的重力效應(yīng)扣除掉.首先，我們收集了研究區(qū)0.5°×0.5°莫霍面和沉積層界面起伏資料，利用頻率域界面Parker正演公式［25］正演計算出莫霍面、沉積層界面起伏產(chǎn)生的重力異常.Bowin給出了場源埋深深度與重力位球諧函數(shù)階數(shù)之間的表達(dá)式［26］

式中，Z為場源埋藏深度，R為地球半徑，n為球諧函數(shù)階數(shù).利用EEGM96模型計算2～30階球諧函數(shù)對應(yīng)的長波長部分的重力異常，認(rèn)為該異常是有巖石圈以下物質(zhì)密度不均勻引起的.最后，從布格重力異常中扣除莫霍面、沉積層界面起伏產(chǎn)生的重力異常和2～30階衛(wèi)星重力異常，得到巖石圈剩余重力異常.該異?？梢哉J(rèn)為是由巖石圈密度不均勻所產(chǎn)生的，本文將依據(jù)它進(jìn)行密度反演.

模型設(shè)置：深度方向上劃分為6層，分別為10km，25km，42km，60km，80km和120km；水平方向上，上面4層劃分為0.25°×0.25°等間距格網(wǎng)，下面2層設(shè)置為0.5°×0.5°等間距格網(wǎng).這樣的模型設(shè)置方式即增加了深層塊體在地表處的異常效應(yīng)，又有效地減少了反演模型參數(shù)的個數(shù).

對于密度反演中線性方程組的求解，較常用的方法是最小二乘法［27－29］.該方法雖然能夠同時計算出分辨率矩陣和協(xié)方差矩陣，但需要對大型稀疏系數(shù)矩陣進(jìn)行求逆運算和大量的矩陣相乘運算，這不僅需要占用大量的計算機(jī)內(nèi)存空間，還大大降低了計算速度.隨著觀測技術(shù)的提高，觀測規(guī)模的擴(kuò)大和觀測資料的積累，觀測方程系數(shù)矩陣會越來越大，奇異性也會隨之增強(qiáng).為了克服以上缺點，適應(yīng)超大型稀疏系數(shù)矩陣，我們將代數(shù)重構(gòu)算法用于觀測方程的求解.該算法采用行迭代技術(shù)，對初始估計的解進(jìn)行反復(fù)修正，每次修正只針對一個觀測方程進(jìn)行，避開了大型稀疏矩陣求逆計算，有效提高了計算效率.對于密度反演觀測方程

代數(shù)重構(gòu)算法迭代反演的計算公式為

其中，ρ和g分別為密度和重力異常，G為系數(shù)矩陣，k和λ分別為迭代次數(shù)和松弛因子，λ一般介于0～2之間.代數(shù)重構(gòu)法在迭代過程中逐步改善待重建圖像ρ的初始值ρ0，每一步修正一個觀測方程，每m步迭代成為一輪迭代，修正的依據(jù)是實際觀測量值gi與對第k步迭代產(chǎn)生的圖像的假想測量值之間的差值，這個差值按一定的方式分配到圖像向量中，使圖像趨近于其最終解［30］.經(jīng)過8次迭代最終反演得到了華北地區(qū)10～120km深度范圍內(nèi)6個不同深度上的密度分布，如圖3所示.圖4為迭代過程中反演密度結(jié)果正演所得重力異常理論值與觀測值之間的均方差.圖5為最終密度結(jié)果正演的重力異常值與實測值之間的差值.

