徐如剛，張 毅，王 雷，朱志春，顧左文

（1．安徽省地震局，安徽 合肥 230031；2．中國地震局地球物理研究所，北京 100081）

0 引言

東秦嶺—大別—蘇魯造山帶是華北—揚子陸塊之間的陸—陸碰撞造山帶［1－3］。大別造山帶位于中央造山帶的東段，是秦嶺—大別—蘇魯造山帶的重要組成部分。20世紀80年代，由于超高壓變質(zhì)巖，特別是大量出露柯石英［4］和微粒金剛石［5］的發(fā)現(xiàn)，大別造山帶超高壓變質(zhì)作用及其動力學問題成為地學界研究的熱點，吸引了國內(nèi)外眾多科學家的廣泛的興趣［6－8］。90年代中期以來，地質(zhì)學家從巖石學、地球化學等多方面研究大別造山帶的超高壓變質(zhì)作用及地球動力學，取得了大量的研究成果［9－12］，同時以地震方法為主的地球物理探測、大地電磁方法提供了大別造山帶地殼速結(jié)構(gòu)、莫霍面起伏及電性結(jié)構(gòu)特征的重要信息，為認識大別造山帶深部結(jié)構(gòu)提供了重要的研究成果［13－20］。但是，利用重力、地磁地球物理場探測方法在大別造山帶開展深部構(gòu)造及動力學過程的研究甚少［21］。

本文旨以貫穿東大別造山帶內(nèi)的六安—英山、白塔畈—無為、金寨青山—萬佛湖三條地磁剖面磁異常數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用匹配濾波方法對地磁觀測數(shù)據(jù)進行局部與區(qū)域異常場分離，基于區(qū)域異常場分離結(jié)果利用近似線性反演方法，對三條剖面的居里面埋深進行定量地計算，并結(jié)合研究區(qū)域內(nèi)已有的研究成果、地震資料，對東大別造山帶內(nèi)的地震活動與居里面的關(guān)系及其地震成因機制進行初步研究，并從地磁探測角度為東大別造山帶的結(jié)構(gòu)和動力學研究提供深部證據(jù)。

1 構(gòu)造背景、地磁剖面布設(shè)

2010年11月，安徽省地震局在東大別造山帶內(nèi)布設(shè)了三條地磁剖面，點位分布如圖1所示。研究區(qū)域南、北方向分別以襄樊—廣濟斷裂、六安—合肥斷裂為界，與揚子陸塊和合肥盆地相接；東、西方向分別以烏江—羅昌河斷裂、麻城—商城斷裂為界，與秦嶺—蘇魯造山帶相鄰。

圖1 東大別造山帶地磁剖面分布及構(gòu)造背景Fig．1 Distribution of geomagnetic profiles and tectonic background in Eastern Dabie Orogen．

六安—英山剖面（Ⅰ）全長約180km，方向SSW，布設(shè)總強度測點33個。剖面由北起始于華北地塊南緣，貫穿北淮陽構(gòu)造帶，向南延伸至東大別造山帶，與土地嶺—落兒嶺斷裂平行，跨越曉天—磨子潭、梅山—龍河口、肥西—韓擺渡斷裂。白塔畈—無為剖面（Ⅱ）全長約190km，走向SEE，布設(shè)總強度測點35個。剖面位于曉天—磨子潭斷裂與梅山—龍河口斷裂之間，跨越土地嶺—落兒嶺及郯廬斷裂。金寨青山—萬佛湖剖面（Ⅲ）全長90km，方向近EW，位于曉天—磨子潭、梅山—龍河口斷裂之間，近乎與曉天—磨子潭平行，布設(shè)總強度測點18個。

2 數(shù)據(jù)采集及資料處理

剖面測點野外總強度數(shù)據(jù)、測點坐標數(shù)據(jù)的采集分別由G856AX質(zhì)子旋進式磁力儀和星站SF2050差分GPS完成。對獲取的剖面總強度觀測數(shù)據(jù)進行日變化通化、長期變通化改正、化極、局部與區(qū)域磁異常場的分離處理。

