青藏高原东北缘和鄂尔多斯地区的均衡重力异常

楼 海 王椿镛 刘琼林 姚志祥

（中国地震局地球物理研究所，北京 100081）

青藏高原东北缘地区是青藏高原块体与华北板块和华南板块相互作用的交汇地区。在青藏高原隆升并向北东方向扩展的过程中，与华北板块和华南板块发生相互碰撞、挤压，在这里形成了强烈的构造变形和复杂的构造格局，这里也是中国大陆上强震多发的地区，己经多次发生8级和更大地震。因此，这里一直是国内外地学研究的重点关注区。在这里己经开展了大量的地质学，地震学和其它地球物理学方法的探测与研究工作，取得了很多重要的研究成果。我们研究这一地区的平衡重力异常，探讨青藏高原东北缘和鄂尔多斯地区的深部构造特征和与地震活动性的关系。自然科学基金重大研究计划“华北克拉通破坏”项目在鄂尔多斯块体内部和周边地区开展了流动地震台阵观测研究，为我们的重力学研究提供了更多的依据和约束条件。本文的研究工作也是即将开展的财政部社会公益性研究项目“中国地震科学台阵探测-南北地震带北段”大规模地震台阵观测和综拟地球物理探测工作的预研究。研究区范围为102°～116°E，32°～42°N，包括了青藏高原东北部和鄂尔多斯块体及围边地区。采用的重力资料来源于全球重力场模型EGM2008。计算与分析中使用的地形数据取自ETOPO30数字地形数据集。

研究区布格重力的分布特征为：布格重力异常值从研究区东南部分华北盆地的约0×10-5ms-2向西减少到研究区西南角青藏高原东北缘的约－400×10-5ms-2，是研究区正好跨过中国大陆地形高程三个台阶的反映。在华北平原，布格重力异常值为0～－100×10-5ms-2，在山西，鄂尔多斯和秦岭地区为－100～－250×10-5ms-2在青藏高原东北缘地区为－250～－400×10-5ms-2。鄂尔多斯地块内部布格重力异常变化比较平缓，有东高西低的趋势性变化。在鄂尔多斯地块周围的断陷盆地上，布格重力异常多表现为重力低异常。河套平原地区的重力低异常尤其明显。

在计算平衡重力异常之前，利用研究区内234个地震台站上远震接收函数的H-k叠加结果对地壳厚度作了统计分析，定性分析研究区地壳的结构特征。地壳厚度与台站高程之时的按面积加权回归分析给出研究区的平平地壳厚度40.86 km，地幔-地壳密度差506 kgm-3。分析结果还显示，在地壳厚度小于45 km时，台站高程与地壳厚度的分布比较集中，地壳厚度大于45 km以后，地壳厚度与台站高程的关系很分散，表明在地壳厚度较大的地区，地壳密度结构与其他地方有明显差异。台站高程与地壳厚度的拟性相关关系为：D=5.28h+33.69(km)，这里D为莫霍面深度，h为地表高程。与通常计算Airy平衡异常时估计莫霍面深度的计算公式：D=4.45h+35(km)相比，有一定差异。如果把利用远震接收函数H-k叠加方法得到的地壳厚度作为地壳的真实厚度，则这个厚度值与按Airy平衡原理根据地形高程估计的地壳厚度之时的偏差可以反映地壳的平衡补偿性质。

计算平衡重力异常时采用Airy平衡原理和实验平衡原理两种方法分别计算了研究区内的平衡重力异常。两种方法计算的平衡重力异常分布特征甚本相同，异常值在大多数地方相差也不大。在华北平原，山西断块区，鄂尔多斯地块内部平衡异常值都不太大，都在±20×10-5ms-2范围内，秦岭地区的平衡重力异常在－20～－30×10-5ms-2左右，表明这些地区基本处在重力平衡状态。在青藏高原东北部分和六盘山地区有明显的正平衡异常，异常值达到80×10-5ms-2。平衡重力异常显示，鄂尔多斯块体的东边界应该在黄河以东的离石断裂带。断裂左、右两边平衡重力异常分别为负和正异常区。赵国泽，詹艳等根据大地电磁方给出的电性剖面也认为离石断裂两边电性结构差异比较明显，离石断裂是鄂尔多斯块体的东边界。

在鄂尔多斯块体周围的断陷盆地，包括河套断陷盆地，包头－呼和浩特盆地，渭河盆地侯马－临汾盆地、晋中断陷盆地和朔州-大同盆地等，平衡重力异常都为负异常，其中，河套盆地处的平衡异常最明显，达到－80×10-5ms-2左右，表明在这些盆地上没有达到重力平衡状态。

分析研究区的平衡重力异常，我们认为：鄂尔多斯地区达到平衡状态，而在青藏高原东北部分和鄂尔多斯周边地区由于构造作用强烈未达到平衡状态。研究区的平衡补偿作用包括地壳厚度变化和地壳密度变化两部分。青藏高原东北部分与鄂尔多斯块体相互作用的六盘山地区的正平衡异常是构造块体时挤压变形造成的，而鄂尔多斯周边盆地的负平衡异常是鄂尔多斯块体在青藏高原挤压作用下逆时针旋转形成的。