李大虎 丁志峰 梁明劍 李 軍 蘇 琴

1）中國北京100081中國地震局地球物理研究所

2）中國成都610041四川省地震局

3）中國成都610059成都理工大學(xué)地球物理學(xué)院

引言

地震活動(dòng)與重力變化的關(guān)系與地殼形變和密度分布狀態(tài)緊密地聯(lián)系在一起.由于地震的孕育和發(fā)展伴隨著構(gòu)造活動(dòng)、質(zhì)量遷移和密度變化等物理過程，這些過程都會引起地球重力場的非潮汐變化，主要表現(xiàn)為重力場空間分布的變化、局部重力異常區(qū)及伴生的重力高梯度帶的出現(xiàn)等（陳運(yùn)泰等，1980；顧功敘等，1997）.而定期流動(dòng)重力測量得到的相鄰兩期資料差分重力異常則主要與測量間隔期內(nèi)的地表垂直形變、地殼密度結(jié)構(gòu)改變、深部物質(zhì)運(yùn)移和構(gòu)造變形等因素有關(guān)（陳石等，2011）.近年來，地震學(xué)者在國內(nèi)一些比較關(guān)注的地震活動(dòng)區(qū)已連續(xù)開展了流動(dòng)重力的測量和研究工作，并逐步積累了一些較好的震例（申重陽等，2003，2009；玄松柏等，2010）.特別是汶川MS8.0地震后，災(zāi)后恢復(fù)重建工作對四川省內(nèi)流動(dòng)重力網(wǎng)進(jìn)行全面改造形成了新的觀測網(wǎng)絡(luò).科學(xué)分析和正確認(rèn)識震后幾年內(nèi)新獲取的重力觀測資料，不但對研究四川測區(qū)內(nèi)重力場異常變化特征與殼內(nèi)物質(zhì)密度的分布關(guān)系十分重要，而且對該地區(qū)潛在地震的跟蹤預(yù)測和地震活動(dòng)的趨勢分析將起到積極的作用.

然而，重力變化場從屬性上歸于位場，也是一個(gè)疊加場，存在場的體積效應(yīng)和等效效應(yīng).如何將測區(qū)內(nèi)重力場的動(dòng)態(tài)變化分解為表示不同深度、不同尺度的場源體在地表產(chǎn)生的重力場的異常變化特征，對解釋重力場變化與深度、密度變化之間的關(guān)系顯得尤為重要.異常場提取方法在傳統(tǒng)意義上歸為兩種：一種以劃分區(qū)域場和局部場的“二分”形式；另一種為突出某些異常信息為主的方法，也叫場的轉(zhuǎn)換法.這些方法都有一個(gè)共同的缺陷，即這些方法大多是“二分”的定性的異常分解，在不同分解的信息中有可能相互滲透，導(dǎo)致在分解和轉(zhuǎn)換中都會存在“偽”信息（Boschetti et al，2001；M?ller et al，2007）.此外，對重力場變化與深度、密度分布的關(guān)系研究，在很大程度上取決于流動(dòng)重力監(jiān)測網(wǎng)的完整狀況和對重力觀測數(shù)據(jù)的處理程度.首先，在2008年汶川地震之前，四川地區(qū)的流動(dòng)重力測網(wǎng)分為3個(gè)相對獨(dú)立的區(qū)域，即龍門山地區(qū)、甘孜地區(qū)和西昌地區(qū)，并大多都是支線聯(lián)測未連成一體，難以滿足四川測區(qū)重力場的動(dòng)態(tài)分析和監(jiān)測預(yù)報(bào)工作的需要；其次，數(shù)年來對四川境內(nèi)流動(dòng)重力資料的位場分離和異常特征提取尚不多見.雖然對四川境內(nèi)龍門山地區(qū)、川西地區(qū)不同時(shí)段的重力動(dòng)態(tài)演化曾有過研究，但仍處于對各個(gè)測網(wǎng)原始觀測數(shù)據(jù)的優(yōu)化處理和解釋等方面（祝意青等，2009，2010）.至今，對汶川MS8.0地震后全省范圍內(nèi)新建成的流動(dòng)重力測網(wǎng)資料的處理分析及深入研究尚不多見，國內(nèi)對三峽庫首區(qū)、河西地區(qū)的重復(fù)測量得到的重力變化資料進(jìn)行多尺度分析也只是停留在對分解結(jié)果的定性解釋方面（朱桂芝等，2004；劉少明等，2005），對于不同深度引起重力異常動(dòng)態(tài)變化的密度橫向變化情況始終沒有給出一個(gè)清楚的答案，而地下不同深度處的密度變化特征對揭示震源體的變化過程具有重要的參考意義.鑒于不同地區(qū)特有的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境與地震活動(dòng)特征導(dǎo)致重力場的變化存在很大的地域差異，因此，對多地震的四川地區(qū)而言，開展聯(lián)合測網(wǎng)重力資料的位場分離與異常特征分析十分必要.

