文中利用青藏高原东南缘2014—2022年的陆地时变重力资料, 首先基于贝叶斯平差方法获取了研究区不同时间尺度的区域时变重力场演化特征, 继而采用球坐标系下的六面体单元构建等效源模型, 通过检测板模型测试对测网的场源分辨能力进行了评估, 并在场源分辨力较好的区域反演了与构造变化及地震孕育相关的等效场源体的视密度变化特征。利用该方法获取了地壳20km深度处等效源-1.2~1.2kg/m³的视密度变化, 约为正常地壳平均密度的0.4‰。受川滇块体主要活动断裂带控制, 视密度变化区域主要集中在川滇块体西边界的大理—乡城一带及川滇块体东边界的小江断裂带附近, 并揭示了漾濞 M_S6.4 地震及通海2次5级地震前的能量积累、震前地质运动活跃至震后能量释放视密度减弱物质调整的过程。长时间尺度的视密度增加是青藏高原东南缘物质持续S向或SE向挤出及壳内深部物质运移的共同结果, 其空间分布特征与前人获取的低速、高导区域一致。视密度的强、弱变化特征与同时期的地震时空强弱分布特征相对应, 且M≥5地震多发生在视密度增加区域边缘或正、负视密度过渡区域, 契合“震质源和震质中”原理。文中获得的多期场源视密度的变化, 可用于定量化地解释地质和地球物理结果, 提取与孕震相关的深部场源信号, 研究区域重力场变化与地壳深部的构造运动和变形活动的联系, 对于了解该地区的深部动力学过程具有深远意义。

文中推导并给出了基于非格网分布的起伏面扰动重力或重力异常解算区域扰动重力梯度场模型的数值计算公式。基于澳大利亚West Arnhem Land地区的格网重力数据, 以频谱域(二维快速傅里叶变换)解算的扰动重力梯度全张量作为“基准值”, 然后利用基于推导公式的最小二乘配置方法(LSC)对相同区域非规则范围的重力数据进行扰动重力梯度模型解算, 将结果作为“评估值”。对比“基准值”与“评估值”之差, 研究发现: 1)基于推导公式的最小二乘配置方法解算得到的扰动重力梯度值与频谱域方法得到扰动梯度“基准值”各分量在空间形变变化上是一致的; 2)统计扰动重力梯度各分量的差值 \mathrm{\Delta } \delta {\mathrm{\Gamma }}_{\mathrm{x}\mathrm{x}}^{\mathrm{f}\mathrm{f}\mathrm{t}-\mathrm{l}\mathrm{s}\mathrm{c}} 、 \mathrm{\Delta } \delta {\mathrm{\Gamma }}_{\mathrm{x}\mathrm{y}}^{\mathrm{f}\mathrm{f}\mathrm{t}-\mathrm{l}\mathrm{s}\mathrm{c}} 、 \mathrm{\Delta } \delta {\mathrm{\Gamma }}_{\mathrm{x}\mathrm{z}}^{\mathrm{f}\mathrm{f}\mathrm{t}-\mathrm{l}\mathrm{s}\mathrm{c}} 、 \mathrm{\Delta } \delta {\mathrm{\Gamma }}_{\mathrm{y}\mathrm{y}}^{\mathrm{f}\mathrm{f}\mathrm{t}-\mathrm{l}\mathrm{s}\mathrm{c}} 、 \mathrm{\Delta } \delta {\mathrm{\Gamma }}_{\mathrm{y}\mathrm{z}}^{\mathrm{f}\mathrm{f}\mathrm{t}-\mathrm{l}\mathrm{s}\mathrm{c}} \mathrm{和} \mathrm{\Delta } {\mathrm{\Gamma }}_{\mathrm{z}\mathrm{z}}^{\mathrm{f}\mathrm{f}\mathrm{t}-\mathrm{l}\mathrm{s}\mathrm{c}} , “基准值”与“评估值”差值的标准差分别为5.54E、 5.30E、 1.85E、 6.55E、 2.09E和9.67E(1E=1×10^-9s^-2), 远低于国际上实测重力梯度与解算模型差值的研究结果。最后, 基于云南地区实测地表差分重力值, 文中首次给出了该区域半波长约20km的重力梯度场年际变化模型。文中的思路和方法提高了广泛分布的重力数据(主要为重力异常和扰动重力)的使用效率, 可为地球物理学、 地质学研究更好地理解和解释重力数据、 重力梯度数据及其与场源的关系提供数据基础。

