蘆山—康定地區(qū)布格重力異常及其歸一化梯度圖像的構(gòu)造物理涵義

玄松柏, 申重陽, 談洪波

中國地震局地震研究所(大地測量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室), 武漢 430071

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蘆山—康定地區(qū)布格重力異常及其歸一化梯度圖像的構(gòu)造物理涵義

玄松柏, 申重陽*, 談洪波

中國地震局地震研究所(大地測量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室), 武漢 430071

蘆山—康定地區(qū)是川滇塊體、松潘—甘孜塊體和華南塊體三個(gè)塊體過渡的“Y”型交匯區(qū)，構(gòu)造變形十分強(qiáng)烈.本文對(duì)EGM2008計(jì)算的布格重力異常進(jìn)行1～5階離散小波變換，得到三方向分量平方和的平方根(HVDM)圖像；利用實(shí)測剖面布格重力異常數(shù)據(jù)，得到剖面的布格重力異常歸一化總梯度(NFG)圖像.結(jié)果分析表明：(1) 垂直于龍門山斷裂帶南段剖面的NFG圖像顯示推覆構(gòu)造體前端切割較淺、后端逐步變深至中地殼，說明松潘—甘孜塊體在深約10～30 km之間存在滑脫構(gòu)造，在青藏高原東向擠出和四川盆地的阻擋作用下，造成深、淺部構(gòu)造差異性運(yùn)動(dòng)，形成逆沖推覆的龍門山構(gòu)造帶； (2) HVDM圖像和剖面的NFG圖像均顯示龍門山斷裂帶西南段與中段和東北段不同，松潘—甘孜塊體對(duì)四川盆地的逆沖推覆作用沿北東方向具有分段性；(3)雅江—洪雅剖面NFG圖像顯示鮮水河斷裂帶和龍門山斷裂之間存在高梯度變化帶，在鮮水河斷裂帶下方強(qiáng)變形帶不僅在20 km左右東傾至龍門山斷裂帶前緣，且逐漸近垂直向下伸入至少到下地殼，反映了兩大斷裂帶交匯區(qū)域變形作用較強(qiáng).川滇塊體內(nèi)部和四川盆地內(nèi)部則顯示低值，說明其變形作用較弱.強(qiáng)烈左旋剪切的鮮水河斷裂帶對(duì)蘆山—康定地區(qū)構(gòu)造活動(dòng)具有主要的控制作用.

重力異常； HVDM； 歸一化總梯度； 地殼結(jié)構(gòu)； 蘆山—康定地區(qū)

1 引言

青藏高原在其東緣及東南緣具有巨大的地形梯度帶，形成了川滇地塊、松潘—甘孜地塊和華南地塊三個(gè)塊體過渡的“Y”型交匯區(qū)，即蘆山-康定地區(qū).該地區(qū)是中國大陸構(gòu)造活動(dòng)最活躍的地區(qū)之一，歷史上發(fā)生多次強(qiáng)震，地表隆升與構(gòu)造變形機(jī)制仍存在爭議.Tapponnier等(1982, 2001)提出高原物質(zhì)沿主要走滑斷裂帶(如鮮水河斷裂帶、紅河斷裂帶)東向擠出模式，東向運(yùn)動(dòng)的地殼受到堅(jiān)硬的四川盆地阻擋而轉(zhuǎn)向東南，GPS測量結(jié)果顯示了現(xiàn)今連續(xù)的旋轉(zhuǎn)弧形左旋走滑運(yùn)動(dòng)(Zhang et al., 2004; Shen et al., 2005; Wang et al., 2008; 張培震, 2008).對(duì)于龍門山兩側(cè)強(qiáng)烈的地形差異和很小地殼縮短量(Zhang et al., 2004)，Royden等(1997)提出下地殼流的動(dòng)力學(xué)模式，認(rèn)為高原東部存在黏性流動(dòng)的下地殼，受到四川盆地阻擋后，在鮮水河斷裂帶以南地區(qū)形成廣闊的下地殼流(Royden et al., 1997; Clark and Royden, 2000; Clark et al, 2005).Bai等(2010)綜合地質(zhì)、GPS和大地電磁觀測的結(jié)果，根據(jù)上地殼與下地殼變形方式的差異，提出雙地殼流和邊界剪切的模式，即陸陸碰撞在青藏高原東部調(diào)整是上地殼剛性塊體滑移與下地殼塑性流變的綜合效應(yīng).張培震(2008)結(jié)合現(xiàn)今地表形變和深部結(jié)構(gòu)認(rèn)為中下地殼的流動(dòng)是該區(qū)強(qiáng)震孕育和發(fā)生的驅(qū)動(dòng)力.

