基于衛(wèi)星重力和地震活動(dòng)圖像的構(gòu)造特征分析

陳安國　周濤發(fā)*　王　健　劉東甲　葛　粲

1)合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，合肥　230009 2)中國地震局地球物理研究所，北京　100081

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基于衛(wèi)星重力和地震活動(dòng)圖像的構(gòu)造特征分析

陳安國1)周濤發(fā)1)*王健2)劉東甲1)葛粲1)

1)合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，合肥230009 2)中國地震局地球物理研究所，北京100081

利用中國地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)積累的大量觀測(cè)資料，通過將研究區(qū)網(wǎng)格化，計(jì)算得到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的地震活動(dòng)頻度即密集值，將定性的震中分布圖轉(zhuǎn)化成定量圖像。在選取起算震級(jí)時(shí)通過震級(jí)-頻度G-R關(guān)系和震級(jí)-序號(hào)法計(jì)算研究區(qū)最小完整性震級(jí)MC，給出起算震級(jí)和時(shí)間。使用基于CryoSat-2和Jason-1衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)的V23.1重力模型，自由空氣重力異常經(jīng)過布格板校正和SRTM30地形數(shù)據(jù)做地形校正，得到完全布格重力異常。文中對(duì)邢臺(tái)地震區(qū)和郯廬斷裂帶安徽段進(jìn)行了實(shí)例研究： 邢臺(tái)地震區(qū)布格重力異常呈NE向狹長條形U型特征，異常位置與束鹿斷陷盆地吻合，中、小地震密集值等值線受到重力U型條帶的限制，剖面圖顯示密集值的極值處于重力U型變化的谷底位置；郯廬斷裂帶安徽段布格重力異常及不同高度的向上延拓結(jié)果具有很好的線性和梯度，地震活動(dòng)圖像長軸方向以及震源機(jī)制解發(fā)震斷層節(jié)面走向呈NNE，顯示郯廬斷裂帶安徽段是1條現(xiàn)今仍具有控震能力的深大斷裂；對(duì)發(fā)生在郯廬斷裂帶附近的安慶M4.8地震，使用邊界識(shí)別TDX方法進(jìn)行了 1︰20萬實(shí)測(cè)重磁數(shù)據(jù)的隱伏邊界解譯，結(jié)合研究區(qū)深地震反射剖面探測(cè)成果，探討了安慶地震的發(fā)震斷層。

衛(wèi)星重力異常地震活動(dòng)圖像邢臺(tái)地震郯廬斷裂帶安慶地震

0　引言

隨著地震觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)的建設(shè)和完善，人類獲得了豐富的地震觀測(cè)資料；科研人員開展了眾多研究，充分挖掘觀測(cè)的大數(shù)據(jù)，探索地殼甚至巖石圈的結(jié)構(gòu)，解釋地球動(dòng)力學(xué)過程。

地震過程包含2個(gè)相互關(guān)聯(lián)的環(huán)節(jié)，即構(gòu)造背景和孕震環(huán)境；構(gòu)造背景指大尺度的動(dòng)力學(xué)條件，孕震環(huán)境指地震發(fā)生的局部條件，取決于地震發(fā)生所在地段的構(gòu)造幾何形態(tài)、介質(zhì)物性特點(diǎn)等(張培震等，2013)。介質(zhì)物性如密度、磁性和波速等差異，可以通過重力、地磁和地震等地球物理方法進(jìn)行探測(cè)和識(shí)別(王椿鏞等，2015)。大量地震觀測(cè)及巖石實(shí)驗(yàn)研究成果表明，1次強(qiáng)烈地震的發(fā)生對(duì)局部地殼介質(zhì)會(huì)造成一定程度的破壞，破壞了的局部地殼介質(zhì)遇到區(qū)域應(yīng)力波動(dòng)，則易于中、小地震的發(fā)生(Sondergeldetal.，1981)?；诘厍蛭锢韴?chǎng)(如重力場(chǎng)、磁場(chǎng))與地震活動(dòng)都與地殼介質(zhì)有關(guān)聯(lián)，本文嘗試通過地震活動(dòng)圖像和布格重力異常等資料綜合分析，探討孕震環(huán)境。

地震活動(dòng)圖像的分析方法很多(中國地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司，2003)，有簡單的圖像描述方法，如震中分布圖、M-T圖等，也有利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法來定義描述的，如b值等。王健(2001)提出并由王健等(2010)逐步改進(jìn)了一種中、小地震密集值的定量算法，該方法將研究區(qū)域網(wǎng)格化，計(jì)算每1網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的密集值，繪制等值線圖，獲得的圖像穩(wěn)定，在地震活動(dòng)性分析、輔助校定歷史地震參數(shù)等方面獲得了應(yīng)用。在使用過程中，作者發(fā)現(xiàn)使用QBasic編寫的源程序計(jì)算速度慢，在結(jié)果展示上僅繪制等值線圖，因此本次使用Matlab重寫了計(jì)算程序，使計(jì)算效率大幅度提高，對(duì)地震活動(dòng)圖像新增了截取剖面和立體展示功能，能更好地刻畫地震活動(dòng)特性。在計(jì)算地震活動(dòng)圖像之前，利用震級(jí)-序號(hào)法檢驗(yàn)研究區(qū)的最小完整性震級(jí)MC，充分考慮地震臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測(cè)能力隨時(shí)空的變化。

