川滇地区重力异常的小波分解与解释
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重力异常小波多分辨分析
重力异常小波多分辨分析(Wavelet Multi-Resolution Analysis, WMRA)是一种用于分析重力异常数据的技术。
它基于小波变换的理论,通过分解重力异常信号的不同频率分量,提取出重力异常数据中的有用信息。
WMRA可以用来提高重力异常数据的分辨率,并且能够有效地消除噪声对重力异常信号的影响。
在重力异常小波多分辨分析中,首先对重力异常数据进行小波变换,然后利用小波分解获得不同频率分量的重力异常信号。
接着,根据不同的频率分量的信号特征,使用多分辨分析方法进行分析,从而提高重力异常数据的分辨率。
重力异常小波多分辨分析在地质勘探、矿产资源勘查、地下水资源管理等领域都有广泛的应用。
它可以用来精确定位和识别地下构造、矿体、地下水等目标,并且能够提高重力异常数据的信噪比,提高重力异常信号的可视化效果。
总之,重力异常小波多分辨分析是一种有效的分析重
力异常数据的技术,可以提高重力异常数据的分辨率和信噪比,为地质勘探、矿产资源勘查、地下水资源管理等领域提供有力的支持。
川滇地区的应力场分布特征及其地球动力学解释的
开题报告
一、研究背景和意义
应力场作为研究地震活动机理的重要参数之一,在地震预测和防灾
减灾方面具有重要的指导意义。
川滇地区是一个地震活动十分频繁的地区,近年来多次发生严重的地震灾害,如2008年四川汶川地震和2014
年云南鲁甸地震等,因此研究川滇地区应力场的分布特征及其地球动力
学解释对于防震减灾具有重要的意义。
二、研究现状和问题
目前已经有一些文献对川滇地区应力场进行了研究,通过测量和模
拟得到了该区域的应力场分布特征,但仍没有完全解释这些应力场的地
球动力学机制,因此仍需要深入研究。
三、研究内容和方法
本研究拟采用地震波、重力场和GPS运动等多种方法,结合数学建
模和地球物理解释,研究川滇地区的应力场分布特征及其地球动力学解释。
具体包括以下内容:
1.收集川滇地区的地震、重力、GPS观测数据,确定研究区域的地
质构造和地形地貌特征。
2.分析研究区域内地震活动的时空分布规律,利用震源机制分析和
应力反演等方法,得到该区域应力场的分布特征和变化趋势。
3.通过重力场测量,结合地球物理模型和地球内部物质属性的解释,研究该区域的地壳和地幔物质运动特征。
4.通过GPS运动观测,考察该区域板块运动和地形地貌变化等现象,结合地球物理力学模型,解释应力场分布特征的地球动力学机制。
四、研究预期结果
通过本研究,将得到川滇地区的应力场分布特征和变化趋势,揭示其地球动力学机制,为地震预测和防灾减灾提供科学依据。
同时,本研究对于地球物理学、地球动力学等学科的发展也具有一定的学术价值和贡献。
川滇地区2010~2013年重力变化及重力网的地震监测能力胡敏章;李辉;刘子维;郝洪涛;王青华;郑兵【期刊名称】《大地测量与地球动力学》【年(卷),期】2015(35)4【摘要】研究了当前川滇地区重力网的分形特征,发现其分形维数为1.43~1.62,对应格网距为30~60 km,具备了监测Ms5.0级以上地震的能力.选择20'(约37 kmm)的格网间距,对研究区域内2010~2013年的重力变化数据进行格网化,并分析重力变化与地震的关系.虽然经历了芦山Ms7.0级地震的能量释放,但是龙门山断裂带西南段与鲜水河断裂带东南段交叉地带仍然存在较强重力变化,对该区域的震情需继续加强监测.【总页数】5页(P616-620)【作者】胡敏章;李辉;刘子维;郝洪涛;王青华;郑兵【作者单位】中国地震局地震研究所(地震大地测量重点实验室),武汉市洪山侧路40号,430079;中国地震局地震研究所(地震大地测量重点实验室),武汉市洪山侧路40号,430079;中国地震局地震研究所(地震大地测量重点实验室),武汉市洪山侧路40号,430079;中国地震局地震研究所(地震大地测量重点实验室),武汉市洪山侧路40号,430079;云南省地震局形变测量中心,昆明市知春街249号,650000;四川省地震局测绘工程院,雅安市上坝路139号,625000【正文语种】中文【中图分类】P315【相关文献】1.混合重力监测2011年日本东北地震的日本列岛重力变化 [J], 张新林;田中爱幸;大久保修平;今西裕一2.云南地震流动重力监测网建设与映震能力分析 [J], 王青华;郝洪涛;汪健;刘少明;李忠亚;胡敏章3.利用重力卫星监测尼泊尔Ms8.1地震前后重力变化 [J], 崔立鲁;周甜;张诚;邹正波;李盼;宋哲4.陆态网络重力测网的分形特征与地震监测能力分析 [J], 韩宇飞;汪健;徐如刚;张新林;祝杰5.川滇地区陆地流动重力测网场源分辨能力评估 [J], 徐伟民;陈石;阮明明;杨锦玲;韩建成;李红蕾;卢红艳因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