2．1 數(shù)據(jù)通化

（1）選擇地磁剖面觀測期間內(nèi)的磁靜日作為地磁數(shù)據(jù)通化日［22］，使用蒙城地磁臺的地磁連續(xù)觀測分均值數(shù)據(jù)進行日變通化改正，日變改正的總強度通化均方誤差小于1．5nT；

（2）基于“1995．0－2010．0中國地區(qū)地磁基本場長期變化6階NOC非線性模型”，對經(jīng)日變化通化改正后的觀測數(shù)據(jù)進行長期變通化改正，通化至2010．0年代；

（3）以《2010．0中國地磁圖》曲面樣條模型計算值作為地磁正常場，對剖面地磁觀測數(shù)據(jù)進行主磁場剝離，獲取各剖面的巖石圈磁異常場。

2．2 剖面磁異常數(shù)據(jù)匹配濾波處理

根據(jù)前人的研究經(jīng)驗［23］，匹配濾波法是區(qū)分局部和區(qū)域磁異常場的有效手段之一。此方法為一個低通濾波器，有一個較為復雜的匹配濾波器。與向上延拓方法不同之處在于，提取高頻成分時不會放大導致高頻成分的振蕩效應(yīng)。本次研究采用匹配濾波法對東大別造山帶內(nèi)的三條經(jīng)過通化處理、主磁場剝離和化極后的剖面數(shù)據(jù)進行局部和區(qū)域地磁異常場分離。該方法的基本原理見文獻［24］，文中僅給出對數(shù)功率譜曲線擬合得到的直線斜率、局部和區(qū)域異常場分離的最佳深度變化關(guān)系公式：

其中H為局部和區(qū)域異常場分離的最佳深度；Δx為點距；k為對數(shù)功率譜曲線擬合得到的直線斜率。根據(jù)剖面的對數(shù)功率譜確定了研究區(qū)域匹配濾波最佳平均尺度為5km，分離出了三條剖面的區(qū)域磁異常場，如圖2所示。

2．3 居里面反演計算

基于匹配濾波法分離的區(qū)域地磁異常場結(jié)果，使用連續(xù)模型法及Peters的近似線性反演公式［24］，把居里面的相對于平均深度的起伏表示為有限項傅里葉級數(shù)，使用最小二乘法求得相對起伏深度的傅里葉級數(shù)即可計算出剖面的居里面埋深。反演計算過程中居里面的平均埋深取為24km、平均磁化率取值為2 800×10－3A／m，傅里葉諧波次數(shù)取為2次。

3 剖面磁異常變化特征解譯

磁異常反映了地殼中、深部介質(zhì)與磁性構(gòu)造屬性的信息，其形態(tài)、走向及結(jié)構(gòu)在一定程度上可作為推斷基底構(gòu)造性質(zhì)、斷裂走向，不同構(gòu)造單元與邊界帶的依據(jù)［25］?；诟髌拭娲女惓Ｗ兓卣髑€分析發(fā)現(xiàn)，剖面磁異常變化曲線表現(xiàn)出不同的特征。

圖2 各剖面磁異常變化曲線Fig．2 Geomagnetic anomaly curves of geomagnetic profiles．

剖面Ⅰ磁異常變化曲線顯示，在上土市、霍山兩處存在磁異常陡變帶，其中霍山附近的磁異常變化最為劇烈，極值異常接近300nT，表明存在斷裂構(gòu)造。由圖1可知，兩處陡變帶分別對應(yīng)于梅山—龍河口、曉天—磨子潭斷裂。磁異常變化曲線直觀地將剖面分為三段：英山至上土市段，呈高值異常分布并伴隨一定起伏，反映出該段基底巖系磁性較強，基底構(gòu)造相對連續(xù)；上土市至霍山段，異常起伏較為劇烈，表明該段基底構(gòu)造較為破碎，兩側(cè)區(qū)域的磁異常變化劇烈，區(qū)域磁性構(gòu)造與兩側(cè)差異較大；霍山至三十鋪段，總體表現(xiàn)平緩，由南向北緩慢上升，反映出該段基底巖系磁性較弱，基底構(gòu)造相對連續(xù)。

