利用重力、航磁资料研究木里-盐源弧形构造带及邻区的深部孕震环境

刘　薇, 邵昌盛, 李大虎, 顾勤平

(1.中国科学技术大学 地球与空间科学学院,合肥 230026; 2.四川省核工业地质局 二八二大队,四川 德阳 618000； 3.四川省地震局，成都 610041; 4.中国地震局 地球物理研究所，北京 100083; 5.江苏省地震局，南京 210014)

川西高原的木里-盐源地区，位于松潘-甘孜造山带最南端与扬子陆块相夹持的盐源前陆上冲楔内，发育了大规模的上冲推覆构造。由于该区受青藏高原隆升和后期断裂活动改造，形成了典型的深切高山峡谷和断陷谷地等地形地貌[1]。木里-盐源地区的整体推覆构造的变形自造山前缘(东南)至造山腹地(西北)明显地表现了由脆性→塑性的变形递增规律，在塑性变形中则表现了大量“A”型褶皱、箭鞘褶皱和平卧褶皱以及水平劈理、叶理等变形特征。从地震构造背景来看，自晚三叠世以来，在近东西向和近南北向挤压应力场的联合作用下，区内形成木里弧形构造带西翼NW向和切割弧形构造带的NE向断裂组[2-3]。盐源弧形断裂带主要由2个弧顶朝南的弧形断裂带组成，并且表现为由北西向南东的冲断作用，历史上均发生过6级以上强震或存在史前古地震的地质纪录，自第三纪以来，该断裂一直在活动(图1)。

图1　木里-盐源弧形构造带的地震构造简图Fig.1　The seismotectonic map of the Muli-Yanyuan arc structure belt

据四川省数字地震观测台网记录，木里-盐源弧形构造带的地震活动水平较高，为川西北典型的地震多发区，其潜在的地震危险性不容忽视[4]。从图2中可以发现，区内地震活动的空间分布呈明显的不均匀性，断裂构造对区内历史强震和中小震的空间分布格局均具有一定的控制作用。其中，中小震活动主要在研究区北东部的一系列北西向断裂及其附近密集成丛、成带展布。木里弧形断裂带历史上相继发生过1980年2月2日5.8级地震和1955年9月29日4级地震，木里弧形断裂的西翼中小地震活动也较为频繁。盐源断裂带及周边先后发生过1467年盐源6级地震、1976年盐源、宁蒗交界处6.7级和6.4级地震、1998年11月19日宁蒗6.2级地震、2003年8月21日盐源5.0级地震和2012年盐源-宁蒗5.7级地震等。

图2　木里-盐源弧形构造带近代地震分布图Fig.2　Distribution of modern earthquakes of the Muli-Yanyuan arc structure belt(A)中强地震分布图; (B)弱震分布图

木里-盐源弧形构造带复杂的地震构造背景和频繁的地震活动特征使得该地区的深部构造环境成为一个急需研究的问题，如果只是依赖地面地质调查很难判定发震构造，也很难对该地区的频繁地震活动进行合理的解释[5]。因此，本文利用木里-盐源弧形构造带的重力和航磁资料，采用重力三维视密度反演、航磁化极和延拓等位场数据处理方法，对木里-盐源重磁资料进行位场分离与异常特征提取，得到反映该地区壳内不同深度的视密度变化特征和磁性介质的分布范围及重磁异常的形态、幅值大小、梯度变化等特征，综合研究木里-盐源弧形构造带重磁异常分布特征与地震孕育和发生的深部介质环境和地震构造背景。该研究成果不但为木里-盐源弧形构造带的孕震机理提供深部地球物理场背景依据，而且对今后木里-盐源地区的地震精确定位、速报及地震危险性判定等工作都具有重要意义。

1　重力三维视密度反演

鉴于传统的重力异常分解方法可能会造成异常信息的相互干扰，在不同程度上混杂一些“伪异常”的信息[6-10]，所以，本文基于木里-盐源地区布格重力异常数据，采用三维视密度反演的方法[11-13]，先应用切割法对观测到的场值进行不同深度层源的切割分离[14]，随后采用大深度向下延拓方法将各层的场延拓至相应的深度，最终反演得到的是各深度层密度变化的近似分布情况。考虑到木里-盐源地区的区域地质构造特征、地震目录统计以及中小地震的重新定位结果[15-16]，本文切割半径选取5 km、15 km和25 km，计算出不同深度层视密度变化的分布情况。依据研究区布格重力场数值的大小和等值线的疏密性特征，从东到西将重力场划分为性质各异的3个区带，即：扬子块体西缘的重力高异常区带、小金河-丽江重力渐变带和松潘-甘孜地块的重力低异常区带(图3-A)。据历史地震统计资料[17]，发现位于重力异常渐变带的锦屏山弧形构造带、小金河-丽江断裂均具有明显的深部重力场响应标志，该区中强地震多数发生在断错地壳和上地幔的深大断裂及其附近。