3 反演結(jié)果分析與討論

3.1 太行山造山帶、華北盆地及其周邊地區(qū)

太行山構(gòu)造帶總體為NNE走向，北部與燕山構(gòu)造帶交匯，南部與秦嶺—大別構(gòu)造帶相連，是華北及中國東部地區(qū)一條重要的構(gòu)造帶.反演結(jié)果顯示：60km以上，太行山造山帶整體以低密度異常為主，異常隨深度增加不斷減弱.同一深度上，異常大小和分布在造山帶南段、中段和北段有所差異，表明太行山造山帶巖石圈密度分布具有分段特性，這種分段特性可能說明了太行山造山帶南、北、中三段經(jīng)歷了不同的地質(zhì)過程.造山帶中部轉(zhuǎn)變?yōu)楦呙芏犬惓?，且與其東邊克拉通東部高密度異常區(qū)相連，這暗示了華北克拉通巖石圈破壞可能已經(jīng)由華北盆地延伸到該地區(qū).42km上深度上，華北盆地存在較弱的高密度異常，隨著深度增加，高密度異常范圍擴(kuò)大，異常迅速增強(qiáng).80～120km深度上，華北克拉通東部巖石圈地幔表現(xiàn)為南北非均勻的強(qiáng)烈的高密度異常，這表明該地區(qū)遭到破壞后地幔物質(zhì)分布具有強(qiáng)烈的南北向非均勻性.

圖2 空氣重力異常（mGal）Fig.2 Air gravity anomalies（mGal）

圖3 巖石圈密度異常分布（g／cm3）A－10km深度；B－25km深度；C－42km深度；D－60km深度；E－80km深度；F－120km深度.Fig.3 Density distributions of lithosphere beneath North China（g／cm3）A－10km depth；B－25km depth；C－42km depth；D－60km depth；E－80km depth；F－120km depth.

郯廬斷裂帶是我國東部一條巨型斷裂帶，整體走向為NNE，其兩側(cè)地球物理場特征有明顯的差異.我們的反演結(jié)果很好的體現(xiàn)了這一點，以斷裂帶為界，東西兩側(cè)密度異常存在明顯差異.10～42km深度上，斷裂帶為低密度異常，異常大小隨深度增加而減小.該深度上，斷裂帶西側(cè)低密度異常顯著，東側(cè)雖也顯示為低密度異常，但低密度特征明顯弱于西側(cè).60km深度上，斷裂帶密度異分布比較平緩，異常值小于0.005g／cm3.80～120km深度范圍內(nèi)，斷裂帶密度異常特征由低異常轉(zhuǎn)變?yōu)楦弋惓＃鋬蓚?cè)異常特征仍然存在明顯差異，西側(cè)異常大于東側(cè)，這表明該斷裂可能穿透了巖石圈.

3.2 鄂爾多斯塊體及其周邊地區(qū)

鄂爾多斯塊體為一相對穩(wěn)定塊體，由于該區(qū)自中、新生代以來構(gòu)造變形和巖漿強(qiáng)烈活動，形成了鄂爾多斯盆地與周邊特殊的構(gòu)造格局［31］.地殼范圍內(nèi)，鄂爾多斯塊體整體表現(xiàn)為低密度異常，不同深度上夾雜著小范圍的高密度異常.10km深度上，塊體中部有一顯著低異常區(qū)域；25km深度上，塊體北邊的呼包盆地為高密度異常；42km深度上，鄂爾多斯塊體中南部顯示為高密度異常，北部為較弱的低密度異常.接收函數(shù)研究［32］表明，鄂爾多斯塊體中部地殼厚度為41km，向北則加深至45km.由此可推斷42km深度上鄂爾多斯塊體中南部已進(jìn)入巖石圈地幔部分，從而表現(xiàn)出了高密度異常，而北部則仍然為地殼部分，因此表現(xiàn)出了低密度異常.塊體南部的渭河盆地有一小范圍的較強(qiáng)高密度區(qū)域.從60 km深度開始，鄂爾多斯塊體密度異常由低異常轉(zhuǎn)變?yōu)楦弋惓＃乙恢毖由斓綆r石圈底部，高密度特征隨深度增加明顯加強(qiáng).這與層析成像研究結(jié)果［33］相一致.60km深度上，高密度異常最大值出現(xiàn)在塊體中部，80～120km范圍內(nèi)，鄂爾多斯塊體南北兩端各出現(xiàn)一個高密度集中區(qū)域，分別與其南部的秦嶺造山帶和北部的陰山造山帶的高密度異常分布相連.鄂爾多斯塊體的這種南北特異密度異常分布可能與其受到南北兩邊秦嶺造山帶和陰山造山帶的深部動力學(xué)過程有關(guān).

