中国南海地区重力剥离对莫霍面反演的影响分析_黎晋博.pdf
《中国南海地区重力剥离对莫霍面反演的影响分析_黎晋博.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《中国南海地区重力剥离对莫霍面反演的影响分析_黎晋博.pdf(16页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、2023 年第 38 卷 第1期2023,38(1):0031-0046地球物理学进展Progress in Geophysicshttp:/wwwprogeophyscnISSN 1004-2903CN 11-2982/P黎晋博,吴桂潜,许闯,等 2023 中国南海地区重力剥离对莫霍面反演的影响分析 地球物理学进展,38(1):0031-0046,doi:10 6038/pg2023GG0083LI JinBo,WU GuiQian,XU Chuang,et al2023 Influence of gravity stripping in the South China Sea area o
2、n Moho inversion Progress in Geophysics(inChinese),38(1):0031-0046,doi:106038/pg2023GG0083中国南海地区重力剥离对莫霍面反演的影响分析Influence of gravity stripping in the South China Sea area on Moho inversion黎晋博1,吴桂潜1,许闯1,2*,陈浩朋1,鄢建国3,张兴福1LI JinBo1,WU GuiQian1,XU Chuang1,2*,CHEN HaoPeng1,YAN JianGuo3,ZHANG XingFu1收稿日期20
3、22-06-23;修回日期2022-11-01投稿网址http:/www progeophys cn基金项目国家自然科学基金(41974014,41804061)、中国科学院精密测量科学与技术创新研究院大地测量与地球动力学国家重点实验室开放基金资助项目(SKLGED2021-1-2)和广东省自然科学基金项目(2022A1515010396)联合资助第一作者简介黎晋博,男,1998 年生,在读硕士研究生,主要从事重力数据处理与反演、莫霍面精化方面研究 E-mail:lijinbo231126 com*通讯作者许闯,男,1986 年生,博士,副教授,硕士生导师,主要从事重力反演理论与方法方面研究,
4、包括壳幔结构精化、海底地形反演、断层探测等 E-mail:chuangxu gdut edu cn1 广东工业大学土木与交通工程学院测绘工程系,广州5100062 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院,大地测量与地球动力学国家重点实验室,武汉4300773 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室,武汉4300791 Department of Surveying Engineering,School of Civil and Transportation,Guangdong University of Technology,Guangzhou 510006,China2 State Key
5、Laboratory of Geodesy and Geodynamics,Institute of Precision Surveying Science and Technology Innovation,ChineseAcademy of Sciences,Wuhan 430077,China3 State Key Laboratory of Surveying,Mapping and emote Sensing Information Engineering,Wuhan University,Wuhan 430079,China摘要确定更为精细的中国南海地区莫霍面对认识该地区内部结构、
6、形成机制及相关动力学问题具有重要意义 重力剥离的精度直接影响莫霍面反演结果的质量 本文将由 XGM2019e 解算的自由空气重力扰动进行地形水深、沉积层、固体地壳密度异常和岩石圈热膨胀重力剥离,提取出莫霍面重力扰动,结合线性回归法和地震资料估计反演参数,并采用直接迭代法反演南海莫霍面模型,最后利用地震资料对反演结果进行精度评定 研究结果表明:仅顾及地形水深重力剥离的莫霍面反演结果整体精度较高,为 1.94 km;在沉积物较厚的陆坡盆地,忽略沉积层的影响可使莫霍面最大加深 6.30 km,但在沉积物较薄的南海海盆,考虑沉积层重力剥离会降低反演精度;利用 CUST1.0 进行固体地壳重力剥离会使反
7、演结果的精度降低 0.22 km,表明 CUST1.0 在南海地区并不准确;热膨胀重力剥离对反演精度的影响不大,但若忽略该效应,可能会高估AbstractDetermining more refined Moho surface in theSouth China Sea is of great significance to understand theinteriorstructure,formationmechanismandrelateddynamic problems of the region The accuracy of gravitystripping directly af
8、fects the quality of gravimetric MohoIn this paper,the topography/bathymetry,sediments,solid crustal density anomaly and thermal expansion of thelithospherearestrippedfromthefree-airgravitydisturbance derived by XGM2019e,and the Moho-sourcegravity disturbance is extracted The inversion parametersare