丽江7.0级地震过程的重力变化与小波分析
张永志;梁伟锋;祝意青
【期刊名称】《西北地震学报》
【年(卷),期】1999(21)2
【摘要】利用小波分析方法对云南西部地区的多期重力观测资料进行了计算,并将计算前后的重力结果进行了对比分析,同时讨论了不同阶的小波分解结果的物理意义及其与地震之间的对应关系.由对应于地壳浅层物质状态变化的一阶小波分解所得结果显示,在地震前的1992~1993、1993~1994、1994~1995年等多期重力变化中震源附近都有一定的异常,特别是1995~1996年的同震变化更加明显。
而反映地球深层物质状态变化的重力二、三阶小波的分解结果虽然对地震过程有一定的响应,但不是特别明显,这与丽江7.0级地震发生在浅层(深约10km)是一致的。
【总页数】7页(P149-155)
【关键词】云南;重力变化;小波分析;地震;震级
【作者】张永志;梁伟锋;祝意青
【作者单位】中国地震局第二地形变监测中心
【正文语种】中文
【中图分类】P315.63;P315.7
【相关文献】
1.丽江地震前后重力场变化的有限矩形位错模型分析 [J], 燕乃玲;李辉;申重阳
2.重力场动态变化与汶川M_S8.0地震孕育过程 [J], 申重阳;李辉;孙少安;刘少明;玄松柏;谈洪波
3.丽江7.0级地震前后滇西实验场的重力异常变化特征 [J], 吴国华;罗增雄
4.河南范县ML4.3地震前后的重力场变化与预报过程 [J], 秦建增;李清林;郭德科;冯建林;张瑞敏;谢汝一;张晓普
5.河南范县M_L4.3地震前后的重力场变化与预报过程 [J], 秦建增;李清林;郭德科;冯建林;张瑞敏;谢汝一;张晓普
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重力异常小波多分辨分析分解阶次的确定
刁博;王家林;程顺有
【期刊名称】《地球科学:中国地质大学学报》
【年(卷),期】2007(32)4
【摘要】分解阶次的确定是重力异常小波多分辨分析中的基本问题之一.以塔里木及天山地区布格重力异常数据为例,通过讨论信号长度、小波母函数的支撑长度与分解阶次的关系,以及对比分解结果与大地水准面异常的特征,提出了分解阶次的确定方法.发现对于该重力异常数据,使用bior3.5小波,5阶小波分解细节可以避免小波母函数特征过多的干扰,其结果与相应大地水准面异常特征比较吻合,而6阶小波分解细节结果却与相应大地水准面异常特征存在较大差异.从信号处理和重力异常的地球物理意义两方面表明,恰当的小波分解阶次为5阶,更高阶次的分解结果并不合理.所使用的方法对重力异常小波分解阶次的确定是有效和易行的,为小波分析在重力场数据处理中的应用,进行了新的有益探索.
【总页数】5页(P564-568)
【关键词】小波多分辨分析;小波分解阶次;大地水准面异常;塔里木盆地
【作者】刁博;王家林;程顺有
【作者单位】同济大学海洋地质教育部重点实验室;西北大学大陆动力学教育部重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】P631.1
【相关文献】
1.西太平洋俯冲带重力异常的小波多尺度分解 [J], 胡珊
2.塔里木盆地东部重力异常离散小波多分辨分析 [J], 刁博;王家林;程顺有
3.基于二维小波多尺度分析的重力异常分解及应用 [J], 张大力;何向晨;刘家琦;侯遵泽
4.松辽盆地布格重力异常小波多尺度分解与解释 [J], 李长波;王良书;孙斌
5.长江三峡及邻区布格重力异常小波多尺度分解 [J], 李冀;熊晶
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重磁异常的小波模极大值分解及其在北衙矿区中的应用杨剑;王桥;郭镜;曾琴琴【摘要】位场数据异常存在的线性特征往往对应着地下断裂构造、不同岩性地质体的边界接触带或者其他具有一定密度或磁性差异的构造特征.对这些线性特征进行增强、提取并进行半定量地解释是重磁资料处理的主要内容.然而,位场数据中若混入噪声干扰,再利用总水平导数、总水平梯度倾斜角等方法进行高次求导运算会把噪声放大,导致提取的线性构造位置发生偏离甚至出现错误.为了获取较为准确的线性构造及边界位置,选取对噪声干扰不敏感的小波模极大值方法,将该方法用于模型试验和实际矿区数据处理中,都能较好地定位出异常体模型边界和矿体的投影边界,表明小波模极大值是一种有效的重磁异常线性特征增强与提取方法.【期刊名称】《物探化探计算技术》【年(卷),期】2019(041)004【总页数】10页(P485-494)【关键词】线性特征;小波模极大值;北衙矿区【作者】杨剑;王桥;郭镜;曾琴琴【作者单位】中国地质调查局成都地质调查中心,成都 610081;中国地质调查局成都地质调查中心,成都 610081;中国地质调查局成都地质调查中心,成都 610081;中国地质调查局成都地质调查中心,成都 610081【正文语种】中文【中图分类】P631.40 引言地球物理勘探得到的位场数据是地下不同深度层次、规模、形态的场源产生异常的叠加,不同深度地质体产生的异常叠加到区域场之上,使得观测的数据具有非线性、非平稳性的特点[1]。