龍門山斷裂帶是多種地球物理場的強(qiáng)烈梯度帶(張季生等, 2009; Bai et al., 2010; Zhan et al., 2013; Jia et al., 2014)，而鮮水河斷裂帶則表現(xiàn)為強(qiáng)烈的左旋剪切(Zhang et al., 2004; Shen et al., 2005; Wang et al., 2008; 張培震, 2008)，被兩大斷裂帶控制的蘆山—康定地區(qū)地殼變形機(jī)制仍需深入研究.本文利用區(qū)域和實(shí)測剖面(圖1)布格重力異常，計(jì)算獲得HVDM(各方向成分平方和的均方根)和NFG(歸一化總梯度). 綜合分析兩類圖像特征，從重力學(xué)角度探索蘆山—康定地區(qū)地殼結(jié)構(gòu)、地殼變形及其與強(qiáng)震孕育關(guān)系.

圖1 蘆山—康定地區(qū)構(gòu)造背景與重力剖面分布白色線表示塊體邊界，黑色線表示主要斷裂; 三角形為重力剖面測點(diǎn)，其中紅色測點(diǎn)由中國地震局地震研究所完成，藍(lán)色測點(diǎn)由中國地震局地球物理研究所完成；白色圓表示主要城鎮(zhèn).SGB，松潘—甘孜塊體；SCB，四川盆地；CDB，川滇塊體.Fig.1 Tectonic setting in Lushan-Kangding area and distribution of gravity profiles White lines present the boundaries of the blocks, black lines present the major faults. Triangles present the measured stations of the gravity profiles implemented by Institute of Seismology, China Earthquake Administration (red triangles) and Institute of Geophysics, China Earthquake Administration (blue triangles), respectively. White circles indicatethe main town. SGB: Songpan-Garzê block, SCB: Sichuan basin, CDB: Chuan-Dian block.

2 構(gòu)造背景與布格重力異常

蘆山—康定地區(qū)是被龍門山斷裂帶和鮮水河斷裂帶分隔成的松潘—甘孜塊體、川滇塊體和四川盆地三大構(gòu)造單元交匯地區(qū)(圖1)，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)同時(shí)受控于青藏高原內(nèi)部物質(zhì)的側(cè)向擠出和喜馬拉雅東構(gòu)造結(jié)俯沖的綜合影響(Huang and Zhao, 2006; Li et al., 2008).松潘—甘孜塊體是平均海拔高程在4000 m左右的褶皺造山區(qū)，分別以龍門山逆沖斷裂帶和鮮水河走滑斷裂帶為東邊界和南邊界(鄧起東等, 2010)，邊界斷裂帶構(gòu)造變形復(fù)雜，強(qiáng)震頻繁發(fā)生，21世紀(jì)中國大陸的四次主要地震，即2001年昆侖山口西8.1級(jí)地震、2008年汶川8.0級(jí)地震、2010年玉樹7.1級(jí)地震和2013年蘆山7.0級(jí)地震均發(fā)生在松潘—甘孜塊體邊界(He et al., 2014).東邊界龍門山斷裂帶形成于三疊紀(jì)中期到晚期(Dong et al., 2013)，由一系列推覆構(gòu)造組成，現(xiàn)今以逆沖滑動(dòng)為主兼具右旋走滑(Xu et al., 2008)，是世界上最顯著的大陸地形梯度帶之一，從四川盆地約500 m的海拔高程，到松潘-甘孜塊體僅約50 km的水平距離，海拔高程最高超過6500 m.南邊界鮮水河斷裂帶亦是川滇塊體的東北邊界，現(xiàn)今幾何形態(tài)上呈北東突出的弧形，由不同級(jí)別的羽列斷層段組成(聞學(xué)澤等, 1989)，西端與北西西走向的甘孜—玉樹活動(dòng)走滑斷裂帶相連，南端與南北走向的安寧河活動(dòng)斷裂帶相接，以速率約10～12 mm·a-1左旋運(yùn)動(dòng)(Zhang et al., 2004; Shen et al., 2005).多種地球物理研究結(jié)果揭示松潘—甘孜塊體和川滇塊體北部地區(qū)(小金河斷裂以北)下地殼廣泛存在低速、高導(dǎo)、低密度體(Wang et al., 2007; Zhang et al., 2009; Bai et al., 2010; Jiang et al., 2012).

從全球重力場模型EGM2008(Pavlis et al., 2008)獲得的區(qū)域布格重力場特征來看(圖2)，松潘—甘孜塊體表現(xiàn)為較高負(fù)異常，達(dá)-400 mGal以上，四川盆地較低，僅在-200 mGal以內(nèi).1970年以來的5級(jí)以上地震多發(fā)生在龍門山斷裂帶和鮮水河斷裂帶，四川盆地周邊的地震活動(dòng)基本位于布格重力異常高、低轉(zhuǎn)換帶，而鮮水河斷裂除東南段石棉附近地區(qū)外，與四川盆地周邊的地震活動(dòng)存在顯著差異.