从图3可以看出，5 km视密度反演结果图反映出研究区自SE向NW，视密度异常特征相应呈逐渐降低的特征。其中，重力梯级带出现在小金河-丽江断裂的展布方向及其附近，而松潘-甘孜地槽褶皱系地区呈现出区域重力低值和等值线较为稀疏的分布特征，稻城、雅江一带也位于低值的视密度异常区，这在一定程度上也反映了该区域的地壳介质较为破碎。攀枝花-西昌地区正则表现出相对较高的视密度异常，其北边界截止于冕宁附近，高值异常于地表出露的基性和超基性岩体有关(图3-B)。15 km视密度反演结果揭示了研究区西侧存在明显的大范围的重力低值异常分布 (图3-C)，该特征随着反演深度的增加愈发明显。25 km深度反演结果图呈现出低值异常范围继续扩大，说明川滇菱形块体西南侧的中下地壳物质较为软弱，该区具备发生塑性流动的物性条件(图3-D)。结合深地震测深资料解释结果[18-19]表明，川西高原中下地壳有明显的低速层分布，可能存在温度相对较高的局部熔融体或糜棱岩化的韧性变形体(层)，这种深部塑性流变和浅部脆性地壳内应力积累的构造格局是驱动木里-盐源地区构造变形作用和地震频繁活动的深部动力环境。

图3　布格重力异常及三维视密度反演结果图Fig.3　Bouguer gravity anomaly and inversion results of three-dimensional visual density (A)布格重力异常; (B) 5 km视密度反演; (C) 15 km视密度反演; (D) 25 km视密度反演

2　航磁资料处理及解译

基于航磁异常ΔT数据的分析可以为研究区域地质构造特征和磁性分布特征与深部孕震环境提供可靠的深部地球物理场依据[20-22]。为了削弱浅部磁性场源所产生的局部异常扰动，突出和放大深部场源的数值趋势和异常形态特征，向上延拓可以实现这一功能。先对原始航磁资料进行一系列相关的预处理(日变校正、正常场改正以及高度校正)和网格化分后[23]，再进行航磁异常ΔT化极和向上延拓等位场数据处理方法，对覆盖木里-盐源弧形构造带的最新航磁数据进行位场分离和异常特征提取，得到木里-盐源弧形构造带及邻区的航磁异常展布特征图像。

图4为木里-盐源弧形构造区的航磁ΔT化极平面等值线图，图像揭示了研究区南东部航磁异常等值线形态总体呈南北向分布，其间存在若干圈闭的正、负异常区块，这说明了该南北向构造带局部存在不同的岩性差异。研究区的北西侧表现为低值异常且叠加伴生了大量的杂乱磁异常，这一特征主要反映了松潘-甘孜地槽褶皱区广泛分布的浅变质砂板岩地层。为了更好地揭示深层磁性介质特征和构造分区特点，我们接着对航磁ΔT化极后的异常数据进行上延获得图5-A。在航磁ΔT上延10 km等值线图上，木里-盐源地区仍呈现出大范围条带状的低磁异常分布特征，说明该区磁性变质基底较弱。同时，在航磁ΔT上延10 km等值线图上还可以发现2012年盐源-宁蒗交界处Ms 5.7地震的震中处在航磁异常突变带附近。在航磁ΔT上延20 km等值线图上，航磁异常突变带依然存在，据此推测在宁蒗凹陷盆地北西缘可能存在一条NE走向的隐伏断层，该断层分割了不同的基底块体，从而表现出不同的航磁异常响应特征，而2012年的盐源-宁蒗Ms 5.7地震震中位置就处于该区域块体之间基底性质存在明显差异且应力相对集中的地区。

图4　航磁ΔT化极等值线平面图Fig.4　The contour map of aeromagnetic ΔT data reduced to the pole

除此之外，图5-B为航磁ΔT上延20 km异常分布图像，从该图中可以看出，近SN向的航磁异常梯度带出现在永胜、木里一线，该梯度带两侧区域的航磁异常特征存在显著的区别，我们推测该磁异常分界线应该为壳内深大断裂的磁场响应结果。

3　讨论与结论

本文基于木里-盐源弧形构造带的重力和航磁资料，采用重力三维视密度反演、航磁化极和延拓等数据处理方法，对木里-盐源重磁资料进行位场分离与异常特征提取，综合研究木里-盐源弧形构造带重磁异常分布特征与地震孕育和发生的深部介质环境和地震构造背景，获得了以下认识：

