利用重力、航磁資料研究木里-鹽源弧形構(gòu)造帶及鄰區(qū)的深部孕震環(huán)境

劉　薇, 邵昌盛, 李大虎, 顧勤平

(1.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 地球與空間科學(xué)學(xué)院,合肥 230026; 2.四川省核工業(yè)地質(zhì)局 二八二大隊(duì),四川 德陽 618000； 3.四川省地震局，成都 610041; 4.中國地震局 地球物理研究所，北京 100083; 5.江蘇省地震局，南京 210014)

川西高原的木里-鹽源地區(qū)，位于松潘-甘孜造山帶最南端與揚(yáng)子陸塊相夾持的鹽源前陸上沖楔內(nèi)，發(fā)育了大規(guī)模的上沖推覆構(gòu)造。由于該區(qū)受青藏高原隆升和后期斷裂活動(dòng)改造，形成了典型的深切高山峽谷和斷陷谷地等地形地貌[1]。木里-鹽源地區(qū)的整體推覆構(gòu)造的變形自造山前緣(東南)至造山腹地(西北)明顯地表現(xiàn)了由脆性→塑性的變形遞增規(guī)律，在塑性變形中則表現(xiàn)了大量“A”型褶皺、箭鞘褶皺和平臥褶皺以及水平劈理、葉理等變形特征。從地震構(gòu)造背景來看，自晚三疊世以來，在近東西向和近南北向擠壓應(yīng)力場的聯(lián)合作用下，區(qū)內(nèi)形成木里弧形構(gòu)造帶西翼NW向和切割弧形構(gòu)造帶的NE向斷裂組[2-3]。鹽源弧形斷裂帶主要由2個(gè)弧頂朝南的弧形斷裂帶組成，并且表現(xiàn)為由北西向南東的沖斷作用，歷史上均發(fā)生過6級(jí)以上強(qiáng)震或存在史前古地震的地質(zhì)紀(jì)錄，自第三紀(jì)以來，該斷裂一直在活動(dòng)(圖1)。

圖1　木里-鹽源弧形構(gòu)造帶的地震構(gòu)造簡圖Fig.1　The seismotectonic map of the Muli-Yanyuan arc structure belt

據(jù)四川省數(shù)字地震觀測臺(tái)網(wǎng)記錄，木里-鹽源弧形構(gòu)造帶的地震活動(dòng)水平較高，為川西北典型的地震多發(fā)區(qū)，其潛在的地震危險(xiǎn)性不容忽視[4]。從圖2中可以發(fā)現(xiàn)，區(qū)內(nèi)地震活動(dòng)的空間分布呈明顯的不均勻性，斷裂構(gòu)造對(duì)區(qū)內(nèi)歷史強(qiáng)震和中小震的空間分布格局均具有一定的控制作用。其中，中小震活動(dòng)主要在研究區(qū)北東部的一系列北西向斷裂及其附近密集成叢、成帶展布。木里弧形斷裂帶歷史上相繼發(fā)生過1980年2月2日5.8級(jí)地震和1955年9月29日4級(jí)地震，木里弧形斷裂的西翼中小地震活動(dòng)也較為頻繁。鹽源斷裂帶及周邊先后發(fā)生過1467年鹽源6級(jí)地震、1976年鹽源、寧蒗交界處6.7級(jí)和6.4級(jí)地震、1998年11月19日寧蒗6.2級(jí)地震、2003年8月21日鹽源5.0級(jí)地震和2012年鹽源-寧蒗5.7級(jí)地震等。

圖2　木里-鹽源弧形構(gòu)造帶近代地震分布圖Fig.2　Distribution of modern earthquakes of the Muli-Yanyuan arc structure belt(A)中強(qiáng)地震分布圖; (B)弱震分布圖