V23.1重力異常模型(Sandwelletal.，2014)基于歐洲空間局(ESA)CryoSat-2衛(wèi)星和美國國家航空航天局(NASA)Jason-1衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)布，提供了衛(wèi)星觀測(cè)自由空氣重力異常。本文使用Fullea等(2008)的方法，使用自由空氣重力異常計(jì)算布格重力異常，對(duì)布格重力異常進(jìn)行向上延拓，結(jié)合中、小地震活動(dòng)圖像的定量計(jì)算結(jié)果，綜合分析研究區(qū)域重要構(gòu)造帶和強(qiáng)震活動(dòng)區(qū)的孕震環(huán)境。對(duì)安慶M4.8地震使用精度更高的地面實(shí)測(cè)重磁資料，使用TDX方法(Cooperetal.，2006)進(jìn)行邊界識(shí)別，結(jié)合其他地球物理手段的探測(cè)成果，討論了發(fā)震斷層，取得了一些新的認(rèn)識(shí)。

1　地震活動(dòng)圖像計(jì)算方法

1.1中、小地震網(wǎng)格點(diǎn)密集值計(jì)算方法及穩(wěn)定性

王健等(2010)定義了1個(gè)參數(shù)： 網(wǎng)格點(diǎn)密集值Vi，j。該值的計(jì)算方法首先是將研究區(qū)域沿經(jīng)緯度方向以一定的空間間距進(jìn)行網(wǎng)格化，對(duì)網(wǎng)格化的任意1個(gè)節(jié)點(diǎn)(i，j)，以該節(jié)點(diǎn)為中心，假定在以R為半徑的范圍內(nèi)的地震數(shù)為n，則該點(diǎn)的密集值Vi，j定義為

式中，ri，j為第k個(gè)地震距第(i，j)個(gè)節(jié)點(diǎn)的距離。該式的含義是： 以地震到節(jié)點(diǎn)距離對(duì)數(shù)的反比累計(jì)Rmin～R范圍內(nèi)所有地震對(duì)第(i，j)個(gè)節(jié)點(diǎn)的貢獻(xiàn)。密集值與地震的震級(jí)和個(gè)數(shù)成正比，與距離成反比，它綜合反映了地震大小、次數(shù)和疏密程度。對(duì)距離取自然對(duì)數(shù)，主要是考慮到中國目前地震震中定位精度的實(shí)際情況，適當(dāng)降低距離因子的影響。中國地震觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)的實(shí)際定位精度為2～3km(蔣長勝等，2005)，當(dāng)ri，j趨于0時(shí)，Vi，j趨于無窮大，因此ri，j取值非常小并沒有意義，本文取Rmin=e，e為數(shù)學(xué)常數(shù)；實(shí)際計(jì)算中當(dāng)ri，j

對(duì)研究區(qū)域網(wǎng)格化間距Δ分別取0.05、0.1、0.2經(jīng)緯度，半徑R取10km、20km、30km，進(jìn)行不同組合計(jì)算。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)格化間距Δ取值小時(shí)，所獲得的圖像更為精細(xì)，而圖形輪廓總體形狀相近。半徑R取值越大時(shí)，對(duì)每1個(gè)節(jié)點(diǎn)參與貢獻(xiàn)的地震數(shù)也越多，密集值總體有所提高，圖像的等值線范圍更為寬廣，但沒有實(shí)質(zhì)變化。經(jīng)過大量計(jì)算，并考慮到現(xiàn)代地震臺(tái)網(wǎng)的定位精度，認(rèn)為網(wǎng)格間距Δ取0.05經(jīng)緯度，R值取10km，獲得的圖像不僅穩(wěn)定，而且更為精細(xì)和收斂。

1.2最小完整性震級(jí)MC檢驗(yàn)

地震活動(dòng)具有不均勻性，以往在類似研究時(shí)常通過引用前人對(duì)中國地震臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測(cè)能力及臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)條件的質(zhì)量評(píng)定，來給出起算震級(jí)。但這種引用有些不足之處，一方面研究區(qū)域范圍不盡相同，另一方面研究資料截止的時(shí)間尺度不同。本文引入最小完整性震級(jí)MC的研究方法，定性給出具體研究區(qū)的地震起算震級(jí)和起算時(shí)間。

基于地震目錄和統(tǒng)計(jì)地震學(xué)的MC計(jì)算方法主要是基于震級(jí)≥MC的地震在震級(jí)-頻度分布上滿足G-R關(guān)系的假定，當(dāng)震級(jí)-頻度分布中能夠滿足G-R關(guān)系時(shí)對(duì)應(yīng)的最小起始震級(jí)即為MC。最小完整性震級(jí)MC的檢驗(yàn)方法較多(韓立波等，2012)，本文采用 “震級(jí)-序號(hào)”法(蔣長勝等，2013)分析地震目錄完整性，該方法按地震發(fā)生時(shí)間的先后順序排序，地震密度較大區(qū)域的連線大致為MC的時(shí)序變化。

圖1　研究區(qū)震級(jí)-頻度關(guān)系圖Fig. 1　Magnitude-frequency relation of earthquakes in the study area.