離散小波變換(DWT)(侯遵澤和楊文采，1997；楊文采等，2001)能夠?qū)⒙癫夭煌叨群蜕疃犬惓ｓw的重力異常信息較有效分離，我們以離散小波方法為基礎(chǔ)，提取其橫向、縱向和對(duì)角成分平方和的均方根(HVDM)(Oru?, 2014)，獲得布格重力異常(圖2)1～5階DWT的HVDM圖像(圖3)，圖像所揭示深部場源特征和橫向不均勻性比重力異常本身(圖2)更為清晰.

圖3a與圖3b基本一致，反映的是物質(zhì)淺層分布差異性信息.龍門山斷裂帶5級(jí)強(qiáng)震活動(dòng)基本分布在HVDM高值區(qū)域的邊緣地帶，與鮮水河斷裂帶上的強(qiáng)震活動(dòng)分布于較低HVDM區(qū)域的特征差異明顯.分布于龍門山地區(qū)NE-SW走向的HVDM極大值與四川盆地內(nèi)的HVDM極小值在龍門山斷裂帶中段和東北段形成顯著的高低過渡帶，在約31°N處轉(zhuǎn)變?yōu)榻麼S走向，其南端在蘆山地震震中附近，龍門山斷裂帶西南的過渡帶不顯著，說明龍門山斷裂帶西南段與中段和東北段在淺層構(gòu)造上具有顯著差異.鮮水河斷裂帶南端瀘定、石棉之間具有較高的HVDM分布，在該區(qū)域南端的石棉附近鮮水河斷裂帶向南和南東延伸轉(zhuǎn)換成安寧河斷裂和大涼山斷裂(張培震, 2008)，鮮水河斷裂帶在該地區(qū)為出露的花崗巖糜棱巖帶，表現(xiàn)為強(qiáng)韌性剪切變形(許志琴等, 1992, 2007)，體現(xiàn)了該地區(qū)在川滇塊體北邊界構(gòu)造運(yùn)動(dòng)上具有重要的轉(zhuǎn)換作用.

圖2 由EGM2008計(jì)算的區(qū)域布格重力異常(圖中數(shù)字單位為mGal)重力異常等值線間隔20mGal，紅色圓為1970年以來研究區(qū)域內(nèi)5級(jí)以上地震，綠色圓從右至左分別為2008年汶川地震、2013年蘆山地震和2014年康定地震．Fig.2 Bouguer gravity anomalies derived from EGM2008 in the unit mGal and seismic activity Contour interval is 20 mGal. Red circles present the earthquakes (M>5) since 1970, green circles from right present the 2008 Wenchuan earthquake, the 2013 Lushan earthquake and the 2014 Kangding earthquake, respectively.

圖3 布格重力異常1～5階(對(duì)應(yīng)a—e)HVDMFig.3 The 1st-5th (a—e) level HVDM of Bouguer gravity anomalies

圖3c與圖3a、3b不同的是，不存在穿過鮮水河斷裂帶康定段的NS走向的HVDM低值帶，體現(xiàn)了隨深度的增加蘆山—康定地區(qū)地下物質(zhì)性質(zhì)逐漸一致.圖3a、3c反映了松潘-甘孜塊體東向擠出，在龍門山地區(qū)形成東西向物質(zhì)密度突變帶，可以認(rèn)為推覆作用的南邊界在蘆山地震震中附近，蘆山震中東北受控于松潘—甘孜塊體的東向推擠，西南的龍門山斷裂帶構(gòu)造活動(dòng)受控于地殼的南、南西向運(yùn)動(dòng)，與龍門山地區(qū)縱橫波速比的高低過渡帶基本吻合(He et al., 2014)，蘆山—康定地區(qū)地殼結(jié)構(gòu)與龍門山斷裂帶中段和北段具有較大差異.

圖3d反映的是中地殼物質(zhì)分布差異性信息，HVDM高值呈近NS向分布于甘孜—松潘塊體東部，汶川地震及其余震恰恰位于HVDM高低過渡地帶，與蘆山地震及其余震分布差異顯著，可能說明了中地殼變形與發(fā)生于同一斷裂帶的兩次地震孕育過程中的作用不同.三大塊體交匯區(qū)域HVDM基本都在10 mGal左右，說明該地區(qū)中地殼的物質(zhì)密度變化不大，與龍門山中段和東北段具有顯著差異.