圖4 迭代過程中，反演密度結(jié)果正演所得重力異常理論值與觀測值間的均方差（mGal）Fig．4 Standard deviations between gravity anomaly theoretical values forwarded from density results and gravity data during the iterations（mGal）

圖5 最終密度結(jié)果正演的重力異常值與實測值之間的差值（mGal）Fig．5 The discrepancy of gravity anomaly between forward model from final density results and observed values（mGal）

祁連塊體地殼部分為低密度異常，地殼以下巖石圈部分表現(xiàn)為高密度異常.低、高密度異常分布分別與秦嶺造山帶的低、高密度異常分布相連，而在與鄂爾多斯塊體連接處，密度異常分布則存在明顯的突變，這表明了巖石圈特性在鄂爾多斯塊體和祁連塊體及秦嶺造山帶之間存在著很大的差異.

4 結(jié) 論

4.1 華北克拉通巖石圈密度分布具有很強(qiáng)的橫向非均勻性，東、西部密度特征有所差異.密度分布形態(tài)與地表構(gòu)造形態(tài)具有很好的相關(guān)性.地殼范圍內(nèi)，華北克拉通以低密度異常為主，80～120km深度范圍內(nèi)以高密度異常為主.

4.2 鄂爾多斯塊體地殼密度異常分布具有整體性，表現(xiàn)為較弱的低密度異常.巖石圈地幔則呈現(xiàn)出南北兩端各存在一個高密度異常的態(tài)勢，這表明鄂爾多斯塊體在深部可能受到了來自南北兩端深部動力學(xué)過程的影響.

4.3 華北克拉通巖石圈減薄可能已擴(kuò)展到太行山造山帶中段，太行山造山帶巖石圈地幔密度分布具有分段特征.現(xiàn)今華北克拉通東部上地幔物質(zhì)分布具有強(qiáng)烈的南北橫向非均勻性.

4.4 隨著觀測資料分辨率的提高，重力反演觀測方程系數(shù)矩陣會越來越大.發(fā)展和完善更成熟的行迭代算法用于解算線性反演方程組，從而避開大型稀疏矩陣求逆運算，是提高反演計算效率的有效途徑.

本研究所得到的華北克拉通巖石圈三維密度結(jié)構(gòu)，為進(jìn)一步探討華北克拉通破壞作用的空間分布、機(jī)制和驅(qū)動力提供了基礎(chǔ)資料.

致 謝 特別感謝吉林大學(xué)地球探測科學(xué)與技術(shù)學(xué)院田有博士提供了本研究所用的三維P波速度結(jié)構(gòu)資料.

（References）

［1］ 鄧金福，蘇尚國，劉翠等.關(guān)于華北克拉通燕山期巖石圈減薄的機(jī)制與過程的討論：是拆沉，還是熱侵蝕和化學(xué)交代？地學(xué)前緣，2006，13（2）：105－119.Deng J F，Su S G，Liu C，et al.Discussion on the lithospheric thinning of the North China Craton：delamination？or thermal erosion and chemical metasomatism？Earth Science Frontiers（in Chinese），2006，13（2）：105－119.

［2］ 鄭建平.不同時空背景幔源物質(zhì)對比與華北深部巖石圈破壞和增生置換過程.科學(xué)通報，2009，54（14）：1990－2007.Zheng J P.Comparison of mantle－derived matierals from different spatiotemporal settings：Implications for destructive and accretional processes of the North China Craton.Chinese Sci Bull.（in Chinese），2009，54（14）：3397－3416，doi：10.1007／s11434－009－0308－y.

［3］ 嘉世旭，張先康.華北不同構(gòu)造塊體地殼結(jié)構(gòu)及其對比研究.地球物理學(xué)報，2005，48（3）：611－620.Jia S X，Zhang X K.Crustal structure and comparison of different tectonic blocks in North China.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2005，48（3）：611－620.