1.3計(jì)算實(shí)例

本次計(jì)算數(shù)據(jù)來源于國家地震科學(xué)數(shù)據(jù)共享中心網(wǎng)站。ML≥2.0地震的震級(jí)-頻度線性擬合(圖1)相關(guān)系數(shù)R=0.986，b=0.91，MC約為ML2.4。對(duì)相同數(shù)據(jù)采用震級(jí)-序號(hào)法進(jìn)行MC檢驗(yàn)，如圖2 所示，研究區(qū)域自1972年以來MC隨時(shí)間變化較為穩(wěn)定，大致約為ML2.6。綜合考慮震級(jí)-頻度分布G-R關(guān)系和震級(jí)-序號(hào)法檢驗(yàn)結(jié)果，本文研究區(qū)域最小完整性震級(jí)MC取為ML2.6。圖3 是ML≥2.6地震震中分布圖，篩選出的地震數(shù)6,613個(gè)。

圖2　震級(jí)-序號(hào)法給出的地震目錄完整性分析(1970—2014年)Fig. 2　Earthquake catalogue completeness obtained by magnitude-rank research method(1970—2014).

使用編寫的計(jì)算程序讀取地震參數(shù)，網(wǎng)格間距Δ取0.05經(jīng)緯度，R取10km，在配置Core i5處理器、4G內(nèi)存的筆記本上大約需運(yùn)行3～4min生成計(jì)算結(jié)果。使用編寫的數(shù)據(jù)處理小程序?qū)敵龅慕Y(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)化，生成GMT(Generic Mapping Tools)繪圖軟件支持的數(shù)據(jù)格式，可以直接使用該款優(yōu)秀的免費(fèi)軟件制圖。如圖4 所示，本文自定義了1組CPT(Color Palette Table)，將低值部分定義成白色，從而使圖像整體底色不至于遮蓋圖件要素。對(duì)密集值<8的部分用等值線描述；密集值>8的部分，以不同的顏色表現(xiàn)。從而避免繪制眾多等值線，有效控制圖件大小，高值部分單獨(dú)用顏色也更為醒目。

本次編制的程序新增了圖切剖面(圖6d)和立體展示功能。圖5 為立體綜合展示圖，上、下層相對(duì)應(yīng)，下層為平面等值線圖，上層為平面圖相應(yīng)的立體展示，在顏色描述上根據(jù)需要自定義了1組CPT，使接近0值部分以灰白色呈現(xiàn)，<10的低值部分以綠色呈現(xiàn)，密集值逐漸升高，顏色隨之以藍(lán)、黃、紅梯度呈現(xiàn)。非常形象地描繪了地震活動(dòng)性特征。

圖3　經(jīng)MC檢驗(yàn)后挑選的地震震中分布圖Fig. 3　Earthquake epicenter distribution selected by magnitude-rank analysis.

圖4　研究區(qū)中、小地震網(wǎng)格點(diǎn)密集值等值線圖Fig. 4　Grid density value contours map at the research area.

圖5　計(jì)算結(jié)果立體展示圖Fig. 5　Stereogram pattern of computing result.

2　衛(wèi)星重力數(shù)據(jù)及布格重力改正

Sandwell等(Pavlisetal.，2012；Sandwelletal.，2013，2014)基于歐洲空間局CryoSat-2衛(wèi)星和美國國家航空航天局Jason-1衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)在2014年底發(fā)布了最新的V23.1重力異常模型和垂向重力梯度VGG模型，由于上述2顆衛(wèi)星相對(duì)于之前的Geosat和ERS-1衛(wèi)星應(yīng)用了新的雷達(dá)技術(shù)，精確度提升了1.25倍，累計(jì)觀測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)長達(dá)70個(gè)月；因此本次發(fā)布的重力模型較之前發(fā)布的老版重力模型精確度提升了2倍，該模型清晰地揭示了墨西哥灣和南大西洋等數(shù)千米厚海相沉積層下方的隱伏構(gòu)造(Sandwelletal.，2014)。

地形數(shù)據(jù)來自SRTM30_PLUS V11數(shù)字化高程模型(Smithetal.，1997; Beckeretal.，2009)，該模型提供了除南北極外的全球30″精度高程數(shù)據(jù)，其最新版本為V11，于2014年底發(fā)布。