圖3e反映的是下地殼物質(zhì)分布差異性信息，HVDM高值區(qū)域(大于8 mGal)由NE-SW走向在龍門山斷裂帶南端轉(zhuǎn)變成NS走向，一直延伸到石棉附近，揭示沿龍門山斷裂至三大構(gòu)造塊體交匯的蘆山—康定地區(qū)至石棉附近，下地殼具有相似的物性結(jié)構(gòu)，可能是高溫高壓致使下地殼物質(zhì)部分熔融，在上覆巖石的重力荷載下發(fā)生流動(dòng)的結(jié)果(Clark et al., 2005; 張培震, 2008; 嵇少丞等, 2008).HVDM高值分布于龍門山斷裂帶兩側(cè)松潘—甘孜塊體，松潘—甘孜塊體下地殼流受到堅(jiān)硬的四川盆地阻擋而向兩側(cè)分流，瀘定、石棉及周邊地區(qū)的HVDM高值區(qū)域與Clark等(2005)向四川盆地南西側(cè)分流的下地殼流和Bai等(2010)給出的北線下地殼流吻合.

3 實(shí)測布格重力異常及其歸一化總梯度圖像

全球重力場模型EGM2008的空間分辨率約9 km(Pavlis et al., 2008)，利用模型球諧系數(shù)計(jì)算的自由重力異常在中國大陸的精度為10 mGal左右(楊金玉等, 2012)，且在研究區(qū)域與實(shí)測自由空氣異常存在10 mGal左右的系統(tǒng)誤差(付廣裕等, 2013).圖1中的兩條重力探測剖面較EGM2008具有更高空間分辨率，測量的平均點(diǎn)距～3 km，為更精細(xì)地刻畫蘆山—康定地區(qū)深部構(gòu)造背景和變形特征提供可靠資料.

3.1 實(shí)測剖面布格重力異常

重力剖面探測的每個(gè)測量點(diǎn)分別使用2臺(tái)相對(duì)重力儀(CG-5型)和2臺(tái)GPS接收機(jī)同時(shí)同址觀測.圖1中紅色三角形所示剖面呈NW-SE向，垂直于龍門山，西北起自金川，經(jīng)龍門山西南段的蘆山地震震中，東南至犍為，共測量127個(gè)點(diǎn)，測量剖面長度約304 km；藍(lán)色三角剖面呈東西向，西起自雅江以東的新都橋附近，經(jīng)康定跨越鮮水河斷裂和龍門山斷裂帶南段的汶川—茂縣斷裂和灌縣—安縣斷裂，東至洪雅，共測量90個(gè)點(diǎn)，測量剖面長度約204 km.數(shù)據(jù)處理使用姑咱和成都兩個(gè)絕對(duì)重力值進(jìn)行控制，兩條剖面的平差精度分別為0.0182 mGal和0.0102 mGal.基于測量平差獲得的重力值，經(jīng)高度校正和正常場校正后獲得自由空氣重力異常，然后利用ETOPO1數(shù)字高程數(shù)據(jù)進(jìn)行半徑為167.7 km的地形校正以及中間層校正(布格板密度取2.67 kg·m-3)，進(jìn)而獲得兩條剖面的布格重力異常(圖4紅色三角).

兩條剖面布格重力異常總體上均呈現(xiàn)西高東低的總體趨勢.金川—雅安—犍為剖面布格重力異常的變化范圍在-403～-151 mGal之間，從金川向南東方向呈線性增加，在龍門山(LMS)附近形成突變，其兩側(cè)相差近100 mGal；雅江—洪雅剖面布格重力異常的變化范圍在-422～-190 mGal之間，從0 km到約50 km，即鮮水河斷裂以西的川滇塊體維持在-400 mGal左右，鮮水河斷裂東側(cè)布格重力異常呈近直線增大，約50 km的剖面長度上增加約130 mGal，四川盆地內(nèi)部則較穩(wěn)定地增加.

3.2 歸一化總梯度圖像

布格重力異常歸一化總梯度(NFG)是利用布格重力異常場中的特征點(diǎn)來探測并估計(jì)引起重力異常的場源體位置的方法，雖不能直接計(jì)算場源體的位置和參數(shù)，但在場源體附近NFG解析函數(shù)具有收斂性，比重力異常在估計(jì)場源體位置和地殼構(gòu)造變形的強(qiáng)弱方面更具優(yōu)越性.其基本表達(dá)式如下：

(1)

式中GH為重力異常歸一化總梯度場，G(x,z)為點(diǎn)(x,z)的總梯度，Gcp(x,z)為深度z的總梯度的平均值，Vxz(x,z)和Vzz(x,z)分別為布格重力異常在點(diǎn)(x,z)水平和垂直方向的一階導(dǎo)數(shù).