為了探求四川測區(qū)范圍內(nèi)重力異常動(dòng)態(tài)變化特征，以及地震前后不同深度范圍內(nèi)密度變化特征與重力異常響應(yīng)之間的關(guān)系，本文收集了新建成的四川流動(dòng)重力網(wǎng)2010—20l2年所獲取的5期重力觀測資料（2010年8月、2011年3月、2011年9月、2012年4月和2012年9月），首先利用小波多尺度分解對2011年9月資料（簡稱為1109期）進(jìn)行分解得到不同小波階次結(jié)果與重力異常變化之間的聯(lián)系，達(dá)到對不同深度重力場變化進(jìn)行分離的目的；然后為進(jìn)一步驗(yàn)證分解效果和反演計(jì)算地震前后各深度層密度橫向變化趨勢情況，采用基于位場分離和延拓的三維視密度反演方法，對2010—2012年的5期差分重力異常觀測資料進(jìn)行處理計(jì)算，反演得到了反映地震前后殼內(nèi)不同深度的視密度變化的切片信息圖，并分別對不同位場分離方法得到的結(jié)果進(jìn)行了解釋.

1 測區(qū)概況及資料處理

四川省流動(dòng)重力網(wǎng)建于20世紀(jì)80年代初期，起初分為3個(gè)相對獨(dú)立的區(qū)域，分別包涵成都、甘孜、西昌這3個(gè)相對獨(dú)立的測網(wǎng)；后因基礎(chǔ)建設(shè)點(diǎn)位受到一定影響，部分線路因無法進(jìn)行觀測而丟棄，2008年汶川地震導(dǎo)致成都網(wǎng)全網(wǎng)損毀不能觀測，災(zāi)后恢復(fù)重建對流動(dòng)重力測網(wǎng)進(jìn)行了全面改造，并重新勘選、新建62個(gè)流動(dòng)重力站，共同組成了目前四川地區(qū)新的流動(dòng)重力測網(wǎng).新網(wǎng)由近180個(gè)點(diǎn)位構(gòu)成，形成9個(gè)閉合環(huán)線，覆蓋面積約10萬平方千米.目前新網(wǎng)涵蓋了四川境內(nèi)的鮮水河、安寧河、則木河、龍門山等主干斷裂的大部分區(qū)域.整個(gè)測網(wǎng)能實(shí)現(xiàn)全面觀測，并形成閉合環(huán)線，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了覆蓋四川主干斷裂沿線大中城市和重要經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)域，尤其是為近些年來研究川內(nèi)地震活動(dòng)（如2002年新龍MS5.3地震、2008年汶川MS8.0地震、2008年攀枝花MS6.1地震、2010年道孚MS5.1地震、2011年?duì)t霍MS5.3地震及2012年寧蒗－鹽源MS5.7地震）與重力動(dòng)態(tài)變化以及捕捉地震前可能出現(xiàn)的重力異常信息提供了重要的基礎(chǔ)資料.圖1給出了四川地區(qū)流動(dòng)重力測網(wǎng)及構(gòu)造略圖.

圖1 四川地區(qū)流動(dòng)重力測網(wǎng)及構(gòu)造略圖Fig.1 Sketch of mobile gravity measuring network and tectonic setting in Sichuan region

