內(nèi)蒙古阿拉善左旗MS5.8震源區(qū)及周邊重力布格異常的計算與分析

朱文武　秦　昆　王同慶　鄭智江　高艷龍　張　珂

1　中國地震局第一監(jiān)測中心，天津市耐火路7號，300180 2　中國地質(zhì)大學(xué)土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京市學(xué)院路29號，100083

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內(nèi)蒙古阿拉善左旗MS5.8震源區(qū)及周邊重力布格異常的計算與分析

朱文武1秦昆2王同慶1鄭智江1高艷龍1張珂1

1中國地震局第一監(jiān)測中心，天津市耐火路7號，300180 2中國地質(zhì)大學(xué)土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京市學(xué)院路29號，100083

利用EGM2008自由空氣重力異常數(shù)據(jù)及具有1′分辨率的DEM數(shù)據(jù)，借助FA2Boug思想，對內(nèi)蒙古阿拉善左旗MS5.8震源區(qū)及周邊(105°～110°E,36°～41°N)進(jìn)行重力布格異常值的計算，獲取了震源區(qū)及周邊的重力布格異常信息。結(jié)果表明，震源區(qū)位于重力布格異常值變化的高梯度帶上；同時，在鮮有震例的鄂爾多斯塊體內(nèi)部存在著不一致的作用力。

阿拉善左旗MS5.8地震；鄂爾多斯塊體；重力布格異常；FA2Boug；DEM

內(nèi)蒙古阿拉善盟阿拉善左旗MS5.8地震發(fā)生于2015-04-15 15：39，震中位于北緯39.78°、東經(jīng)106.34°。相關(guān)數(shù)據(jù)處理結(jié)果顯示，主震及主要余震基本分布在磴口-本井?dāng)嗔褍蓚?cè)，其中主震所在的磴口-本井?dāng)嗔盐鱾?cè)分布最多、最集中。矩張量反演結(jié)果顯示，此次地震為略帶逆沖分量的走滑型地震，地震的矩心深度約為19 km，其機(jī)制類型與周邊的構(gòu)造體系相吻合(http://www.cea-igp.ac.cn/cxdt/272066.shtml)。

Fernandez等[1]在2008年利用FA2Boug模型計算亞特蘭大-地中海過渡帶的重力布格變化異常情況，付廣裕等[2]利用該方法對2015年尼泊爾地震開展相關(guān)的研究分析工作，取得了很好的效果。本文利用最新版本(V23)的EGM2008(模型空間分辨率為5′，該模型提供高達(dá)2 160階的重力異常場球諧系數(shù)，在中國大陸上的重力異常平均精度優(yōu)于10.5 mGal)自由空氣重力異常數(shù)據(jù)，再結(jié)合具有1′網(wǎng)格分辨率的DEM數(shù)據(jù)(V18.1)，借助FA2Boug思想進(jìn)行研究區(qū)的重力布格異常計算，在此基礎(chǔ)上分析研究區(qū)內(nèi)的重力場區(qū)域特征。

1　研究區(qū)歷史震例與地質(zhì)背景

如圖1所示，巴彥烏拉山斷裂與磴口-本井?dāng)嗔阎g的區(qū)域多分布正走滑型地震[3]。本次地震的發(fā)震位置位于磴口-本井?dāng)嗔迅浇?，與該斷裂的最近距離約13 km。結(jié)合自1970年以來的歷史震例來看，以云霧山斷裂、羅山東麓斷裂、黃河-靈武斷裂、磴口-本井?dāng)嗔?、鄂爾多斯北緣斷裂、包頭斷裂為界，研究區(qū)內(nèi)大多數(shù)歷史地震的發(fā)震地點(diǎn)位于上述斷裂帶以西或以北的位置。進(jìn)一步可以看出，歷史震例的發(fā)震地點(diǎn)更多地集中于斷層附近。而在上述斷裂另一側(cè)，即在鄂爾多斯塊體內(nèi)部，歷史上幾乎沒有地震發(fā)生。

圖1　研究區(qū)歷史震例及地質(zhì)構(gòu)造Fig.1　History samples of earthquake and geological structure in the research region

2　重力布格異常值計算原理及FA2Boug數(shù)學(xué)模型

2.1重力布格異常計算原理

重力布格異常的表達(dá)式為[4]：

(1)

