華北斷塊區(qū)均衡重力異常、構(gòu)造特征及地震活動

黎哲君 徐如剛* 張瑋晶 張 毅李 輝 楊光亮 龍劍鋒

1)安徽省地震局，合肥 230031

2)中國地震局應急搜救中心，北京 100049

3)中國地震局地震研究所，武漢 430071

0 引言

華北斷塊區(qū)為中國最古老的巖石圈斷塊區(qū)，在早前寒武紀就已克拉通化并形成穩(wěn)定的結(jié)晶基底，經(jīng)過中生代燕山構(gòu)造期較強烈的構(gòu)造巖漿活動及新生代喜馬拉雅構(gòu)造期的新構(gòu)造運動，形成了斷塊區(qū)內(nèi)構(gòu)造特征各異的次級斷塊并維持著較高的構(gòu)造活動水平(張文佑等，1983;丁國瑜等，1989;汪一鵬等，1989;邢集善，2002)，斷塊區(qū)內(nèi)許多地方雖遠離板塊邊界，卻地震頻發(fā)，華北斷塊區(qū)是中國強震活動較為集中的地區(qū)之一。為追蹤華北地區(qū)地震形勢，中國地震局在華北地區(qū)布設了流動重力監(jiān)測網(wǎng)絡，測網(wǎng)覆蓋首都圈、內(nèi)蒙古、遼寧、山西、河北、河南、山東、湖北、安徽、江蘇等地區(qū)，監(jiān)測數(shù)據(jù)在大華北地區(qū)年度地震趨勢研判中發(fā)揮了積極作用，為了更好地利用流動重力觀測數(shù)據(jù)來分析震情，迫切需要全面認清華北地區(qū)地殼重力均衡背景。20世紀80年代至今，許多學者(殷秀華等，1982;馮銳等，1987a，b，1989;唐新功，2011;陳石等，2011)基于不同的重力和地形資料，從重力均衡角度對華北斷塊區(qū)部分地區(qū)的構(gòu)造特征和地震活動規(guī)律等開展了一系列研究工作，初步揭示了華北部分地區(qū)的地殼重力均衡狀態(tài)及其與地震活動的關系，以往研究主要集中于華北不同局部地區(qū)各自的均衡重力異常特征，采用了不同的原始數(shù)據(jù)類型、計算方法和模型參數(shù)，得到的計算結(jié)果精度和分辨率也各不相同，但研究結(jié)果都基本認同華北地區(qū)并未完全達到地殼均衡狀態(tài)，部分地區(qū)地震活動可能受到均衡調(diào)整作用的影響。本文基于EGM2008的自由空氣異常，利用數(shù)字地形模型高程數(shù)據(jù)，根據(jù)Airy均衡模型計算得到華北地區(qū)完整的5'×5'網(wǎng)格分辨率均衡重力異常，計算結(jié)果完整、詳細地反映了華北斷塊區(qū)地殼重力均衡狀況，而后基于計算結(jié)果探討均衡重力異常的構(gòu)造特征含義及其與地震活動的關系。本文研究區(qū)域(105°～124°E，30°～43°N)如圖1所示，以華北斷塊區(qū)為主要研究對象，圖中同時給出了公元前780年至2013年10月31日研究區(qū)域內(nèi)6.0級以上地震震中(中國地震臺網(wǎng)中心，2011)分布、斷塊分區(qū)及主要斷裂分布情況。

圖1 研究區(qū)域位置、構(gòu)造背景及地震分布(斷塊分區(qū)引自鄧起東等，2009;斷層引自任紀舜等，2002)Fig.1 Location，tectonic background and earthquake distribution of the study area(Block boundaries are from DENG Qi-dong et al.，2009;faults are from REN Ji-shun et al.，2002).

