内蒙古阿拉善左旗MS5.8震源区及周边重力布格异常的计算与分析

朱文武　秦　昆　王同庆　郑智江　高艳龙　张　珂

1　中国地震局第一监测中心，天津市耐火路7号，300180 2　中国地质大学土地科学技术学院，北京市学院路29号，100083



内蒙古阿拉善左旗MS5.8震源区及周边重力布格异常的计算与分析

朱文武1秦昆2王同庆1郑智江1高艳龙1张珂1

1中国地震局第一监测中心，天津市耐火路7号，300180 2中国地质大学土地科学技术学院，北京市学院路29号，100083

利用EGM2008自由空气重力异常数据及具有1′分辨率的DEM数据，借助FA2Boug思想，对内蒙古阿拉善左旗MS5.8震源区及周边(105°～110°E,36°～41°N)进行重力布格异常值的计算，获取了震源区及周边的重力布格异常信息。结果表明，震源区位于重力布格异常值变化的高梯度带上；同时，在鲜有震例的鄂尔多斯块体内部存在着不一致的作用力。

阿拉善左旗MS5.8地震；鄂尔多斯块体；重力布格异常；FA2Boug；DEM

内蒙古阿拉善盟阿拉善左旗MS5.8地震发生于2015-04-15 15：39，震中位于北纬39.78°、东经106.34°。相关数据处理结果显示，主震及主要余震基本分布在磴口-本井断裂两侧，其中主震所在的磴口-本井断裂西侧分布最多、最集中。矩张量反演结果显示，此次地震为略带逆冲分量的走滑型地震，地震的矩心深度约为19 km，其机制类型与周边的构造体系相吻合(http://www.cea-igp.ac.cn/cxdt/272066.shtml)。

Fernandez等[1]在2008年利用FA2Boug模型计算亚特兰大-地中海过渡带的重力布格变化异常情况，付广裕等[2]利用该方法对2015年尼泊尔地震开展相关的研究分析工作，取得了很好的效果。本文利用最新版本(V23)的EGM2008(模型空间分辨率为5′，该模型提供高达2 160阶的重力异常场球谐系数，在中国大陆上的重力异常平均精度优于10.5 mGal)自由空气重力异常数据，再结合具有1′网格分辨率的DEM数据(V18.1)，借助FA2Boug思想进行研究区的重力布格异常计算，在此基础上分析研究区内的重力场区域特征。

1　研究区历史震例与地质背景

如图1所示，巴彦乌拉山断裂与磴口-本井断裂之间的区域多分布正走滑型地震[3]。本次地震的发震位置位于磴口-本井断裂附近，与该断裂的最近距离约13 km。结合自1970年以来的历史震例来看，以云雾山断裂、罗山东麓断裂、黄河-灵武断裂、磴口-本井断裂、鄂尔多斯北缘断裂、包头断裂为界，研究区内大多数历史地震的发震地点位于上述断裂带以西或以北的位置。进一步可以看出，历史震例的发震地点更多地集中于断层附近。而在上述断裂另一侧，即在鄂尔多斯块体内部，历史上几乎没有地震发生。

图1　研究区历史震例及地质构造Fig.1　History samples of earthquake and geological structure in the research region

2　重力布格异常值计算原理及FA2Boug数学模型

2.1重力布格异常计算原理

重力布格异常的表达式为[4]：

(1)

式中，g观为实测重力值，g高为高度校正，g中为中间层校正，g0为理论重力值，g形为地形校正。

仪器在地面各点的实测重力值经高度校正、中间层校正、参考橢球面上相应的重力理论值改正以及地形校正后，便可得到重力布格异常信息。重力布格异常普遍显示出与地形的相关性，山区的异常值往往为负，海洋地区的异常值则往往为正，而地壳在重力作用下的重力均衡及其补偿运动便构成了地壳的各种复杂构造运动，导致地震不断发生。

2.2FA2Boug数学模型

实质上，EGM2008自由空气重力异常数据已经对g高、g中、g0进行了改正。但正如式(1)所示，还需要进行地形校正才能获得重力布格值。

本文采用Fa2Boug算法[5-6]，结合DEM数据，对EGM2008自由空气重力异常数据进行改正，进而获得重力布格异常值。该算法以待计算的布格重力异常点位为中心，根据距离不同将其周围的自由空气重力异常数据/高程数据划分为3个区域，即远区、中区、近区。以待算点为中心，3个区域的划分方式如下：当距待算点的距离(d)为20

1)远区：

(2)

2)中区：

(3)

3)近区:

(4)

(5)

(6)

根据远、中、近区的重力布格异常计算结果，结合式(1)，得出待算点的最终重力异常布格值：

(7)

3　重力布格异常计算结果及分析

根据此次地震的发震地点，本文选择105°～110°E、36°～41°N范围作为研究区，在研究区内改正后重力布格异常值约在-245～-76 mGal之间，重力异常高值区主要分布于研究区东经108°以东的全部范围内，以及震中西北和东南两侧附近地区；而重力异常低值区则位于研究区西南侧以及震中以北的范围内。在几乎没有历史震例的鄂尔多斯块体内部，其西侧重力布格异常值明显低于东侧的重力布格异常值。这说明，稳定的鄂尔多斯块体内部可能存在着一定程度的挤压和拉张作用，原因似乎是由于块体内部西侧受到拉张的作用致使壳内物质密度下降，而东侧则受到挤压导致密度提升进而导致重力布格异常值升高。

