华北地区重力场变化与地壳物质密度变化特征

玄松柏 申重阳 李 辉（中国地震局地震研究所地震大地测量重点实验室，武汉 430017）

华北地区重力场变化与地壳物质密度变化特征

玄松柏 申重阳 李 辉
（中国地震局地震研究所地震大地测量重点实验室，武汉 430017）

华北地区2009年以来实施的统一流动重力网由1 000多个相对重力点和11个绝对重力点组成，约以半年为周期。为了提取其趋势性变化特征及深部地壳运动机制，首先，利用最小二乘法计算了华北地区2009—2013年841个重力观测点的重力变化趋势，考虑到重力变化观测的半年周期，测点（φ，λ）的重力变化g在Δt的重力变化可以表示为：

式（1）中，A和B为一阶趋势项系数，Δt为时间，i=1和i=2分别表示年周期项和半年周期项，Ci和Di为振幅，ωi为周期。

地壳密度变化反演采用紧凑重力反演方法，其目标函数如下：

式（2）中，M为地下空间划分的块体单元数，N为观测点数，

重力变化率（图1a）显示，太行山以西的山西地区呈现负变化（图中区域A），华北平原呈现正变化（图中区域B），渤海湾南北侧呈现负变化（图中区域C）。区域A的负变化达到约－30 μGal/a（1 μGal=10-8ms-2），出现在晋冀交界的太行山地区；正变化最大值出现在河北南部地区，达30 μGal/a以上；渤海湾南北两侧的负变化亦较为明显，达－10～－20 μGal/a。基于重力场变化率，利用紧凑重力反演方法，经过10次迭代获得0～60 km的每10 km一层的分层密度变化（图1b）。密度变化主要出现在15 km层、25 km层和35 km层的山西地区、华北平原和渤海湾盆地地区，再活化的岩石圈地幔密度变化不明显。

山西断陷带10～40 km（2～4层）的负变化体现了山西断陷带NEE-SSW向的拉张效应，山西断陷带切穿Moho的深大断裂拉张作用、鄂尔多斯块体整体东向挤压作用，俯冲洋壳板片的折断与陆壳的拖拽，物质东向运动和下行导致中下地壳膨胀而密度减小，主要集中在中下地壳，幅值在约－40～－50 g/m3；华北平原主要体现为正变化，主要体现在京津冀地区和冀中南部地区。印度板块与欧亚板块碰撞和太平洋板块俯冲的相互作用致使华北平原下地幔形成环流，岩石圈地幔上隆，密度增加达到30 g/m3以上；渤海湾盆地地区的深沉基层、浅Moho以及变薄的地壳揭示了该地区地壳具有膨胀特性，这种膨胀促使地壳物质密度减小，其幅值在－20 g/m3左右。总之，华北地区地壳物质由西向东的负-正-负分布总体体现了华北地区近东西向挤压，山西带与渤海湾盆地向华北平原汇聚效应。

图1　(a)重力变化率；(b)分层密度变化