剖面Ⅱ磁異常變化曲線在舒城和廬江之間產(chǎn)生異常幅度較大的陡變帶，變化幅度達500nT，表明該段跨越不同的地質(zhì)構(gòu)造單元，存在斷裂構(gòu)造。極值異常對應(yīng)于郯廬斷裂帶，異常曲線顯示出郯廬斷裂帶內(nèi)外兩側(cè)的磁異常變化差異較為顯著。剖面磁異常曲線大致可分為磁異常曲線形態(tài)截然不同的兩段：白塔畈至舒城段的磁異常整體變化較為平緩，起伏較小，磁異常不發(fā)育，顯示出該段基底巖系磁性較弱，埋藏較深，基底構(gòu)造相對連續(xù)，磁性基底略有起伏；廬江至無為段的磁異常起伏較為劇烈，異常幅度明顯弱于陡變帶，反映出該段基底巖系的性質(zhì)較大差異，磁性基底破碎。

剖面Ⅲ磁異常曲線整體表現(xiàn)為負磁異常背景下的呈現(xiàn)規(guī)律性的諧波狀起伏變化，極值異常變化幅度約為400nT。曲線整體顯示曉天—磨子潭斷裂兩側(cè)之間的磁性構(gòu)造差異較大：青山至霍山段異常幅值較低，呈現(xiàn)緩降－緩升趨勢，顯示不同磁性地質(zhì)體間隔分布；霍山至萬佛湖段，磁異常呈現(xiàn)出整體抬升，起伏變化減弱。

4 居里面與地震活動的關(guān)系分析

居里面反映了地殼深部的溫度場，而地殼深部熱運動與地震活動性密切相關(guān)［26－27］。因此研究居里面不但可以了解地溫梯度研究地熱演化、地殼深部結(jié)構(gòu)，而且對進一步全面認識地震孕育的深部構(gòu)造背景環(huán)境有重要的意義。為此以研究區(qū)域116．52°E，31．21°N為中心105km為半徑的區(qū)域內(nèi)地震為對象，將1990年1月1日－2012年2月1日ML≥2．0地震分別向各地磁剖面進行投影。結(jié)合剖面磁異常反演所得居里面以及研究區(qū)域的相關(guān)研究成果給出了居里面埋深與地震分布，如圖3所示。

經(jīng)初步探討，得出如下方面的認識：

（1）居里面埋深定量反演計算結(jié)果顯示研究區(qū)域內(nèi)的居里面埋深起伏較大，變化幅度約14km。六安—英山剖面居里面平均埋深約為24km，剖面縱穿合肥盆地、北淮陽及東大別造山帶，起伏較大約為11km，其中位于霍山地區(qū)下方的居里面埋深起伏最大，地震事件也最為密集；橫穿合肥盆地及郯廬斷裂帶的白塔畈—無為剖面居里面埋深起伏最大約14km，位于郯廬斷裂兩側(cè)的居里面埋深起伏最大；金寨青山—萬佛湖剖面居里面埋深起伏約為12 km，居里面埋深反演結(jié)果與研究區(qū)域的航磁資料計算所得的居里面埋深相一致［28］。

（2）剖面磁異常變化曲線與其對應(yīng)的居里面反演結(jié)果呈現(xiàn)出較好的鏡像關(guān)系。

（3）通過對三條剖面的居里面埋深的綜合分析發(fā)現(xiàn)，東大別造山帶內(nèi)居里面自西向東、自南向北逐漸抬升，合肥盆地內(nèi)居里面由北往南逐漸抬升，六安—英山、金寨青山—萬佛湖剖面相交處的霍山地區(qū)下方的居里面埋深最淺、起伏較大。