2 流動(dòng)重力資料的位場分離

在對流動(dòng)重力資料進(jìn)行分解之前，為了使整個(gè)數(shù)據(jù)處理規(guī)范化、系統(tǒng)化，將導(dǎo)出的原始數(shù)據(jù)先按照李輝等（2009）方法進(jìn)行預(yù)處理，具體步驟如下：觀測資料的處理采用中國地震局實(shí)用化攻關(guān)推廣的應(yīng)用軟件（LGADJ）進(jìn)行，采用統(tǒng)一起算基準(zhǔn)的擬穩(wěn)平差計(jì)算方法，選取測區(qū)中點(diǎn)位比較穩(wěn)定的測點(diǎn)作為統(tǒng)一起算擬穩(wěn)基準(zhǔn).擬穩(wěn)點(diǎn)重力變化差異較小，反映的重力場合理，有利于監(jiān)測區(qū)域可靠重力變化信息的提取.總體來說，汶川地震之后新建的流動(dòng)測網(wǎng)重力計(jì)算精度較高，觀測資料可靠，并且觀測周期較之以往縮短一半、資料的時(shí)效性強(qiáng)，因此有利于測區(qū)內(nèi)可靠重力變化信息的提?。ū?）.在完成上述處理之后，采用 Kriging法將測區(qū)范圍內(nèi)（26.5°—32°N，100.5°—104.5°E）離散數(shù)據(jù)網(wǎng)格化成0.05°×0.05°的數(shù)據(jù)后擬合插值得到流動(dòng)重力測區(qū)重力異常等值線圖（李振海，汪海洪，2010）.在位場數(shù)據(jù)處理方面，小波多尺度分解方法用于布格重力異常進(jìn)行分解較為常見，但用于流動(dòng)重力異常的分解卻較少出現(xiàn).孫少安等（2002）曾對l7期重力資料進(jìn)行了平差處理及解釋，他們用1999年以前各期資料的綜臺平差結(jié)果作為網(wǎng)區(qū)重力場變化基準(zhǔn)，將各期單獨(dú)平差結(jié)果與基準(zhǔn)相減，得到了各期重力變化，并剔除了各期中個(gè)別變化特別大且已知變化原因的測點(diǎn).劉少明等（2005）利用上述處理方法后的重力資料進(jìn)行重力場分離時(shí)采用了小波分解，并結(jié)合三峽地區(qū)的構(gòu)造活動(dòng)狀況對分解結(jié)果進(jìn)行解釋.本文同樣采用了上述數(shù)據(jù)處理方法，先對四川流動(dòng)重力測網(wǎng)（1991—2012年）所有的歷史點(diǎn)位進(jìn)行清理，統(tǒng)一觀測點(diǎn)位的編號和基準(zhǔn)點(diǎn)（石棉點(diǎn)）后，再將計(jì)算得到各期資料的平差結(jié)果作為網(wǎng)區(qū)重力場變化基準(zhǔn)，最后將各期單獨(dú)平差結(jié)果與基準(zhǔn)相減，得到了各期重力變化.由于篇幅所限，本文先以1 109期數(shù)據(jù)為例，對其采用小波多尺度分解進(jìn)行位場分離，研究新建成的四川流動(dòng)重力測網(wǎng)范圍內(nèi)不同尺度意義下的重力場變化特征.

表1 2010—2012年四川地區(qū)重力測量情況Table 1 Gravity measur ements of Sichuan region during 2010—2012

2.1 小波多尺度分解結(jié)果與解釋

首先以1 109期觀測資料為例，根據(jù)圖中等值線的場值大小及疏密差異可以反映出該研究區(qū)重力場由北東高過渡到西南低的總體變化特征（圖2a），僅在川北東范圍內(nèi)的汶川附近和川西北瀘定附近存在低重力異常變化圈閉，位于四川盆地西南緣、大涼山斷塊東邊界的馬邊—滎經(jīng)斷裂帶控制了重力變化正異常區(qū)的西南邊界；然后應(yīng)用小波多尺度分析將該期數(shù)據(jù)（研究區(qū)范圍為26.5°—32°N，100.5°—104.5°E）分解成不同尺度意義下的重力場變化.根據(jù)楊文采等（2001）對重力異常小波分解結(jié)果的討論認(rèn)為，一階小波細(xì)節(jié)對應(yīng)淺部環(huán)境變化引起的重力場高頻變化，二階小波細(xì)節(jié)對應(yīng)中上地殼介質(zhì)運(yùn)動(dòng)引起的重力場變化，三階—四階小波細(xì)節(jié)對應(yīng)中下地殼介質(zhì)運(yùn)動(dòng)引起的重力場變化，四階小波逼近對應(yīng)莫霍面附近介質(zhì)運(yùn)動(dòng)引起的重力場變化.由于不同階次的小波細(xì)節(jié)反映了不同深度介質(zhì)密度的變化信息，階次越高所反映的密度變化情況也就越深.通過對比分析并結(jié)合已有的研究成果（刁博等，2007；李大虎等，2011），本文選用四階小波進(jìn)行場的分離得到不同細(xì)節(jié)的小波多尺度分解成果（圖2b－－f）.