將圖3所示的剖面布格重力異常按照3km點(diǎn)距進(jìn)行線性內(nèi)插，應(yīng)用Ardestani(2004)和Dondurur(2005)給出的二維NGF的數(shù)值計(jì)算方法，根據(jù)已有研究(Zengetal., 2002;Ardestani, 2004;Dondurur, 2005;Aghajanietal., 2009)和多次試算，金川—雅安—犍為剖面重力異常有限級(jí)數(shù)n=61階，雅江—洪雅剖面有限級(jí)數(shù)展開n=50階，向下延拓采用2 km間隔，考慮到可信的GH結(jié)果所估計(jì)的場源深度與剖面長度之間的關(guān)系，即剖面長度應(yīng)是研究深度的6～10倍(Zengetal., 2002；Ardestani, 2004)，兩條剖面長度分別為～300km和～200km，其結(jié)果反映的可靠場源深度最大在～40km左右.本文僅解釋分析地殼部分，更深層的結(jié)果作為參考.兩條剖面重力異常歸一化總梯度如圖5所示.兩條重力剖面測量時(shí)在雅安到洪雅段重合，因金川—雅安—犍為剖面北西-南東走向，雅江—洪雅剖面為東西走向，歸算的剖面有所不同，所以，兩條剖面重合部分所計(jì)算的GH存在一定差異.

圖5a為金川—雅安—犍為剖面的布格重力異常歸一化總梯度圖像.可以看出，圖中粗實(shí)線勾勒的由松潘-甘孜塊體向龍門山方向上地殼存在由深部向淺部延伸的高GH區(qū)，一直延伸到整個(gè)龍門山地區(qū).松潘—甘孜塊體以剖面距離約50km處為界，兩側(cè)GH分布截然不同，北西側(cè)上地殼(深度范圍約0～30km)GH較小，下地殼(深度>30km)GH則較大，南東側(cè)上地殼0-～10km范圍內(nèi)GH則呈現(xiàn)低—較高—低—較高的分布形態(tài)，特別是剖面距離約60～100km，深度約5～40km范圍，即等值線為2勾勒的范圍，存在由深部向淺部延伸的高GH分布；剖面距離約100km，深度約30km以下區(qū)域表現(xiàn)為較低的GH分布.以上結(jié)果表明剖面距離約50km的兩側(cè)地殼密度結(jié)構(gòu)迥異.較高GH在龍門山地區(qū)深約30km向上、向下分成兩部分，向上的部分GH比向下部分的大.向上部分由北西側(cè)的汶川—茂縣斷裂以較低角度向上楔入龍門山至映秀—北川斷裂和灌縣—安縣斷裂之間，并向南東向深部延伸，蘆山地震震中恰恰位于GH高低變化帶上.向下部分以較高的角度深入至龍門山深部.龍門山深部的GH較低.由此可見，龍門山淺部中上地殼部分物質(zhì)密度分布具有較明顯的不均勻性，而深部物質(zhì)密度分布則較均勻，體現(xiàn)了深淺部變形的差異性.四川盆地內(nèi)灌縣—安縣斷裂至新津—成都—德陽斷裂區(qū)域GH值在上地殼較低，中下地殼較高.新津—成都—德陽斷裂附近上地殼GH高，且有向北西側(cè)延伸的趨勢.龍泉山斷裂上地殼GH由低到較高變化，均與斷裂帶位置基本對(duì)應(yīng).四川盆地新津—成都—德陽斷裂南東側(cè)GH較低，說明該區(qū)域地殼呈剛性，變形較弱.

圖4 金川—雅安—犍為(a)和雅江—洪雅(b)剖面的高程與布格重力異常藍(lán)色圓圈線為高程，紅色三角為布格重力異常.斷裂:WMf，汶川—茂汶斷裂；YBf，映秀—北川斷裂；GAf，灌縣—安縣斷裂；XDf，新津—德陽斷裂；LQSf，龍泉山斷裂；MEKf，馬爾康斷裂；XSHf，鮮水河斷裂.地塊:SGB，松潘—甘孜塊體；LMS，龍門山斷裂帶；SCB，四川盆地；CDB，川滇塊體；TZ, 鮮水河與龍門山斷裂帶間的轉(zhuǎn)換地帶.Fig.4 Elevation and Bouguer gravity anomalies of Jinchuan-Ya′an-Qianwei (a) and Yajiang-Hongya (b) profile Blue circle lines present elevation, red triangle lines present Bouguer gravity anomaly. WMf: Wenchuan-Maowen fault, YBf: Yingxiu-Beichuan fault, GAf: Guanxian-An′xian fault, XDf: Xinjin-Deyang fault, LQSf: Longquanshan fault, MEKf: Maerkang fault, XSHf: Xianshuihe fault, SGB: Songpan-Garzê block,LMS: Longmen Shan, SCB: Sichuan basin, CDB: Chuan-Dian block, TZ: Transitional zone between the Xianshuihe fault and the Longmenshan fault.