为进一步研究重力布格异常信息与此次地震的关系，如图2中绿色线条所示，沿着与磴口-本井断裂垂直方向绘制一条剖面(图3)，该剖面恰好经过本次地震的发震地点，其中红色五星代表此次地震的发震位置。结合图2、图3可以看出，震中位置与研究区磴口-本井断裂距离最近，而重力布格异常的变化在该断裂带的两侧呈现出高梯度的变化特征。这在一定程度上说明，重力布格异常特征可以反映与断裂构造相关的地壳内剩余密度异常体的分布情况。

图2　研究区重力布格异常计算结果Fig.2　Calculation of Bouguer anomaly in research region

图3　重力异常计算结果剖面图Fig.3　Profile of Bouguer anomly results

4　结　语

本次地震发震地点位于重力布格异常值变化的高梯度带上，因此建议在研究区内应重点关注断裂带附近和断裂带以西、以北重力布格异常梯度变化较大的区域。结合历史震例可以看出，研究区内地震的发生地点多位于断裂带上，或位于断裂带以西、以北的位置。相反，在鄂尔多斯块体内部，即在研究区内西至银川、东至榆林、南至桐川、北至包头，东西长近250 km、南北长近600 km

的范围内鲜有地震发生，且最大震级也仅为4.2级。然而从重力布格异常的计算结果可以看出，即使在相对稳定的鄂尔多斯块体内部，重力布格异常信息仍呈现相反的两种态势，这说明块体内部也存在不一致的作用力。

[1]Fernandez M, Fullea J, Zeyen H. FA2Boug-A FORTRAN 90 Code to Compute Bouguer Gravity Anomalies from Gridded Free Air Anomalies: Application to the Atlantic-Mediterranean Transition Zone[J]. Computers & Geosciences, 2008, 34(12):1 665-1 681

[2]付广裕, 高尚华, 张国庆, 等. 2015年尼泊尔MS8.1地震的地壳重力均衡背景与地表形变响应特征[J]. 地球物理学报,2015,58(6):1 900-1 908(Fu Guangyu, Gao Shanghua, Zhang Guoqing, et al. Gravitational Isostasy Background and Surface Deformation Response Characteristics of the 2015 Nepal MS8.1 Earthquake[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2015,58(6):1 900-1 908)

[3]韩晓明，刘芳，胡博，等. 河套地震带的震源机制类型时空分布特征[J].吉林大学学报：地球科学版,2015(2):592-601(Han Xiaoming, Liu Fang, Hu Bo,et al. Space-Time Distribution Characteristics of the Focal Mechanism Type in Hetao Seismic Belt[J].Journal of Jilin Unviersity：Earth Science Edition,2015(2):592-601)

[4]周友华. 布格异常及均衡异常物理意义的探讨[J].西北地震学报,1995,17(2):84-86(Zhou Youhua. Discussion of Significance of Bouguer Anomly and Residual Anomly[J]. Northwestern Seismological Journal, 1995,17(2):84-86)

[5]Kane M F. A Comprehensive System of Terrain Corrections Using a Digital Computer[J]. Geophysics,1962, 27 (4):445-462

[6]Lopez H R B.FORTRAN Program for Automatic Terrain Correction on Gravity Measurements[J]. Computers & Geosciences, 1990, 16 (2):237-244

About the first author:ZHU Wenwu,postgraduate, majors in process and analysis of deformation data, E-mail:fmccea@163.com.

Calculation and Analysis of Bouguer Anomaly in Alxa Left Banner MS5.8 Epicenter and Sourrounding Regions of Inner-Mongolia

ZHUWenwu1QINKun2WANGTongqing1ZHENGZhijiang1GAOYanlong1ZHANGKe1

1First Crust Monitoring and Application Center, CEA, 7 Naihuo Road,Tianjin 300180, China 2School of Land Science and Technology, China University of Geosciences, 29 Xueyuan Road,Beijing 100083, China

The gravity Bouguer anomaly values in Alxa Left Banner MS5.8 epicenter and surrounding regions of Inner-Mongolia (105°-110°E,36°-41°N) are obtained using the FA2Boug algorithm with EGM2008 free-air gravity anomaly and DEM data. The results show that the epicenter locates at the high gradient brand of the gravity Bouguer anomaly, and there exists different forces inside the Erdos block.

Alxa Left Banner MS5.8 earthquake; Erdos block; gravity Bouguer anomaly; FA2Boug; DEM

Combination Project with Monitoring, Prediction and Scientific Research of Earthquake Technology, CEA, No.163304; Science and Technology Basic Work Program, Ministry of Science and Technology of the People’s Republic of China,No.2015FY210400.

2015-09-28

朱文武，硕士生，研究方向为重力、水准等形变数据处理与分析，E-mail:fmccea@163.com。

10.14075/j.jgg.2016.10.002

1671-5942(2016)010-0851-03

P223

A

项目来源：中国地震局三结合课题(163304)；国家科技部科技基础性工作专项(2015FY210400)。