圖2 1 109期小波多尺度分解結(jié)果（單位：10－8 m／s2）（a）重力場變化等值線圖；（b）一階細(xì)節(jié)；（c）二階細(xì)節(jié)；（d）三階細(xì)節(jié)；（e）四階細(xì)節(jié)；（f）四階逼近F1：龍門山斷裂；F2：撫邊河斷裂；F3：鮮水河斷裂；F4：玉農(nóng)希斷裂；F5：理塘斷裂；F6：安寧河斷裂；F7：則木河斷裂；F8：小江斷裂；F9：大涼山斷裂Fig.2 Wavelet multi-scale decomposition results of 1 109-issue gravity measurements（unit：10－8 m／s2）（a）Contour map of gravitational field variation；（b）The first-order details；（c）The second-order details；（d）The third-order details；（e）The fourth-order details；（f）The fourth-order approximationF1：Longmenshan fault；F2：Fubianhe fault；F3：Xianshuihe fault；F4：Yunongxi fault；F5：Litang fault；F6：Anninghe fault；F7：Zemuhe fault；F8：Xiaojiang fault；F9：Daliangshan fault

從對流動(dòng)重力數(shù)據(jù)的小波多尺度分解結(jié)果總體來看，對同一期資料進(jìn)行小波分解得到的不同階次的小波細(xì)節(jié)揭示了不同深度處重力異常變化特征.根據(jù)一階小波細(xì)節(jié)圖 （圖2b）可以看出重力場高頻變化信息，其等值線圈閉范圍較小且孤立存在，沿著斷裂帶附近串珠狀異常發(fā)育，如康定、瀘定—冕寧和西昌等地.相對于圖2a來說，一階細(xì)節(jié)反映出的重力變化區(qū)的趨勢變化規(guī)律雖并不明顯，但是隨著小波階數(shù)的增加，由圖2c，d所顯示出的等值線形態(tài)變化進(jìn)一步加大，而其圈閉數(shù)量在減少.例如在二階細(xì)節(jié)圖中（圖2c），龍門山斷裂帶南北兩段出現(xiàn)了正負(fù)異常變化區(qū)，寶興—天全均位于正異常變化區(qū)范圍內(nèi)，這一變化特征在圖2d中體現(xiàn)得更為明顯，而汶川MS8.0地震震源區(qū)及周邊則呈現(xiàn)出低異常變化特征，該區(qū)域的重力場變化可能與其深部構(gòu)造差異密切相關(guān).圖2中，位于安寧河斷裂帶附近的石棉—冕寧—德昌一帶負(fù)異常變化呈條帶狀出現(xiàn)，位于圖形左邊的川西北地區(qū)的九龍和雅江附近的正負(fù)異常變化分界特征逐漸清晰.在三階細(xì)節(jié)圖中（圖2d），位于圖右邊的川東地區(qū)的正重力變化區(qū)圈閉特征尤為明顯，龍門山斷裂帶南段的寶興—天全—滎經(jīng)—漢源一帶及大涼山塊體南緣的昭覺、布拖等地均出現(xiàn)了不同程度的重力正異常變化.圖2c，d顯示最為明顯的是位于重力場變化轉(zhuǎn)折及分叉部位的康定—瀘定地區(qū)，它們既是深部斷裂與淺層斷裂的交匯部位，同時(shí)也是地震活動(dòng)較為強(qiáng)烈的地區(qū).在四階細(xì)節(jié)中（圖2e），川西南的負(fù)重力異常變化區(qū)繼續(xù)向右擴(kuò)展，幾乎占據(jù)測區(qū)范圍的二分之一.除了位于錦屏山斷裂附近的木里地區(qū)還存在部分正異常圈閉外，其它地區(qū)都逐漸呈現(xiàn)了負(fù)異常變化.而位于攀西一帶原本為負(fù)異常變化范圍也在逐漸擴(kuò)大.從圖2e中還可以看出，則木河—小江斷裂成為正負(fù)重力變化范圍的分界線愈加明顯.在四階逼近圖中（圖2f），正負(fù)異常區(qū)分別繼續(xù)擴(kuò)大，川東北正重力變化和川西南負(fù)重力變化分別控制了整個(gè)圖形的二分之一.需要注意的是，對于圖2c－－d中康定—九龍一帶重力場變化出現(xiàn)兩個(gè)明顯的相對重力低變化帶，在二階至四階次的小波細(xì)節(jié)圖上均有較為明顯的顯示.該處特定的重力場變化特征除了與其所處區(qū)域的玉農(nóng)希斷裂的展布格局相關(guān)外，還與斷裂帶上地震活動(dòng)密切相關(guān)，NE向展布的玉農(nóng)希斷裂被NW向的鮮水河斷裂和理塘斷裂所夾持，且玉農(nóng)希斷裂作為貢嘎山斷塊的西邊界斷裂迄今已發(fā)生3次MS≥5.0地震，如1955年康定－折多塘MS7.5地震、1975年康定－九龍MS6.2地震就發(fā)生在該處附近.這種特定的地震構(gòu)造環(huán)境和地震活動(dòng)特征對該區(qū)域內(nèi)不同小波尺度下特有的重力場變化存在一定的影響，不同小波細(xì)節(jié)所反映出重力場的變化特征也同樣表明了川內(nèi)特有的“Y”型斷裂構(gòu)造格架與地殼深部結(jié)構(gòu)及過渡帶特征和重力場的變化存在緊密聯(lián)系.