圖5 金川—雅安—犍為剖面(a)和雅江—洪雅剖面(b)的布格重力異常歸一化總梯度Fig.5 The normalized total gradient of Bouguer gravity anomalies of Jinchuan-Ya′an-Jianwei (a) and Yajiang-Hongya (b) profile

圖5b雅江—洪雅剖面的布格重力異常NFG圖像，主要特征是川滇塊體下地殼GH較高，鮮水河斷裂到龍門山地區(qū)上地殼GH分布較復(fù)雜，下地殼GH較低，四川盆地內(nèi)整體GH較低，體現(xiàn)了三個(gè)構(gòu)造單元密度分布迥異的基本特征.西側(cè)上地殼(0-～30km)GH較低，說明川滇塊體中上地殼以剛性為主.而～30km以下的下地殼GH較高，表明川滇塊體下地殼物質(zhì)密度異常顯著；中部鮮水河斷裂地區(qū)和龍門山地區(qū)GH在上地殼特別是10km上下分布較復(fù)雜，說明該地區(qū)地殼較為破碎，結(jié)構(gòu)復(fù)雜.GH最大值位于鮮水河斷裂附近，該地區(qū)位于折多山—貢嘎山一帶，表明鮮水河斷裂是松潘—甘孜塊體上地殼物質(zhì)密度分布的轉(zhuǎn)換帶.下地殼GH較低，與金川—雅安—犍為剖面情況基本相同；四川盆地巖石圈呈現(xiàn)剛性特征，且較穩(wěn)定， 其內(nèi)部GH整體較低.

4 討論與結(jié)論

青藏高原持續(xù)的東向推擠是形成并維持龍門山地區(qū)陡峭地形的動(dòng)力背景(Chenetal., 2013)，東部的松潘—甘孜塊體上地殼上覆于部分熔融狀態(tài)的中下地殼之上向東運(yùn)動(dòng)，受到堅(jiān)硬的四川盆地阻擋，形成龍門山局部擠壓推覆構(gòu)造帶(TapponnierandMolnar, 1977)，表現(xiàn)為推覆在四川盆地之上的彭灌雜巖(Xuetal., 2008;Burchfieletal., 2008).圖3a—3c顯示的HVDM高值亦揭示龍門山地區(qū)是上地殼物質(zhì)密度變化的過渡帶.龍門山地區(qū)殼內(nèi)存在較為堅(jiān)硬的高導(dǎo)體阻擋(Zhanetal., 2013)，東向擠出的上地殼未完全深入龍門山下，由金川—雅安—犍為剖面布格重力異常NGF圖像(圖5a)可以看出，較高GH在汶川—茂汶斷裂下方約20 km處被分成上下兩部分.上面的部分物質(zhì)與組成龍門山斷裂帶的三條斷裂呈疊瓦狀推覆于四川盆地之上，在深約20 km處合并成一條韌性剪切帶(許志琴等, 1992, 2007; Lou et al., 2009; 徐錫偉等, 2008; 張培震, 2008)，推測向上的部分為松潘—甘孜塊體的東向推覆體.松潘—甘孜塊體不斷地推覆與逆沖使得龍門山地區(qū)形成韌性變形，造成龍門山地表隆升、地殼增厚(Royden et al., 1997; Clark and Royden, 2000; Clark et al., 2005; Burchfiel et al., 2008; 張培震, 2008).圖3a—3c顯示蘆山地震震中及其東北的斷裂帶附近的HVDM較高，說明龍門山與兩側(cè)地殼物質(zhì)具有較大差異.松潘—甘孜塊體東向推擠，龍門山地區(qū)產(chǎn)生向下擠壓的物質(zhì)，使殼內(nèi)具有物質(zhì)性質(zhì)差異的上下兩層易產(chǎn)生與地震孕育相關(guān)的能量累積.圖3c顯示的龍門山下方存在較大的HVDM和圖5a顯示的存在較高的GH揭示了此現(xiàn)象，這與Zhan等(2013)揭示的東向運(yùn)動(dòng)物質(zhì)不會(huì)楔入龍門山內(nèi)部的結(jié)論有所不同，上下地殼物質(zhì)性質(zhì)的差異可能是青藏高原持續(xù)的東向推擠，在受到四川盆地阻擋后上下分異所致，這需要結(jié)合其他資料進(jìn)一步研究.

圖3a—3c顯示蘆山地震震中東北處于HVDM高低轉(zhuǎn)換的梯度帶上，西南HVDM較低；同時(shí)，兩條剖面的布格重力異常NFG圖像在龍門山斷裂帶亦具有顯著差異，金川—雅安—犍為剖面(圖5a)在龍門山斷裂帶約深0～30km范圍內(nèi)GH由上至下呈現(xiàn)由高至低分布，雅江—洪雅剖面(圖5b)在約深0～30km范圍內(nèi)NFG圖像高低差異不明顯.松潘—甘孜塊體的逆沖推覆作用在龍門山斷裂蘆山地震震中西南地區(qū)有所減弱，可能是受到鮮水河斷裂帶的強(qiáng)烈左旋剪切效應(yīng)的影響.龍門山斷裂西南段低HVDM與東北段高HVDM具有較明顯的差異，即龍門山斷裂帶具有明顯的分段性.四川盆地對(duì)青藏高原東向推擠具有阻擋作用，松潘—甘孜塊體地殼物質(zhì)在龍門山斷裂帶西南段沿四川盆地西南緣向南轉(zhuǎn)向(Clarketal., 2005)，從而可能推動(dòng)了川滇塊體順時(shí)針旋轉(zhuǎn).