1 數(shù)據(jù)

原始數(shù)據(jù)包括重力數(shù)據(jù)和地形數(shù)據(jù)兩部分，本文所用重力數(shù)據(jù)為獲取自高精度地球重力場模型EGM2008的自由空氣異常，陸地地形資料來自ASTER GDEM 2009數(shù)據(jù)，海底地形采用ETOPO1數(shù)據(jù)。

1.1 自由空氣異常

EGM2008由美國國家地理空間情報局(NGA)開發(fā)，利用了GRACE衛(wèi)星重力資料和全球5'×5'重力異常數(shù)據(jù)庫，最高階數(shù)可達2 190階(NGA，2011)，也是本文計算的階數(shù)。

地球重力場模型是地球引力位按球諧函數(shù)展開中引力位系數(shù)的集合，利用地球重力場模型EGM2008，按照式(1)可計算得到華北地區(qū)自由空氣異常(圖2)。

式(1)中，Δgf為自由空氣異常，fM為地球引力常數(shù)，是完全正常化地球擾動引力位系數(shù)，R是地球平均半徑，θ是地心余緯，λ是地心經(jīng)度，為完全正?；喓侠兆尩潞瘮?shù)。

圖2 華北地區(qū)EGM2008自由空氣異常Fig.2 Free-air gravity anomaly in North China area from EGM2008.

1.2 數(shù)字地形模型

陸地地形改正所用地形數(shù)據(jù)來源于高精度數(shù)字地形模型ASTER GDEM 2009，其網(wǎng)格分辨率達到1″×1″，地形高程精度為20m(METI，2011)，ASTER GDEM 2009地形數(shù)據(jù)只覆蓋陸地部分，對于ASTER GDEM 2009數(shù)據(jù)未覆蓋的海區(qū)則用ETOPO1數(shù)據(jù)補充，ETOPO1陸地高程數(shù)據(jù)來源于數(shù)字地形模型SRTM30，海底地形數(shù)據(jù)來源于世界大洋深度圖(GEBCO)和海洋測深數(shù)據(jù)，網(wǎng)格分辨率為1'×1'(Amante et al.，2011)，基本可以滿足地形改正的需求。如此可將地形改正的外區(qū)范圍擴展至全球，從而保證計算結(jié)果的準確性，并得到華北地區(qū)跨海、陸的完整均衡重力異常結(jié)果。

2 計算方法

2.1 地殼均衡模型及參數(shù)

目前最為常用的地殼均衡模型有Airy模型、Pratt模型和維寧－曼尼茲模型等，實際應用中發(fā)現(xiàn)不同均衡模型的選擇及模型參數(shù)較小的變化不會造成均衡重力異常結(jié)果的明顯差異(馮銳等，1987;Woldetinsae et al.，2005)，本文不再就均衡模型的選擇進行討論。由于在華北地區(qū)Airy模型補償效果略好于Pratt模型(張文佑等，1983)，因此本文直接采用Airy均衡模型。Airy均衡理論認為山根密度與周圍物質(zhì)密度相同，地形相對于大地水準面的起伏越大，對應的山根或反山根越厚，按照式(2)計算Airy山根和反山根厚度，按照式(3)計算均衡補償深度。

式(2)、(3)中，t為山根或反山根厚度，ρc為標準地殼密度，取為2.67g/cm3，ρm為標準地幔密度，取為3.27g/cm3，ρw為海水密度，取為1.03g/cm3，hj為地形高程，T為均衡補償深度，D為標準地殼厚度。

標準地殼厚度根據(jù)地殼模型CRUST2.0確定。由CRUST2.0數(shù)據(jù)統(tǒng)計得到研究區(qū)域平均地殼厚度為35.88km，平均地形高程，在假設地殼達到均衡狀態(tài)的情況下，由式(2)可知陸地平均山根厚度已知研究區(qū)域平均地殼厚度為

可求得研究區(qū)標準地殼厚度:

因而計算中采用32.45km作為Airy均衡模型的標準地殼厚度。

2.2 地形－均衡改正

地形改正就是將相對于大地水準面的地形起伏對重力觀測值的影響去除，傳統(tǒng)的地形改正方法將地形劃分為布格板和殘余地形兩部分，而布格板只是對地形的粗略近似，計算精度比較低，在地形復雜地區(qū)誤差更大(Heck et al.，2007)。高分辨率DEM的出現(xiàn)為精確計算地形改正值提供了方便，DEM將地形按地理經(jīng)緯度坐標劃分為一個個的地形單元柱體，可以很容易地建立起計算點和地形柱體間的幾何關系。如圖3所示，以計算點O為原點建立直角坐標系，X軸沿經(jīng)度方向，Y軸沿緯度方向，Z沿高程方向，地形柱體中心點為P，則可按式(4)(Nagy et al.，2000;Fullea et al.，2008)采用嚴格積分方法計算地形柱體對O點的重力改正值。根據(jù)Airy均衡模型計算出對應的山根柱體的深度，可以采用和地形改正類似的方法計算出地形柱體所對應的山根柱體重力改正值，兩者之和便是地形－均衡改正值。

