閆亞芬， 滕吉文， 阮小敏, 胡國澤

1 中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所, 北京　100029 2 斯倫貝謝(中國)地球物理中心， 北京　100015 3 東北大學(xué)秦皇島分校， 河北秦皇島　066004

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龍門山和相鄰地域航磁場(chǎng)特征與汶川大地震

閆亞芬1， 滕吉文1， 阮小敏2, 胡國澤3

1 中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所, 北京100029 2 斯倫貝謝(中國)地球物理中心， 北京100015 3 東北大學(xué)秦皇島分校， 河北秦皇島066004

摘要本文應(yīng)用化極、水平及垂向?qū)?shù)、向上延拓、視磁化強(qiáng)度填圖及磁性界面反演等方法處理了龍門山及相鄰地域最新的航空磁測(cè)數(shù)據(jù)，分析了龍門山及相鄰地域的航磁異常展布特征.研究結(jié)果表明： 1) 龍門山造山帶與其東、西兩側(cè)可劃分為三個(gè)磁異常區(qū)：松潘—甘孜磁異常區(qū)、龍門山負(fù)磁異常帶、四川盆地磁異常區(qū)；三個(gè)區(qū)、帶的地殼介質(zhì)磁性結(jié)構(gòu)存在明顯差異. 2) 根據(jù)該區(qū)航空磁異常場(chǎng)的分布特征分別研究了，松潘—甘孜地塊、龍門山造山帶和四川地塊的磁場(chǎng)特征. 3) 除識(shí)別前人識(shí)別的斷層外，還推斷鮮水河ES延伸甘洛—雷波北斷裂作為四川盆地與滇西的界帶. 4) 航空磁異常，磁性體上、下界面及磁源體深度的空間分布特征與汶川MS8.0大地震及蘆山地震發(fā)生相關(guān).

關(guān)鍵詞龍門山造山帶； 航空磁異常場(chǎng)； 介質(zhì)屬性； 區(qū)域構(gòu)造； 汶川地震

1引言

2008年5月12日在中國四川汶川發(fā)生了MS8.0大地震，大地震發(fā)生后，研究者試圖通過汶川MS8.0強(qiáng)烈地震發(fā)生的綜合地球物理場(chǎng)特征研究，探索汶川地震“孕育”、發(fā)生和發(fā)展的深層過程與動(dòng)力學(xué)機(jī)制(陳運(yùn)泰，2008；董樹文等，2009；雷建設(shè)，2009；李海兵等，2008；滕吉文等，2008，2009，2010；王建平，2009; 許志琴等，2008).

基于龍門山及鄰域特定的構(gòu)造背景和深層動(dòng)力過程，有關(guān)作者曾對(duì)地震發(fā)生前的位場(chǎng)圖像進(jìn)行了分區(qū)與分析(王謙身等，2008；張永謙等，2010；張季生等，2009；鐘鍇，2005).但這些工作卻未對(duì)航磁異常場(chǎng)分區(qū)特征，以及與地震活動(dòng)和發(fā)生的邊界場(chǎng)效應(yīng)進(jìn)行較系統(tǒng)的論述.

本文基于中國國土資源航空物探遙感中心提供的龍門山及周邊地域最新平面航磁數(shù)據(jù)，進(jìn)行了航空磁場(chǎng)分區(qū)與汶川MS8.0大地震發(fā)生的邊界場(chǎng)效應(yīng)研究，對(duì)位場(chǎng)特征、構(gòu)造縱橫延展與地震發(fā)生及發(fā)展的關(guān)系進(jìn)行了探討，并提出了新的認(rèn)識(shí).

2龍門山及相鄰地域航磁異常場(chǎng)特征

為了研究龍門山地域地震發(fā)生的介質(zhì)和構(gòu)造環(huán)境，將龍門山與周邊地域最新平面航磁資料(圖1),進(jìn)行了數(shù)據(jù)收集、數(shù)值處理，反演與特征分析.