图5　航磁ΔT上延异常等值线图Fig.5　Contour map of upward continuous abnormal aeromagnetic ΔT data(A)上延10 km; (B)上延20 km

a.三维视密度反演结果表明位于重力异常渐变带的锦屏山弧形构造带、小金河-丽江断裂均具有明显的深部重力场响应标志，该区中强地震多数发生在断错地壳和上地幔的深大断裂及其附近。研究结果还表明沿木里-盐源弧形构造带两侧的视密度异常展布特征各异， 15 km视密度反演结果揭示了研究区西侧有明显的大范围的重力低值异常分布。该特征随着反演深度的增加愈发明显，25 km深度反演结果图呈现出低值异常范围继续扩大，说明了川滇菱形块体西南侧的中下地壳物质较为软弱，该区具备发生塑性流动的物性条件。结合深地震测深资料解释结果[18-19]表明，川西高原中下地壳存在明显的低速层分布，可能存在温度相对较高的局部熔融体或糜棱岩化的韧性变形体(层)，这种深部塑性流变和浅部脆性地壳内应力积累的构造格局是驱动木里-盐源地区构造变形作用和地震频繁活动的深部孕震环境。

b.由于研究区内地震活动的空间分布呈明显的不均匀性，断裂构造对历史强震和区域中小震的空间分布格局均具有一定的控制作用，所以，研究地震活动及其孕育机理还需要结合深部构造环境及其介质特征进行综合分析。航磁ΔT化极结果表明了锦屏山构造带两侧不同区域呈现出不同的异常展布特征，构造边界断裂具有明显的深部地球物理场标志，强震较多地集中发生在断错地壳和上地幔的深大断裂及其附近。根据本文的航磁ΔT上延10 km等值线图可以看出，2012年盐源-宁蒗交界处Ms 5.7地震的震中处在航磁异常突变带附近，结合航磁ΔT上延20 km等值线图发现该异常条带依然存在，从而进一步说明了2012年的盐源-宁蒗Ms 5.7地震震中位置就处于该区域块体之间基底性质存在明显差异且应力相对集中的地区。

[参考文献]

[1] 葛肖虹.川西盐源推覆构造的探讨[J].长春地质学院学报,1984(1):36-43.

Ge X H. The discussion on Yanyuan nappe in western Sichuan[J]. Journal of Changchun Geology College, 1984(1): 36-43. (in Chinese)

[2] 许志琴,侯立玮,王宗秀,等.中国松潘-甘孜造山带的造山过程[M].北京:地质出版社,1992.

Xu Z Q, Hou L W, Wang Z X,etal. Orogenetic Process of Songpan-Ganze in China[M]. Beijing: Geological Publishing House, 1992. (in Chinese)

[3] 王宗秀,许志琴,杨天南.松潘-甘孜滑脱型山链变形构造演化模式[J].地质科学,1997,32(3):327-336.

Wang Z X, Xu Z Q, Yang T N. A model for deformation structure evolution of Songpan-Ganze orogene[J]. Chinese Journal of Geology, 1997, 32(3): 327-336. (in Chinese)

[4] 国家地震局震害防御司.中国历史强震目录[M].北京：地震出版社，1995．

The Earthquake Disaster Prevention Department of CEA. Chinese Historical Strong Earthquake Catalog[M]. Beijing: Seismologica Press, 1995. (in Chinese)

[5] 李大虎.川滇交界地段强震潜在危险区深部结构和孕震环境研究[D].北京：中国地震局地球物理研究所,2016.

Li D H. The Deep Structure and Seismogenic Environment of Potential Risk Areas of Strong Earthquakes in Sichuan-Yunnan Border Area[D]. Beijing: Institute of Geophysics, China Earthquake Administration, 2016. (in Chinese)

[6] Boschetti F, Hornby P, Horowitz F. Wavelet based inversion of gravity data[J]. Exploration Geophysics, 2001, 32: 48-55.

[7] Fedi M, Florio G. A stable downward continuation by using the ISVD method[J]. Geophysical Journal International, 2002, 151: 146-156.

[8] Cooper G. The stable downward continuation of potential field data[J]. Exploration Geophysics, 2004, 35: 260-265.

[9] Mads J M, Henrik O, Carsten P,etal. Gravity field sedaration and mapping of buried quaternary valleys in Lolland Denmark using old geophysical data[J]. Journal of Geodynamics, 2007, 43: 330-337.

[10] 李大虎,丁志峰,梁明剑,等.四川地区流动重力资料的位场分离与异常特征提取[J].地震学报,2014,36(2):261-274.

Li D H, Ding Z F, Liang M J,etal. Field separation and anomaly feature extraction of mobile gravity data in Sichuan area[J]. Acta Seismologica Sinica, 2014, 36(2): 261-274. (in Chinese)

[11] 徐世浙,曹洛华,姚敬金.重力异常三维反演-视密度成像方法技术的应用[J].物探与化探,2007,31(1):25-28.