在实际工作过程中,位场数据异常存在着线性特征,这往往能引起地质工作者的兴趣,由于这类异常对应着地下断裂构造、不同岩性地质体的边界接触带或者其他具有一定密度或磁性差异的构造特征。
对这些线性特征进行增强、提取并进行半定量地解释是重磁资料处理的主要内容。
然而,位场数据中若混入噪声干扰,再利用总水平导数、总水平梯度倾斜角、解析信号振幅等方法进行高次求导运算会把噪声放大,导致提取的线性构造位置发生偏离甚至出现错误[2-3]。
㊀㊀第46卷㊀第5期测㊀绘㊀学㊀报V o l.46,N o.5㊀2017年5月A c t aG e o d a e t i c ae tC a r t o g r a p h i c aS i n i c a M a y,2017引文格式:姜永涛.川滇地区地壳运动和重力场变化与强震活动的关系研究[J].测绘学报,2017,46(5):669.D O I:10.11947/j.A G C S.2017.20170007.J I A N G Y o n g t a o.S t u d y o n t h eR e l a t i o n s h i p b e t w e e nC r u s tM o v e m e n t,G r a v i t y V a r i a t i o na n dR e g i o n a l S t r o n g E a r t h q u a k e s i n S i c h u a nGY u n n a nR e g i o n[J].A c t aG e o d a e t i c a e t C a r t o g r a p h i c a S i n i c a,2017,46(5):669.D O I:10.11947/j.A G C S.2017.20170007.川滇地区地壳运动和重力场变化与强震活动的关系研究姜永涛1,21.南阳师范学院,河南南阳473061;2.长安大学地质工程与测绘学院,陕西西安710054S t u d y o nt h eR e l a t i o n s h i p b e t w e e nC r u s tM o v e m e n t,G r a v i t y V a r i a t i o na n d R e g i o n a l S t r o n g E a r t h q u a k e s i nS i c h u a nGY u n n a nR e g i o nJ I A N GY o n g t a o1,21.N a n y a n g N o r m a l U n i v e r s i t y,N a n y a n g473061,C h i n a;2.C h a n g a nU n i v e r s i t y,X i a n710054,C h i n a㊀㊀受印度板块北推碰撞欧亚大陆㊁青藏高原N E向挤压和向东挤出的动力环境控制,川滇地区地质构造结构复杂㊁地貌反差显著㊁深浅构造活动强烈㊁地震发生频度高且强度大.本论文利用区域G P S㊁全球最新地壳模型和重力场模型等数据,研究了川滇地区的位移场㊁应变场㊁岩石圈结构㊁重力场及其变化等特征,探讨它们与区域构造运动㊁地震和断层活动的关系,主要内容和结论如下:(1)利用近年多期区域G P S数据,计算分析了川滇地区的地应变时空演化特征.结果显示,面应变分布与川滇地区活动地块有一定的对应关系;在最大剪应变高值区的断裂带上鲜有地震发生,而对应于最大剪应变低值区的断裂带,由于在区域地壳运动剧烈的背景下,活动性较弱的断层更易于应变能积累,伴随有强震发生. (2)利用C R U S T1.0,基于A i r y均衡理论研究了川滇地区地壳均衡状态,并计算分析了区域均衡岩石圈深度特征.四川盆地处于地壳均衡状态,而龙门山断裂带为地壳均衡差异最显著的区域;川滇地区逆冲/正断型地震发生在地壳均衡状态变化剧烈的断裂带上,而走滑型地震则发生在均衡状态变化不明显的断裂带上.川滇地区均衡岩石圈厚度存在较大的横向差异性,与区域m o h o 起伏无明显镜像关系,其中四川盆地有厚约150k m的岩石圈根,南北地震带的岩石圈厚度较东西两侧块体要减薄近20k m.(3)利用最新超高阶重力场模型E I G E NG6C2㊁全球D E M模型t o p o_15.1.i m g和地壳模型C R U S T1.0等数据,研究了川滇地区自由空气重力异常㊁布格重力异常和剩余重力异常的分布特征.川滇地区自由空气重力异常与地形镜像关系明显,而区域布格重力异常总体特征为西北低㊁东南高,反映了川滇地区地壳厚度变化的基本格局;川滇地区剩余重力异常存在巨大的横向差异,说明壳幔密度横向差异大,反映了川滇地区构造活动强烈.近年川滇地区的逆冲/正断型地震(如汶川地震㊁芦山地震)均发生在这三种重力异常的高梯度带上,而走滑型地震(如玉树地震㊁鲁甸地震)则发生在重力异常变化较为平稳的区域.