圖1　龍門山及鄰近地域航磁數(shù)據(jù)分布圖

2.1區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造與航磁異常場(chǎng)特征

(1)區(qū)域構(gòu)造背景

青藏高原東緣與川西高原相連，主體上由鮮水河斷裂帶、安寧河—?jiǎng)t木河—小江斷裂帶和龍門山斷裂系這一“Y”字形構(gòu)造體系構(gòu)成(顏丹平等，2010；楊逢清，1994；張?jiān)罉虻龋?008)，構(gòu)造上它位于秦嶺之南(圖2)，由西向東依次是松潘甘孜、龍門山和四川三大地塊，前兩者是青藏高原東北緣地震異常活動(dòng)地區(qū)；此外該區(qū)地表起伏變化劇烈，即平均變化范圍為3500±500 m,表明在地史上龍門山斷裂系及鄰域在整體上具有強(qiáng)烈的淺表層活動(dòng)過程.

(2)航磁異常梯度帶特征

為了有效地突顯龍門山與周邊地域各構(gòu)造區(qū)的界帶，進(jìn)行了磁異常的水平導(dǎo)數(shù)和垂向?qū)?shù)的計(jì)算(圖3)，導(dǎo)數(shù)的梯度帶反映出龍門山斷裂系、鮮水河斷裂帶、鮮水河ES向延伸即甘洛—雷波北推斷斷裂、安寧河斷裂、華鎣山斷裂和松潘—黑水等斷裂的展布.基于這些斷裂的分布特征可將龍門山及其鄰近地域劃分為松潘甘孜、滇西、四川盆地和秦嶺—大巴四個(gè)磁性構(gòu)造單元，它們是該區(qū)斷裂構(gòu)造、巖相和基底介質(zhì)屬性變異及界帶的表征，並制約著淺表層構(gòu)造的劃分與活動(dòng).

2.2航磁異常場(chǎng)的分區(qū)

由圖4可見，若以龍門山斷裂系為界，它的西部為弱正磁異常及零值區(qū)，異常強(qiáng)度為-20～50 nT，異常弱且平穩(wěn).龍門山斷裂系的青川—汶川—都江堰為負(fù)異常區(qū)，走向NE，異常最小值為-200 nT左右.在都江堰附近出現(xiàn)局部正異常為彭灌變質(zhì)雜巖體中基性巖所反映，寶興附近的局部磁異常則與寶興雜巖體中的變質(zhì)雜巖有關(guān).該區(qū)磁異常的水平與垂向?qū)?shù)(圖3)的分布亦清晰地表征著松潘甘孜、龍門山、秦嶺及四川盆地的基本輪廓.

依據(jù)磁異常場(chǎng)三維圖像的特征(圖5)，龍門山及鄰近地域可分為三大異常區(qū)、帶；即松潘—甘孜異常區(qū)，龍門山負(fù)異常帶，四川盆地異常區(qū)；三個(gè)異常特征區(qū)(帶)磁性強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)各異，表明地殼介質(zhì)磁性存在明顯差異，且每個(gè)異常區(qū)又可以細(xì)分為幾個(gè)次級(jí)磁性單元.

(1)青藏高原東北緣松潘—甘孜磁異常區(qū)

該異常區(qū)位于東昆侖斷裂、鮮水河斷裂之間，它與龍門山以西地域均屬低緩正磁異常區(qū)(0～100 nT)；其中龍門山與松潘—黑水—金山之間為低緩正異常帶即屬平武—理縣低緩正異常區(qū)；松潘—黑水—金山以西為零值異常區(qū)或稱之為若爾蓋—紅原—馬爾康零值區(qū).