式中，g觀為實(shí)測重力值，g高為高度校正，g中為中間層校正，g0為理論重力值，g形為地形校正。

儀器在地面各點(diǎn)的實(shí)測重力值經(jīng)高度校正、中間層校正、參考橢球面上相應(yīng)的重力理論值改正以及地形校正后，便可得到重力布格異常信息。重力布格異常普遍顯示出與地形的相關(guān)性，山區(qū)的異常值往往為負(fù)，海洋地區(qū)的異常值則往往為正，而地殼在重力作用下的重力均衡及其補(bǔ)償運(yùn)動便構(gòu)成了地殼的各種復(fù)雜構(gòu)造運(yùn)動，導(dǎo)致地震不斷發(fā)生。

2.2FA2Boug數(shù)學(xué)模型

實(shí)質(zhì)上，EGM2008自由空氣重力異常數(shù)據(jù)已經(jīng)對g高、g中、g0進(jìn)行了改正。但正如式(1)所示，還需要進(jìn)行地形校正才能獲得重力布格值。

本文采用Fa2Boug算法[5-6]，結(jié)合DEM數(shù)據(jù)，對EGM2008自由空氣重力異常數(shù)據(jù)進(jìn)行改正，進(jìn)而獲得重力布格異常值。該算法以待計算的布格重力異常點(diǎn)位為中心，根據(jù)距離不同將其周圍的自由空氣重力異常數(shù)據(jù)/高程數(shù)據(jù)劃分為3個區(qū)域，即遠(yuǎn)區(qū)、中區(qū)、近區(qū)。以待算點(diǎn)為中心，3個區(qū)域的劃分方式如下：當(dāng)距待算點(diǎn)的距離(d)為20

1)遠(yuǎn)區(qū)：

(2)

2)中區(qū)：

(3)

3)近區(qū):

(4)

(5)

(6)

根據(jù)遠(yuǎn)、中、近區(qū)的重力布格異常計算結(jié)果，結(jié)合式(1)，得出待算點(diǎn)的最終重力異常布格值：

(7)

3　重力布格異常計算結(jié)果及分析

根據(jù)此次地震的發(fā)震地點(diǎn)，本文選擇105°～110°E、36°～41°N范圍作為研究區(qū)，在研究區(qū)內(nèi)改正后重力布格異常值約在-245～-76 mGal之間，重力異常高值區(qū)主要分布于研究區(qū)東經(jīng)108°以東的全部范圍內(nèi)，以及震中西北和東南兩側(cè)附近地區(qū)；而重力異常低值區(qū)則位于研究區(qū)西南側(cè)以及震中以北的范圍內(nèi)。在幾乎沒有歷史震例的鄂爾多斯塊體內(nèi)部，其西側(cè)重力布格異常值明顯低于東側(cè)的重力布格異常值。這說明，穩(wěn)定的鄂爾多斯塊體內(nèi)部可能存在著一定程度的擠壓和拉張作用，原因似乎是由于塊體內(nèi)部西側(cè)受到拉張的作用致使殼內(nèi)物質(zhì)密度下降，而東側(cè)則受到擠壓導(dǎo)致密度提升進(jìn)而導(dǎo)致重力布格異常值升高。

為進(jìn)一步研究重力布格異常信息與此次地震的關(guān)系，如圖2中綠色線條所示，沿著與磴口-本井?dāng)嗔汛怪狈较蚶L制一條剖面(圖3)，該剖面恰好經(jīng)過本次地震的發(fā)震地點(diǎn)，其中紅色五星代表此次地震的發(fā)震位置。結(jié)合圖2、圖3可以看出，震中位置與研究區(qū)磴口-本井?dāng)嗔丫嚯x最近，而重力布格異常的變化在該斷裂帶的兩側(cè)呈現(xiàn)出高梯度的變化特征。這在一定程度上說明，重力布格異常特征可以反映與斷裂構(gòu)造相關(guān)的地殼內(nèi)剩余密度異常體的分布情況。

圖2　研究區(qū)重力布格異常計算結(jié)果Fig.2　Calculation of Bouguer anomaly in research region

圖3　重力異常計算結(jié)果剖面圖Fig.3　Profile of Bouguer anomly results

4　結(jié)　語

本次地震發(fā)震地點(diǎn)位于重力布格異常值變化的高梯度帶上，因此建議在研究區(qū)內(nèi)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注斷裂帶附近和斷裂帶以西、以北重力布格異常梯度變化較大的區(qū)域。結(jié)合歷史震例可以看出，研究區(qū)內(nèi)地震的發(fā)生地點(diǎn)多位于斷裂帶上，或位于斷裂帶以西、以北的位置。相反，在鄂爾多斯塊體內(nèi)部，即在研究區(qū)內(nèi)西至銀川、東至榆林、南至桐川、北至包頭，東西長近250 km、南北長近600 km