式(4)中，x1、x2為地形柱體的x坐標范圍，y1、y2為地形柱體y坐標范圍，H1、H2為地形柱體高程范圍，r為計算點至地形柱體中心的距離，ρ為地形柱體密度，G為萬有引力常數(shù)(6.67×10－11N·m2/kg2)。

為提高計算效率，地形－均衡改正通常采用分區(qū)計算的方法。經(jīng)過驗算，對于距離計算點10km以上的地形柱體，點質(zhì)量模型公式和嚴格積分公式之間的相對誤差＜1%(圖4)。因而按距計算點的距離將地形分為近、遠2個區(qū)，分別采用不同的質(zhì)量模型計算地形－均衡改正值，近區(qū)半徑為10km，地形柱體采用嚴格積分公式，近區(qū)以外為遠區(qū)，地形改正采用計算效率更高的點質(zhì)量公式(程振炎等，1985)，由于山根距離計算點均超過10km，因而近、遠區(qū)均衡改正均采用點質(zhì)量公式。

圖3 地形柱體、山根柱體與計算點幾何關系示意圖Fig.3 Geometric relationship of topographic prism，root prism and calculation point.

圖4 點質(zhì)量模型公式與嚴格積分公式相對誤差隨距離衰減曲線Fig.4 Attenuation curve of relative error between point-mass and prism approaches with the increasing of distance.

3 計算結(jié)果及討論

均衡重力異常計算結(jié)果受到局部地形劇烈起伏的影響，表面很不平滑，經(jīng)小波變換方法進行濾波，剔除地形劇烈起伏干擾后得到較平滑的結(jié)果(圖5)，和由實測資料整理、計算得到的結(jié)果(馮銳等，1987，1989;唐新功，2011)總體相符，主要的均衡高值區(qū)和低值區(qū)對應良好，總體變化趨勢較一致，本文計算結(jié)果由于分辨率更高而能反映出更細節(jié)的特征。陳石等(2011)曾利用TopexV18.1自由空氣異常和GTOPO30地形數(shù)據(jù)計算了華北地區(qū)(109°～124°E，30°～43°N)陸地Airy均衡重力異常，亦與本文計算結(jié)果相似。

圖5 華北地區(qū)Airy均衡重力異常計算結(jié)果Fig.5 Airy isostatic gravity anomaly in North China area.

3.1 均衡重力異?？傮w特征

從計算結(jié)果來看，華北斷塊區(qū)均衡重力異常值處于(－90～40)×10－5m/s2，均值為－6×10－5m/s2左右，全區(qū)以絕對值不超過30×10－5m/s2的均衡重力異常為主，燕山隆起南側(cè)、太行山隆起靠近華北平原一側(cè)及膠遼隆起為主要的均衡高值區(qū)，最高超過40×10－5m/s2，環(huán)鄂爾多斯斷塊四周的張性斷陷盆地為顯著均衡異常低值區(qū)，均衡重力異常在河套斷陷帶內(nèi)最低可達－90×10－5m/s2左右。區(qū)內(nèi)均衡重力異常在空間分布上極不均勻，存在顯著的橫向變化，均衡高值區(qū)和低值區(qū)呈現(xiàn)交替分布的特征。