圖2　龍門山造山帶與周圍地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)圖(張?jiān)罉颍?008)

圖3　磁異常的水平導(dǎo)數(shù)及垂向?qū)?shù)分布圖圖中縱、橫坐標(biāo)為直角坐標(biāo)；等值線單位nT·km-1. (a)水平導(dǎo)數(shù)； (b)垂向?qū)?shù). F0：龍門山斷裂系； F1：松潘—黑水?dāng)嗔眩?F9:華鎣山斷裂； F14：鮮水河斷裂帶； F17：鮮水河斷裂ES延伸甘洛—雷波北推斷斷裂； F15：安寧河斷裂； 四個(gè)磁性構(gòu)造單元. 1：松潘甘孜；2：四川盆地；3：秦嶺—大巴；4：滇西.

圖4　航磁異常等值線圖

圖5　航磁異常三維圖像F3:茂縣—汶川斷裂； F4:北川—映秀斷裂； F5:都江堰—江油斷裂; 1：松潘甘孜異常區(qū)； 2：龍門山負(fù)異常帶； 3.四川盆地異常區(qū).

(2)“Y”字形構(gòu)造的東北段即龍門山負(fù)異常帶

龍門山斷裂系是磁異常高梯度變化帶，其負(fù)異常條帶與弱磁性的基底及弱磁性的第四紀(jì)覆蓋較厚相關(guān)；龍門山斷裂系整體走向近NE，位于松潘—甘孜塊體、西秦嶺造山帶與川西前陸盆地的交匯部位；北起廣元南至雅安市西的天全，由龍門山3D圖像的負(fù)異常帶可分辨出三條斷裂帶：即都江堰—江油斷裂,又稱龍門山前山斷裂;茂縣—汶川斷裂,又稱龍門山斷裂帶后山斷裂;北川—映秀斷裂,該斷裂又稱龍門山構(gòu)造帶中央主斷裂.

由龍門山造山帶磁異常的分布和該區(qū)地震活動(dòng)界帶可見，汶川MS8.0大地震及7萬余次余震主要分布在龍門山斷裂系的中段，即在清晰的負(fù)磁異常帶上；其中彭灌雜巖體-丹巴雜巖體(近EW走向)引起磁異常升高，串珠狀正磁異常向上延拓20 km后才有所衰減，故表明該巖體可能不僅存于地表，可能源于龍門山斷裂系西北部的上地殼深處.

(3) 揚(yáng)子克拉通西緣四川盆地異常區(qū)

龍門山斷裂系以東可以細(xì)分為三個(gè)次級(jí)磁性單元，即川西正負(fù)異常跳躍異常帶;川中正異常區(qū);川東南低緩異常區(qū)，成都—閬中—巴中磁異常走向NE的負(fù)異常帶，異常強(qiáng)度最小值為-500 nT 左右;再向東南，峨眉—資陽—南充—平昌磁場(chǎng)區(qū)以高值正異常為主，異常強(qiáng)度達(dá)800 nT，呈帶狀分布，其展布方向主為NE向；從Magsat衛(wèi)星磁異常圖可見(安振昌，1996)，衛(wèi)星磁異常的分布與地質(zhì)構(gòu)造有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系.

四川盆地中部磁異常的強(qiáng)磁性顯示不單源于基底巖石的高磁性，還標(biāo)志著四川盆地存在巨厚的磁性層；基于巖石的磁性特征可見，盆地中部地區(qū)呈強(qiáng)磁性，向西南抵峨眉及大小相嶺一帶，其基底主要是由深變質(zhì)片麻巖及侵入其中的基性、超基性巖漿雜巖組成，它不僅具有古陸塊的磁性特征、剛性強(qiáng)大，且變化狀態(tài)亦相對(duì)穩(wěn)定.