9、 estimated by combining the linear regression methodand seismic data,and the direct iterative method is used toinvert the Moho model of the South China Sea Finally,the seismic data is used to evaluate the accuracy of theinversion resultsThe results reveal that the overallaccuracyoftheMohodepthinvers
10、ionresultonlyconsidering the topographic/bathymetric gravity stripping isthe highest,at 1.94 km In the South China Sea basinwith thin sediments,considering the gravity stripping ofsedimentary layer will reduce the inversion accuracy UsingCUST1.0 for solid crust gravity stripping will reducethe accur
11、acy of the inversion by 0.22 km,indicating that地球物理学进展www progeophys cn2023,38(1)洋壳区的莫霍面深度 针对南海重力莫霍面研究,笔者建议:若无精细地壳资料,忽略固体地壳重力剥离;若主要关注南海海盆可忽略沉积层的影响,但应考虑热膨胀重力剥离;若研究区覆盖沉积盆地,则应考虑沉积层重力剥离,并仔细选取密度-深度函数关键词南海;重力剥离;重力扰动;莫霍面中图分类号P312,P738文献标识码Adoi:10 6038/pg2023GG0083CUST1.0 is inaccurate in the South China Se
12、a Thermalexpansion gravity stripping has little effect on the inversionaccuracy,but if this effect is ignored,the Moho depth inthe oceanic crust may be overestimated For the researchon the gravimetric Moho in the South China Sea,theauthor suggests:if there is no fine crustal data,the gravitystrippin
13、g of the solid crust should be ignored;if the mainfocus is on the South China Sea basin,the influence of thesedimentary layercanbeignored,butthethermalexpansion gravity stripping should be considered;if thestudy area covers the sedimentary basin,the Gravitystripping of sediments should be considered
14、 and thedensity-depth function chosen carefullyKeywordsSouth China Sea;Gravity stripping;Gravitydisturbance;Moho0引言中国南海地处欧亚板块、印澳板块和太平洋板块的交汇地带,因其特殊的地理位置和复杂的地质演化过程,具有大陆地壳、过渡地壳和洋壳三种地壳类型,同时形成了起伏剧烈、形状复杂的莫霍面 确定精细的南海莫霍面对了解该地区深部构造及其形成演化机制具有重要意义 近几十年来,大量学者利用地震学手段获取了丰富的南海莫霍面资料(牛雄伟等,2014;Nissen et al,1995;Yan
15、et al,2001;丘学林等,2011;卫小冬等,2011)然而,由于成本高、地震台站少且不均等原因,地震方法难以有效获取大范围区域的三维莫霍面特征除地震探测方法外,重力反演方法亦能获取莫霍面的深度和结构信息 随着卫星测高和卫星重力技术的不断发展,重力数据可以均匀覆盖全球,具有成本低、精度高、分辨率高等优势(Floberghagen etal,2011;Sandwell et al,2014;Tapley et al,2004)在地理坏境复杂、难以开展大规模地震探测的地区(如中国南海),重力方法成为获取大范围三维莫霍面结构的重要手段 重力数据质量不断提高的同时,重力反演方法也取得了长足发展
16、目前广泛使用 的 反 演 方 法 主 要 有:Parker-Oldenburg 方 法(Parker,1973;Oldenburg,1974)、Vening Meinesz-Moritz(VMM)方法(Moritz,1990)和空间域反演方法 以上反演方法各有优缺点,Parker-Oldenburg 方法基于频率域 FFT 技术迭代反演莫霍面,计算速度快,但存在反演稳定性、收敛性和地球平面近似等问题(冯娟等,2014)VMM 方法通过在球坐标下求解区域均衡问题来估计莫霍面,适用于区域或全球性研究,但过程复杂且涉及多种近似处理(Eshagh,2017)空间域方法通过最优化目标函数来反演莫霍面,方
17、便引入已知深度约束和模型约束,但计算速度较慢(冯旭亮,2019)在空间域方法中,Bott 法(Bott,1960)是一种快速反演算法,其利用布格板将重力残差的线性部分转换为模型的深度修正量,从而避免了繁重的矩阵运算 许多学者从密度函数、迭代稳定性和正演算子等不同方面来改善 Bott 法的性能(Cordell,1973;冯旭亮等,2021;关小平,1991;Silva et al,2014)关小平(1991)提出了一种简单有效的直接迭代反演法 该方法通过结合 Parker 正演法和 Bott 反演法,既避开了 Parker-Oldenburg 方法的高频放大因子,又进一步提高了 Bott 法的反
