山西地堑系现今地壳物质运移差异性变化特征的重力学综合研究

Multidisciplinary research show that the Shanxi Graben system locates at the conversion parts between the India-Eurasia collision and westward subduction of the Pacific Plate, and the upper-middle crust is under tender and the rheological lower crust is under compression across the graben. In this project, the extraction and separation of longer spatial-temporal scale gravity change base on the resurvey gravity data about 3 decade. In order to achieve this purpose, we will calculate the gravitational effects caused by atectonic activities, such as surface vertical deformation and the variation of water table using the data and results of GPS, leveling and groundwater monitoring. We specify the results of geology and geophysics as constrains of model to invert the density changes of crust. And then we will discuss the dynamic mechanism of differences of material migration between deep and shallow to deepen us understanding of conversion and dynamics among continental blocks. The results have scientific significance for the research on continental dynamics.

多学科研究表明，山西地堑系为印度板块与欧亚板块碰撞作用和太平洋板块西向俯冲作用的转换过渡地带，中上地壳呈现拉张状态，而下地壳呈现流变挤压状态。本项目主要利用山西地堑系近30年的流动重力复测资料，结合GPS、水准、地下水位等诸多资料成果，分析垂直形变、地下水位变化等浅层非构造运动的重力效应，有效分离与提取较长时空尺度的重力场变化；以地质、地球物理探测成果为构造模型约束，正演模拟与反演相结合，解算现今地壳不同深度的物质密度变化图像，探讨地壳深部和浅部物质变化的差异性特征；以加深了解大陆块体之间的转换作用及其动力机制，对大陆动力学研究具有重要科学意义。

山西地堑系为印度板块与欧亚板块碰撞作用和太平洋板块西向俯冲作用的转换过渡地带，为一条呈北东向“S”型展布的大型右旋剪切带。基于重力资料获得地壳深浅部运动差异性特征，为分析研究大陆块体之间的转换作用及其动力机制具有重要意义。.首先，基于重力变化与地壳垂直形变关系，揭示了太原盆地2001-2006年21.8mm/a沉降，太原地区2009-2012年以6.6mm/a的速率沉降，为太原盆地地表沉降提供了重力证据。2009-2012年的结果与继承性沉降基本一致，揭示了太原盆地地表沉降是地壳运动的基本形式之一。.然后，利用华北地区2009-2013年重力复测资料获得了重力场年变化率，进一步反演获得的地壳物质密度变化结果显示：东西两侧的太行山以西的山西地堑系及邻区和渤海湾盆地地壳物质密度以负变化为主要特征，而华北平原地壳密度增大，即从西向东为减小—增加—减小的特征，揭示了地壳物质是由两侧向中间汇集。.最后，利用山西地堑系及邻区2009-2015年重力复测资料获得了重力场年变化率，因采用的重力资料在时间尺度上的不一致，该结果与华北地区的结果揭示的山西地区重力场年变化图像有较大差异，因而，反演所获得的地壳物质密度变化并不是以负密度变化为主，断陷盆地内密度明显增加，主要集中在中上地壳。负密度变化出现在吕梁山和太行山与地堑系之间部位。可能与西向推挤作用使得下地壳物质上涌，形成累积有关。