2.3磁異常場(chǎng)的解析延拓與模擬分析

基于航磁異常場(chǎng)、梯度圖像分析和磁異常的延拓計(jì)算，通過磁異常隨深度變化的衰減程度，可定性估算某一層面上磁異常值變化；圖6為原始圖像及向上延拓5、10、20、30、40 km(圖6(a—f))后所得解析，結(jié)果揭示出，當(dāng)向上延拓40 km時(shí)，東部正磁異常區(qū)異常清晰，但異常量級(jí)(以南充高值為例)逐漸減??；松潘西北仍為近零磁異常區(qū)，磁性特征清晰.龍門山斷裂系和四川盆地西緣負(fù)磁場(chǎng)區(qū)內(nèi)的一些小型正異常即消失，如德陽正異常迅速衰減，且呈現(xiàn)出從江油—射洪NE向的條帶狀負(fù)異常.當(dāng)上延20 km后，磁場(chǎng)強(qiáng)度大于100 nT的區(qū)(帶)僅剩下南充正異常區(qū).上延40 km后的圖像仍很突出，故說明此異常深部有較強(qiáng)的磁性源.德陽正異常在上延10 km后變?yōu)?20 nT，ΔT等值線已不圈閉，上延40 km后異常完全消失，即為淺源異常的反映.康滇地區(qū)異常衰減幅度最大，深度0～5 km的衰減率為114 nT·km-1，原分散的正異?；鞠?，上延40 km后磁場(chǎng)強(qiáng)度仍為負(fù)值，說明川西—康滇地區(qū)的正異常都是淺源異常，而深部磁性體磁性較弱.

2.4關(guān)于磁性巖體(彭灌雜巖體)延深討論

彭灌雜巖具有磁性，故有關(guān)雜巖的討論，磁場(chǎng)可有一定的顯示.筆者根據(jù)巖體“有根”和“無根”的判定標(biāo)準(zhǔn)，即：有根，巖石來自深部，深抵地殼深處或上地幔頂部；無根：來自淺部，在地殼內(nèi)，即非源于殼、幔深處的熱液物質(zhì)上涌后冷凝成巖，推斷彭灌雜巖是“無根”的.其磁場(chǎng)判據(jù)是：

1) 航磁異常場(chǎng)平面分布特征.由航磁異常平面圖(圖4)可見，丹巴—都江堰為一近EW走向、連續(xù)高磁串珠狀團(tuán)型異常把龍門山斷裂系分成兩段，連續(xù)高磁團(tuán)型磁異常是高磁異常體(包括彭灌雜巖)的反應(yīng).

2) 為了檢驗(yàn)其深部物質(zhì)的巖石磁性和隨深度的變異，對(duì)磁異常場(chǎng)可做不同高度的向上延拓，以壓制局部的高頻擾動(dòng)減少短波長(zhǎng)的干擾，突出長(zhǎng)波長(zhǎng)信息，以達(dá)對(duì)磁性介質(zhì)的縱向延伸的理解.基于系列空間域解析延拓(向上延拓5、10、20、30、40 km)的結(jié)果(圖6)，近EW走向的連續(xù)高磁團(tuán)型異常呈西強(qiáng)東弱、東淺西深的特征；其東部彭灌雜巖體附近高磁異常在向上延拓20 km后衰減，向上延拓40 km時(shí)異常衰減至零值；而西部抬升的團(tuán)形高磁異常(丹巴、等地)在向上延拓40 km時(shí)還有微弱顯示，故說明這些高磁性物質(zhì)可能源于比彭灌地區(qū)還要深的地殼內(nèi).

3) 南充磁異常強(qiáng)度大于500 nT，若設(shè)上部磁性埋深為10～15 km，厚5 km(屬結(jié)晶基底上部)，磁化強(qiáng)度1.2 A·m-1，下部磁性層厚25 km，磁性底界埋深為40 km，磁化強(qiáng)度為2.1 A·m-1，則正演模擬與實(shí)測(cè)異常值相吻合(相鵬和劉展，2008；張先等，1995)，這便充分表明，南充磁異常是由深部強(qiáng)磁性層所致，其磁性層底界面埋深可能已達(dá)Moho界面附近，厚度大致相當(dāng)于中、下地殼.為此這一強(qiáng)磁性層應(yīng)屬原始洋殼，故近年所研究的磁性層應(yīng)位于下地殼，場(chǎng)源為長(zhǎng)波長(zhǎng)的磁場(chǎng).對(duì)德陽正異常設(shè)定其埋深為10 km，厚度10 km，磁化強(qiáng)度為0.98 A·m-1的水平板狀體模型，正演模擬亦近似于實(shí)測(cè)異常值，因此推測(cè)其磁性層位于上地殼，在更深處磁性較弱，即屬非強(qiáng)磁性層，顯見，這一認(rèn)識(shí)與上述向上延拓的解釋是一致的.