據(jù)Fullea等(2008)的方法，將來自V23.1重力模型的自由空氣重力異常經(jīng)過布格板校正到簡單布格異常，再使用SRTM30_PLUS V11數(shù)字化高程模型做局部地形改正，最后得到完全布格重力異常。上述計(jì)算在LINUX環(huán)境下運(yùn)行，使用Mercator投影到2km×2km的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格用于計(jì)算。

3　實(shí)例分析

本文選取圖4 范圍內(nèi)地震活動(dòng)水平最顯著的邢臺(tái)地震區(qū)和中國東部規(guī)模巨大的郯廬斷裂帶的安徽段進(jìn)行研究。對(duì)衛(wèi)星重力自由空氣異常經(jīng)過改正得到完全布格重力異常，使用向上延拓方法對(duì)重力異常的區(qū)域場(chǎng)和局部場(chǎng)進(jìn)行分離，突出深部背景異常。將重力異常，中、小地震密集值和構(gòu)造特征(鄧起東等，2003)綜合分析，剖析深部地球物理場(chǎng)、構(gòu)造背景與地震活動(dòng)之間的關(guān)系。

3.1邢臺(tái)地震區(qū)

從圖6a可知： 研究區(qū)內(nèi)地形變化大，西側(cè)為太行山，近SN向分布；太行山山前斷裂以東為平原區(qū)，地形平坦。圖6b自由空氣重力異常很好地顯示出地表地質(zhì)特征： 太行山為正異常區(qū)；邢臺(tái)地震區(qū)附近自由空氣重力呈負(fù)異常，走向呈NE向，異常區(qū)與束鹿斷陷盆地位置吻合，地震震中主要分布在該異常區(qū)；在斷層F2與F3之間的自由空氣重力負(fù)異常區(qū)位于石家莊-晉縣凹陷附近。圖6c經(jīng)過改正后的完全布格重力異常呈現(xiàn)西低東高的總體格局，太行山一帶的布格重力為相對(duì)低值，F(xiàn)5明化鎮(zhèn)斷裂以東布格重力為相對(duì)高值；邢臺(tái)地震區(qū)位于布格重力異常U型位置，該U型異常帶的中心部位對(duì)應(yīng)束鹿斷陷盆地，其西側(cè)與F3鄰近的相對(duì)高值區(qū)對(duì)應(yīng)寧晉凸起，其東側(cè)F4、F5之間的相對(duì)高值區(qū)對(duì)應(yīng)新河凸起。

圖6　邢臺(tái)地震區(qū)地質(zhì)構(gòu)造和重力異常圖Fig. 6　Schedule map of geological structure and gravity anomaly in the Xingtai seismic region.F1晉-獲斷裂，F(xiàn)2太行山山前斷裂，F(xiàn)3晉縣斷裂，F(xiàn)4新河斷裂，F(xiàn)5明化鎮(zhèn)斷裂；a 地質(zhì)構(gòu)造與震中分布圖，b 自由空氣重力異常與中、小地震密集值等值線圖，c 完全布格重力異常與中、小地震密集值等值線圖，d 圖c所示AB剖面圖

圖6 中震中分布和地震密集值等值線顯示邢臺(tái)地震區(qū)地震活動(dòng)主體位于束鹿斷陷盆地內(nèi)，呈NE向條帶分布，新河斷裂是束鹿斷陷盆地東部的主邊界斷層，斷裂傾向NW。1966年3月8日和22日2次破壞性主震位于中、小地震密集值等值線中心附近；根據(jù)震源機(jī)制解，邢臺(tái)地震主震斷層為走滑斷層，傾角為80°左右。近幾十年的地震地質(zhì)及人工地震剖面、大地電磁研究成果(王椿鏞等，1993；徐錫偉等，2000；徐杰等，2012)認(rèn)為新河斷裂在地殼淺部呈鏟狀正斷層，地殼淺部不存在與震源斷層性質(zhì)一致的晚更新世—全新世活動(dòng)斷裂，因而認(rèn)為鏟狀正斷層及下方的滑脫面和中、下地殼陡傾角深斷裂組合是邢臺(tái)地震發(fā)震斷層。但也有研究(江娃利，2006；李傳友等，2007)認(rèn)為，巨厚的第四紀(jì)松散地層附近，僅依據(jù)超淺層人工地震剖面揭露的斷裂上斷點(diǎn)來說明最新活動(dòng)年代有可能存在研究精度不足的問題。

