为研究2019年四川长宁地震前后地壳内部物质的运移过程, 文中利用流动重力和GNSS资料对地震前后的重力变化特征、 地壳垂直形变及其关系进行了深入分析。地震震中处于重力变化正、 负异常的梯度带上, 并在地震前后呈现明显反向。小波多尺度分解表明, 浅部的离散性局部变化特征明显, 深部的趋势变化特征显著。震中周边4个站点的重力变化与地壳垂直形变的关系与近似规律不一致。长宁震区长期的动力是青藏高原的物质在深部向四川盆地南边界运移的结果。在震中及周边区域的地表浅层可能存在一些空洞或气囊等空间, 在地震前后出现气体、 液体或高密度物质流失和填充的现象。结合前人对长宁地震发震机制的研究成果分析认为, 该区域的采盐、 采气及废水回注等因素可能是触发四川长宁地震的原因之一。
为减少密度界面重力反演的非唯一性, 文中对经典粒子群算法的初值模型和参数设定进行优化, 并通过理论模型验证其有效性。基于该改进算法, 采用长宁科考的多条实测重力剖面数据反演计算了长宁地区印支密度界面的深度, 并结合界面起伏形态分析该地区的构造特征及其与地震的关系。研究结果表明, 经优化的粒子群算法全局搜寻最优解的性能稳定, 深度误差更小。对长宁地区印支密度界面的反演显示, 该界面总体呈现中间隆起、 四周凹陷的特征, 深度介于0.3~3.3km, 与前人的结果基本一致, 文中所得结果的细节更精细。研究区东侧界面的凹陷程度显著大于西侧, 界面隆起部分对应长宁-双河复式大背斜, 深度介于0.3~1.9km, 背斜核部受到构造运动的抬升侵蚀作用导致古老地层出露地表。大背斜北翼处的界面较南翼陡峻, 呈条带状分布的北翼浅层地震发震位置与界面起伏具有高相关性, 地震多发生在印支界面剧烈起伏处; 呈团状分布的南翼浅层地震发震位置处的印支界面存在明显凹陷。文中的反演结果为该地区地震构造环境研究提供了基础信息, 也是后续多层密度界面模型的重要参考。
文中利用国家重大科学工程 “大陆构造环境监测网络” 2010-2020年云南境内及周边区域10个基准站的绝对重力观测资料, 初步获得了各基准站的重力基准及其动态变化。 其中, 9个测站的3个不同时间尺度和时段的重力变化趋势结果显示重力变化先增后减, 转折发生于2014年前后, 在重力变化增大至转折点时, 先后发生了2014年鲁甸MS6.5、 盈江MS6.1和景谷MS6.6地震, 随后至2021年漾濞MS6.4地震发生之前重力一直呈减小趋势, 昆明站的情况则正好相反。 文中研究表明, 云南及邻近区域内重力场变化幅度大、 速度快、 升降转换周期短, 且变化趋势一致。 其重力场变化机制可能是由青藏高原受印度板块推挤向NE运移, 后受四川盆地阻挡, 青藏高原下的地壳物质转向SE的云南及邻近区域的运动所主导。
文中基于矩形位错理论及USGS发布的断层模型, 结合研究区地壳-上地幔平均波速分层结构, 模拟计算了弹性-黏弹分层半空间中2021年玛多MS7.4地震产生的同震及震后地表形变和重力变化。 经分析发现, 同震形变和重力变化显示发震断层具有左旋走滑兼正断错动的综合特征, 其变化主要发生于断层在地表投影周边50km的范围内, 向断层两侧快速衰减, 向E最大水平位移量>1 000mm, 向N最大位移量达570mm, 垂直位移近750mm, 重力变化达150μGal; 远震区(与断层的距离>150km)的水平位移量值一般<10mm, 向外衰减较慢; 而垂直位移和重力变化图像呈现一定的负相关, 呈蝴蝶状的正负四象限对称分布, 向外衰减的速率明显强于水平形变, 变化量值一般<2mm和<1μGal。 震后效应随时间的推移逐步显现并持续增强, 其图像变化形态与同震类似, 表现出明显的继承性增强趋势; 震后黏弹性松弛效应的影响范围远大于同震, 震后400a间其影响量值在近场区一般≤同震的2倍, 但远场区均>3倍; 震后400a间黏弹性松弛对水平位移、 垂直位移和重力变化的影响可达100mm、 130mm和30μGal; 同震效应的极值区域主要集中在断层两侧, 且离断层越近量值越大, 而震后黏弹性松弛效应的极值区分布于离断层两侧约50km处, 两者并不重合; 震后水平位移主要表现为持续单调增强, 而垂直位移和重力震后的变化则相对复杂: 近场区在震后5a内呈现相对同震的继承性增强, 随后反向调整, 而远场区则相反, 先反向调整, 后呈继承性增强; 水平位移在100a后基本稳定不变, 而黏弹性松弛效应对垂直位移和重力变化的影响会持续到震后300a。 与GNSS实测结果对比后发现, 两者在运动方向和量级大小上基本一致, 远场符合更好, 这可能与断层模型的分辨率有关。 文中研究可为利用实际形变和重力资料解释此次地震的孕震过程研究提供理论依据。
基于云南鲁甸MS6.5地震震区的3条 "工" 字形剖面的重力与GPS观测数据, 获得了沿剖面的布格重力异常、剩余密度相关成像和地壳密度分层结构.研究表明, 会理—鲁甸—昭通、攀枝花—蒙姑—大井、舍块—汤丹—会泽剖面布格重力变化范围分别为-278～-197×10-5ms-2、-273～-200×10-5ms-2、-280～-254×10-5ms-2, 均呈"鞍"形分布, 其局部低值均位于小江断裂带附近, 且幅度差自北向南逐渐减小.小江断裂带内物质密度低于两侧, 低密度体扩展至中下地壳, 且其东侧物质密度低于西侧, 密度异常体呈正负交迭, 地壳稳定性低, 鲁甸震区处于该区域内.地壳分层结构显示莫霍面以小江断裂带为中心向上抬升, 莫霍面最大深度自北向南从50km抬升至41km, 反映了小江断裂带在区域地质构造中的地位——川滇块体与华南块体的分界线.