［4］ Tang Y J，Zhang H F，Ying J F.Asthenosphere－lithospheric mantle interaction in an extensional regime：Implication from the geochemistry of Cenozoic basalts from Taihang Mountains，North China Craton.Chemical Geology，2006，233：309－327.

［5］ Zhu R X，Zheng T Y.Destruction geodynamics of the North China Craton and its Paleoproterozoic plate tectonics.Chinese Sci Bull.，2009，54（19）：3354－3366，doi：10.1007／s11434－009－0451－5.

［6］ Chen L.Concordant structural variations from the surface to the base of the upper mantle in the North China Craton and its tectonic implications.Lithos，2010，120（1－2）：96－115.

［7］ 吳福元，徐義剛，高山等.華北巖石圈減薄與克拉通破壞研究的主要學(xué)術(shù)爭論.巖石學(xué)報，2008，24（6）：1145－1174.Wu F Y，Xu Y G，Gao S，et al.Lithospheric thinning and destruction of the North China Craton.Acta Petrologica Sinica（in Chinese），2008，24（6）：1145－1174.

［8］ 陳立華，宋仲和.華北地區(qū)地殼上地幔P波速度結(jié)構(gòu).地球物理學(xué)報，1990，33（5）：540－546.Chen L H，Song Z H.Crustal－upper mantle P wave velocity structure beneath northern China.Chinese J.Geophys.（in Chinese），1990，33（5）：540－546.

［9］ 陳國英，宋仲和，安昌強(qiáng)等.華北地區(qū)三維地殼上地幔結(jié)構(gòu).地球物理學(xué)報，1991，34（2）：172－181.Chen G Y，Song Z H，An C Q，et al.Three－dimensional crust and upper mantle structure of the North China region.Chinese J.Geophys.（in Chinese），1991，34（2）：172－181.

［10］ 段永紅，張先康，方盛明.華北地區(qū)上部地殼結(jié)構(gòu)的三維有限差分層析成像.地球物理學(xué)報，2002，45（3）：362－369.Duan Y H，Zhang X K，F(xiàn)ang S M.Three－dimensional finitedifference tomography of velocity structure of the upper crustal in north china.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2002，45（3）：362－369.

［11］ Hearn T M，Wang S Y，Ni J F，et al.Uppermost mantle velocities beneath China and surrounding regions.J.Geophys.Res.，2004，109：B11301.

［12］ 彭艷菊，黃忠賢，蘇偉等.中國大陸及鄰區(qū)海域地殼上地幔各向異性研究.地球物理學(xué)報，2007，50（3）：752－759.Peng Y J，Huang Z X，Su W，et al.Anisotropy in crust and upper mantle beneath China continent and its adjacent seas.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2007，50（3）：752－759.

［13］ Zheng T Y，Chen L，Zhao L，et al.Crust－mantle structure difference across the gravity gradient zone in North China Craton：Seismic image of the thinned continental crust.Phys.Earth Planet.Interiors，2006，159（1－2）：43－58.

［14］ Zhao L，Allen R M，Zheng T Y，et al.Reactivation of an Archean craton：Constraints from P－and S－wave tomography in North China.Geophys.Res.Lett.，2009，36：L17306，doi：10.1029／2009GL039781.

［15］ Tian Y，Zhao D P，Sun R M，et al.Seismic imaging of the crust and upper mantle beneath the North China Craton.Phys.Earth Planet.Interiors，2009，172（3－4）：169－182.

［16］ Huang Z X，Li H Y，Zheng Y J，et al.The lithosphere of North China Craton from surface wave tomography.Phys.Earth Planet.Interiors.，2009，288（1－2）：164－173.

［17］ 方劍.華北地區(qū)巖石圈三維密度分布.物化與物探，1996，23（3）：179－184.Fang J.Three－dimensional density distribution of lithosphere in North China.Geophysical ＆Geochemical Exploration（in Chinese），1996，23（3）：179－184.

［18］ Zhang Z J，Zhang X，Badal J.Composition of the crust beneath southeastern China derived from an integrated geophysical data set.J.Geophys.Res.，2008，113：B04417.

