华北地区构造应力场研究

科技信息2011年第27期SCIENCE &TECHNOLOGYINFORMATION 华北地区构造应力场研究李富涛1孟昭焕2贾宝刚1(1.山东省煤田地质局物探测量队山东泰安271021；2.莱芜市国土资源局山东莱芜271100)【摘要】本文结合相关数据、模型和软件分别利用重力场、重力垂线偏差与构造应力场的内在关系式对华北地区陆地构造应力值进行了计算，通过对相关数据结果进行对比分析，总结并得出了华北地区重力总水平梯度、构造应力场和研究方法本身的一些规律和特征。

【关键词】重力场；重力水平梯度；垂线偏差；构造应力0引言构造应力场是地球动力学研究领域一个重要的组成部分。

由于我们不能直接测量得到浅层地表以外的岩石圈构造应力场，一些学者于是另辟蹊径，以可以直接测量得到的相关区域重力数据为参考，通过研究构造应力场与重力场之间的内在关系的方法而最终获得构造应力场数据。

在这方面，典型的代表人物有游永雄、向文、方剑等。

游永雄曾利用重力场研究了包括华北地区在内的多个地区的构造应力场情况，本文即利用近似方法专门针对华北地区东经[106°，124°]、北纬[31°43°]范围的大陆构造应力场进行更加细致地研究[1]，以期使得对该区域构造应力场及其变化规律和研究手段本身认识得更加详尽。

1重力和垂线偏差场转换构造应力场公式1.1利用重力场计算华北地区构造应力场游永雄推导了重力场转换构造应力场的公式即[2]：Δσxx ＝g 4πf ρx ，y ρmg x （1）其中，Δσxx 代表构造应力；g 为正常重力；f 为引力常量；ρx ，y 为均衡改正的单位均衡柱体密度；ρm 为地幔密度；g x 为重力总水平梯度，其水平分量Δg x 和Δg y 值可用下面公式计算[2][3]：Δg x ＝－12π＋∞－∞乙＋∞－∞乙（x－x＇）Δg z ［（x－x＇）2＋（y－y＇）2＋H 2］32dx＇dy 'Δg y ＝－12π＋∞－∞乙＋∞－∞乙（y －y ＇）Δg z ［（x－x＇）2＋（y－y＇）2＋H 2］32dx＇dy 乙乙乙乙乙乙乙乙乙乙乙'（2）Δg z 是得到的重力异常值，x＇和y '是流动坐标，遍及整个测量区域，H 是空间延拓高度，积分面积可以有限化和离散化，以适应计算，本文即以离散化后2度范围为积分区域来计算。

求g x 的值的计算式为：g x =(Δg x )2+(Δg y )2姨（3）1.2利用重力垂线偏差计算构造应力场公式利用垂线偏差计算构造应力场公式如下[2]：Δσxx ＝-g 24πf ρx ，y·u ρm ·ρ（4）式中，u 代表重力垂线偏差；ρ=206265rad ·s 。

u的值根据下式计算[4]：u =（ξ2+η2）1/2（5）其中，ξ为南北垂线偏差（垂线偏差子午圈分量）；η为西东垂线偏差（垂线偏差卯酉分量）。

2计算华北地区构造应力场2.1利用重力场计算华北地区构造应力场本文利用华北地区5′×5′分辨率的DTM 数据、360阶重力场模型EGM96并借助于PALGrav1.0软件[5]求得该区域布格重力异常值Δg z ，然后计算得到重力总水平梯度g x 。