(4)利用90阶G F ZR e l e a s e05重力场模型研究了川滇地区卫星重力变化特征.2003 2012年川滇地区重力场变化剧烈,但从2006年开始区域年累积重力变化图像已形成基本格局,呈近似以川滇菱形块体为中心的 四象限分布 ,只是高㊁低值区的中心和量值存在一定的动态变化.汶川地震震前,龙门山断裂区域的卫星重力变化呈 增大G减速增大G减少 特征,且临震(震前两年)形成了平行于断裂带的重力变化梯级带;汶川地震导致2008 2009年川滇地区重力场变化呈现以龙门山断裂带为中心的 四象限分布 ,反映了强震对区域地壳运动的影响;汶川地震后,川滇地区重力场变化强烈,且区域地震活动性增强,说明汶川大震可能对其后的区域多次强震有触发作用.(5)基于向G位错理论计算了矩形断层平动和转动引起的变形地表和空间重力变化.断层的平动和转动量越大,引起的重力变化范围和量值就越大,且断层转动引起的重力大小与断层埋深成反比关系,即断层埋深越大,相应的重力变化量值就越小;宏观上,矩形断层平动引起的重力变化呈近似对称的特征,而断层转动打破了这种对称性,且转动角越大,图像的不对称性就越明显.中图分类号:P223ʒP315㊀㊀㊀㊀文献标识码:D文章编号:1001G1595(2017)05G0669G01基金项目:国家自然科学基金(41374028;41274083;41304013)和南阳师范学院高层次人才科研启动费资助收稿日期:2017G01G11作者简介:姜永涛(1985 ),男,2015年6月毕业于长安大学,获工学博士学位(指导教师:张永志教授),研究方向为地震与重力和地壳形变的关系.A u t h o r:J I A N G Y o n g t a o(1985 ),m a l e,r e c e i v e d h i s d o c t o r a l d e g r e e f r o m C h a n g a nU n i v e r s i t y o nJ u n e2015, m a j o r s i nG e o d e s y a n dS u r v e y i n g E n g i n e e r i n g.EGm a i l:1212203j i a n g@s i n a.c o m。
第41卷第1期 2021年1月地震E A R T H Q U A K EVol. 41,No. 1J a n.,2021doi: 10.12196/j. issn. 1000-3274. 2021. 01. 016基于时变重力数据的川滇地区场源模型反演和解释,郑秋月、王青华、刘东\黄江培、陈石2’3(1.云南省地震局形变测量中心,云南昆明650041 ; 2.中国地震局地球物理研究所.北京100081;3.北京白家疃地球科学国家野外观测研究站,北京100095)摘要:时变重力信号能反映地球内部介质迁移引起的不均衡变化,本文利用三维欧拉反褶积方法,通过建立合适的场源模型获得最佳反演参数.并采用水平梯度滤波法消除部分虚假发敗解,优化反演结果。
在此基础上,利用川滇地区2015—2019年流动重力重复观测资料,分析了不同时空尺度的K域重力场动态变化特征,开展对川滇地区重力变化场源特征的定性和定M研究。
结果表明:欧拉反褶积方法能有效反演重力场变化异常的场源•:维空间分布特征,反演结果与2018年12月16日四川兴文县iW s5. 7地震,2019年6月17 R长宁县M s6.0地震及同年7月4日珙县发生的M s5.6地震位置相对应,揭示了区域内的构造活动特征,为地表时变重力数据的反演和解释提供了思路和方法.同时也对捕捉与深部构造相关的地S前兆信息、开展强震中长期预测的应用研究具有现实意义。
关键词:时变重力信号;欧拉反褶积;场源模型反演;川滇地区中图分类号:P315. 7 文献标识码:A 文章编号:1000-3274(2021)01-0205-14引言重力场是地球的基本物理场之一,重力场的非潮汐时-空变化有着充分、明确的物理意 义,地震、地下水、火山活动及各种构造运动和地壳垂直形变等地球内部物质变化和地球动力学过程,都会引起一定程度的地球重力场变化1。
而地震是地壳运动和构造活动的强烈表现形式,地震的孕育是应力的持续增加到释放的过程,该过程伴随着物质运动、质 量迁移或者密度变化等,这些地球内部质量迁移引起的不均衡变化,都会引起震区周围重力场的变化。