木里-鹽源弧形構(gòu)造帶復(fù)雜的地震構(gòu)造背景和頻繁的地震活動(dòng)特征使得該地區(qū)的深部構(gòu)造環(huán)境成為一個(gè)急需研究的問題，如果只是依賴地面地質(zhì)調(diào)查很難判定發(fā)震構(gòu)造，也很難對(duì)該地區(qū)的頻繁地震活動(dòng)進(jìn)行合理的解釋[5]。因此，本文利用木里-鹽源弧形構(gòu)造帶的重力和航磁資料，采用重力三維視密度反演、航磁化極和延拓等位場數(shù)據(jù)處理方法，對(duì)木里-鹽源重磁資料進(jìn)行位場分離與異常特征提取，得到反映該地區(qū)殼內(nèi)不同深度的視密度變化特征和磁性介質(zhì)的分布范圍及重磁異常的形態(tài)、幅值大小、梯度變化等特征，綜合研究木里-鹽源弧形構(gòu)造帶重磁異常分布特征與地震孕育和發(fā)生的深部介質(zhì)環(huán)境和地震構(gòu)造背景。該研究成果不但為木里-鹽源弧形構(gòu)造帶的孕震機(jī)理提供深部地球物理場背景依據(jù)，而且對(duì)今后木里-鹽源地區(qū)的地震精確定位、速報(bào)及地震危險(xiǎn)性判定等工作都具有重要意義。

1　重力三維視密度反演

鑒于傳統(tǒng)的重力異常分解方法可能會(huì)造成異常信息的相互干擾，在不同程度上混雜一些“偽異?！钡男畔6-10]，所以，本文基于木里-鹽源地區(qū)布格重力異常數(shù)據(jù)，采用三維視密度反演的方法[11-13]，先應(yīng)用切割法對(duì)觀測到的場值進(jìn)行不同深度層源的切割分離[14]，隨后采用大深度向下延拓方法將各層的場延拓至相應(yīng)的深度，最終反演得到的是各深度層密度變化的近似分布情況。考慮到木里-鹽源地區(qū)的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造特征、地震目錄統(tǒng)計(jì)以及中小地震的重新定位結(jié)果[15-16]，本文切割半徑選取5 km、15 km和25 km，計(jì)算出不同深度層視密度變化的分布情況。依據(jù)研究區(qū)布格重力場數(shù)值的大小和等值線的疏密性特征，從東到西將重力場劃分為性質(zhì)各異的3個(gè)區(qū)帶，即：揚(yáng)子塊體西緣的重力高異常區(qū)帶、小金河-麗江重力漸變帶和松潘-甘孜地塊的重力低異常區(qū)帶(圖3-A)。據(jù)歷史地震統(tǒng)計(jì)資料[17]，發(fā)現(xiàn)位于重力異常漸變帶的錦屏山弧形構(gòu)造帶、小金河-麗江斷裂均具有明顯的深部重力場響應(yīng)標(biāo)志，該區(qū)中強(qiáng)地震多數(shù)發(fā)生在斷錯(cuò)地殼和上地幔的深大斷裂及其附近。

從圖3可以看出，5 km視密度反演結(jié)果圖反映出研究區(qū)自SE向NW，視密度異常特征相應(yīng)呈逐漸降低的特征。其中，重力梯級(jí)帶出現(xiàn)在小金河-麗江斷裂的展布方向及其附近，而松潘-甘孜地槽褶皺系地區(qū)呈現(xiàn)出區(qū)域重力低值和等值線較為稀疏的分布特征，稻城、雅江一帶也位于低值的視密度異常區(qū)，這在一定程度上也反映了該區(qū)域的地殼介質(zhì)較為破碎。攀枝花-西昌地區(qū)正則表現(xiàn)出相對(duì)較高的視密度異常，其北邊界截止于冕寧附近，高值異常于地表出露的基性和超基性巖體有關(guān)(圖3-B)。15 km視密度反演結(jié)果揭示了研究區(qū)西側(cè)存在明顯的大范圍的重力低值異常分布 (圖3-C)，該特征隨著反演深度的增加愈發(fā)明顯。25 km深度反演結(jié)果圖呈現(xiàn)出低值異常范圍繼續(xù)擴(kuò)大，說明川滇菱形塊體西南側(cè)的中下地殼物質(zhì)較為軟弱，該區(qū)具備發(fā)生塑性流動(dòng)的物性條件(圖3-D)。結(jié)合深地震測深資料解釋結(jié)果[18-19]表明，川西高原中下地殼有明顯的低速層分布，可能存在溫度相對(duì)較高的局部熔融體或糜棱巖化的韌性變形體(層)，這種深部塑性流變和淺部脆性地殼內(nèi)應(yīng)力積累的構(gòu)造格局是驅(qū)動(dòng)木里-鹽源地區(qū)構(gòu)造變形作用和地震頻繁活動(dòng)的深部動(dòng)力環(huán)境。