詹艷等(2011)給出了1條2010年10月實(shí)測(cè)的大地電磁剖面分析結(jié)果，新河斷裂在地表向W傾并延伸至上地殼，1966年邢臺(tái)地震的強(qiáng)余震震源位于高低阻邊界帶交界區(qū)域，處于上陡下緩的新河斷裂和其下較陡立的隱伏電性差異帶的銜接位置。圖6d給出了與上述大地電磁剖面位置一致的布格重力和中、小地震密集值剖面圖，圖中布格重力呈現(xiàn)2次較為顯著的梯度變化，其中W側(cè)變化對(duì)應(yīng)太行山山前一帶，并呈鋸齒狀，東側(cè)的梯度帶位于新河斷裂附近，剖面連線西傾。圖6d剖面上有2個(gè)U型變化區(qū)，分別位于F3—F4之間和F2的西側(cè)極值與F3之間，通過與地質(zhì)構(gòu)造對(duì)比分析可知： F2的西側(cè)極值與F3之間的U型變化區(qū)對(duì)應(yīng)石家莊-晉縣凹陷，F(xiàn)3—F4之間的U型變化區(qū)對(duì)應(yīng)束鹿斷陷盆地。如圖所示： 邢臺(tái)地震區(qū)的地震活動(dòng)主體位于重力剖面曲線F3—F4之間的U型變化區(qū)，這一 U型變化的谷底附近正是邢臺(tái)地震區(qū)地震活動(dòng)最為強(qiáng)烈的位置，密集值呈現(xiàn)極大值。

綜上所述，邢臺(tái)地震區(qū)重力異常呈NE向狹長條形U型特征，異常位置與束鹿斷陷盆地吻合；邢臺(tái)地震區(qū)地震活動(dòng)集中分布在該重力異常U型凹陷內(nèi)，密集值的等值線明顯受到U型帶的限制。邢臺(tái)地震區(qū)U型重力負(fù)異常區(qū)應(yīng)是束鹿斷陷盆地及其邊界斷層寧晉斷裂、新河斷裂和其下的陡傾角深部隱伏斷裂引起的，與1966年邢臺(tái)地震的發(fā)生密切相關(guān)。受限于這一特殊的構(gòu)造背景，邢臺(tái)地震區(qū)的地震活動(dòng)可能會(huì)持續(xù)相當(dāng)長時(shí)間，應(yīng)加強(qiáng)束鹿斷陷盆地重力異常U型帶的地震活動(dòng)監(jiān)測(cè)、深部結(jié)構(gòu)探測(cè)和中強(qiáng)震復(fù)發(fā)周期研究。

3.2郯廬斷裂帶安徽段

NNE向的郯廬斷裂帶是中國東部的1條巨型斷裂帶，本文所指的郯廬斷裂帶安徽段大致北起嘉山、南至宿松，長約400km。朱光等(2002)據(jù)跨郯廬斷裂帶安徽段的2條地學(xué)斷面以及郯廬斷裂帶內(nèi)巖漿巖及糜棱巖的年齡及野外研究認(rèn)為： 早白堊世走滑期的巖漿活動(dòng)，指示當(dāng)時(shí)斷裂帶切入了殼-幔邊界；在晚白堊世—古近紀(jì)的地殼伸展活動(dòng)中，軟流圈發(fā)生了強(qiáng)烈的上隆；在新近紀(jì)以來的擠壓活動(dòng)中，發(fā)生了較強(qiáng)的逆沖活動(dòng)和大規(guī)模的幔源玄武巖漿噴發(fā)。滕吉文等(2006)指出了郯廬斷裂帶的強(qiáng)烈水平錯(cuò)動(dòng)與其東側(cè)塊體陸內(nèi)的W向俯沖，并探討了大別山含柯石英榴輝巖與郯廬斷裂帶深部物質(zhì)NNE向強(qiáng)烈水平錯(cuò)動(dòng)的關(guān)聯(lián)。董樹文等(2010)據(jù)廬江-樅陽火山巖盆地的深反射地震剖面以及平行于剖面的大地電磁、高精度重磁剖面，認(rèn)為郯廬斷裂帶深部陡立延伸至莫霍面，并且發(fā)現(xiàn)近平行于郯廬斷裂帶的羅河-缺口斷裂也是1條深切整個(gè)地殼，造成莫霍面2～3km錯(cuò)斷的大斷裂。

圖7a給出了近年來發(fā)生在郯廬斷裂帶安徽段附近的ML≥4.0地震的震源機(jī)制解，2009年4月6日肥東ML4.0和2011年1月19日安慶M4.8地震震源機(jī)制解是帶少量走滑分量的逆沖型地震，2006年7月26日定遠(yuǎn)ML4.7和2011年6月17日桐城ML4.1地震震源機(jī)制解是帶少量逆沖分量的走滑型地震。侯明金等(2007)利用郯廬斷裂帶(安徽段)斷層面上的擦痕觀察、測(cè)量計(jì)算古應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行斷裂動(dòng)力學(xué)分析，認(rèn)為在新生代郯廬斷裂帶(安徽段)發(fā)生擠壓逆沖兼右行走滑作用，與震源機(jī)制解的結(jié)果吻合。上述幾次地震后的烈度調(diào)查都支持震源機(jī)制解的發(fā)震斷層節(jié)面為NNE走向，顯示受郯廬斷裂帶的控制。