第27卷 第5期地 震 学 报Vol.27,N o.5 2005年9月 (515~523)ACTA SEISM OLOGICA SIN ICA Sep.,2005 文章编号:0253 3782(2005)05 0515 09川滇地区重力异常的小波分解与解释*楼 海 王椿镛(中国北京100081中国地震局地球物理研究所)摘要 利用小波变换方法对四川云南及周围地区的布格重力异常进行分解.在计算中选用具有正交完备性并有较好对称性及较高消失矩的小波函数把重力异常分解为两部分.用功率谱方法对分解后异常进行分析,可知其分别表示地壳内部和更深部的密度变化.两部分异常显示出川滇地区深部与浅部的构造差异.浅层重力异常的密度填图表明: 四川盆地地壳密度较高,松潘甘孜造山带密度较低;!康滇菱形块体的密度是不均匀的;∀康滇菱形块体的边界断裂具有不同的密度特征,显示出不同的构造性质.深部重力异常的密度填图显示出与浅部相似而又不同的密度分布特征,表明川滇地区浅部与深部构造作用有所不同,两者之间可能是不完全解耦关系.本文结果还表明,地震分布不仅受断裂构造控制,也与深部密度变化有关.关键词 川滇地区 小波分析 密度填图中图分类号:P312.1 文献标识码:A引言川滇地区处于青藏高原东部边缘,是快速隆升的青藏高原与相对稳定的扬子地台的过渡带.在印度板块向北推挤的作用下,青藏高原发生物质东移,川滇地区经历了强烈的变形和断裂作用.这里是中国大陆构造活动最为强烈的地区之一,也是当代强地震发生最为频繁的地区.对于川滇地区的构造与地震活动的研究一直是国内外地质学家、地球物理学家关注的热点.从20世纪80年代以来,对于川滇地区的深部地壳结构已经进行了很多探测工作,并得到很多重要成果(熊绍柏等,1986;崔作舟等,1987;Kan et al,1986).对于川滇地区的重力资料,前人也已经进行过大量的研究(叶正仁,谢小碧,1985;蒋航,刘福生,1987;孟令顺等,1987;刘元龙等,1987;蒋福珍,方剑,2001),得到了关于Mo ho面深度,以及地壳与上地幔密度变化的很多研究成果.不过,由于资料和研究方法的限制,由重力资料得到的一些结果明显与深地震测深结果不一致.例如,用重力资料反演的M oho面深度在攀西地区明显隆起,但分别从渡口和西昌穿过攀西地区的两条深地震测深剖面(熊绍柏等,1986;崔作舟等,1987)却都显示攀西地区的Mo ho面隆起很小.因此有必要作进一步地研究.在国家基础研究发展规划项目#大陆强震机理与预测∃研究中,川滇地区是重点研究区之一,这里安排了人工地震测深(王椿镛等,2003a,b),天然地震层析成像(王椿镛等,*国家自然科学基金重点项目(403334041)资助.中国地震局地球物理研究所论著05AC1024.2004 10 28收到初稿,2005 04 14收到修改稿,2005 05 16决定采用.2002)和大地电磁测深等多项探测工程,以研究川滇地区的活动块体构造,边界断裂性质及其与强地震的关系.结合这些最新的探测研究成果,本文利用小波分析方法对川滇地区的布格重力异常进行分离,得到不同深度的密度分布图象,并进行了解释.1 方法重力场变化是地壳内部不同深度上密度分布不均匀的综合反映.分离不同深度地质体引起的重力异常,是重力资料处理解释中最困难的问题之一.以往用于重力异常分离的方法主要有趋势分析方法、向上延拓方法和滑动平均方法等,这些方法在实际应用中都有一定的效果,也都存在一些缺点.近年来发展起来的小波分析方法,在信号处理领域正在得到日益广泛地应用.侯遵泽和杨文采(1997)、侯遵泽等(1998)、李宗杰等(1997)、何继善等(1997)和杨文采等(2001)先后把小波分析方法应用于重力和航磁异常的分离和处理,得到了很有意义的结果,为重力异常的分离提出了新的途径.小波变换的定义是用满足下列条件(李世雄,刘家琦,1994):g(x )%L 2且G( )| =0=0&∋-∋|G( )|2| |d <∋(1)的平方可积函数g(x )(G( )为g(x )的傅氏变换)作为小波基函数,加上尺度参数a 和位置参数b 构成小波函数g ab (x )=|a |-1/2gx -ba(2)位场信号f (x )为L 2空间内的平方可积函数,其小波变换定义为W f (a,b)=1|a |&∋-∋f (x )g x -b a d x (3)相应的反变换为f (x )=1C&∋-∋d b &∋-∋W f (a,b)g x -b ad a (4)其中C =2 &∋-∋|G( )|| |d 对于离散数据,取离散小波函数ij =2j/2 (2j x -i) i,j %Z (5)构成L 2空间本征正交基.对于在无穷远处很快衰减的实函数f %L 2,有f (x )=(∋i=-∋(∋j=-∋W ij ij (6)其中W ij =)!ij ,f ∗=2-j /2&∋-∋f (x ) (2-j x -i)d x 如果定义一个小波尺度(scaling)函数!满足&∋-∋!(x )d x =1(7)!ji =2j/2!(2j x -i)+ j ,i , 当i −i ,,j −j ,516 地 震 学 报 27卷则f (x )可以分解为f (x )=(∋i=-∋)!0,f ∗!0(x -i)+(∋j =0(∋i=-∋) ji ,f ∗ ji (x )(8)式中,第一部分表示f (x )的光滑近似;第二部分表示细节,求和号中的每一项,代表了尺度越来越小的细节.上式构成了一个多尺度分析(M allet,1989),把f (x )表示为一系列不同尺度成分的组合.利用多尺度分析方法,可以实现重力异常中不同成分的分离.