2.2 視密度反演結(jié)果

2010—2012年，四川測區(qū)范圍內(nèi)先后發(fā)生了2010年道孚MS5.1地震、2011年?duì)t霍MS5.3地震及2012年寧蒗－鹽源MS5.7地震等一系列中強(qiáng)地震.而基于小波分解的位場分離只是定性地反映了四川測區(qū)范圍內(nèi)不同尺度意義下重力場的變化特征，雖然功率譜斜率可以計(jì)算出小波細(xì)節(jié)及其逼近的異常場源的平均深度，但也只是在統(tǒng)計(jì)意義上的估計(jì).因此，為了探求地震前后四川測區(qū)不同深度范圍內(nèi)密度的橫向變化情況，同時(shí)也為了進(jìn)一步驗(yàn)證小波多尺度分解的可靠性與合理性，我們又采用了視密度反演的方法，得到了不同時(shí)期地殼不同深度處層密度的橫向異常變化信息切片.

同樣采用四川地區(qū)流動(dòng)重力測網(wǎng)2010—2012年5期的重力觀測資料（2010年8月、2011年3月、2011年9月、2012年4月、2012年9月）經(jīng)過平差處理之后，再插值得到相鄰兩期重力場差分變化圖（圖3a－－d），最后分別對其進(jìn)行三維視密度反演.本文所采用的視密度反演是一種基于位場分離和延拓的三維視密度反演方法（徐世浙等，2009），首先應(yīng)用場分離的切割法對觀測到的重力變化場進(jìn)行不同深度層源的切割分離；由于常用的傅里葉變換法及其變種的下延深度一般不超過資料點(diǎn)距的3—5倍，故又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；最后反演得到了各深度層密度變化的近似分布情況（Fedi，F(xiàn)lorio，2002；Burchfiel，2003；Cooper，2004）.設(shè)地下某深度層的厚度為h，將該層分割為許多個(gè)有限延伸的大小相同的垂直小棱柱體，設(shè)小棱柱體的密度為σj，長、寬分別為a和b，厚度為h，深度層面的重力為g（u，v），則在頻率域中有

圖3 2010—2012年重力場變化等值線圖（單位：10－8 m／s2）（a）2010-08—2011-03；（b）2011-03—09；（c）2011-09—2012-04；（d）2012-04—09Fig.3 Contour map of gravitational field variation（in unit of 10－8 m／s－2）during 2010—2012（a）2010-08—2011-03；（b）2011-03—09；（c）2011-09—2012-04；（d）2012-04—09

式中，g（u，v）表示g（x，y）的頻譜；u，v分別為x，y方向的波數(shù)；G為萬有引力常數(shù)；r＝；x0j，y0j為各個(gè)棱柱體的中心坐標(biāo).由于已將該深度層產(chǎn)生的重力異常向下延拓到該層頂面，可以近似認(rèn)為層面每一點(diǎn)的重力異常值僅為這個(gè)點(diǎn)所在的那個(gè)小棱柱體所產(chǎn)生，而周圍其它小棱柱體在該點(diǎn)產(chǎn)生的場可以近似地忽略.因此由公式

可以反演出各個(gè)棱柱體的視密度，從而得到該深度層的視密度分布.式（2）中F－1表示傅里葉反變換.

根據(jù)大量模型試驗(yàn)和實(shí)際資料的應(yīng)用效果分析，切割半徑r得到的局部場可以近似地代表該深度r以上的地層重力場響應(yīng)（文百紅，程方道，1990），本文在對切割半徑進(jìn)行選取時(shí)充分考慮了四川省區(qū)域構(gòu)造特征、地震目錄統(tǒng)計(jì)及中小地震的重新定位結(jié)果.根據(jù)四川省歷史地震目錄和臺網(wǎng)觀測報(bào)告中給出的測區(qū)內(nèi)震源深度統(tǒng)計(jì)資料表明，5—20km深度范圍內(nèi)的中、強(qiáng)地震占所有震源深度參數(shù)的73%，屬淺源地震（唐榮昌，韓渭賓，1993）.再結(jié)合近些年來四川地區(qū)中小地震的雙差重新定位結(jié)果表明，川西高原和四川盆地的震源深度主要集中在0—15km范圍內(nèi)，15km以下地震稀少（朱艾斕等，2005；馬宏生等，2008）.因此，本文切割半徑的選取分別為5，10，20km不等，計(jì)算得到不同時(shí)期四川流動(dòng)重力測網(wǎng)范圍內(nèi)各深度層視密度變化的分布情況.

