青藏高原東北緣和鄂爾多斯地區的均衡重力異常

樓 海 王椿鏞 劉瓊林 姚志祥

（中國地震局地球物理研究所，北京 100081）

青藏高原東北緣地區是青藏高原塊體與華北板塊和華南板塊相互作用的交匯地區。在青藏高原隆升并向北東方向擴展的過程中，與華北板塊和華南板塊發生相互碰撞、擠壓，在這里形成了強烈的構造變形和復雜的構造格局，這里也是中國大陸上強震多發的地區，己經多次發生8級和更大地震。因此，這里一直是國內外地學研究的重點關注區。在這里己經開展了大量的地質學，地震學和其它地球物理學方法的探測與研究工作，取得了很多重要的研究成果。我們研究這一地區的平衡重力異常，探討青藏高原東北緣和鄂爾多斯地區的深部構造特征和與地震活動性的關系。自然科學基金重大研究計劃“華北克拉通破壞”項目在鄂爾多斯塊體內部和周邊地區開展了流動地震臺陣觀測研究，為我們的重力學研究提供了更多的依據和約束條件。本文的研究工作也是即將開展的財政部社會公益性研究項目“中國地震科學臺陣探測-南北地震帶北段”大規模地震臺陣觀測和綜擬地球物理探測工作的預研究。研究區范圍為102°～116°E，32°～42°N，包括了青藏高原東北部和鄂爾多斯塊體及圍邊地區。采用的重力資料來源于全球重力場模型EGM2008。計算與分析中使用的地形數據取自ETOPO30數字地形數據集。

研究區布格重力的分布特征為：布格重力異常值從研究區東南部分華北盆地的約0×10-5ms-2向西減少到研究區西南角青藏高原東北緣的約－400×10-5ms-2，是研究區正好跨過中國大陸地形高程三個臺階的反映。在華北平原，布格重力異常值為0～－100×10-5ms-2，在山西，鄂爾多斯和秦嶺地區為－100～－250×10-5ms-2在青藏高原東北緣地區為－250～－400×10-5ms-2。鄂爾多斯地塊內部布格重力異常變化比較平緩，有東高西低的趨勢性變化。在鄂爾多斯地塊周圍的斷陷盆地上，布格重力異常多表現為重力低異常。河套平原地區的重力低異常尤其明顯。

在計算平衡重力異常之前，利用研究區內234個地震臺站上遠震接收函數的H-k疊加結果對地殼厚度作了統計分析，定性分析研究區地殼的結構特征。地殼厚度與臺站高程之時的按面積加權回歸分析給出研究區的平平地殼厚度40.86 km，地幔-地殼密度差506 kgm-3。分析結果還顯示，在地殼厚度小于45 km時，臺站高程與地殼厚度的分布比較集中，地殼厚度大于45 km以后，地殼厚度與臺站高程的關系很分散，表明在地殼厚度較大的地區，地殼密度結構與其他地方有明顯差異。臺站高程與地殼厚度的擬性相關關系為：D=5.28h+33.69(km)，這里D為莫霍面深度，h為地表高程。與通常計算Airy平衡異常時估計莫霍面深度的計算公式：D=4.45h+35(km)相比，有一定差異。如果把利用遠震接收函數H-k疊加方法得到的地殼厚度作為地殼的真實厚度，則這個厚度值與按Airy平衡原理根據地形高程估計的地殼厚度之時的偏差可以反映地殼的平衡補償性質。

計算平衡重力異常時采用Airy平衡原理和實驗平衡原理兩種方法分別計算了研究區內的平衡重力異常。兩種方法計算的平衡重力異常分布特征甚本相同，異常值在大多數地方相差也不大。在華北平原，山西斷塊區，鄂爾多斯地塊內部平衡異常值都不太大，都在±20×10-5ms-2范圍內，秦嶺地區的平衡重力異常在－20～－30×10-5ms-2左右，表明這些地區基本處在重力平衡狀態。在青藏高原東北部分和六盤山地區有明顯的正平衡異常，異常值達到80×10-5ms-2。平衡重力異常顯示，鄂爾多斯塊體的東邊界應該在黃河以東的離石斷裂帶。斷裂左、右兩邊平衡重力異常分別為負和正異常區。趙國澤，詹艷等根據大地電磁方給出的電性剖面也認為離石斷裂兩邊電性結構差異比較明顯，離石斷裂是鄂爾多斯塊體的東邊界。

在鄂爾多斯塊體周圍的斷陷盆地，包括河套斷陷盆地，包頭－呼和浩特盆地，渭河盆地侯馬－臨汾盆地、晉中斷陷盆地和朔州-大同盆地等，平衡重力異常都為負異常，其中，河套盆地處的平衡異常最明顯，達到－80×10-5ms-2左右，表明在這些盆地上沒有達到重力平衡狀態。

分析研究區的平衡重力異常，我們認為：鄂爾多斯地區達到平衡狀態，而在青藏高原東北部分和鄂爾多斯周邊地區由于構造作用強烈未達到平衡狀態。研究區的平衡補償作用包括地殼厚度變化和地殼密度變化兩部分。青藏高原東北部分與鄂爾多斯塊體相互作用的六盤山地區的正平衡異常是構造塊體時擠壓變形造成的，而鄂爾多斯周邊盆地的負平衡異常是鄂爾多斯塊體在青藏高原擠壓作用下逆時針旋轉形成的。