穿過鮮水河斷裂帶的雅江—洪雅剖面NFG圖像(圖5b)顯示，GH高值區(qū)域在20km左右具有東傾現(xiàn)象，在上地殼延伸至龍門山斷裂帶，且近于垂直伸入到上地幔，指示鮮水河斷裂帶附近地區(qū)變形強(qiáng)烈，可能說明該斷裂帶活動(dòng)對(duì)龍門山斷裂帶西南段構(gòu)造活動(dòng)具有較明顯的控制作用.川滇塊體的GH較低，與鮮水河斷裂帶附近的高值GH形成鮮明對(duì)比，與地震波成像揭示的緬甸塊體在喜馬拉雅東構(gòu)造結(jié)相對(duì)推擠且俯沖于川滇塊體深部(HuangandZhao, 2006;Lietal., 2008)的結(jié)果基本一致，體現(xiàn)了鮮水河斷裂帶對(duì)該區(qū)構(gòu)造活動(dòng)起主要控制作用.GPS觀測結(jié)果顯示傾角近垂直的鮮水河斷裂帶的左旋速率約10mm·a-1，表現(xiàn)為強(qiáng)烈的左旋剪切作用(許志琴, 1992; 張培震, 2008;Wangetal., 2008)，拖動(dòng)龍門山斷裂帶西南段向南或南東運(yùn)動(dòng)，可能會(huì)使西南段右旋走滑強(qiáng)于中段和東北段，從HVDM(圖3a—3c)分布來看，龍門山斷裂帶西南段與中段和東北段亦具有顯著差異.

蘆山—康定地區(qū)地震活動(dòng)頻繁，特別是龍門山斷裂帶短短5年內(nèi)相繼發(fā)生了2008年汶川8.0級(jí)地震和2013年蘆山7.0級(jí)兩次強(qiáng)震，以及2014年康定6.3級(jí)地震.大量研究表明，汶川地震和蘆山地震均與深部滑脫-逆沖型構(gòu)造密切相關(guān)(朱介壽, 2008;Louetal., 2009;Robertetal., 2010).低速的、部分熔融的中下地殼易形成滑脫，使上覆的脆性上地殼向東運(yùn)動(dòng)，遇到四川盆地阻擋而形成滑脫-逆沖型構(gòu)造(朱介壽, 2008).汶川地震是因向東流動(dòng)的下地殼塑性物質(zhì)受四川盆地阻擋，在龍門山下堆積使上地殼脆性斷裂帶形成能量累積引起(朱介壽, 2008; 張培震, 2008)；蘆山地震震中位于逆沖的密度異常體下方，與玉樹地震震中位于垂直于地表的GH高低變化帶(玄松柏等，2013)不同，蘆山地震震中位于幾乎水平的GH高低變化帶上(圖5a)，這與甘孜—玉樹斷裂帶以左旋走滑為主和龍門山斷裂以逆沖為主的性質(zhì)吻合，亦說明蘆山地震與玉樹地震孕震背景有所不同.與汶川地震不同的是，蘆山地震位于泊松比較高的地區(qū)(Zhengetal., 2013)，即處于中下地殼部分熔融地區(qū)，與龍門山斷裂帶上地殼連成一片(圖5b).在鮮水河斷裂帶附近GH具有向下延伸的特征，下地殼和上地幔頂部附近波速相對(duì)較低，且兩側(cè)速度差異明顯(王椿鏞等, 2003)，說明鮮水河斷裂帶向下切割較深，至少延伸到下地殼.因鮮水河斷裂帶強(qiáng)烈的左旋剪切，結(jié)合接收函數(shù)結(jié)果顯示該區(qū)處于Moho面深度變化梯度帶上(Xuetal., 2007; 張洪雙等, 2009)，使得川滇塊體地殼整體運(yùn)動(dòng)對(duì)龍門山斷裂帶西南段上地殼具有帶動(dòng)作用.康定地震雖不是發(fā)生在雅江—洪雅剖面上，從甘孜—玉樹斷裂與鮮水河斷裂帶均以左旋走滑為主，結(jié)合雅江—洪雅剖面GH分布(圖5b)來看，康定地震與玉樹地震發(fā)震機(jī)理應(yīng)相似.

致謝BureauGravimétriqueInternational(BGI)提供了基于全球重力場模型EGM2008計(jì)算的布格重力異常數(shù)據(jù)，中國地震局地球物理研究所提供雅安—洪雅剖面重力異常，在此一并表示感謝.

