南口－孫河斷裂和南口山前斷裂北段斷層活動參數(shù)的重力反演

董運(yùn)洪 羅三明

（中國地震局第一監(jiān)測中心，天津 300180）

理論和觀測實踐表明，斷層位錯滑動會引起斷層周圍的局部重力場變化，利用局部重力異常可以反演斷層地質(zhì)活動參數(shù)。重復(fù)重力測量能獲取局部重力場的動態(tài)變化，利用其測量結(jié)果反演斷層的活動參數(shù)（走滑、傾滑、引張），定量化研究斷層的現(xiàn)今運(yùn)動過程，為強(qiáng)震孕育過程、機(jī)理研究探尋新的理論依據(jù)。

斷層位錯模型的反演問題是非線性問題，可用線性擾動理論和線性反演理論來處理。目前常用的兩種線性化方法是阻尼最小二乘和貝葉斯最小二乘。阻尼最小二乘通過調(diào)節(jié)阻尼因子來控制解的逼近步長，獲得非線性問題的最佳擬合解；貝葉斯最小二乘通過給定初始模型的先驗方差和直接調(diào)節(jié)解的逼近步長，獲得非線性問題的最佳擬合解。在利用局部重力異常反演斷層活動參數(shù)時，不可避免地要遇到重力數(shù)據(jù)受污染的問題，因為與斷層運(yùn)動無關(guān)的局部密度異常源都將對數(shù)據(jù)施加污染。穩(wěn)健估計著力于估值的實際抗污染性和可靠性，所以采用穩(wěn)健－貝葉斯最小二乘方法進(jìn)行反演。利用首都圈重力測網(wǎng) 1991—1999年的重復(fù)重力測量數(shù)據(jù)，用穩(wěn)健－貝葉斯最小二乘方法反演了南口-孫河斷裂、南口山前斷裂北段的活動參數(shù)（走滑、傾滑、引張）。

收集了1991—1999年首都圈地區(qū)8期流動重力測量資料。資料觀測時間分別是：1991年5月，1992年4月，1993年2月，1995年5月，1996年5月，1997年5月，1998年4月和1999年5月。

利用地質(zhì)和地球物理的成果，形成了南口-孫河斷層和南口山前斷層北段簡化的初始模型和運(yùn)動參數(shù)（表1）。

表1 活動斷層模型及初始運(yùn)動參數(shù)

從南口-孫河斷層和南口山前斷層北段運(yùn)動的時間滑動變化反演結(jié)果分析，南口-孫河斷層和南口山前斷層北段的運(yùn)動性質(zhì)均以垂直升降和走滑為主，兼有伸展特征，但運(yùn)動速率都不大，約為 1.75 mm/a。南口-孫河斷層反演的結(jié)果為左旋走滑正斷層，南口山前反演的結(jié)果為右旋走滑正斷層。

利用首都圈重力測網(wǎng)的重復(fù)重力觀測數(shù)據(jù)，結(jié)合地質(zhì)調(diào)查結(jié)果確定斷層運(yùn)動模型的初值，初步反演獲得了首都圈具有代表意義的北東向斷層（南口山前斷層北段）和北西向斷層（南口-孫河斷層）的活動參數(shù)的時間變化分布。主要結(jié)論有：

（1）反演結(jié)果顯示的斷層的運(yùn)動性質(zhì)與北京地區(qū)北東東向區(qū)域應(yīng)力場作用效果一致，即北東向斷層（南口山前斷層北段）為右旋走滑、正斷運(yùn)動，北西向斷層（南口-孫河斷層）為左旋走滑、正斷運(yùn)動。

（2）用重力數(shù)據(jù)結(jié)合地質(zhì)調(diào)查資料，利用穩(wěn)健－貝葉斯最小二乘方法是反演斷層活動參數(shù)的有效途徑之一。利用此方法，可以研究斷層的運(yùn)動特征，定量研究斷層現(xiàn)今運(yùn)動過程，研究斷裂帶構(gòu)造運(yùn)動特征及其對區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動、強(qiáng)震孕育發(fā)生的影響，可望為強(qiáng)震孕育過程、機(jī)理研究提供新依據(jù)。