圖7　郯廬斷裂帶安徽段地質(zhì)構(gòu)造和重力異常圖Fig. 7　Geological structure and gravity anomaly in the Tanlu fault zone(Anhui segment).F1郯廬斷裂帶，F(xiàn)2潁上-定遠(yuǎn)斷裂，F(xiàn)3肥中斷裂，F(xiàn)4滁河斷裂，F(xiàn)5巢湖斷裂，F(xiàn)6獨(dú)山-東湯池?cái)嗔?，F(xiàn)7羅河-缺口斷裂，F(xiàn)8宿松-樅陽斷裂；a 地質(zhì)構(gòu)造與震中分布圖，b 自由空氣重力異常與中、小地震密集值等值線圖，c 完全布格重力異常與中、小地震密集值等值線圖，d 向上延拓6km異常圖，e 向上延拓12km異常圖，f 向上延拓18km異常圖

圖7b是自由空氣重力異常，大別山等山地丘陵為正異常，郯廬斷裂帶顯示出了線性的負(fù)異常特點(diǎn)。圖7c是經(jīng)過改正后的完全布格重力異常，大別山區(qū)為典型的負(fù)異常，郯廬斷裂帶東側(cè)的布格異常值相對(duì)較高。圖7d—f 是布格重力異常分別向上延拓6km、12km和18km的結(jié)果，上延到18km后重力異常形態(tài)沒有太大變化，說明淺部的局部異常得到了足夠壓制，重力異常反映了深部背景異常。郯廬斷裂帶在上延不同高度的圖像上重力梯度都很突出，顯示了郯廬斷裂帶的深大斷裂特性。

郯廬斷裂帶附近的密集值等值線長軸方向與斷裂帶走向接近，在郯廬斷裂帶與巢湖斷裂交會(huì)處以南地震主要分布在郯廬斷裂帶以東的前陸變形帶(朱光等，1998)內(nèi)。Lü等(2015)綜述了長江中下游成礦帶(常印佛，1991；周濤發(fā)等，2008)深部探測(cè)SinoProbe-03項(xiàng)目的成果，通過巢湖北側(cè)張八嶺隆起的深地震反射剖面揭示了郯廬斷裂帶安徽段上地殼為近垂直的高角度逆沖斷層，斷裂帶的深部傾向SE，即深部傾向前陸變形帶。前陸變形帶內(nèi)的廬江-樅陽火山巖盆地綜合地球物理探測(cè)(董樹文，2010)顯示羅河-缺口斷裂(F7)淺部傾向NW為正斷層，而5～6km深處，斷裂傾向反轉(zhuǎn)成SE向，表現(xiàn)為逆沖，傾角約70°，寬2～3km，直插地殼底部，將莫霍面錯(cuò)斷2～3km，SE側(cè)抬升。高銳等(2010)據(jù)廬-樅火山巖盆地多條深地震反射剖面結(jié)果，認(rèn)為郯廬斷裂帶、羅河-缺口斷裂和長江斷裂帶是廬樅地區(qū)的3條重要斷裂。如圖6 所示，羅河-缺口斷裂的位置與密集值等值線的位置非常吻合，且走向近一致?？梢娚畈刻綔y(cè)發(fā)現(xiàn)的羅河-缺口斷裂與該地區(qū)的地震活動(dòng)關(guān)系極為密切，可能指示這條斷錯(cuò)Moho的深斷裂現(xiàn)今仍具有弱活動(dòng)性。

圖8　區(qū)域重力、航磁資料解譯的隱伏邊界與安慶地震關(guān)系圖Fig. 8　The concealed boundary interpreted from the gravity and magnetic data and their relation with the Anqing earthquake.a 布格重力異常圖；b 化極后航磁異常圖；c 重力邊界識(shí)別結(jié)果；d航磁邊界識(shí)別結(jié)果

圖8 是使用邊界識(shí)別TDX方法(Cooperetal.，2006)對(duì)安慶地震附近的 1/20萬實(shí)測(cè)重、磁數(shù)據(jù)進(jìn)行隱伏斷層和地質(zhì)體邊界的識(shí)別結(jié)果，重、磁數(shù)據(jù)由深部探測(cè)SinoProbe-03項(xiàng)目提供。由圖8 可知： 郯廬斷裂帶(F1)的西支在重、磁數(shù)據(jù)的邊界識(shí)別結(jié)果中都清晰可辨，2011年6月17日桐城ML4.1地震即發(fā)生在重力解譯的隱伏邊界附近，該地震的震源機(jī)制解發(fā)震斷層節(jié)面走向與隱伏邊界的走向幾乎一致；郯廬斷裂帶(F1)的東支僅在重力數(shù)據(jù)解譯結(jié)果中清晰顯示。由圖8c可見，安慶4.8級(jí)地震震中附近的重力數(shù)據(jù)未識(shí)別出隱伏邊界，圖8d航磁數(shù)據(jù)識(shí)別的隱伏邊界在安慶地震的西北和東南側(cè)各有1條NE向的隱伏斷層，分別對(duì)應(yīng)前人在該區(qū)域開展的深地震反射剖面發(fā)現(xiàn)的羅河-缺口斷裂(F7)(董樹文等，2010；高銳等，2010)和長江深斷裂(CJF)(高銳等，2010；呂慶田等，2015)。據(jù)長江中下游中段安徽岳西—東至長約300km的DB-12-01、DB-12-02兩條跨長江深地震反射剖面(呂慶田等，2015)揭示，長江深斷裂(CJF)在安慶附近由多條傾向SE的正斷層組成，長江深斷裂的性質(zhì)在早白堊紀(jì)伸展變形階段，由逆沖斷裂反轉(zhuǎn)演化為區(qū)域正斷層帶(董樹文等，2011；呂慶田等，2015)。