通过与信号处理中常用的Fourier 分析方法比较可知,Fo urier 分析将平稳信号分解成谐波的组合,小波分析则将非平稳信号分解为各种小波的组合.实际上,小波变换得到的是信号的一种新的等价描述.通过适当的选择小波基函数和分解尺度,可以有效地突出信号中包含的我们感兴趣的成分,以便用于进一步的处理和分析.小波基函数可以有很多种选择,在位场数据处理中,需要考虑小波基函数的一些重要性质.李健等(2001)对此进行了分析与试验.小波函数的完备正交性是多尺度分析的基本要求.正交小波可以保证多尺度分析的低阶细节不变性.小波函数的对称性直接影响信号的重构.如果具有对称性,重构算法失真小,重构信号能给出原始信号的一个很好的逼近.小波函数的消失矩(vanishing m oments)决定了小波函数逼近光滑函数时的收敛率.较高的消失矩使我们能够研究函数的高阶变化.在实际处理中,不存在正交对称小波.因而,我们在处理中,尽量选用具有较好对称性,消失矩较高的正交小波函数.2 资料与数据处理在本文的研究中,收集了川滇地区的3,.3,布格重力异常数据,其范围是97/~110/E,22/~35/N(图1).重力异常的基本特征是西北低、东南高,反映了川滇地区地壳厚度变化图1 川滇及邻近地区布格重力异常图等值线单位为10-5m/s 2的基本格局.在此之上,叠加了各种强度不等的局部异常.这些局部异常是地壳内部各种尺度密度不均匀的反映.利用多重小波分解方法,把重力异常分解为不同尺度的小波逼近和小波细节.通过对比,我们选取4阶小波逼近作为川滇地区的区域异常场(图2a).同时把2,3和4阶小波细节组合在一起,作为局部异常场(图2b).更短波长的异常成分则主要反映地表附近的密度变化,在深部地壳结构的研究中不作详细讨论.小波变换是一种数学工具,可以把重力场分解为不同尺度的成分,但不能给出各种尺度成分的地球物理意义.为了解小波分解获得的不同尺度成分的性质,我们对分解后的重力异常进行功率谱分析(Cianciara,M ar cat,1995).从517 5期 楼 海等:川滇地区重力异常的小波分解与解释统计意义上看,重力异常的径向平均对数功率谱曲线可以反映异常场源的平均深度.经过分析,我们发现2~4阶小波细节组合而成的局部异常是由深度约为28km的场源产生的,是中上地壳内密度分布不均匀引起的.区域异常则包含更深场源,包括上地幔顶界面深度变化和地壳下部及上地幔顶部密度变化引起的异常成分.图2 (a)川滇及邻近地区区域重力异常(等值线单位为10-5m/s2);(b)川滇及邻近地区局部布格重力异常(等值线单位为10-5m/s2),虚线表示负异常由于考虑到重力资料对深部场源的分辨较低,功率谱分析方法给出的场源深度信息不是精确的,只是统计意义上的估计,因而我们没有对重力异常作更详细的划分.对于局部重力异常,我们进行了沉积层改正,以消除低密度沉积层对重力异常的影响,得到浅源(中上地壳内密度变化引起的)重力异常.对于区域重力异常则进行了两项改正:首先消除M oho面起伏的重力影响.Moho面深度数据取自腾吉文等(2002)根据人工地震测深剖面资料及其它地震资料编制出的M oho界面深度图.利用Parker(1972)给出的公式计算重力效应,计算时取Mo ho面平均深度为35km,Moho界面上的密度差为0.3 Mg/m3(考虑下地壳与上地幔顶部的密度差);另一项改正是消除更深部密度不均匀的重力影响.根据Bo rw in(1983)的研究,地球深部场源的深度与地球重力场球谐表达式中的位系数有如下关系:Z=Rn+1式中,Z为场源深度,R为地球半径,n为位系数阶数.按照Borw in(1983)给出的估计公式,我们用卫星重力场模型EGM96,计算出低于50阶的卫星重力场来表示深度大于120 km的场源引起的重力异常.把M oho面起伏和更深部密度变化的重力效应从小波分解得到的区域重力异常中减去,得出反映下地壳与上地幔顶部密度不均匀的重力异常,以下我们称之为深源异常.518 地 震 学 报 27卷对于浅源和深源重力异常用视密度填图方法(Granser et al ,1989),分别反演地壳内部和深部平均密度扰动.这种平均密度扰动反映密度的相对变化,是地壳中上部和深部岩性与构造差异的反映.3 密度填图结果与解释用小波分析方法得出的局部异常和区域异常(图2a,b)有明显不同的特征.在龙门山断裂带附近,浅部重力异常梯级带为NW 方向,与龙门山断裂走向方向平行;而深部重力异常梯级带的走向方向转向为NNE 方向,与龙门山断裂有明显交角.在攀西地区,浅层异常为南北走向的正异常,深部异常则为向东南方向逐渐抬高的舌状负异常.深浅异常分布特征上的差异,反映了深浅构造的不一致性.对浅部重力异常的视密度填图(图3a)显示出中上地壳内密度的相对变化.四川盆地地壳密度较高,盆地内部密度分布具有与龙门山断裂带近似平行的条带结构特征.松潘 甘孜造山带密度相对较低.其它地区视密度变化较大.康滇菱形块体内部密度不均匀.西北部分属松潘 甘孜造山带,密度较低,攀西地区视密度有较强的变化.