Xu S Z, Cao L H, Yao J J. 3D inversion of gravity anomaly: An application of the apparent density imagery technology[J]. Geophysical and Geochemical exploration, 2007, 31(1): 25-28. (in Chinese)

[12] 徐世浙,王华军,余海龙,等.普光气田重力异常的视密度反演[J].地球物理学报，2009,52(9):2357-2363.

Xu S Z, Wang H J, Yu H L,etal. Apparent density inversion of gravity anomalies of Puguang gas field[J]. Chinese Journal Geophysics, 2009, 52(9): 2357-2363. (in Chinese)

[13] 徐世浙,余海龙,李海侠,等.基于位场分离与延拓的视密度反演[J].地球物理学报,2009,52(6):1592-1598.

Xu S Z, Yu H L, Li H X,etal. The inversion of apparent density based on the separation and continuation of potential field[J]. Chinese Journal Geophysics, 2009, 52(6): 1592-1598. (in Chinese)

[14] 文百红,程方道.用于划分磁异常的新方法----插值切割法[J].中南矿冶学院学报,1990,21(3):229-334.

Wen B H, Cheng F D. A new interpolating cut method for identifying regional and local fields of magnetic anomaly [J]. Journal of Central-South Institute of Mining and Metallurgy, 1990, 21(3): 229-334. (in Chinese)

[15] 朱艾斓,徐锡伟,周永胜,等.川西地区小震重新定位及其活动构造意义[J].地球物学报,2005,48(3):629-636.

Zhu A L, Xu X W, Zhou Y S,etal. Relocation of small earthquakes in western Sichuan, China and its implications for active tectonics[J]. Chinese Journal Geophysics, 2005, 48(3): 629-636. (in Chinese)

[16] 马宏生,张国民,周龙泉,等.川滇地区中小震重新定位于速度结构的联合反演研究[J].地震,2008,28(2):29-38.

Ma H S, Zhang G M, Zhou L Q,etal. Simultaneous inversion of small earthquake relocation and velocity structure in Sichuan-Yunnan area[J]. Earthquake, 2008, 28(2): 29-38. (in Chinese)

[17] 唐荣昌,韩渭宾.四川活动断裂与地震[M].北京：地震出版社，1993:33-38.

Tang R C, Han W B. Sichuan Active Fault and Earthquake [M]. Beijing: Seismologica Press, 1993: 33-38. (in Chinese)

[18] 王椿镛，吴建平，楼海．关于川滇地区深部结构与强震活动关系的研究[J]．地震地磁观测与研究，1999,20(5)：80-87.

Wang C Y, Wu J P, Lou H. Research on relation of deep structure to strong earthquake activity in Sichuan-Yunnan region[J]. Seismological and Geomagnetic Observation and Research, 1999, 20(5): 80-87. (in Chinese)

[19] 王椿镛，韩渭宾，吴建平,等.松潘—甘孜造山带地壳速度结构[J].地震学报，2003,25(3):229-241.

Wang C Y, Han W B, Wu J P,etal. Crustal structure beneath the Songpan-Ganze orogenetic belt[J]. Acta Seismologica Sinica, 2003, 25(3): 229-241. (in Chinese)

[20] 李才明,李军,余舟,等.提高磁测日变改正精度的方法[J]．物探化探计算技术，2004,26(3)：211-214.

Li C M, Li J, Yu Z,etal. The method of increasing precision of diurnal correction in high-precision magnetic survey[J]. Computing Techniques for Geophysical and Geochemical Exploration, 2004, 26(3): 211-214. (in Chinese)

[21] 贺日政,高锐,郑洪伟.隐伏在青藏高原中部的东西走向断裂的航磁异常场特征及其意义[J].吉林大学学报(地球科学版),2007,37(5):1002-1008.

He R Z, Gao R, Zheng H W. Areomagnetic anomaly of subtle east-west striking faults in the Central Tibet and its significance[J]. Journal of Jilin University (Earth Science Edition), 2007, 37(5):1002-1008. (in Chinese)

[22] 闫亚芬,滕吉文,阮小敏,等.龙门山和相邻地域航磁场特征与汶川大地震[J].地球物理学报,2016,59(1): 197-214.

Yan Y F, Teng J W, Ruan X M,etal. Aeromagnetic field characteristics and the Wenchuan Earthquakes in the Longmenshan Mountains and adjacent areas[J]. Chinese Journal Geophysics, 2016, 59(1): 197-214. (in Chinese)

[23] 李才明，李军.重磁勘探原理与方法[M].北京：科学出版社,2013.

Li C M, Li J. The Principle and Method of Gravity and Magnetic Exploration[M]. Beijing: Science Press, 2013. (in Chinese)