均衡重力異常計算結(jié)果受地殼均衡模型、均衡理論和計算方法等多種因素影響。如地殼參數(shù)和實際情況的差異以及Airy均衡模型未考慮到地殼彈性形變對均衡補償作用的影響(Armstrong et al.，2001)等，這些都會導致計算結(jié)果存在一定的偏差，在對均衡重力異常計算結(jié)果進行討論時，通常認為當均衡重力異常值處于(－20～20)×10－5m/s2時地殼已經(jīng)接近均衡狀態(tài)(程振炎等，1985)，基于這一原則，對華北斷塊區(qū)內(nèi)各斷塊的地殼均衡狀態(tài)進行初步劃分。1)地殼均衡區(qū)(異常絕對值＜20×10－5m/s2):鄂爾多斯斷塊以東的大多數(shù)地區(qū)已經(jīng)接近地殼均衡狀態(tài)，特別是D3和D7斷塊，全區(qū)均衡重力異常值普遍較小，此外D2、D4、D5和D6的大部分地區(qū)以及D1的東北部地區(qū)都接近地殼均衡狀態(tài);2)地殼亞均衡區(qū)(異常絕對值為(20～40)×10－5m/s2):地殼亞均衡區(qū)以負重力異常區(qū)為主，如D1中部和西南部、D4中部、HTB內(nèi)的呼包盆地和SXB內(nèi)的太原盆地等，除此之外，D2、D5和D6內(nèi)零散分布的局部均衡高值區(qū)也可以認為是地殼亞均衡區(qū);3)地殼失衡區(qū)(異常絕對值超過40×10－5m/s2):地殼失衡區(qū)以顯著負均衡重力異常區(qū)為主，主要集中在鄂爾多斯斷塊(D1)及其周邊地區(qū)，如HTB內(nèi)的河套平原斷陷、SXB內(nèi)的渭河地塹和D1西側(cè)的局部地區(qū)。從均衡狀態(tài)分區(qū)特征來看，華北斷塊區(qū)內(nèi)的大多數(shù)地區(qū)都已接近地殼均衡狀態(tài)，地殼均衡狀態(tài)分區(qū)的空間分布的規(guī)律性并不十分明顯，不以斷塊為單位成片出現(xiàn)，主要是反映了新生代隆起或沉降等局部構(gòu)造特征，如均衡重力異常為負值的亞均衡區(qū)以新生代沉積盆地為主，均衡重力異常為正值的亞均衡區(qū)以新生代隆起區(qū)或結(jié)晶基底埋深淺的地區(qū)為主，地殼失衡區(qū)則主要是新生代沉積很厚的斷陷盆地，可見華北斷塊區(qū)地殼均衡狀況和新生代構(gòu)造特征的關系密切。

3.2 均衡重力異常與構(gòu)造特征

計算結(jié)果表明華北斷塊區(qū)均衡重力異常有著明顯的空間差異性，分析認為這種差異性不能簡單地歸結(jié)為地殼均衡狀況的差異，對區(qū)內(nèi)均衡重力異常產(chǎn)生影響的因素主要有2個:1)地殼表層物質(zhì)密度的橫向變化;2)深部構(gòu)造特征的差異。

3.2.1 均衡重力異常與地殼表層物質(zhì)

中國現(xiàn)代地貌輪廓基本上奠定于新構(gòu)造時期，華北地區(qū)的現(xiàn)代垂直構(gòu)造運動基本上沿襲著新構(gòu)造運動發(fā)展格局(丁國瑜等，1989;李志義等，1989)。從均衡重力異?？臻g分布來看，相對高值區(qū)主要對應著新生代構(gòu)造隆起區(qū)，相對低值區(qū)主要對應著新生代下降區(qū)。這與新生代隆起區(qū)多為基巖出露地區(qū)，結(jié)晶基底埋深較淺，地殼表層密度較大，而新生代下降區(qū)被巨厚沉積物所填充，地殼表層物質(zhì)密度較小有關。