［19］ 高山，章軍鋒，許文良等.拆沉作用與華北克拉通破壞.科學(xué)通報，2009，54（14）：1962－1973.Gao S，Zhang J F，Xu W L，et al.Delamination and destruction of the North China Craton.Chinese Sci.Bull.（in Chinese），2009，54（14）：1962－1973，doi：10.1007／s11434－009－0395－9.

［20］ 高山，金振民.拆沉作用（delamination）及其殼－幔演化動力學(xué)意義.地質(zhì)科技情報，1997，16（1）：1－9.Gao S，Jin Z M.Delamination and its geodynamical significance for the crust－mantle evolution.Geological Science and Technology Information（in Chinese），1997，16（1）：1－9.

［21］ 鄭偉，許厚澤，鐘敏等.基于半解析法有效和快速估計GRACE全球重力場的精度.地球物理學(xué)報，2008，51（6）：1704－1710.Zheng W，Xu H Z，Zhong M，et al.Efficient and rapid estimation of the accuracy of GRACE global gravitational field using the semi－analytical method.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2008，51（6）：1143－1150.

［22］ 鄭偉，許厚澤，鐘敏等.GRACE衛(wèi)星關(guān)鍵載荷實測數(shù)據(jù)的有效處理和地球重力場的精確解算.地球物理學(xué)報，2009，52（8）：1966－1975.Zheng W，Xu H Z，Zhong M，et al.Effective processing of measured data from GRACE key payloads and accurate determination of Earth′s gravitational field.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2009，52（8）：1966－1975.

［23］ 田有.中國華北和美國加州地殼地震層析成像研究［博士論文］.北京：中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，2008.Tian Y.Seismic imaging beneath the North China Craton and Southern California［Ph.D.thesis］（in Chinese）.Beijing：Institute of Geology and Geophysics，Chinese Academy of Sciences，2008.

［24］ 馮銳，嚴(yán)惠芬，張若水.三維位場的快速反演方法及程序設(shè)計.地質(zhì)學(xué)報，1986，60（4）：390－403.Feng R，Yan H F，Zhang R S.The rapid inversion of 3－D potential field and program design.Acta Geologica Sinica（in Chinese），1986，60（4）：390－403.

［25］ Parker R L.The rapid calculation of potential anomalies.Geophys.J.R.Astr.Soc.，1972，31（3）：447－455.

［26］ Bowin C.Depth of principle mass anomalies contributing to the earth′s geoidal undulation and gravity anomalies.Marine Geodesy，1983，7（1）：61－100.

［27］ 方劍，許厚澤.中國及鄰區(qū)巖石層密度三維結(jié)構(gòu).地球物理學(xué)進(jìn)展，1999，14（2）：88－93.Fang J，Xu H Z.Three dimensional distribution of liothspheric density beneath the China and its adjacent region.Progress in Geophys.（in Chinese），1999，14（2）：88－93.

［28］ 方劍，許厚澤.青藏高原及其鄰區(qū)巖石層三維密度結(jié)構(gòu).地球物理學(xué)報，1997，40（5）：661－666.Fang J，Xu H Z.Three－dimensional lithospheric density structure beneath Qinghai－Tibet and its adjacent area.Chinese J.Geophys.（in Chinese），1997，40（5）：661－666.

［29］ 柯小平，王勇，許厚澤等.青藏高原地殼三維密度結(jié)構(gòu)的重力反演.地球物理學(xué)進(jìn)展，2009，24（2）：448－455.Ke X P，Wang Y，Xu H Z，et al.The three－dimensional crustal density structure of the Tibetan plateau form gravity inversion.Progress in Geophys.（in Chinese），2009，24（2）：448－455.

［30］ 鄒玉華.GPS地面臺網(wǎng)和掩星觀測結(jié)合時的時變?nèi)S電離層層析［博士論文］.武漢：武漢大學(xué)，2004.Zou Y H.A study of time－dependent 3－D ionospheric tomography with ground－based GPS network and occultation observations［Ph.D.thesis］（in Chinese）.Wuhan：Wuhan University，2004.