從圖3a可以看出，2010年8月—2011年3月整個(gè)測區(qū)重力變化為－70×10－8—100×10－8m／s2，重力變化自西南向北東呈現(xiàn)趨勢性變化.成都測區(qū)則呈現(xiàn)出正異常變化趨勢，甘孜測區(qū)的重力變化較為平緩.其中九龍地區(qū)出現(xiàn)了密集的重力等值線圈閉，數(shù)值達(dá)到－49.3×10－8m／s2，且自NE向SE沿著鮮水河斷裂的走向出現(xiàn)了正負(fù)重力變化梯級帶.道孚—爐霍一帶的重力變化正異常值還處于增加的狀態(tài)，位于天全—漢源一帶的重力變化數(shù)值達(dá)到95.1×10－8m／s2.西昌—德昌一帶的重力變化介于兩者之間.圖3b反映了2011年3—9月整個(gè)測區(qū)重力變化情況，重力變化為－100×10－8—40×10－8m／s2.從圖3b可以看出，成都測區(qū)和甘孜測區(qū)內(nèi)的重力各自呈現(xiàn)出串珠狀正值異常圈閉特征，其中位于甘孜測區(qū)爐霍蝦拉沱地區(qū)的重力變化數(shù)值達(dá)到47.5×10－8m／s2，說明了爐霍—道孚一帶正處于爐霍MS5.3地震震后的恢復(fù)過程之中.而鮮水河南段斷裂與龍門山斷裂南段的交匯處石棉—九龍一帶的田灣地區(qū)重力異常由負(fù)值向正變化，變化數(shù)值達(dá)到33.9×10－8m／s2.西昌測區(qū)閉合環(huán)線（圖1中環(huán)線編號⑧）及以西地區(qū)重力變化較為劇烈，在鹽源附近呈現(xiàn)出重力梯級帶特征.從圖3c可以看出，2011年9月—2012年4月整個(gè)測區(qū)重力變化為－75×10－8—65×10－8m／s2，成都測區(qū)除汶川附近區(qū)域及甘孜測區(qū)的康定—瀘定一帶重力變化比較劇烈，并呈現(xiàn)出明顯的重力高等值線圈閉異常外，其余區(qū)域均呈現(xiàn)重力負(fù)異常變化特征，如小金—丹巴—雅江一帶.而西昌測區(qū)范圍內(nèi)的重力場變化形態(tài)被則木河—小江斷裂所控制.該斷裂以西的中高山區(qū)呈現(xiàn)正異常值變化，如鹽源弧形構(gòu)造帶和木里地區(qū).過了西昌盆地以東則呈現(xiàn)出重力負(fù)值變化.圖3d反映了2012年4—9月整個(gè)測區(qū)重力變化情況，重力變化的總體趨勢與上期（2011年9月—2012年4月）反向，數(shù)值為－80×10－8—35×10－8m／s2.尤其是甘孜測區(qū)和西昌測區(qū)范圍內(nèi)的重力變化特征較為明顯，鹽源盆地一帶重力負(fù)異常變化量級達(dá)－37.8×10－8m／s2，并在其附近出現(xiàn)了重力梯級帶.這與2012年6月24日寧蒗彝族自治縣和涼山彝族自治州鹽源縣交界處（27.7°N，100.7°E）發(fā)生MS5.7地震震后調(diào)整關(guān)系密切.龍門山斷裂與鮮水河斷裂交匯處的三岔口附近，如康定—瀘定地區(qū)則表現(xiàn)出重力負(fù)異常變化，安寧河—?jiǎng)t木河斷裂帶地區(qū)重力變化十分顯著，冕寧和西昌盆地附近形成新的串珠狀正異常變化區(qū)，數(shù)值從25.7×10－8—29.9×10－8m／s2不等.反映了該斷裂帶以及附近依然存在顯著的構(gòu)造活動(dòng).

為了便于對比研究測區(qū)范圍內(nèi)地震前后不同深度層密度異常變化趨勢，對2010—2012年所獲取的5期差分重力異常數(shù)據(jù)進(jìn)行位場數(shù)據(jù)處理和反演計(jì)算，得到了不同深度層的視密度反演結(jié)果（圖4）.