圖3 居里面埋深與地震分布Fig．3 Depth of Curie surface and earthquakes distribution along the profiles

（4）通過研究區(qū)域的地震分布與居里面埋深的分布關(guān)系分析發(fā)現(xiàn)二者存在著較為密切的關(guān)系，大部分地震的分布主要集中在居里面發(fā)生扭折的部位，如霍山地區(qū)下方區(qū)域。

5 討論與結(jié)論

通過匹配濾波法對東大別造山帶內(nèi)的六安—英山、白塔畈—無為、金寨青山—萬佛湖三條剖面觀測數(shù)據(jù)進行局部和區(qū)域異常場分離，獲取了磁異常變化曲線，并以此為基礎(chǔ)反演計算了研究區(qū)域居里面埋深，結(jié)合研究區(qū)域內(nèi)的地震活動及已有的地質(zhì)研究成果，初步探討了研究區(qū)域的地震成因、深部動力學環(huán)境及其與居里面關(guān)系，并得出如下認識：

（1）各剖面磁異常變化曲線呈現(xiàn)出不同的特征，研究區(qū)磁異常變化幅度較大，尤其在深大斷裂兩側(cè)如郯廬斷裂帶、曉天—磨子潭斷裂帶兩側(cè)產(chǎn)生異常幅更大的陡變帶。磁異常變化特征曲線較好的反映出東大別造山帶內(nèi)構(gòu)造基底性質(zhì)之間的差異性。

（2）六安—英山、金寨青山—萬佛湖剖面交匯部位霍山地區(qū)下方的居里面埋深最淺同時地震事件也最為密集，考慮影響居里面埋深的主要因素、研究區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造及剖面的具體分布位置，推測霍山地區(qū)下方構(gòu)造區(qū)的深部可能存在地幔熱流上涌的通道，熱流上涌是造成該區(qū)域居里面隆起的主要原因，而切穿大別山碰撞造山縫合帶的曉天—磨子潭斷裂［19］?則可能為熱流的上涌提供了交換通道。

（3）地震是在區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力及深部流體的巨大能量轉(zhuǎn)換過程，由于震源區(qū)巖石在彈性形變臨界時突然發(fā)生破裂而能量釋放的結(jié)果［26］。位于震源區(qū)附近居里面坳陷區(qū)的地殼塊體溫度相對偏低，為地殼中的“硬塊體”，巖石塑性差，構(gòu)造應(yīng)力易于集中。震源區(qū)附近的居里面隆起區(qū)溫度較高，為地殼中的“軟塊體”，巖石塑性強，為地震孕育過程中的巖石錯動及能量的釋放提供了調(diào)整單元［29］。

（4）若取居里面溫度為600℃，高溫區(qū)、低溫區(qū)埋深分別為17km、30km，則兩個區(qū)域的平均溫度梯度分別為35℃和20℃，由此在10km以下深度上將會產(chǎn)生100～200℃的溫差，由溫差產(chǎn)生的熱應(yīng)力關(guān)系式［30］

σT＝0．1αEΔT

可計算出上述區(qū)域溫差將產(chǎn)生與引起巖石破裂力同量級的熱應(yīng)力。因此，居里面梯度區(qū)之間的溫度差異有利于熱應(yīng)力的形成，在熱應(yīng)力和區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力的共同作用下促使深部介質(zhì)運移，進行能量轉(zhuǎn)換，從而易于地震的發(fā)生。剖面居里面反演結(jié)果顯示霍山構(gòu)造區(qū)下方為地殼中的 “軟塊體”，利于能量的積累、調(diào)整和釋放，使得該區(qū)域內(nèi)的中小地震活動頻次和強度顯得甚為突出。

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