［31］ 滕吉文，王夫運，趙文智等.陰山造山帶—鄂爾多斯盆地巖石圈層、塊速度結(jié)構(gòu)與深層動力過程.地球物理學(xué)報，2010，53（1）：67－85.Teng J W，Wang F Y，Zhao W Z，et al.Velocity structure of layered block and deep dynamic process in the lithosphere beneath the Yinshan orogenic belt and Ordos Basin.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2010，53（1）：67－85.

［32］ Tian X B，Teng J W，Zhang H S，et al.Structure of crust and upper mantle beneath the Ordos Block and the Yinshan Mountains revealed by receiver function analysis.Physics of the Earth and Planetary Interiors，2011，184（34）：186－193.

［33］ Huang J L，Zhao D P.High－resolution mantle tomography of China and surrounding regions.J.Geophys.Res.，2006，111：B09305.

Density structure of the lithosphere beneath North China Craton

WANG Xin－Sheng1，2，F(xiàn)ANG Jian1，HSU Houtse1，ZHENG Wei1
1 State Key Laboratory of Geodesy and Earth＇s Dynamics，Institute of Geodesy and Geophysics，Chinese Academy of Sciences，Wuhan 430077，China
2 Graduate University of the Chinese Academy of Sciences，Beijing100049，China

Geoscientists all over the world paid a broad attention to the lithosphere of North China Craton（NCC），which was destructed since phanerozoic.A three dimensional P－wave velocity model obtained from seismic tomography was used to construct an initial 3Ddensity model.Then，we got high resolution three dimensional density distributions of the lithosphere in NCC by gravity inversion using bouguer gravity anomaly.In order to improve the inversion speed，Algebraic Reconstruction Technique（ART）was applied for it can avoid the large and sparse matrix inversion of observation equations by using row iterative technique.The results indicate as follows：density distributions of lithosphere beneath North China Craton are inhomogeneous both in horizontal direction and vertical direction.And the density distribution underground is coherent with surfical tectonic.In NCC crust the density anomaly is low，while itis strongly high at 80～120km depth.The Ordos block crust exhibit a low density distribution，and high density anomaly with big amplitude exists at 80～120km.The high density distribution is conjoint with the high density anomalies of Qinling and Yinshan orogen in the south and north，respectively.That may indicate that Ordos block underwent the deep dynamic process from orogen in the south and north.High density anomaly is visible beneath the mid Taihang Mountain Orogen and eastern basin region at 80～120km depth.At the same depth，remarkable high density anomalies exist beneath eastern of NCC with strong lateral heterogeneous in NS direction.It indicates that the upper mantles are inhomogeneous in NS direction beneath this region.

North China Craton，Density structure，Lithosphere，Algebraic Reconstruction Technique

10.6038／j.issn.0001－5733.2012.04.011

P315，P541

2011－06－26，2011－08－28收修定稿

國家自然科學(xué)基金項目（90814009，41131067，41004006）、中國科學(xué)院計算地球動力學(xué)重點實驗室開放基金課題（No.001）、中國國家專項項目“深部探測技術(shù)實驗與集成”（SinoProbe－02）和中國科學(xué)院知識創(chuàng)新工程重要方向青年人才項目（KZCX2－EW－QN114）聯(lián)合資助.

王新勝，男，山東人，1984年生，博士研究生，主要從事重力、地震聯(lián)合反演地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面的研究.E－mail：wxsh＠asch.whigg.ac.cn

王新勝，方劍，許厚澤等.華北克拉通巖石圈三維密度結(jié)構(gòu).地球物理學(xué)報，2012，55（4）：1154－1160，

10.6038／j.issn.0001－5733.2012.04.011.

Wang X S，F(xiàn)ang J，HSU Houtse，et al.Density structure of the lithosphere beneath North China Craton.ChineseJ.Geophys.（in Chinese），2012，55（4）：1154－1160，doi：10.6038／j.issn.0001－5733.2012.04.011.

（本文編輯 劉少華）