圖7　磁化強(qiáng)度水平分布圖(a—d)反演所用的不同平均磁化強(qiáng)度參數(shù):(a) 0.8 A·m-1; (b) 1.2 A·m-1; (c) 2.3 A·m-1; (d) 8 A·mm-1. 1：龍門山；2：松潘甘孜；3：四川盆地；3a：盆地西緣；3b：川中相對(duì)高、3c：川東. F14：鮮水河斷裂；F17:鮮水河ES延伸甘洛—雷波北推斷斷裂.

2.5視磁化強(qiáng)度水平分布特征

利用視磁化強(qiáng)度圖或視磁化率圖可以劃分磁性巖層，確定巖體的邊界，突出地質(zhì)構(gòu)造單元界線和解決有關(guān)地質(zhì)構(gòu)造問題.

視磁化強(qiáng)度是根據(jù)磁異常換算的磁性資料.常常與假設(shè)的磁性模型和給定的深度參數(shù)有關(guān)，一般相當(dāng)于給定深度范圍的等效磁性分布，不一定代表真實(shí)磁性，故稱之為視磁化強(qiáng)度.

在反演中要預(yù)先給定平均磁化強(qiáng)度，要準(zhǔn)確給定這個(gè)值是不易做到的，因此在實(shí)際計(jì)算時(shí)可選擇不同的平均磁化強(qiáng)度值計(jì)算，然后根據(jù)已知的地質(zhì)、地球物理資料評(píng)價(jià)所得的結(jié)果選出較為合理的計(jì)算結(jié)果；超基性巖磁性最強(qiáng), 基性、中基性巖磁性次之，一般來說沉積巖、酸性巖磁性較弱，變質(zhì)巖磁性差異較大.

在對(duì)四川盆地及其西部邊緣震區(qū)航磁資料進(jìn)行分析研究的基礎(chǔ)上，依據(jù)頻率域磁化強(qiáng)度反演方法和程序?qū)酱女惓＿M(jìn)行了數(shù)據(jù)處理，求取了研究區(qū)內(nèi)視磁化強(qiáng)度的水平分布.反演結(jié)果總體特征為(圖7(a—d)為不同平均磁化強(qiáng)度0.8、1.2、2.3 A·m-1、8 A·m-1的磁化強(qiáng)度水平分布圖).我們認(rèn)為選取0.8 A·m-1做為平均視磁化強(qiáng)度較弱，8 A·m-1做為平均視磁化強(qiáng)度過強(qiáng)，下面以2.3 A·m-1為例進(jìn)行討論，其特征為：

(1) 視磁化強(qiáng)度等值線呈北東向條帶顯示；

(2) 龍門山為視磁化強(qiáng)度梯度帶；

(3) 龍門山以西，松潘甘孜為相對(duì)低緩視磁化強(qiáng)度顯示；

(4) 龍門山以東，四川盆地內(nèi)部視磁化強(qiáng)度特征比較復(fù)雜，可細(xì)分為盆地西緣視磁化強(qiáng)度相對(duì)低、川中相對(duì)高、川東相對(duì)低三個(gè)區(qū).