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(本文編輯 胡素芳)

Tectonic implications of images of Bouguer gravity anomaliy and its normalized full gradient in Lushan-Kangding area

XUAN Song-Bai, SHEN Chong-Yang*, TAN Hong-Bo

KeyLaboratoryofEarthquakeGeodesy,InstituteofSeismology,ChinaEarthquakeAdministration,Wuhan430071,China

The Lushan-Kangding area, which containing the complicated tectonic deformation, is the Y-shaped transitional zone of the Chuan-Dian block, the Songpan-Garzê block and the South China block. The crustal structure and tectonic deformation of this region are quite complicated, which aroused our great interest.We focus on determining the deep mass anomaly in this region, and the HVDM (the square root of the sum of the squares of wavelet detail components in horizontal, vertical and diagonal direction produced by the discrete wavelet transform) and the NFG (the normalized full gradient of Bouguer gravity anomaly) by provided valid approach. In this study, we present the HVDM and the NFG maps, which were inferred from Bouguer gravity anomaly (BGA) data, to investigate the characteristics of crustal structure and tectonic deformationin the Lushan-Kangding area.

We collected the regional BGA derived from EGM2008 in the eastern Tibetan Plateau. The BGA of two measured profiles (Jinchuan-Ya′an-Qianwei profile and Yajiang-Hongya profile) are obtained from the scientific investigation of the 2013 Lushan earthquake. Therefore, the regional BGA and the BGA of the measured profiles had been used to calculate the 1st-5th level HVDM and the 2-D NFG along the two profiles, respectively.

From the HVDM and the NFG maps in this study, we confirmed that: (1) The NFG map of the profile perpendicular to the Longmenshan fault zone showed that the greater NFG extended downward from surface in the Longmenshan fault zone into about 30 km depth in Songpan-Garzê block; (2) The distribution of the HVDM and the NFG all showed that the southwest segment of the Longmenshan fault zone was different from the middle and northeast segments. The greater HVDM located in the middle and northeast segments but not in the southwest segment. Beneath the Longmenshan fault zone,the NFG distribution presented an obvious gradient belt from northwest to southeast as well as from upper crust to middle crust along the Jinchuan-Ya′an-Qianwei profile, and changed not obviously along the Yajiang-Hongya profile; (3) The NFG map of the Yajiang-Hongya profile showed that the high-gradient belts existed in the regions between the Xianshuihe fault zone and the Longmenshan fault zone, and the low NFG value located in the Chuan-Dian block and the Sichuan basin.

According to the characteristics of the HVDM and the NFG images, we concluded that: (1)The front of the nappe structure cut the shallow crust relatively, and extended to the middle crust. Detachment structures presented at about 10～30 km depth beneath the Songpan-Garzê block. For restriction by the Sichuan basin, the eastward extrusion of the Tibetan Plateau was the driving force for the formation of the Longmenshan Thrust Nappe. The crustal activities presented the nappe structure in the shallow crust and the rigid block in the deeper crust beneath the Longmenshan fault zone. (2) The NE trending Longmenshan fault zone appeared segmentation from northeast to southwest. (3) The strong deformation belt beneath the Xianshuihe fault zone not only dipped eastward to the Longmenshan fault zone, but also stretched from surface into lower crust (about 40 km) almost in vertical direction. The above two faults contained the strong deformationin transitional zone. Contrarily, the Chuan-Dian block and the Sichuan basin had weak deformation. The tectonic activities were mainly controlled by the sinistral shearing of the Xianshuihe fault in the Lushan-Kangding area.

Bouguer gravity anomaly; HVDM; Normalized full gradient; Crustal structure; Lushan-Kangding area

10.6038/cjg20151110.

中國地震局地震研究所所長基金(IS201326122)，國家自然科學(xué)基金(41304060)，國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(2013CB733305)和四川省蘆山“4·20”7.0級(jí)地震科學(xué)考察項(xiàng)目聯(lián)合資助.

玄松柏,男,1980年生,助理研究員,主要從事重力資料解釋與重力反演工作.E-mail:song_bai_whu@163.com

*通訊作者 申重陽,研究員.主要從事地球重力與地殼運(yùn)動(dòng)觀測方面的研究.E-mail:scy907@163.com

10.6038/cjg20151110

P315

2015-01-12，2015-07-08收修定稿

玄松柏, 申重陽, 談洪波. 2015. 蘆山—康定地區(qū)布格重力異常及其歸一化梯度圖像的構(gòu)造物理涵義.地球物理學(xué)報(bào)，58(11):4007-4017,

Xuan S B, Shen C Y, Tan H B. 2015. Tectonic implications of images of Bouguer gravity anomaliy and its normalized full gradient in Lushan-Kangding area.ChineseJ.Geophys. (in Chinese),58(11):4007-4017,doi:10.6038/cjg20151110.