很明显,康滇菱形块体目前作为一个强烈活动的构造单元,是由不同性质的块体组合而成的.康滇菱形块体的边界断裂与其它一些断裂带在视密度图上具有不同的特征,显示出不同的构造特点.龙门山断裂带在视密度正负异常分布区边界附近,位于密度较高的东南一侧,反映出密度较低的松潘 甘孜造山带向东南方密度较高的四川盆地的逆掩推覆构造.根据视密度填图结果推测,龙门山断裂带在中上地壳内是向西北方向倾斜的.鲜水河断裂带处于视密度平稳的地区,断裂带两侧的密度差异不很明显,沿断裂带也没有强度较高的小局部异常存在.仔细观察可以发现,鲜水河断裂两侧的弱局部异常的分布特征是有差异的,南侧有正密度异常分布,北侧异常则为低缓的负异常.从其视密度图上可以看出,鲜水河断裂带作为松潘 甘孜造山带内部的一条大型平移韧性剪切带(许志琴等,1992),控制了断裂带两侧岩性与构造.但在区域构造压应力作用下,沿鲜水河断裂带没有发生过大规模的深部岩浆上涌活动.安宁河断裂在其视密度图中处于近南北向的正负密度分界线附近,为攀西地区高密度分布区的东界.安宁河断裂是多期岩浆活动的通道(李坪,1993),其附近的高密度区代表了沿安宁河断裂上涌的深部高密度物质.沿金沙江断裂和哀劳山 红河断裂分布着一系列局部高低密度异常,表明沿断裂有不同密度物质的重新分布,有深部高密度物质侵入到中上地壳中.在鲜水河断裂、龙门山断裂和安宁河断裂相交会的地方,密度变化比较强烈.交会处西侧为较突出的低密度区,东侧为高密度区.这可能与断裂方向的改变有关系.深层密度填图(图3b)显示出与浅层密度相似但不一致的分布特征.四川盆地在深部也是高密度区,但高密度区的位置与浅部的不同.浅部高密度区与盆地位置相同,深部高密度区则不在盆地的正下方,而是在盆地南部北纬30/附近.我们认为,这个高密度区表示盆地下方存在密度较高、比较坚硬的块体.正是这个块体阻挡了青藏高原的物质东移,使之转而向南.5195期 楼 海等:川滇地区重力异常的小波分解与解释520 地 震 学 报 27卷松藩 甘孜造山带东南端是低密度区.这与人工地震探测得出的松藩 甘孜造山带下地壳增厚、上地幔顶部Pn 速度偏低(王椿镛等,2003a)是一致的.低密度区为NNE 走向,与浅层视密度图中龙门山断裂西侧低密度区走向方向不同,范围也更大.可以认为,这个低密度区是青藏高原物质东移过程中,受到四川盆地高密度块体阻挡而在深部形成的低密度物质堆积(表现为下地壳增厚)区.攀西地区在深部与浅部一样,为高密度区,但范围较大.安宁河断裂从深部高密度区中间穿过.我们认为,这个高密度区代表了攀西古裂谷时期深部高密度物质上升过程中存留在下地壳和上地幔顶部中的成分.4 讨论我们利用小波分析方法,分离川滇地区重力异常得到的局部异常和区域异常是合理的.局部异常较好地反映了四川盆地、松藩 甘孜造山带、攀西古裂谷带的岩性构造特征.过去用平均法分离出的攀西地区区域重力异常在西昌 渡口之间有很大重力高异常区,据此反演的M oho 面深度与地震探测结果相差较大.我们用4阶小波逼近得到的区域异常反映出的Mo ho 界面深度变化特征与用地震方法获得的界面深度变化相当一致.因此,小波分析结果更合理.密度填图方法得到的研究区视密度变化,与其它地球物理方法得到的地壳物性模型也是可以对比的.人工地震测深方法得到的川西地区P 波速度结构(王椿镛等2003a,b),显示出在川西高原地区上地壳内(深度20km 以上)普遍存在着厚度为5km 左右的低速层.四川盆地内则没有这个低速层,因而川西高原地区上地壳的平均速度明显低于四川盆地内的上地壳平均速度.这与视密度填图得到的浅层密度变化(扣除四川盆地浅层沉积层影响后)是一致的.同时,地震测深结果表明,川西高原地壳厚度变化是下地壳明显加厚造成的,上地幔顶部的P 波速度也比较低.相应地,我们的深层密度变化也显示出川西高原地区为低密度.从密度填图结果看,浅部与深部密度分布不一致,反映了深浅构造的不一致性.以龙门山断裂带为例,浅部密度异常走向与地质观测到的断裂走向一致;深部密度异常走向方向与浅部异常不同,从NE 向转为NNE 向,表明龙门山断裂带与深部构造斜交.孙若昧等(1991)利用地震层析方法获得的四川地区速度分布,也显示出龙门山断裂带北段和中南段在地壳厚度、上地幔顶部速度等方面都有明显不同.这与我们的密度填图结果是一致的.熊熊和滕吉文(2002)把川滇地区深浅构造之间的不一致,归结为地壳与地幔物质运动过程的解耦.川滇地区是强震多发区,其地震发生受活动断裂控制,深度多为20km 或更浅.但从深部密度扰动图(图3b)中可以看到,强震分布也与下地壳及上地幔顶部密度扰动有关.在攀西高密度异常区的周围分布有很多强震,而高密度区中心部位则地震较少,特别是没有较大地震.沿鲜水河断裂带分布的一系列强地震,位于松藩-甘孜造山带南端低密度区内部密度发生变化的部位.近年来地震特别活跃的马边断裂正好位于攀西高密度区与四川盆地高密度区之间的过渡带上.这些现象表明,川滇地区强震活动多发生在深部密度不均匀的部位.