地殼表層物質(zhì)對均衡重力異常的影響在鄂爾多斯斷塊周緣斷陷盆地尤為明顯，如鄂爾多斯斷塊東南緣近S形分布的山西斷陷帶內(nèi)的渭河地塹、汾河地塹、太原盆地、大同盆地，以及斷塊北緣的河套平原、呼包盆地和西緣的銀川盆地等新生代張性斷陷盆地均為顯著的局部均衡低值區(qū)。其較大的負均衡值不能簡單地歸結(jié)于均衡補償過剩，由于這些斷陷盆地為新生代劇烈下降區(qū)，被巨厚的年輕堆積物填充(劉光亞，1964)，低密度的新生代沉積物可能是造成負均衡的重要原因。以渭河地塹為例，其最大沉積厚度可達8km(殷秀華等，1994;滕吉文等，2008)，沉積物與盆地四周密度差異估計為0.25g/cm3左右(殷秀華等，1994)，將沉積物質(zhì)假定成1個規(guī)模為50km×280km×8km的均勻密度異常體，定量計算得到其地形－均衡影響為78×10－5m/s2，已經(jīng)基本可以抵消該處的負均衡異常(極值為－80×10－5m/s2左右)。雖然這種近似估算的方法得到的只是粗略的結(jié)果，但是可以看出地表物質(zhì)密度的橫向變化對均衡異常值的影響是顯著的。根據(jù)已有的資料(馮銳等，1989;殷秀華等，1994;滕吉文等，2008;楊卓欣等，2009)可以確定，環(huán)鄂爾多斯斷塊四周的斷陷盆地普遍存在數(shù)千米厚的新生代沉積，推測是造成相關地區(qū)均衡重力異常值偏低的重要原因，由于缺乏準確的資料進行定量計算，仍無法斷定低密度新生代沉積物就是這些地區(qū)均衡異常相對較低的惟一原因。除此之外，華北平原斷塊的坳陷區(qū)、河淮平原、渤海灣盆地等新生代下降區(qū)(張存德等，1990;嘉世旭等，2005)均表現(xiàn)出明顯的負均衡重力異常，鄂爾多斯斷塊和陰山隆起西北側(cè)雖為新生代隆起區(qū)，但鄂爾多斯斷塊廣泛分布的中生代沉積層(殷秀華等，1994)及陰山造山帶北側(cè)可能存在著數(shù)千米厚的沉積建造(滕吉文等，2008;阮小敏等，2011)，因而均表現(xiàn)出負均衡重力異常。而太行山隆起、陰山隆起南側(cè)和燕山隆起南側(cè)等均衡高值區(qū)的結(jié)晶基底幾乎出露地表(滕吉文等，2008;嘉世旭等，2005，2009)，較淺的高密度古老基巖對高均衡重力異常有一定的貢獻。華北斷塊東南部的魯溪隆起、鄂爾多斯斷塊東北部的朔左地臺隆起和呂梁山隆起均表現(xiàn)出相對高值，可能也與這些地區(qū)地殼表層物質(zhì)密度相對較高有關。地殼表層物質(zhì)對均衡的影響不僅體現(xiàn)在不同塊體之間，在塊體內(nèi)部同樣明顯，如華北平原斷塊內(nèi)的滄縣隆起及其東西兩側(cè)的黃驊坳陷和冀中坳陷呈現(xiàn)出規(guī)則的低－高－低相間分布的近NE向均衡異常條帶，這與黃驊坳陷古近系以來沉積厚度達3km，而夾持于兩坳陷區(qū)之間的滄縣隆起僅約1km的沉積分布特征(嘉世旭等，2009)有良好的對應關系，同樣的，蘇滬－黃海斷塊內(nèi)的坳陷區(qū)(嘉世旭等，2005)也與均衡異常低值區(qū)相對應。

3.2.2 均衡重力異常與深部構(gòu)造

均衡重力異常受到莫霍界面起伏及地表至莫霍界面之間物質(zhì)分布的綜合影響，除受地殼表層物質(zhì)密度差干擾外，同時也反映了深部構(gòu)造信息。雖然區(qū)內(nèi)均衡重力異常受新構(gòu)造升降運動影響較大，但兩者之間并不成比例關系，新構(gòu)造升降幅度對均衡重力異常的影響程度在各塊體之間存在差異，這極有可能是各塊體深部構(gòu)造或地殼重力均衡補償狀態(tài)差異的體現(xiàn)。