川中地區(qū)與四川盆地西部邊緣視磁化強(qiáng)度有明顯的差異.所以產(chǎn)生這種差異可能歸結(jié)于以下三種原因：第一，巖性.川中地區(qū)的地殼是由磁性偏強(qiáng)的地質(zhì)巖體組成的一個(gè)復(fù)雜結(jié)構(gòu).磁性基底是由巖漿雜巖體和各種片麻巖、花崗巖組成，該類巖石屬于深變質(zhì)巖、中—基性巖漿巖，結(jié)晶程度較好，具有明顯的磁性；這一地區(qū)無論在磁性巖體的內(nèi)部或其邊界上都很少有地震(M≥5)發(fā)生.說明磁性巖體內(nèi)部結(jié)晶程度較好，結(jié)構(gòu)緊密、整體性強(qiáng)，剛硬度強(qiáng)，不易發(fā)生破碎和斷裂，亦不易發(fā)生構(gòu)造運(yùn)動(dòng).盆地西部邊緣地區(qū)地殼基底下是由弱磁性淺變質(zhì)的、含碳酸鹽較多的各種片巖系和碎屑巖群組成，部分地區(qū)下部分布有中酸性火山巖，這可能是磁性差異的一個(gè)主要原因.第二，應(yīng)力狀態(tài).在盆地西部邊緣，由于處于構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的高值區(qū)，巖石視磁化強(qiáng)度減弱.第三，地溫.從四川盆地地溫梯度上看：川中地區(qū)地溫梯度為(2.0～2.5)℃/100 m，川西附近地溫梯度為(3.0～3.5)℃/100 m.該區(qū)地震主要發(fā)生在中、下地殼內(nèi)，在基底以下的淺變質(zhì)巖和中酸性火成巖，其剩余磁化強(qiáng)度隨溫度升高而減弱.從對(duì)巖石磁性的影響來看，順磁性巖石的磁化率隨著溫度升高磁化率減小.溫度對(duì)于剩余磁化強(qiáng)度的影響很大即剩磁隨著溫度升高，磁化強(qiáng)度會(huì)減弱.

造成四川盆地西部邊緣地區(qū)及龍門山巖石視磁化強(qiáng)度偏低，主要是由于巖性、構(gòu)造應(yīng)力、溫度諸方面的因素造成的.視磁化強(qiáng)度分布結(jié)合深部構(gòu)造特征，足以證明盆地西部邊緣及震區(qū)地殼的弱磁性成因與地震的孕育環(huán)境相關(guān).

3航磁異常與其他地球物理信息的復(fù)合

3.1航磁異常與布格重力異常

青藏高原為全國布格重力異常值最低的負(fù)異常區(qū)，最低可達(dá)-570×10-5m·s-2，而青藏高原四周均被一巨大重力梯度帶((60～20)×10-5m·s-2·km-1)所圍限(王謙身等，2008；相鵬和劉展，2008；張先等，1995；張季生等，2009；張永謙等，2010).這一環(huán)繞青藏高原四周的重力梯度帶經(jīng)蘭州到天水轉(zhuǎn)向西南，即沿龍門山向西南延伸.貫穿川西的龍門山重力梯度帶只是上述巨大重力梯度帶中的東界，並在天全以南分為兩支，西支與青藏高原重力梯度帶重合，向西南方向延伸；東支向東南方向伸展，直抵遵義附近.本研究區(qū)為負(fù)異常區(qū)，異常值由西向東逐漸增大，由龍門山構(gòu)造帶向東西兩側(cè)，重力梯度帶變化逐趨平緩.龍門山重力梯度帶東側(cè)的內(nèi)江—江津一帶分布具有一定規(guī)模的局部重力高，如重慶—萬縣，遵義—武隆和南充—巴中—石泉等是導(dǎo)致該重力高的主要原因之一，即應(yīng)為Moho界面的局部隆起.

對(duì)比該研究區(qū)的布格重力異常場(chǎng)(圖8)和航磁異常場(chǎng)(圖5)清晰可見，其異常走向、異常圈閉形態(tài)及強(qiáng)、弱變化勢(shì)態(tài)均相關(guān)，說明該區(qū)重力場(chǎng)與磁場(chǎng)是出自同一個(gè)場(chǎng)源，只是在場(chǎng)源深度和介質(zhì)及構(gòu)造屬性上存在差異.