这种部位可能代表了深部不同岩性或构造区的接合部.这里容易形成应力集中区,引起浅部脆性层发生破裂.地震分布与深部密度不均匀有关,也说明了川滇地区深浅521 5期 楼 海等:川滇地区重力异常的小波分解与解释522 地 震 学 报 27卷构造之间是有关联的,深浅构造作用是不完全解耦的.强震发生受深浅构造的共同控制.中国地质科学院张寄生研究员和国土资源部地质调查局航遥中心吴其反高级工程师为本文提供了资料和帮助,在此一并表示感谢.参 考 文 献崔作舟,卢德源,陈纪平,等.1987.攀西地区的深部地壳结构与构造[J].地球物理学报,30(6):566~580何继善,温佩琳,肖兵,等.1997.小波分析在地球物理勘探中的应用[J].中国有色金属学报,7(4):14~19侯遵泽,杨文采.1997.中国重力异常的小波变换与多尺度分析[J].地球物理学报,40(1):84~95侯遵泽,杨文采,刘家琦.1998.中国大陆地壳密度差异多尺度反演[J].地球物理学报,41(5):643~651蒋福珍,方剑.2001.康滇地区重力场分离,密度反演与地壳构造[J].地震学报,23(4):391~397蒋航,刘福生.1987.从重磁场特征探讨攀西裂谷构造[A].见:张云湘,袁学诚主编.中国攀西裂谷论文集(3)[C].北京:地质出版社,76~88李健,周云轩,许惠平.2001.重力场数据处理中小波母函数的选择[J].物探与化探,25(6):410~416李坪.1993.鲜水河小江断裂带[M].北京:地震出版社,7~21李世雄,刘家琦.1994.小波变换与反演数学基础[M].北京:地质出版社,34~118李宗杰,杨林,王勤聪.1997.二维小波变换在位场数据处理中的应用试验研究[J].石油物探,36(3):70~78刘元龙,武传珍,郑建昌.1987.攀西地区重力异常特征及裂谷问题研究[A].见:张云湘,袁学诚主编.中国攀西裂谷文集(3)[C].北京:地质出版社,90~98孟令顺,曹庆益,卢履仁,等.1987.攀西地区重力均衡异常的研究[A].见:张云湘,袁学诚主编.中国攀西裂谷文集(3)[C].北京:地质出版社,99~109孙若昧,刘福田,刘建华.1991.四川地区的地震层析成像[J].地球物理学报,34(6):708~716滕吉文,曾融生,闫雅芬,等.2002.东亚大陆及周边海域M oho界面深度分布和基本构造格局[J].中国科学,D辑,32(2):89~100王椿镛,M ooney W 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er,in upper and m iddle crust,and deep lay er ,in deep crust and upperm ost mantle,respectively.T he tw o parts o f anom alies sho w the difference between shallow and deep tectonics.The results of shallow layer apparent density mapping reveal that: T he crustal density in Sichuan basin is hig her than that in Songpan Ganzi orog enic zone;!T he density o f Kangdian r ho mbic block is heterog enous;∀The boundary faults of Kang dian block are of different density features,suggesting different tectonic significa tion.T he results of deep lay er appar ent density m apping show a sim ilar,but not the same,density distributio n pattern as the shallow results,and indicate that the tectonics of shallow and deep crust are different,they may be in a status of incom plete coupling.Our results also show that the earthquakes in this ar ea are contro lled no t only by the fracture belts and also by the deep density distribution.Key words :Sichua Yunnan r eg ion;w avelet analysis;apparent density mapping 523 5期 楼 海等:川滇地区重力异常的小波分解与解释。