均衡重力異常反映不同構(gòu)造塊體的深部構(gòu)造差異。研究(張文佑等，1983;李文勇等，2010;唐有彩等，2010)表明，鄂爾多斯地塊莫霍界面較為平緩，山西斷陷盆地帶下莫霍界面明顯上隆，太行山裂谷巖漿帶受中生代地幔隆起所控制，均衡重力異常特征很好地印證了這一點。根據(jù)地殼均衡理論，地幔上隆導致“山根”不足，密度明顯高于地殼的地幔造成深部物質(zhì)過剩，從而強化了山西斷陷帶和太行山隆起的高均衡重力異常值，與鄂爾多斯斷塊顯著負均衡重力異常形成鮮明對比。均衡重力異常還揭示出華北斷塊區(qū)東西部的深部構(gòu)造差異，如太行山斷塊新構(gòu)造隆升幅度遠大于膠遼斷塊，卻有著相近的均衡重力異常值，鄂爾多斯斷塊為新構(gòu)造隆起區(qū)，但均衡重力異常卻明顯低于新構(gòu)造下降的河淮平原斷塊和華北平原斷塊(有著數(shù)千米厚的新生代沉積)，而作為新生代沉降盆地的蘇滬－黃海斷塊則表現(xiàn)出廣泛的正均衡重力異常，可見在相近的隆升幅度或沉積厚度下，太行山以東斷塊傾向于呈現(xiàn)出更高的均衡重力異常，在地殼密度不存在顯著差異的情況下，可以認為是新生代以來斷塊區(qū)東部地殼的減薄拉張和地幔強烈隆起(張文佑等，1983)綜合作用的結(jié)果。

分隔不同構(gòu)造塊體的深斷裂帶對均衡重力異常的分割作用明顯。如郯廬斷裂帶沈陽—渤海段東支作為巖石圈斷裂(張文佑等，1983)造成膠遼斷塊和華北平原斷塊之間明顯的均衡重力異常差異，反映了斷面傾角大及斷層兩側(cè)塊體密度差異大(李文勇等，2010;王新勝等，2012)。郯廬斷裂帶山東段兩側(cè)的魯西隆起和膠東隆起新構(gòu)造上升幅度接近(李志義等，1989)，卻有著較大的均衡重力異常差距，東側(cè)的均衡重力異常值明顯高于西側(cè)，顯示郯廬斷裂帶對兩側(cè)地殼深部構(gòu)造特征的控制作用。太行山山前斷裂帶等深斷裂帶對均衡重力異常的分割作用同樣明顯，地震層析成像也顯示這些深斷裂一直延續(xù)到莫霍面附近(李志偉等，2006)。深斷裂對均衡異常分布特征的分割作用反映了這些斷裂對深部構(gòu)造和淺部構(gòu)造的制約作用。

3.3 均衡重力異常與地震活動

均衡重力異常差異往往體現(xiàn)了殼幔結(jié)構(gòu)的差異，殼幔結(jié)構(gòu)差異又為地震孕育和發(fā)生提供良好的構(gòu)造環(huán)境。華北地區(qū)均衡重力異常等值線及6級以上地震(公元前780年—2013年10月31日)震中分布關系如圖6所示，區(qū)內(nèi)地震活動和均衡重力異常有一定的聯(lián)系，可以依據(jù)均衡重力異常背景和地震空間分布特征進行以下區(qū)域劃分:

圖6 華北地區(qū)Airy均衡重力異常等值線及6級以上地震震中分布圖Fig.6 Contours of airy isostatic gravity anomalies and distribution of earthquake epicenters(M S≥6)in North China area.

(1)環(huán)鄂爾多斯斷塊四周。鄂爾多斯斷塊四周分布了明顯的局部負均衡重力異常區(qū)，形成一個個閉合等值線密集分布的狹長區(qū)域，地震活動多分布于這些等值線密集區(qū)的外圍，且多數(shù)分布在等值線密集區(qū)長軸方向的兩端。值得注意的是，此處均衡重力異常受地殼表層物質(zhì)影響較大，密集的等值線不一定代表均衡狀態(tài)的劇烈變化，但卻是地殼結(jié)構(gòu)橫向劇烈變化的區(qū)域。