圖4 2010—2012年觀測區(qū)不同深度層視密度反演結(jié)果（單位：kg／m3）（a）—（c）2010-08—2011-03；（d）—（f）2011-03—09；（g）—（i）2011-09—2012-04；（j）—（l）2012-04—09Fig.4 Apparent density inversion results of the layers at the depths of 5，10and 20km during the 2010—2012（a）—（c）2010-08—2011-03；（d）—（f）2011-03—09；（g）—（i）2011-09—2012-04；（j）—（l）2012-04—09

圖4 a為2011年3月相對于2010年8月5km深度層密度的變化情況.從圖中可以看出，道孚、小金及九龍附近存在范圍較小的負(fù)密度變化，丹巴—天全—漢源—昭覺一帶存在正密度變化區(qū)，而爐霍正處于正負(fù)密度變化梯級帶附近，2011年4月10日發(fā)生的爐霍MS5.3地震影響范圍包含道孚、八美地區(qū).圖4b顯示的10km深度層的正密度變化趨勢較5km深度層更為明顯，而道孚和爐霍附近的負(fù)密度異常圈閉減弱，等值線出現(xiàn)了局部的扭曲變形，沿鮮水河—安寧河斷裂帶的正負(fù)密度異常分區(qū)逐漸清晰.到了20km深度層密度變化（圖4c），與10km深度層密度變化異常區(qū)范圍差異不大，但正負(fù)密度的變化趨勢則更為明顯.因此，局部性的密度異常變化差異在一定程度上說明了中上地殼深度范圍內(nèi)出現(xiàn)的密度調(diào)整和改變，這主要與該區(qū)爐霍MS5.3地震的孕育和發(fā)展存在一定的聯(lián)系，且區(qū)內(nèi)深大斷裂的分布格局和展布形態(tài)對該區(qū)密度變化趨勢的影響作用明顯.

圖4d為2011年9月相對于2011年3月5km層密度的變化情況.道孚附近負(fù)密度變化范圍進(jìn)一步擴(kuò)大至丹巴和雅江一帶，震后爐霍附近則出現(xiàn)了小范圍正密度變化區(qū)域，從10km（圖4e）和20km（圖4f）深度層密度的變化情況看出這種區(qū)域更為明顯，這也說明了爐霍MS5.3震后鮮水河斷裂北段地下物質(zhì)發(fā)生了運(yùn)移和改變，而鮮水河斷裂的中南段的道孚—瀘定一帶則出現(xiàn)了負(fù)密度異常變化區(qū).

圖4g為2012年4月相對于2011年9月5km深度層密度的變化情況.與圖4d中所顯示的位于鹽源附近的負(fù)密度異常區(qū)明顯不同的是，圖4g中鹽源附近開始出現(xiàn)正密度異常變化區(qū)，自鹽源盆地向東到達(dá)德昌—普格一帶，該正異常變化區(qū)的邊界形態(tài)受到則木河—小江斷裂所控制，這種特質(zhì)在圖4h和圖4i中均有體現(xiàn)，這與寧蒗－鹽源MS5.7地震震前地下物質(zhì)向震中區(qū)運(yùn)移有關(guān).

圖4j為2012年9月相對于2012年4月5km深度層密度的變化情況.圖中正密度變化占據(jù)主導(dǎo)地位，整個(gè)四川測區(qū)不但在龍門山斷裂與鮮水河斷裂的交匯處出現(xiàn)了負(fù)異常圈閉外，而且在鹽源盆地附近又重新出現(xiàn)了負(fù)密度異常變化區(qū)，其范圍與鹽源弧形構(gòu)造帶走向近似一致.從10km（圖4k）、20km（圖4l）深度層密度圖中可以看出鹽源附近負(fù)密度變化趨勢在增加，范圍也進(jìn)一步擴(kuò)大至木里和理塘一帶，這在一定程度上也說明了寧蒗－鹽源MS5.7地震震后恢復(fù)過程中地下物質(zhì)沿安寧河斷裂向德昌—西昌—冕寧一帶運(yùn)移.

綜上，不同深度層的視密度反演結(jié)果（圖4）所顯示出的測區(qū)范圍內(nèi)不同深度層密度反演切片，基本上反映了測區(qū)范圍內(nèi)地震前后地下物質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化趨勢和演化過程.局部性的密度異常變化所顯示出的趨勢性差異在一定程度上說明了中上地殼深度范圍內(nèi)出現(xiàn)的密度調(diào)整和改變.因此，深刻認(rèn)識不同深度異常變化情況對揭示震源區(qū)附近物質(zhì)的運(yùn)移以及動(dòng)態(tài)變化過程都具有重要的參考意義.

