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应用地球物理  2025, Vol. 22 Issue (4): 1109-1124    DOI: 10.1007/s11770-025-1202-3
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基于贝叶斯方法的布格重力异常与近地表密度联合估计—以云南为例
牛凤桂,陈石,*,李永波,李红蕾,牛源源,潘宇航
1. 中国地震局地球物理研究所,北京 100081;2. 北京白家疃地球科学国家野外科学观测研究站,北京 100095;3. 日本国立统计数理研究所,东京 1908562;4. 天津市地震局,天津 300201
Simultaneous estimation of Bouguer gravity anomaly and near-surface density using Bayesian approach: A Yunnan case
Feng-gui Niu, Shi Chen*, Yong-bo Li, Hong-lei Li, Yuan-yuan Niu, Yu-hang Pan
1. Institute of Geophysics, China Earthquake Administration, Beijing 100081, China 2. Beijing Baijiatuan Earth Sciences National Observation and Research Station, Beijing 100095, China 3. The Institute of Statistical Mathematics, Tokyo 1908562, Japan 4. Tianjin Earthquake Agency, Tianjin 300201, China
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摘要 重力异常是地下密度结构的地球物理场响应。在布格重力异常计算中,通常地形密度以先验常数假定,其偏差会以高频信号形式存在于布格重力异常曲线中。本文引入贝叶斯布格重力异常计算方法和布格重力异常光滑先验,同时估计近地表密度参数,最小化Akaike贝叶斯信息准则值。通过理论模型测试和云南地区的两条实测重力剖面计算,证明了该方法的有效性。研究结果表明:经贝叶斯估计的布格重力异常剖面不需要进行滤波处理,与剖面位置的构造特征具有相关性,可以反映出深部地壳结构密度差异的特征。而所获得的近地表横向密度变化参数,不仅可以反映地质区域的近地表岩石密度,其中新生代地层的密度范围约为2.65至2.90g·cm-3,中生代地层的密度范围约为2.61至2.91g·cm-3,古生代地层的密度范围约为2.61至2.92g·cm-3,岩浆岩区域的密度值普遍偏高,还与全球VS30地震波速度估计结果呈现正相关性,这可为地震场地分类提供一种新的地球物理方法。本文研究成果对于估计近地表密度和布格重力异常计算具有重要的参考意义。
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关键词近地表密度   布格重力异常   ABIC准则   贝叶斯反演   地震场地分类     
Abstract: Gravity anomalies reflect the geophysical response to subsurface density structures. Traditionally, the terrain density is assumed to be a constant when calculating Bouguer gravity anomaly. But deviations from this assumption may induce high-frequency signals in the Bouguer gravity anomaly. This study introduces a Bayesian method for computing Bouguer gravity anomaly. It incorporates a smoothness prior for the Bouguer gravity anomaly and estimates near-surface density parameters to minimize the Akaike's Bayesian Information Criterion (ABIC) value. The effectiveness of this method is validated through theoretical model tests and calculations on two observed gravity profiles in Yunnan. The results indicate that the Bouguer gravity anomaly profiles estimated using the Bayesian approach need no extra filtering, exhibit correlations with the crustal structure along the profiles, and effectively reveal subsurface crustal density variations. Moreover, the obtained density variations offer insights into the near-surface rock density in different geological periods. Specifically, Cenozoic formations have a density of roughly 2.65–2.90 g·cm-3, Mesozoic formations 2.61-2.91 g·cm-3, and Paleozoic formations 2.61–2.92 g·cm-3. Magmatic rock regions generally show higher density values. Additionally, these estimated densities show a positive correlation with the global VS30 seismic velocity estimates, suggesting a new geophysical approach for seismic site classification. The findings of this study are significantly valuable for near-surface density estimation and Bouguer gravity anomaly calculations.
Key wordsNear-surface density    Bouguer gravity anomaly    ABIC   Bayesian inversion    Seismic site classification   
收稿日期: 2024-12-05;
基金资助:国家重点研发计划项目(2023YFE0101800);国家自然科学基金青年基金项目(42450233)
通讯作者: 陈石 (E-mail: chenshi@cea-igp.ac.cn).     E-mail: chenshi@cea-igp.ac.cn
作者简介: 牛凤桂,女,硕士,主要从事重力数据处理和地球物理解释。E-mail: niufenggui@cea-igp.ac.cn
引用本文:   
. 基于贝叶斯方法的布格重力异常与近地表密度联合估计—以云南为例[J]. 应用地球物理, 2025, 22(4): 1109-1124.
. Simultaneous estimation of Bouguer gravity anomaly and near-surface density using Bayesian approach: A Yunnan case[J]. APPLIED GEOPHYSICS, 2025, 22(4): 1109-1124.
 
没有本文参考文献
[1] 高宗慧,殷长春,齐彦福,张博,任秀艳,卢永超. 时间域航空电磁数据变维数贝叶斯反演[J]. 应用地球物理, 2018, 15(2): 318-331.
[2] 方圆, 张丰麒, 王彦春. 基于双约束项的广义线性多波联合反演[J]. 应用地球物理, 2016, 13(1): 103-115.
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