圖3　布格重力異常及三維視密度反演結(jié)果圖Fig.3　Bouguer gravity anomaly and inversion results of three-dimensional visual density (A)布格重力異常; (B) 5 km視密度反演; (C) 15 km視密度反演; (D) 25 km視密度反演

2　航磁資料處理及解譯

基于航磁異常ΔT數(shù)據(jù)的分析可以為研究區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造特征和磁性分布特征與深部孕震環(huán)境提供可靠的深部地球物理場依據(jù)[20-22]。為了削弱淺部磁性場源所產(chǎn)生的局部異常擾動(dòng)，突出和放大深部場源的數(shù)值趨勢(shì)和異常形態(tài)特征，向上延拓可以實(shí)現(xiàn)這一功能。先對(duì)原始航磁資料進(jìn)行一系列相關(guān)的預(yù)處理(日變校正、正常場改正以及高度校正)和網(wǎng)格化分后[23]，再進(jìn)行航磁異常ΔT化極和向上延拓等位場數(shù)據(jù)處理方法，對(duì)覆蓋木里-鹽源弧形構(gòu)造帶的最新航磁數(shù)據(jù)進(jìn)行位場分離和異常特征提取，得到木里-鹽源弧形構(gòu)造帶及鄰區(qū)的航磁異常展布特征圖像。

圖4為木里-鹽源弧形構(gòu)造區(qū)的航磁ΔT化極平面等值線圖，圖像揭示了研究區(qū)南東部航磁異常等值線形態(tài)總體呈南北向分布，其間存在若干圈閉的正、負(fù)異常區(qū)塊，這說明了該南北向構(gòu)造帶局部存在不同的巖性差異。研究區(qū)的北西側(cè)表現(xiàn)為低值異常且疊加伴生了大量的雜亂磁異常，這一特征主要反映了松潘-甘孜地槽褶皺區(qū)廣泛分布的淺變質(zhì)砂板巖地層。為了更好地揭示深層磁性介質(zhì)特征和構(gòu)造分區(qū)特點(diǎn)，我們接著對(duì)航磁ΔT化極后的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行上延獲得圖5-A。在航磁ΔT上延10 km等值線圖上，木里-鹽源地區(qū)仍呈現(xiàn)出大范圍條帶狀的低磁異常分布特征，說明該區(qū)磁性變質(zhì)基底較弱。同時(shí)，在航磁ΔT上延10 km等值線圖上還可以發(fā)現(xiàn)2012年鹽源-寧蒗交界處Ms 5.7地震的震中處在航磁異常突變帶附近。在航磁ΔT上延20 km等值線圖上，航磁異常突變帶依然存在，據(jù)此推測在寧蒗凹陷盆地北西緣可能存在一條NE走向的隱伏斷層，該斷層分割了不同的基底塊體，從而表現(xiàn)出不同的航磁異常響應(yīng)特征，而2012年的鹽源-寧蒗Ms 5.7地震震中位置就處于該區(qū)域塊體之間基底性質(zhì)存在明顯差異且應(yīng)力相對(duì)集中的地區(qū)。