謝祖軍等(2012)給出了2011年1月19日安慶4.8級(jí)地震震中精定位結(jié)果： 震中經(jīng)度、緯度分別為117.097°E、30.6378°N(圖8 中已采用該位置)，最佳擬合震源深度為4～5km。 從空間位置分析，安慶地震位于長江深斷裂(CJF)西北側(cè)，而長江深斷裂(CJF)是傾向SE的正斷層帶，兩者沒有直接聯(lián)系。安慶4.8級(jí)地震的震源機(jī)制解是帶少量走滑分量的逆沖型地震(陳安國等，2011；洪德全等，2011)，與長江深斷裂(CJF)的正斷層性質(zhì)也不吻合。安慶地震附近的地震密集值等值線走向呈NE—NNE向，發(fā)震斷層節(jié)面走向N15°E左右(謝祖軍等，2012)，上述參數(shù)與震中附近NE—NEE走向的宿松-樅陽斷裂(F8)也相差較大。

航磁解譯的安慶地震西北側(cè)的隱伏邊界與羅河-缺口斷裂(F7)位置十分接近。據(jù)廬江-樅陽火山巖盆地深反射地震探測(cè)成果(董樹文等，2010；高銳等，2010)，羅河-缺口斷裂(F7)在地殼淺部傾向NW為正斷層，其下自5km左右直至莫霍面產(chǎn)狀反轉(zhuǎn)呈傾向SE的逆沖斷層。安慶地震的震源深度為4～5km，與羅河-缺口斷裂產(chǎn)狀反轉(zhuǎn)處深度大致接近；安慶地震主震震源機(jī)制解是帶少量走滑分量的逆沖型地震，與羅河-缺口斷裂深部主干段的逆沖運(yùn)動(dòng)性質(zhì)吻合；震源機(jī)制解發(fā)震斷層節(jié)面走向 N15°E左右，與羅河-缺口斷裂走向NE—NNE也比較接近；該斷裂的深部產(chǎn)狀往SE傾向安慶地震方向。

安慶地震震中附近地表斷層尚未發(fā)現(xiàn)有與震源各參數(shù)比較吻合的發(fā)震斷層，發(fā)震斷層認(rèn)識(shí)尚不統(tǒng)一(陳安國等，2011；洪德全等，2011；謝祖軍等，2012)。本文認(rèn)為羅河-缺口斷裂(F7)相對(duì)于宿松-樅陽斷裂和長江深斷裂(CJF)作為安慶地震發(fā)震斷層從震源參數(shù)方面來看可能更合理些，而羅河-缺口斷裂鄰近郯廬斷裂帶主干斷裂且兩者走向一致，應(yīng)屬于郯廬走滑斷裂系(許志琴，1984；徐嘉煒等，1992；王小鳳等，1998)。

安慶地震附近的地震密集值等值線走向呈NE—NNE向，與航磁數(shù)據(jù)解譯的隱伏邊界(F7和CJF)走向接近(圖8b)，等值線分布在F7至CJF斷層的南側(cè)，空間關(guān)系密切相關(guān)。可能指示了該地區(qū)的現(xiàn)代小地震活動(dòng)與老斷層的新活動(dòng)有關(guān)。

4　結(jié)論

本文綜合利用重力、航磁、地震活動(dòng)圖像和震源機(jī)制解等資料，使用向上延拓和邊界識(shí)別等技術(shù)，分析了研究區(qū)域內(nèi)典型地震區(qū)、深大斷裂帶的地震地質(zhì)背景和孕震環(huán)境。

(1)邢臺(tái)地震區(qū)重力異常呈NE向狹長條形U型特征，異常位置與束鹿斷陷盆地吻合，邢臺(tái)地震區(qū)地震活動(dòng)集中分布在重力異常U型凹陷內(nèi)。邢臺(tái)地震區(qū)U型重力負(fù)異常區(qū)應(yīng)是束鹿斷陷盆地及其邊界斷裂寧晉斷裂、新河斷裂和其下的陡傾角深部隱伏斷裂引起，與1966年邢臺(tái)地震的發(fā)生密切相關(guān)。

