重力探测在青海玉树Ms7.1级地震综合科学考察中的应用

一、成果概况

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级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Ms7.1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。

重力探测观测与研究主要对中国大陆地下精细结构及主要活动断层进行探查与研究，获取地壳密度物性结构等孕震背景环境信息，其是物理地震预报的重要基础性工作。本成果的重力剖面探测观测采用高精度重力/GPS测量方法，在地震震源区及其附近开展重力剖面探测，获取高精度重力观测数据，构建反映主要构造单元差异的地壳二维密度细化结构，获取其深浅构造分布特征。本项目成果由重力剖面探测和绝对重力观测两课题组成。重力剖面探测和绝对重力观测分别是中国地震局组织的《青海玉树7.1级地震科学考察》和《青海玉树Ms7.1级地震综合科学考察－绝对重力》部分，以玉树为中心，沿清水河－称多－玉树－囊谦一线完成测线总长约530km设置500km，有效测点219个的联测任务，测点数比任务设计要求多19个；测点间距控制在3km左右（沿北东向）；获得了玉树、西宁、西昌、姑咱共4个点位的绝对重力观测结果，各点有效测量组数均≥25，观测中误差均≤3×10－8ms－2，总体达到设计目标要求；计算得到各测点的自由空气异常和布格重力异常；利用地震测深剖面结果设置初始模型，对该剖面数据进行密度多层界面分析，获得莫霍面起伏结构；对玉树地震区及其邻区的地壳上地幔深部结构进行反演成像，获得研究区深部介质的密度结构；分析了重力异常归一化总梯度和重力均衡的基本特征。

二、主要创新点

基于类乌齐-玉树-玛多重力剖面测量结果，分析了密度界面起伏、重力异常归一化总梯度和重力均衡的基本特征。结果表明，该剖面莫霍界面起伏变化幅度约5.7km,最浅68.8km,最深74.5，平均72.8km，地壳厚度总体趋势为南西的羌塘块体大于北东的巴颜喀拉块体；玉树西南的羌塘块体下地壳存在较大尺度的低密度异常体，东北的巴颜喀拉地块清水河一带上地壳底面以下存在低密度异常体；羌塘块体与巴颜喀拉块体均衡状态迥异。该成果的主要工作如下：

1）剖面踏勘。针对高原复杂气候和地貌，对测深剖面进行野外踏勘选定，对剖面观测路线及点位进行确定。根据踏勘结果对观测方案进行优化设计，保证了本成果的科学严谨。

2）野外重力测量。野外具体测量参考国家重力勘查有关规范和地震流动重力测量、绝对重力测量有关技术规范要求执行，施测过程规范，保证测量的高精度和有效。

3）数据预处理与计算。数据处理符合国际惯例，主要参照中华人民共和国地质矿产行业标准Dz/T 0082一93《区域重力调查规范》，保证数据处理的准确性。

4）绝对重力显示，玉树站地震前后的绝对重力变化达27.2微伽；姑咱站地震前后绝对重力变化达12.9微伽。

5）地壳二维密度分布计算与解释。采用国际先进反演与模拟算法，反演计算了二维地壳密度分布，对界面反演的同步反演方法与技术进行了新的有益尝试。

这是重力探测、绝对重力观测首次纳入大震科考，达到了科考设计目标，该成果填补了重力探测在玉树震区的空白，为玉树地震深部孕震构造环境、巴颜喀拉块体近期地震活跃的深部动力背景研究提供有用参考。本项目的方案设计及数据处理在中国地震局地球物理研究所等7家单位的相关项目执行过程中得到参考利用。

