南口－孙河断裂和南口山前断裂北段断层活动参数的重力反演

董运洪 罗三明

（中国地震局第一监测中心，天津 300180）

理论和观测实践表明，断层位错滑动会引起断层周围的局部重力场变化，利用局部重力异常可以反演断层地质活动参数。重复重力测量能获取局部重力场的动态变化，利用其测量结果反演断层的活动参数（走滑、倾滑、引张），定量化研究断层的现今运动过程，为强震孕育过程、机理研究探寻新的理论依据。

断层位错模型的反演问题是非线性问题，可用线性扰动理论和线性反演理论来处理。目前常用的两种线性化方法是阻尼最小二乘和贝叶斯最小二乘。阻尼最小二乘通过调节阻尼因子来控制解的逼近步长，获得非线性问题的最佳拟合解；贝叶斯最小二乘通过给定初始模型的先验方差和直接调节解的逼近步长，获得非线性问题的最佳拟合解。在利用局部重力异常反演断层活动参数时，不可避免地要遇到重力数据受污染的问题，因为与断层运动无关的局部密度异常源都将对数据施加污染。稳健估计着力于估值的实际抗污染性和可靠性，所以采用稳健－贝叶斯最小二乘方法进行反演。利用首都圈重力测网 1991—1999年的重复重力测量数据，用稳健－贝叶斯最小二乘方法反演了南口-孙河断裂、南口山前断裂北段的活动参数（走滑、倾滑、引张）。

收集了1991—1999年首都圈地区8期流动重力测量资料。资料观测时间分别是：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。

利用地质和地球物理的成果，形成了南口-孙河断层和南口山前断层北段简化的初始模型和运动参数（表1）。

表1 活动断层模型及初始运动参数

从南口-孙河断层和南口山前断层北段运动的时间滑动变化反演结果分析，南口-孙河断层和南口山前断层北段的运动性质均以垂直升降和走滑为主，兼有伸展特征，但运动速率都不大，约为 1.75 mm/a。南口-孙河断层反演的结果为左旋走滑正断层，南口山前反演的结果为右旋走滑正断层。

利用首都圈重力测网的重复重力观测数据，结合地质调查结果确定断层运动模型的初值，初步反演获得了首都圈具有代表意义的北东向断层（南口山前断层北段）和北西向断层（南口-孙河断层）的活动参数的时间变化分布。主要结论有：

（1）反演结果显示的断层的运动性质与北京地区北东东向区域应力场作用效果一致，即北东向断层（南口山前断层北段）为右旋走滑、正断运动，北西向断层（南口-孙河断层）为左旋走滑、正断运动。

（2）用重力数据结合地质调查资料，利用稳健－贝叶斯最小二乘方法是反演断层活动参数的有效途径之一。利用此方法，可以研究断层的运动特征，定量研究断层现今运动过程，研究断裂带构造运动特征及其对区域构造运动、强震孕育发生的影响，可望为强震孕育过程、机理研究提供新依据。