(2)郯廬斷裂帶安徽段在布格重力異常及其不同高度的向上延拓結(jié)果均呈清晰的線性梯度帶，深部探測(cè)結(jié)果證實(shí)郯廬斷裂帶安徽段呈高角度逆沖斷層，傾向SE的。震源機(jī)制解資料指示現(xiàn)今的運(yùn)動(dòng)方式為逆沖兼有走滑分量，發(fā)震斷層節(jié)面走向NNE，以及前陸變形帶內(nèi)的地震活動(dòng)圖像長軸方向均與郯廬斷裂帶安徽段走向一致。

(3)應(yīng)用邊界識(shí)別TDX方法分析處理安慶M4.8地震區(qū)的重、磁實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，在震中附近識(shí)別出2條磁力隱伏邊界(F7和CJF)，結(jié)合長江中下游成礦帶及廬江-樅陽火山巖盆地深地震反射剖面成果和震中附近的地震活動(dòng)圖像，認(rèn)為2條隱伏邊界斷層與現(xiàn)代中、小地震活動(dòng)關(guān)系密切，羅河-缺口斷裂(F7)的性質(zhì)與安慶4.8級(jí)地震的發(fā)震斷層性質(zhì)更吻合。

致謝感謝SinoProbe-03項(xiàng)目提供的區(qū)域重、磁數(shù)據(jù)；感謝中國地震局地球物理研究所蔣長勝研究員提供的震級(jí)-序號(hào)法MC檢驗(yàn)程序；衛(wèi)星重力數(shù)據(jù)使用了V23.1，地形數(shù)據(jù)來自SRTM30_PLUS 和ASTER GDEM；文中圖件由Wessel and Smith 開發(fā)的免費(fèi)作圖軟件GMT繪制；衷心感謝審稿專家提出的寶貴修改意見和建議!

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ANALYSIS ON STRUCTURAL FEATURES: INSIGHTS FROM SATELLITE-DERIVED GRAVITY MODEL AND SEISMIC PATTERN

CHEN An-guo1)ZHOU Tao-fa1)WANG Jian2)LIU Dong-jia1)GE Can1)

1)SchoolofResourceandEnvironmentalEngineering，HefeiUniversityofTechnology，Hefei230009，China>2)InstituteofGeophysics，ChinaEarthquakeAdministration，Beijing100081，China

In this paper，based on a large number of cumulative observational data from the seismic monitoring network in China，we grid the research area to calculate the density values at each grid node and convert the qualitative earthquake epicenter distribution to quantitative seismic pattern. Minimum magnitude of completeness(MC)is determined by magnitude-rank analysis，which provides lower limit earthquake and original time. New satellite-derived gravity model v23.1，which is based on satellites CryoSat-2 and Jason-1 data，is used to determine the Bouguer gravity anomaly derived from free-air gravity anomaly and elevation database sets SRTM30，and ultimately，the complete Bouguer correction is obtained. In this paper，the Xingtai earthquake zone and Tanlu fault zone (Anhui segment) are selected for case study. Bouguer gravity anomaly presents a NE-trending U-shaped narrow strip in the Xingtai earthquake zone，and its location is consistent with Shulu Fault Basin. Grid density value contours are restricted by the U-shaped strip，and the extreme value of seismic activity density lies in the bottom of the U-shaped strip as shown in the cross section. The results of Bouguer gravity anomaly and upward continuations to the different heights show good linearity and gradient in the Tanlu fault zone (Anhui segment); and both long-axis direction of seismic pattern and nodal plane strike of seismogenic fault from focal mechanism solutions trend NNE. In short，the Tanlu fault zone(Anhui segment)is a large deep-seated fault that still has the ability to control seismic activity along it. Based on the measured gravity and magmatic data，using the edge detection TDX method to interpret the concealed boundary of the AnqingM4.8 earthquake near the Tanlu fault，and combining with the results from deep seismic reflection profiles of the study area，we discussed the causative fault of the Anqing earthquake.

gravity anomaly derived from satellite altimetry，seismic pattern，Xingtai earthquake，Tanlu fault zone，Anqing earthquake

10.3969/j.issn.0253- 4967.2016.03.015

2015-09-16收稿，2016-03-31改回。

國家自然科學(xué)基金重大國際(地區(qū))合作與交流項(xiàng)目(41320104003)和中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查工作項(xiàng)目(12120114039701，1212011220243，1212011220244)共同資助。

周濤發(fā)，男，教授，E-mail: tfzhou@hfut.edu.cn。

P315.2

A

0253-4967(2016)03-0696-15

陳安國，男，1979年生，在讀博士研究生，主要從事重磁反演和地震地質(zhì)研究，電話: 18919657109，E-mail: anguo-chen@163.com。