在此基础上，再利用重力延拓知识[6]，并根据式（1）分别计算得到了华北地区地表、20公里和40公里深度处的构造应力值。

以下分别是该区5′×5′分辨率DTM 图、重力总水平梯度图和地表、20公里、40公里深度构造应力场图。

2.2利用重力垂线偏差计算华北地区构造应力场利用上述同样DTM 数据、重力场模型和软件计算南北垂线偏差ξ和东西垂线偏差η，然后计算重力垂线偏差u 。

根据公式（4）进一步计算得到该区构造应力值。

以下分别是利用垂线偏差计算得到的华北地区重力总水平梯度图和地表构造应力场图。

3分析和讨论图1华北地区DTM 图（单位：m）图2华北地区重力总水平梯度矢量图（单位：E ）图3华北地区重力总水平梯度等值线图（单位：E ）图4华北地区地表构造应力场矢量图（单位：MPa ）○科教前沿○图5华北地区地表构造应力场等值线图（单位：MPa）图6华北地区20公里深处构造应力场等值线图（单位：MPa）图7华北地区40公里深处构造应力场等值线图（单位：MPa）图8垂线偏差计算的华北地区重力总水平梯度矢量图图9垂线偏差计算的华北地区重力总水平梯度等值线图(单位：E)图10垂线偏差计算的华北地区地表构造应力矢量图（单位：MPa）图11垂线偏差计算的华北地区地表构造应力等值线图（单位：MPa）分析比较分别利用重力场和重力垂线偏差计算的重力总水平梯度和构造应力场结果，表明：3．1图2、8和图3、9所示的华北地区的重力总水平梯度分布形态相似，总体上该区西部重力总水平梯度分布比东部重力总水平梯度分布明显；该区在经纬度（108°，36°）、（109°，33）°、（114°，38°）、（118°，42°）附近的区域，重力水平梯度分布最明显。

3．2对比分析图3、9，两种方法得到的重力水平梯度分布形态表现出较强的一致性。

不同的是，在出现明显地块边界线的地方，用完全布格重力异常计算得到的分布图层次感更强；而在断裂地带，则是用垂线偏差得到的分布图方向更为明确，效果也更明显，比如在有断裂带的地方，图上往往是出现较为规则的圆形等值线，而用完全布格重力异常计算的等值线形态则较为模糊。

3．3图4、10所示的应力聚集部位与重力总水平梯度分布部位具有对应关系，说明重力总水平梯度分布明显地区应力聚集程度就高，由此引起的构造活动性更强，这与实际是相符合的。

从以往来看，上述经、纬度（108°，36°）、（109°，33）°、（114°，38°）、（118°，42°）附近区域恰好属于地壳活跃地带，其中不乏历史上著名的强烈地震场所[8]，比如邢台、唐山地区就在这一区域范围之内。

3．4从图4、10还可以看出，除去上述地壳活跃地带发生了应力集中之外，华北地区的构造应力方向在整体上是呈现NW-SE向，这与华北地区地壳运动观测资料中的GPS速度场方向是一致的[7]。

但从该区西北部位开始，越是向东南部位靠近，构造应力场的方向越是向左偏移，以致到达该区东南角部位时，构造应力的方向左向偏转为SW-NE向。

3．5从图5、6、7、11上可以看到，越是应力集中或构造运动活跃的地方，等值线越密集，象燕山断裂带、太行山构造活动带、郯庐断裂带等构造强活动区，对应着的是等值线图上黑色或者圆形区域；相反，等值线稀疏或者无等值线出现的地带，则属于非构造应力聚集区，相应的构造运动不活跃，从地理位置上看，山东半岛、河南、河北大部和江苏是属于构造运动相对不活跃区；而等值线图上鄂尔多斯地块单元、阴山地块单元处的等值线密集程度介于二者之间，这两个地块则属于构造运动较稳定地带[9]。

3．6对比图5、6、7，可以发现该区构造应力大小是随深度呈递减的趋势，地表应力场平均值最大，最大达到近百MPa，40公里深度处，构造应力平均值相对最小，但最大构造应力值亦能达到近50MPa。