18、演效率影响重力反演莫霍面精度的另一重要因素是能否准确提取莫霍面引起的重力异常 重力异常观测值包含地球内部所有密度不均所产生的重力效应,重力异常分离的精度直接影响反演质量 一种简单的方法是采用滤波技术(纪晓琳等,2015;ajesh etal,2020;Xu et al,2018)然而,无论是位于浅部还是深部的场源都会产生全频段的重力信号,单纯的滤波处理难以准确分离莫霍面引起的重力异常另一种方法是根据先验资料计算各地质体引起的重力异常,并从观测值中逐层剥离 该方法简称重力剥离或重力校正,与滤波法相比其物理意义更明确 根据地壳均衡模型(邢健等,2014),莫霍面反演中的地形和水深重力校正是必要的,
19、而是否进行额外的重力剥离通常取决于研究区的地质条件和参考资料的准确性 因此,前人采用了不同的重力剥离程序对南海莫霍面进行了广泛研究 刘祖惠等(1983)利用实测重力资料和 sinx/x 方法编制了南海布格重力异常图和莫霍面等深图,该研究仅在珠江口外盆地考虑了 2.30 g/cm3常密度的沉积层校正 徐德琼和蒋家祯(1989)同样采用 sinx/x 方法反演了南海中北232023,38(1)黎晋博,等:中国南海地区重力剥离对莫霍面反演的影响分析(www progeophys cn)部莫霍面,并利用地质图资料进行了水层和沉积层的重力剥离 在 21 世纪之前,重力资料的分辨率较低,只能编绘粗略的南海
20、莫霍面等深线图,难以识别精细的莫霍面特征 随着卫星测高技术能够提供均匀覆盖的高分辨率海洋重力资料,更为精细的南海莫霍面模型被建立 金翔龙和高金耀(2001)利用测高大地水准面资料反演了 4 4的中国边缘海莫霍面 苏达权等(2002)使用空间重力异常和新生代沉积等厚图进行水层和沉积层重力剥离,并反演了2 2的南海莫霍面 这些研究大多基于简略的重力剥离(简单布格校正和常密度沉积物校正),且先验资料的精度也较低 Braitenberg 等(2006)利用5 5沉积物厚度模型和指数拟合深度-密度函数进行沉积层重力剥离,并利用地震控制点约束南海莫霍面反演 秦静欣等(2011)对南海空间重力异常进行完全布
21、格校正,并采用带控制点的约束反演方法估计了莫霍面深度,但没有考虑沉积层的影响 鲁宝亮等(2018)除对卫星测高重力异常进行海水和沉积层重力剥离外,还采用了最小曲率位场分离方法削弱固体地壳密度体的影响 然而,以上研究均未考虑岩石圈热膨胀的影响 Bai 等(2014)在南海莫霍面反演中考虑了沉积层、岩石圈热膨胀和压实作用的重力异常,结果表明热膨胀和压实作用引起的重力异常最大值分别为 192 mGal 和 30 mGal 吴招才等(2017)同样考虑了岩石圈热膨胀的影响,并利用控制点约束的方法反演了南海海盆莫霍面深度,结果表明 14 km 莫霍面等深线指示了洋-陆地壳边界Gozzard 等(2019
22、)在利用重力反演南海地壳厚度时发现,忽略热膨胀重力校正会高估南海地壳厚度和低估岩石圈减薄因子 此外,邢健等(2020)利用格莱尼重力异常反演了南海莫霍面,其相比利用布格重力异常的反演结果更接近地震资料以上学者反演的南海莫霍面结果在形态和精度上存在明显差异,这与采用的反演方法有关,更与进行了不同的重力剥离有关 鉴 于 此,本 文 采 用XGM2019e 模型重力扰动(Zingerle et al,2020)结合直接迭代法构建了南海莫霍面深度模型,分别定量评估了不同重力剥离(地形水深、沉积层、固体地壳密度异常和岩石圈热膨胀)情况下,南海莫霍面反演结果的精度,具体分析了南海莫霍面反演在何种情况下应进
23、行何种重力剥离,或进行重力剥离会引入多大的不确定性 本文的研究结果对揭示南海地区重力剥离特征及提高南海莫霍面反演精度具有一定的参考价值1理论方法1.1重力剥离莫霍面起伏引起的重力扰动 gmoho需要从自由空气重力扰动 gfa中逐步剥离非莫霍面源引起的重力效应,主要包括:地形水深 gb、沉积层 gs、固体地壳密度异常 gc、岩石圈热膨胀 gt、岩石圈地幔及其下部密度异常 gma和其他源 go(大气效应和地球动力学过程等)所产生的重力扰动:gmoho=gfa gb gc gt gma go,(1)其中,go通常较小(Tenzer 等(2009)研究得出大气重力效应约 1 mGal)或难以建模 因此
24、,本文忽略 go项的影响 此外,由于研究区缺乏可靠的地幔密度信息,gma通 过 截 断 重 力 场 模 型 的 低 阶 项 扣 除(Bagherbandi and Sjberg,2012)自由空气重力扰动 gfa可通过式(2)、(3)计算:gfa(r,)=GMr2nmaxn=nmin()rn(n+1)nm=nVnmYnm(,),(2)Ynm(,)=sin(m)Pnm(sin),m 0cos(m)Pnm(sin),m0,(3)其中,r,和 分别是计算点的地心距离,地心纬度和地心经度;nmin和 nmax分别为最小和最大截断阶数;GM 为地心引力常数;为地球参考半径;Vnm表示扰动位系数,Pnm(
25、sin)为 n 阶 m 次完全正常化缔合勒让德函数(1)地形水深校正全球地形水深引起的重力扰动 gb可将地形位系数 Vbnm替换式(2)中的 Vnm得到:gb(r,)=GMr2nmaxn=nmin()rn(n+1)nm=nVbnmYnm(,),(4)其中,地形位系数 Vbnm,由地形重力场模型给出(2)沉积层剥离研究区 gs、gc和 gt的计算均采用 Parker 法(Parker,1973),Wu(2016)在 Parker 法的基础上导出了双层界面正演公式:F gs,c,t(x,y,z0)=2Gek z0Nn=0(k)n1n!F s,c,t(x,y,z)(zn2(x,y)zn1(x,y),
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 中国 南海 地区 重力 剥离 莫霍面 反演 影响 分析 黎晋博
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。