通过本次项目的实施，初步明确和完善了重力剖面探测在地震应急中的作用、思路和实施技术方案，为后续地震应急提供了参考框架。取得的创新主要有：

（1）参照重力勘探规范，初步形成了地震应急重力剖面探测实施技术方案，为后续相关工作的开展积累了经验。

（2）基本完成了一整套重力剖面探测的数据处理计算思路、算法及相关程序，主要有重力异常计算、莫霍界面反演、密度结构反演算法与程序。

（3）获得了玉树、西宁、姑咱、西昌四个测站的震后绝对重力观测值。绝对重力显示，玉树站地震前后的绝对重力变化达27.2微伽；姑咱站地震前后绝对重力变化达12.9微伽。

本项目执行中所采用的技术方案及算法达到国内外同类技术的同等水平；该区域还未有公开发表的密度结构的相关研究，本成果填补了该区域重力密度研究的空白，深化了对该地区的密度结构研究，达到国内外领先水平。

图1类乌齐－玉树－清水河地壳密度分层结构

表1各绝对点绝对重力变化

图2地表同震效应

图3近场地表重力变化

三、效益及前景

重力剖面探测获取了类乌齐－花石峡重力观测数据，并对玉树地震区及其邻区的地壳上地幔深部结构进行反演成像，获得研究区深部介质的密度结构。该项目执行所取得的经验和成果在中国地震局地球物理研究所、中国科学院测量与地球物理研究所和中国地震局地震预测研究所得到了推广应用。

云南临沧-巧家及普洱-昆明重力剖面（中国地震局地球物理研究所承担）、云南镇康-罗平重力剖面（中国科学院测量与地球物理研究所承担）和四川龙泉山重力剖面（中国地震局地震预测研究所承担）实施的过程中参考了《青海玉树Ms7.1级地震综合科学考察－剖面重力探测》项目中所使用的技术设计方案，借鉴和采纳了其数据处理算法与技术，达到了预期的目标，提高了项目的完成进度。

获取的四个测站的绝对重力观测结果为剖面及区域流动重力测量提供重力控制基准，对玉树地震机制及震后地壳物质运动的了解与检核起到重要作用，已将该成果应用到2011年度地震趋势研究。该成果已用于中国地震局第二监测中心、四川地震局雅安测绘院和云南省地震局地震重力监测研究。

四、成果信息

获奖情况：2015年湖北省地震局防震减灾一等奖

项目来源：青海玉树Ms7.1级地震综合科学考察－剖面重力探测（2060302）

成果检索信息：

①申重阳,邢乐林,谈洪波,何志堂,李辉,玄松柏,杨光亮.2010玉树Ms７.１地震前后青藏高原东缘绝对重力变化,地球物理学进展,27(6):2349-2357. (核心期刊)

②Guangliang Yang,etc. Joint inversion of gravity with seismic on theprofile Riwoqe, YuShu and MaDuo, Geodesy and Geodynamics, 2011.2 (4): 21-27 . (核心期刊)

③杨光亮,申重阳,孙少安,谈洪波,玄松柏,黎哲君等. 2011.类乌齐-玉树-玛多剖面重力异常研究.大地测量与地球动力学,. 31(5):1-4/19. (核心期刊)

④Guangliang Yang,etc. 2012. Estimating moho basement and faults usinggravity inversion in Yushu. Geodesy and Geodynamics,.3(2): 8-13. (核心期刊)

⑤谈洪波，申重阳，邢乐林，李辉，陈石.玉树MS 7. 1地震同震效应模拟与绝对重力检验，中国地震，29（1）：116-113(核心期刊)

⑥Tan Hongbo，Shen Chongyang，Xing Leling，Li Hui，andChen Shi.Coseismic Effect Simulation ofYushu MS 7. 1 Earthquake andAbsoluteGravity Inspection, Earthquake Research in China，29（1）：116-113(核心期刊)

⑦玄松柏，申重阳，谈洪波，汪健，杨光亮.类乌齐-玛多剖面地壳结构与玉树7.1级地震，大地测量与地球动力学，2013，33（6）：36-39(核心期刊)

⑧王笋，申重阳.直接反演多层密度界面的方法研究,大地测量与地球动力学，2013，33（1）：17-20(核心期刊)