(2)華北平原斷塊外圍區(qū)域。華北平原斷塊、太行山斷塊和陰山－燕山斷塊交會部位是不同類型構(gòu)造塊體交會地帶，均衡重力異常等值線密集成帶分布的同時還存在劇烈轉(zhuǎn)向，在北京西側(cè)和天津東北側(cè)為2個明顯的正均衡區(qū)，夾持于2個正均衡區(qū)之間的是一個顯著負均衡區(qū)，地震活動在正均衡區(qū)周邊，特別是正均衡區(qū)向負均衡區(qū)過渡方向集中分布。斷塊東緣的郯廬斷裂帶，同時也是華北平原斷塊和膠遼斷塊的分界帶，是均衡重力異常自西向東由負均衡過渡到正均衡的部位，表現(xiàn)出地震成帶分布的趨勢。斷塊西南部靠近太行山斷塊和河淮平原斷塊的廣闊負均衡區(qū)邊緣也有較密集的地震分布。

(3)蘇滬－南黃海斷塊南部凹陷東緣。南部坳陷為蘇滬－南黃海斷塊內(nèi)的均衡重力異常負值區(qū)，地震活動在負均衡區(qū)東部向正均衡區(qū)過渡的部位集中分布，此處可能對應著蘇北近岸隱伏斷裂(李桂群等，1994)。

由上述分析可知，華北斷塊區(qū)地震分布和均衡重力異常的關系在各次級斷塊之間各不相同，但可以歸納出以下特點:地震通常在顯著正均衡區(qū)或負均衡區(qū)周圍分布，正均衡區(qū)和負均衡區(qū)交會或過渡部位地震分布尤為集中。正、負均衡重力異常的轉(zhuǎn)換帶通常與深斷裂有關，如郯廬斷裂帶和太行山山前斷裂等，多個顯著正、負均衡區(qū)交會地帶通常為深部構(gòu)造轉(zhuǎn)換部位，或者說是地殼斷裂交叉部位，如北京、天津、唐山至張家口一帶，可見具備上述均衡重力異常空間分布特征的區(qū)域很有可能具備地震孕育和發(fā)生的構(gòu)造條件，應當成為地震活動研究的重點區(qū)域。

4 結(jié)論

由地球重力場模型EGM2008、數(shù)字地形模型ASTER GDEM 2009和ETOPO1，經(jīng)嚴密計算得到了華北地區(qū)Airy均衡重力異常結(jié)果，據(jù)此討論了華北斷塊區(qū)的均衡重力異常狀況，并結(jié)合區(qū)內(nèi)淺部、深部構(gòu)造及地震分布規(guī)律進行了初步探討，主要結(jié)論如下:

(1)華北斷塊區(qū)均衡重力異常在空間分布上極不均勻，在各次級斷塊間存在明顯差異，均衡重力異常的顯著橫向變化，主要體現(xiàn)了新生代構(gòu)造特征;

(2)區(qū)內(nèi)均衡重力異常受到地殼表層物質(zhì)密度橫向變化影響較大，主要受新生代地殼垂直運動制約。新生代下降區(qū)或地表沉積較厚的區(qū)域均衡重力異常值相對較低，新生代隆起區(qū)或結(jié)晶基底埋深淺的地區(qū)均衡重力異常值相對較高;

(3)均衡重力異常反映出各次級斷塊的深部構(gòu)造差異。太行山以西的正均衡區(qū)可能受中、新生代地幔上隆控制，以東地區(qū)在新生代地殼拉張減薄和地幔上隆的共同作用下更易于表現(xiàn)出較高的均衡重力異常。部分深斷裂帶是不同均衡異常區(qū)的分界帶，體現(xiàn)深斷裂對構(gòu)造特征的控制作用;

(4)均衡重力異常主要受新生代構(gòu)造運動所控制，說明構(gòu)造作用而非均衡調(diào)整作用是決定該地區(qū)地殼垂直運動方向的主要因素，可見區(qū)內(nèi)地殼均衡調(diào)整尚未完成;

(5)區(qū)內(nèi)地震活動和均衡重力異常的關系在不同斷塊之間存在差異，但也表現(xiàn)出一定的共性，如地震活動趨向于發(fā)生在顯著正均衡重力異常區(qū)或負均衡重力異常區(qū)外圍及正、負均衡重力異常區(qū)的過渡部位，這些地區(qū)往往可能具備地震孕育和發(fā)生的構(gòu)造條件，應當成為今后地震活動研究重點關注的區(qū)域。