意大利中部北亚平宁古比奥第四纪盆地新重力数据及厚度估算

《Tectonophysics》：New gravity data and thickness estimate in the Gubbio Quaternary basin, Northern Apennines, Central Italy

　　

研究人员提出了意大利中部北亚平宁古比奥（Gubbio）第四纪陆内伸展盆地的新重力数据。新数据集密度为先前资料的五倍，并给出了古比奥盆地新的布格异常（Bouguer anomaly）图。研究人员通过剩余布格重力（residual Bouguer gravity）估算盆地充填厚度，并与先前钻孔、地震资料结果对比。研究将盆地充填密度取为2000 kg m?3，基底以马诺索-砂屑灰岩组（Marnoso-arenacea Fm.）为主时密度为2400 kg m?3，密度差（density contrast）为400 kg m?3；若考虑碳酸盐岩贡献，基底密度取2600 kg m?3，密度差为600 kg m?3。低密度差模型得到沉积中心最大厚度约605 m，高密度差模型约406 m。研究人员认为约600 m的估算与Fiorini et al.（2007）主动/被动地震结果及Ge.Mi.Na（1963）部分钻孔更一致。研究进一步讨论盆地厚度空间不对称性与东北侧西南倾古比奥断层（Gubbio Fault）活动的关系：盆地厚度向东北侧断层快速减薄、向西南缓减，反映断层控制下的半地堑式充填与差异沉降。新密级重力数据可支持第四纪伸展盆地三维基底重建及活动正断层构造演化研究。

论文解读：意大利古比奥第四纪盆地新重力数据与厚度估算

研究背景方面，北亚平宁（Northern Apennines）发育一系列轴向展布的第四纪山间盆地（intermontane basins），其中古比奥盆地（Gubbio basin）为受西南倾古比奥断层（Gubbio Fault，主要逆伴生/反演正断层）控制的伸展盆地。已有全国尺度重力图如APAT（2005）1:1,250,000 图虽覆盖意大利，但平均站点密度低于每平方千米1站，对长仅约24 km、宽约4 km的第四纪盆地而言，难以可靠反演盆地充填厚度与基岩顶面几何形态。早期37个褐煤勘探钻孔给出最大厚度约550 m，Menichetti（1992）综合水电勘探资料得约400 m，Fiorini et al.（2007）依噪声与反射层析得约680 m，不同方法结果差异大且缺乏高分辨率空间化约束。因此，研究人员开展高密度地面重力测量，以布格异常（Bouguer anomaly）和剩余异常反演盆地充填厚度，并讨论其与古比奥断层活动的关系。该论文发表于《Tectonophysics》。

主要技术方法概括：研究人员于2024年9—10月使用LaCoste & Romberg model D重力仪在古比奥盆地及周缘获367个新站，平均密度5站/km²，以罗马附近绝对重力站Sant'Angelo Romano等标定，设Branca、Mocaiana、Ponte d'Assi三个基点；采用2600 kg m^?3约化密度做布格校正与地形校正（topographic correction），并用APAT（2005）周缘点重建区域场（regional field）后相减得剩余布格异常（residual Bouguer anomaly）；厚度反演采用两均质块体假设，即盆地充填与下伏基岩各取常密度，通过固定密度差（400或600 kg m^?3）由剩余异常算沉积厚度，再用Fiorini et al.（2007）地震剖面作独立校验。

研究结果如下。

1. 3.
   Data and methods（数据与方法）：研究人员通过新重力采集、布格校正、区域场剥离与双密度差模型，建立古比奥盆地高分辨率重力处理流程。

3.1 Gravity data acquisition（重力数据采集）：研究人员在盆地及周缘采367站，48站位于前第四纪基岩或近基岩露头，定位用快速静态GPS，精度≤0.02 mGal，站点密度较全国图提高约5倍。

3.2 Gravity data correction/reduction（重力校正与归算）：研究人员按意大利重力图规范移除纬度、高程、地形影响，布格校正与地形校正半径至166,736 m，约化密度2600 kg m^?3；与2670 kg m^?3相比差异≤7%，故取2600 kg m^?3更适本区上地壳。

3.3 Residual anomaly calculation（剩余异常计算）：研究人员用APAT（2005）盆地外点重算2600 kg m^?3布格异常并前向填充盆地，得区域场；新数据减区域场得剩余异常，从而突出盆地充填引起的负异常。

3.4 Basin thickness estimates（盆地厚度估算）：研究人员设充填密度2000 kg m^?3，基底为Marnoso-arenacea Fm.时2400 kg m^?3（差400 kg m^?3）；若基底含碳酸盐岩取2600 kg m^?3（差600 kg m^?3），以测试厚度对密度差的敏感性。

1. 4.
   Results（结果）

4.1 Bouguer gravity anomaly maps of the Gubbio basin（古比奥盆地布格重力异常图）：全布格异常最低约?28 mGal，位于304625 E, 4800365 N；剩余异常最小值同位。负异常沿NW-SE展布，东南半盆强度弱于西北半盆，说明充填厚度/岩性在空间上不对称。

4.2 Basin thickness estimates（盆地厚度估算）：400 kg m^?3模型得最大厚度约605 m，沉积中心在盆地中部略偏南，东北向古比奥断层迅速减薄、西南缓减；600 kg m^?3模型最大约406 m但空间格局不变。研究人员指出605 m方案与Ge.Mi.Na（1963）深钻及Fiorini et al.（2007）地震结果更相容，Menichetti（1992）400 m方案主要受限边部钻孔。

1. 5.
   Discussion（讨论）

5.1 Gravity anomaly of the Gubbio basin（古比奥盆地重力异常）：研究人员认为全异常以盆地充填贡献为主，西北半盆受断层下盘碳酸盐岩（carbonates）出露影响，东南半盆被Marnoso-arenacea Fm.覆盖，造成异常不对称。通过沿SSW-NNE剖面将重力厚度与Fiorini et al.（2007）地震解释对比，低密差剖面基底界与地震黄色界面（Marnoso-arenacea Fm.顶）总体吻合；高密差剖面则无相关。故研究人员倾向接受2400 kg m^?3基底、最大厚约600 m的模型。

5.2 与古比奥断层关系及意义：盆地厚度中心靠近几何中心而非紧贴断层，但东北侧陡减反映古比奥断层（Gubbio Fault）作为主控正断层控制半地堑几何；厚度分布支持晚上新世—早更新世以来正断层活动、与Alto Tiberina fault（ATF）呈反型/伴生关系，对地震危险性及第四纪伸展盆地演化解释具约束意义。

结论部分总结：研究人员以5站/km²新重力数据重建古比奥盆地布格异常，剩余异常反演显示盆地充填最大厚约600 m、沉积中心居中、向NE断层带快速减薄；该结果比Menichetti（1992）厚、与Ge.Mi.Na（1963）深孔及Fiorini et al.（2007）地震一致；密度差假设会改变绝对值但空间格局稳定。研究证明高密度重力可弥补全国稀疏重力图不足，为北亚平宁第四纪断陷盆地基底形态、充填史与活动正断层行为提供新定量依据。