2021年5月21日云南省漾濞县发生 M_S6.4 地震, 该地震打破了云南区域自2014年以来近7a的M_S>6.0地震平静。文中采用基于贝叶斯原理的平差方法解算了2015-2021年的相对重力流动观测数据, 获取了研究区内多年的时变重力值, 分析了漾濞 M_S6.4 地震前后的重力变化特征。研究结果显示, 本次地震地质活动的活跃期为2017-2018年, 2018-2020年地质活动相对稳定, 2020-2021年出现地下物质“逃逸”现象, 地震发生于“逃逸”期; 以震中为中心的200km、 100km、 50km、 25km半径范围内, 重力异常值呈四象限分布特征; 震前3a重力正、 负变化更加显著, 达80×10^-8m/s², 震前2a重力变化较小, 但依然维持四象限分布特征; 震后研究区内的重力场均发生反向变化, 变化量级达震前3a的累计变化量; 本次地震发生于重力异常四象限中心附近, 且与红河断裂带北段重合, 故推断红河断裂为漾濞地震的孕震构造。文中的研究方法和成果可为时变重力场变化特征研究和震前重力信号分析与解释提供震例参考; 同时, 可为孕震区地质构造运动的孕震含义提供有效解释, 并对下一步可能发生中强震区域的探讨及预判提供参考。

文中基于滇西地震实验场1986-2014年间近30a的流动重力观测资料, 研究了该地区重力场的长期变化背景。结果表明, 重力场长期变化背景以负变化为主, 年平均变化率约为-1.24×10^-8m/s²; 空间分布上, 重力场变化的剧烈程度与断裂带分布和历史强震活动存在密切关联, 红河断裂北段、 龙蟠-乔后断裂对本地区的重力场变化和地震活动分布具有明显的边界作用。结合地壳垂直形变、 地壳结构和区域动力学背景对重力场变化机理进行分析, 重力场整体负变化趋势可能反映下地壳物质流引起的地表隆升和地壳增厚, 而重力场变化空间分布的细节则与区域动力学背景下具体断裂带的活动特性以及相关的局部性物质分布变化有关。

地表地质调查与深部地球物理探测结果表明, 红河断裂带北、 中段地壳结构与变形具有显著的横向差异性。为检测其地壳现今深部物质迁移和变形特征, 文中利用红河断裂带北、 中段2013—2019年3条流动重力剖面的观测资料, 经分析和去除地表垂直运动、 地表水循环、 剥蚀和冰川均衡调整引起的重力效应, 获取了地壳深部物质迁移引起的趋势性重力变化信息。结果表明, 红河断裂带近期的重力动态变化具有分段性特征: 北段、 中段和中南段剖面的平均变化率为(-0.39±1.30)μGal/a、 (0.16±1.57)μGal/a和(0.29±1.25)μGal/a, 北段剖面以红河断裂为界, NE侧呈负变化、 SW侧呈正变化, SW侧相对NE侧以(3.1±0.55)μGal/a·100km的重力变化率增加, 反映出青藏高原物质东流背景下深部物质跨越红河断裂带后受澜沧江刚性块体阻挡、 质量不断累积的特征; 中段剖面断裂带区域的重力变化率比两侧低, 体现了红河断裂的深部控制作用; 中南段剖面的重力整体呈正变化, 反映了印支、 华南块体与川滇菱形地块间相互侧向挤压、 深部物质累积的性质。基于重力变化反演的莫霍面变形结果表明: 近期红河断裂带的莫霍面平均以0.54cm/a的速率持续隆升, 北段、 中段和中南段的平均变形速率为-0.06cm/a、 1.36cm/a、 0.32cm/a, 在一定程度上反映出区域非均衡构造运动作用; 北段莫霍面自东向西由下沉逐渐转为隆升; 中段东侧隆升、 西侧下沉; 中南段变形速率低且两侧差异小; 红河断裂带区域的变形速率明显低于两侧地块, 体现了其对地壳深部变形较强的边界控制作用。文中的研究结果可为青藏高原东南缘断裂活动性研究提供新的约束。

文中对云南省区域范围内的2015—2021年的相对重力数据进行了平差计算, 结合区域地质构造环境和区域范围内已发生的地震震例, 系统分析了区域重力场变化和地壳水平运动的时空分布特征, 获得了区域重力场变化与漾濞 M_S6.4 地震之间的关系。结果表明: 1)2018—2021年震中位置的重力变化较弱, 以震中为中心, 附近区域在短期及1a期、 2a期和4a期基本呈四象限特征且重力变化较为剧烈; 2)震前短期及多年期重力变化显示, 重力场高梯度带集中在漾濞—下关区域, 且零值线交替出现在该区域; 3)震前多年期重力变化显示, 发震断裂带南涧-巍山断层的西侧重力呈负变化、 东侧重力呈正变化, 该地震为包含走滑分量的正断型地震, 与全球台网数据的计算结果一致; 4)对临震1a期重力变化异常指标进行了分析, 发现重力转折变化异常的量级为75×10^-8m·s^-2, 重力变化异常时变距约为130km。漾濞地震的实际震级 M_S6.4 稍大于重力异常指标公式的计算结果 M_S6.2, 且震后漾濞地区相继发生了42次M_S>3.0地震, 可判断出漾濞地区地下活动能量已完全释放, M_S6.4 地震为此处地震序列的主震, 主震后短期内无更大地震发生。