3．7该区表层构造应力等值线图上可以清晰反映出构造断裂带的位置，但越向更深的地层延伸，构造断裂带的特征越不明（下转第846页）●（上接第458页）显或者越粗略，尤其是郯庐断裂带，很多文献都已证明它是一组切割深度大约15～20公里的深大断裂，本文模型中构造应力等值线图正好是在这一深度范围显示出该断裂带的逐渐灭失[10]。

3．8以上现象表明重力与构造活动之间存在着必然联系，说明重力确实是构造运动的力源之一[11]，但有关重力在地壳运动过程中所起的作用的大小还有待进一步加以探讨。

4结论由以上计算、分析和讨论可以得出以下一些主要结论：4．1利用重力场模型及分辨率较高的数字地形模型并结合相关软件，能够计算得到任一区域的重力异常、垂线偏差。

4．2应用布格重力异常和垂线偏差能获取与现有地质及地震资料相对应的区域地壳构造应力场，在获取构造应力信息方面，二者各有优、缺点，在实际中可以考虑综合它们各自优、缺点来对地壳运动情况做出更加合理的解释和预测。

4．3华北地区重力总水平梯度和构造应力能够反映地块之间的相互作用及地壳构造形态，华北地区构造的活动性能从构造应力场的强弱得到诠释。

当然，本文这两种方法应结合更加详尽的各种地球内部信息诸如地壳密度、地质构造形态、温度场等来进行，重力与地壳内部构造应力之间关系密切，通过重力及其变化来分析解释地壳的运动变迁是一种有实用价值的方法，为地质资源调查、地震预报等工作提供了新途径。

【参考文献】［1］陈连旺,陆远忠,张杰,许桂林,郭若眉.华北地区三维构造应力场[J].地震学报告,1999,21(2).［2］游永雄.重力场转换区域构造应力场的研究[J].地球物理学报,1994,37(2).［3］王虎彪,王勇,肖学斌，等.联合多种测高资料确定西太平洋海域2′×2′重力梯度[J].地球物理学进展,2009,24(3).［4］郭俊义.物理大地测量学基础[M].武汉测绘科技大学出版社,1994.［5］高精度局部重力场计算平台PALGrav1.0中文版.北京：中国测绘科学研究院等，2007.［6］曾华霖．重力场与重力勘探[M].地质出版社,2005．［7］袁金荣,徐菊生,高士钧.利用GPS 观测资料反演华北地区现今构造应力场[J].地球学报,1999,20(3).［8］祝意青,梁伟锋,李辉,孙和平.中国大陆重力场变化及其引起的地球动力学特征[J].武汉大学学报：信息科学版,2007,32(3).［9］张跃刚,胡新康.华北地区块体及其边界的相对运动[J].大地测量与地球动力学,2005,25(1).［10］万天丰.郯庐断裂带的延伸与切割深度[J].现代地质,1996,4.［11］马杏垣.重力作用与构造运动[M].地震出版社，1989.［责任编辑：常鹏飞］●（上接第448页）4对策4.1继续加强就业指导与职业生涯规划教育贫困大学生就业问题关系到个人的健康成长和社会的稳定发展。

针对学生对提高就业技能的需求迫切但目标不明确的现象，学校应提高就业指导的专业化程度，进一步加强对贫困学生的就业指导，加强就业指导师资队伍的建设，继续加强对贫困学生职业生涯规划教育，对大学生提供个性化就业指导服务[3]。

4.2为贫困学生提供更多实践机会，促进人际交流与沟通学校在帮助贫困生解决经济困难的同时，也应为贫困学生提供更多有组织、有针对性的实践机会，引导他们在社会实践中检验能力、积累经验、生发社会责任意识，提升自信心；让学生在获得物质支持的同时获得精神动力，逐渐摆脱经济、文化等方面的弱势地位，融入社会，实现自身的全面发展；同时鼓励贫困生积极参加勤工俭学和社会公益活动，通过参加这些活动体现大学生自身的社会价值、扩大人际交往，更多接触社会、认识社会、了解社会，并从中得到周围更多人的理解与支持[4]。