的范圍內(nèi)鮮有地震發(fā)生，且最大震級也僅為4.2級。然而從重力布格異常的計算結(jié)果可以看出，即使在相對穩(wěn)定的鄂爾多斯塊體內(nèi)部，重力布格異常信息仍呈現(xiàn)相反的兩種態(tài)勢，這說明塊體內(nèi)部也存在不一致的作用力。

[1]Fernandez M, Fullea J, Zeyen H. FA2Boug-A FORTRAN 90 Code to Compute Bouguer Gravity Anomalies from Gridded Free Air Anomalies: Application to the Atlantic-Mediterranean Transition Zone[J]. Computers & Geosciences, 2008, 34(12):1 665-1 681

[2]付廣裕, 高尚華, 張國慶, 等. 2015年尼泊爾MS8.1地震的地殼重力均衡背景與地表形變響應(yīng)特征[J]. 地球物理學(xué)報,2015,58(6):1 900-1 908(Fu Guangyu, Gao Shanghua, Zhang Guoqing, et al. Gravitational Isostasy Background and Surface Deformation Response Characteristics of the 2015 Nepal MS8.1 Earthquake[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2015,58(6):1 900-1 908)

[3]韓曉明，劉芳，胡博，等. 河套地震帶的震源機(jī)制類型時空分布特征[J].吉林大學(xué)學(xué)報：地球科學(xué)版,2015(2):592-601(Han Xiaoming, Liu Fang, Hu Bo,et al. Space-Time Distribution Characteristics of the Focal Mechanism Type in Hetao Seismic Belt[J].Journal of Jilin Unviersity：Earth Science Edition,2015(2):592-601)

[4]周友華. 布格異常及均衡異常物理意義的探討[J].西北地震學(xué)報,1995,17(2):84-86(Zhou Youhua. Discussion of Significance of Bouguer Anomly and Residual Anomly[J]. Northwestern Seismological Journal, 1995,17(2):84-86)

[5]Kane M F. A Comprehensive System of Terrain Corrections Using a Digital Computer[J]. Geophysics,1962, 27 (4):445-462

[6]Lopez H R B.FORTRAN Program for Automatic Terrain Correction on Gravity Measurements[J]. Computers & Geosciences, 1990, 16 (2):237-244

About the first author:ZHU Wenwu,postgraduate, majors in process and analysis of deformation data, E-mail:fmccea@163.com.

Calculation and Analysis of Bouguer Anomaly in Alxa Left Banner MS5.8 Epicenter and Sourrounding Regions of Inner-Mongolia

ZHUWenwu1QINKun2WANGTongqing1ZHENGZhijiang1GAOYanlong1ZHANGKe1

1First Crust Monitoring and Application Center, CEA, 7 Naihuo Road,Tianjin 300180, China 2School of Land Science and Technology, China University of Geosciences, 29 Xueyuan Road,Beijing 100083, China

The gravity Bouguer anomaly values in Alxa Left Banner MS5.8 epicenter and surrounding regions of Inner-Mongolia (105°-110°E,36°-41°N) are obtained using the FA2Boug algorithm with EGM2008 free-air gravity anomaly and DEM data. The results show that the epicenter locates at the high gradient brand of the gravity Bouguer anomaly, and there exists different forces inside the Erdos block.

Alxa Left Banner MS5.8 earthquake; Erdos block; gravity Bouguer anomaly; FA2Boug; DEM

Combination Project with Monitoring, Prediction and Scientific Research of Earthquake Technology, CEA, No.163304; Science and Technology Basic Work Program, Ministry of Science and Technology of the People’s Republic of China,No.2015FY210400.

2015-09-28

朱文武，碩士生，研究方向?yàn)橹亓?、水?zhǔn)等形變數(shù)據(jù)處理與分析，E-mail:fmccea@163.com。

10.14075/j.jgg.2016.10.002

1671-5942(2016)010-0851-03

P223

A

項(xiàng)目來源：中國地震局三結(jié)合課題(163304)；國家科技部科技基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)(2015FY210400)。