3 討論與結(jié)論

流動(dòng)重力測量主要反映區(qū)域重力場變化特征.在地震孕育過程中，隨著震源區(qū)應(yīng)力的不斷積累，使得地殼內(nèi)部的物質(zhì)發(fā)生遷移而使殼內(nèi)密度發(fā)生變化，從而使地表觀測到的重力發(fā)生變化.本文利用2008年汶川MS8.0地震后新建成的四川流動(dòng)重力網(wǎng)2010—2012年所獲取的觀測資料，開展了基于小波多尺度分解和三維視密度反演等位場分離和異常特征的提取研究.結(jié)果表明，小波多尺度可以有效分離出不同尺度意義下的重力場變化特征；分解結(jié)果同時(shí)也表明四川測區(qū)范圍內(nèi)重力場的變化形態(tài)，與四川特有的斷裂構(gòu)造格架和深部結(jié)構(gòu)及過渡帶特征密切相關(guān).通過對不同時(shí)期的差分重力異常資料進(jìn)行三維視密度反演對比研究發(fā)現(xiàn)，在地震前后四川測區(qū)范圍內(nèi)由淺到深密度變化呈現(xiàn)出不同程度的差異，震區(qū)附近出現(xiàn)較為明顯的橫向密度變化特征，且淺層物質(zhì)密度局部性的異常變化差異較為突出.測區(qū)范圍內(nèi)中上地殼深度層密度反演切片顯示出的趨勢性差異基本上反映了地震前后測區(qū)內(nèi)地下物質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化趨勢.

盡管重力異常的位場分離方法對重力資料處理與反演成像研究等方面起著重要的作用，但是，要想對重力異常變化特征達(dá)到較為清楚的認(rèn)識或判斷，除了對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的位場分離方法的研究外，關(guān)鍵還要有堅(jiān)實(shí)可靠的觀測數(shù)據(jù)和科學(xué)合理的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò).在2008年汶川MS8.0地震之前，四川地區(qū)的重力測網(wǎng)彼此獨(dú)立分布，雖分別覆蓋了成都、甘孜和西昌3個(gè)測區(qū)，但缺少公共點(diǎn)的控制；而且有些測點(diǎn)位于川西高原地帶，受交通不便和氣候條件的限制，使得有些測點(diǎn)雖每年重復(fù)觀測但點(diǎn)位并不一致.這些都會對觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量產(chǎn)生不同程度的影響，加之各獨(dú)立測網(wǎng)的空間控制范圍較小、觀測密度不足，不能清晰地反映出區(qū)域重力變化的完整信息；因此汶川MS8.0地震后的災(zāi)后恢復(fù)重建過程中將支線聯(lián)測網(wǎng)連成一體，形成了新的覆蓋全川重點(diǎn)監(jiān)視區(qū)的流動(dòng)重力測網(wǎng).至今，聯(lián)合測網(wǎng)所積累的各期數(shù)據(jù)質(zhì)量和精度較以往有了很大的提高，這都有利于在今后工作中對四川測區(qū)范圍內(nèi)可靠重力異常變化信息的提取.相信隨著時(shí)間的推移和觀測數(shù)據(jù)的積累，結(jié)合區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造特征、地震活動(dòng)情況，對流動(dòng)重力數(shù)據(jù)進(jìn)行異常提取和動(dòng)態(tài)分析研究會有更快的進(jìn)展.值得注意的是，盡管新建成的四川范圍內(nèi)的流動(dòng)測網(wǎng)目前已具備9個(gè)閉合環(huán)線，覆蓋了四川主要的發(fā)震斷層和地震危險(xiǎn)區(qū)，但四川華鎣山斷裂尚未被四川重力測網(wǎng)所覆蓋，川滇交界東段蓮峰斷裂帶附近的宜賓—金陽一帶的重力觀測至今還是空白，而該區(qū)近年來中小地震活動(dòng)較為頻繁，地震危險(xiǎn)性同樣不容忽視.例如，2013年2月19日四川省內(nèi)連續(xù)發(fā)生了8次地震，其中有2次（MS4.9、MS3.1）發(fā)生在四川寧南—云南巧家交界的蓮峰斷裂附近，因此建立和強(qiáng)化該區(qū)重力環(huán)網(wǎng)觀測工作，對區(qū)內(nèi)潛在地震預(yù)測和地震活動(dòng)的趨勢分析尤為重要.

在本文的撰寫過程中，先后與中國地震局地震研究所邢樂林副研究員及中國科學(xué)院測量與地球物理研究所周江存副研究員進(jìn)行了多次有益的探討，中國地震局地球物理研究所陳石副研究員在數(shù)據(jù)成圖方面給予了大力支持和幫助，審稿專家對本文在數(shù)據(jù)處理方面給予了有益地指導(dǎo)并提出了寶貴的修改意見.作者在此一并表示衷心的感謝.

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