圖4　航磁ΔT化極等值線平面圖Fig.4　The contour map of aeromagnetic ΔT data reduced to the pole

除此之外，圖5-B為航磁ΔT上延20 km異常分布圖像，從該圖中可以看出，近SN向的航磁異常梯度帶出現(xiàn)在永勝、木里一線，該梯度帶兩側(cè)區(qū)域的航磁異常特征存在顯著的區(qū)別，我們推測該磁異常分界線應(yīng)該為殼內(nèi)深大斷裂的磁場響應(yīng)結(jié)果。

3　討論與結(jié)論

本文基于木里-鹽源弧形構(gòu)造帶的重力和航磁資料，采用重力三維視密度反演、航磁化極和延拓等數(shù)據(jù)處理方法，對(duì)木里-鹽源重磁資料進(jìn)行位場分離與異常特征提取，綜合研究木里-鹽源弧形構(gòu)造帶重磁異常分布特征與地震孕育和發(fā)生的深部介質(zhì)環(huán)境和地震構(gòu)造背景，獲得了以下認(rèn)識(shí)：

圖5　航磁ΔT上延異常等值線圖Fig.5　Contour map of upward continuous abnormal aeromagnetic ΔT data(A)上延10 km; (B)上延20 km

a.三維視密度反演結(jié)果表明位于重力異常漸變帶的錦屏山弧形構(gòu)造帶、小金河-麗江斷裂均具有明顯的深部重力場響應(yīng)標(biāo)志，該區(qū)中強(qiáng)地震多數(shù)發(fā)生在斷錯(cuò)地殼和上地幔的深大斷裂及其附近。研究結(jié)果還表明沿木里-鹽源弧形構(gòu)造帶兩側(cè)的視密度異常展布特征各異， 15 km視密度反演結(jié)果揭示了研究區(qū)西側(cè)有明顯的大范圍的重力低值異常分布。該特征隨著反演深度的增加愈發(fā)明顯，25 km深度反演結(jié)果圖呈現(xiàn)出低值異常范圍繼續(xù)擴(kuò)大，說明了川滇菱形塊體西南側(cè)的中下地殼物質(zhì)較為軟弱，該區(qū)具備發(fā)生塑性流動(dòng)的物性條件。結(jié)合深地震測深資料解釋結(jié)果[18-19]表明，川西高原中下地殼存在明顯的低速層分布，可能存在溫度相對(duì)較高的局部熔融體或糜棱巖化的韌性變形體(層)，這種深部塑性流變和淺部脆性地殼內(nèi)應(yīng)力積累的構(gòu)造格局是驅(qū)動(dòng)木里-鹽源地區(qū)構(gòu)造變形作用和地震頻繁活動(dòng)的深部孕震環(huán)境。

b.由于研究區(qū)內(nèi)地震活動(dòng)的空間分布呈明顯的不均勻性，斷裂構(gòu)造對(duì)歷史強(qiáng)震和區(qū)域中小震的空間分布格局均具有一定的控制作用，所以，研究地震活動(dòng)及其孕育機(jī)理還需要結(jié)合深部構(gòu)造環(huán)境及其介質(zhì)特征進(jìn)行綜合分析。航磁ΔT化極結(jié)果表明了錦屏山構(gòu)造帶兩側(cè)不同區(qū)域呈現(xiàn)出不同的異常展布特征，構(gòu)造邊界斷裂具有明顯的深部地球物理場標(biāo)志，強(qiáng)震較多地集中發(fā)生在斷錯(cuò)地殼和上地幔的深大斷裂及其附近。根據(jù)本文的航磁ΔT上延10 km等值線圖可以看出，2012年鹽源-寧蒗交界處Ms 5.7地震的震中處在航磁異常突變帶附近，結(jié)合航磁ΔT上延20 km等值線圖發(fā)現(xiàn)該異常條帶依然存在，從而進(jìn)一步說明了2012年的鹽源-寧蒗Ms 5.7地震震中位置就處于該區(qū)域塊體之間基底性質(zhì)存在明顯差異且應(yīng)力相對(duì)集中的地區(qū)。

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