圖8　布格重力異常圖(異常單位為mGal)(張季生，2009)

3.2航磁異常與地震P波速度結(jié)構(gòu)

汶川MS8.0級(jí)地震的七萬多次余震分布與其周邊區(qū)域P波速度結(jié)構(gòu)分布給出了龍門山及鄰區(qū)1、10 km和20、30 km深度的P波三維速度結(jié)構(gòu)(雷建設(shè)等，2009；石玉濤等，2013；吳建平等，2009；趙珠等，1997)(圖9).龍門山及鄰區(qū)10～20 km深度的P波速度結(jié)構(gòu)，不論在異常分布走向上，分區(qū)特征上，還是其所反映的斷裂構(gòu)造上均與航磁異常場(chǎng)分布特征具有較好的可比性(圖5，圖6)；高速異常區(qū)基本對(duì)應(yīng)著高磁異常值，反之低速異常區(qū)對(duì)應(yīng)著低磁異常值.四川盆地地震P波速度異常在中、下地殼呈現(xiàn)出大范圍的高速異常，呈現(xiàn)出穩(wěn)定塊體的特征；而該盆地在磁異常上顯現(xiàn)為穩(wěn)定的高磁特征.就松潘—黑水這一條界帶而言磁異常以此條帶把松潘—甘孜塊體分為兩部分；P波速度亦以此條帶作為分界把甘孜—松潘截然分為兩部分，即不同於通常人們所認(rèn)為的連續(xù)分布樣式；這說明航磁異常與10～20 km深度處介質(zhì)基本屬性和結(jié)構(gòu)特征相近.總之，研究區(qū)的航磁異常場(chǎng)展布、梯度變化和延拓圖像與地震P波三維速度結(jié)構(gòu)在異常深度和分區(qū)特征上均具有內(nèi)在的聯(lián)系及可比性.

4航磁異常場(chǎng)展布與斷裂構(gòu)造及磁性體的上界面

4.1航磁異常場(chǎng)與斷裂構(gòu)造識(shí)別

磁異常的水平分辨率較強(qiáng)，可依巖石磁性差異所顯現(xiàn)的磁異常差異及介質(zhì)屬性變化識(shí)別斷裂構(gòu)造；諸如航磁異常的梯級(jí)帶，正、負(fù)異常的界帶，正或負(fù)異常的極值軸和異常走向急劇變化處或交匯處.基于門山造山帶及鄰區(qū)的航空磁異常場(chǎng)可以識(shí)別出12條斷裂(圖10)，龍門山斷裂系、松潘—黑水?dāng)嗔选Ⅴr水河斷裂及鮮水河ES方向延長(zhǎng)線與理縣NWW向斷裂的在磁異常分析中占有比較重要的地位.顯見，對(duì)一系列斷裂構(gòu)造及縱向和橫向的延伸均可用磁異常場(chǎng)特征來識(shí)別，而且它們?cè)诖判越Y(jié)構(gòu)上屬較重要的界帶.這些特征性的斷裂屬性和界帶如松潘—黑水?dāng)嗔褞Э刂屏烁首巍膳说貛У拇渭?jí)構(gòu)造；鮮水河斷裂帶的ES向延長(zhǎng)線屬四川盆地與川滇的分界；理縣的NW-NWW向的界帶和近東西向分布的高磁性物質(zhì)把整條龍門山斷裂系攔腰切斷，使龍門山斷裂截然分為北東、南西兩段；這兩段不論在淺表層構(gòu)造活動(dòng)上，還是在地震“孕育”、發(fā)生和地震的破裂效應(yīng)以及余震分布上均起到一定的制約作用.

松潘—黑水?dāng)嗔?F1)：該斷裂走向北東，從松潘東南12 km和黑水東南10 km處通過，在磁異常特征分析中該斷裂是一條重要斷裂.斷裂以東屬平武—理縣低緩正異常區(qū)；斷裂以西屬若爾蓋—紅原—馬爾康零值區(qū).

圖9　龍門山斷裂帶及周邊區(qū)域的地殼P波速度異常分布(雷建設(shè)，2009)1、10、20、30 km的速度異常分布；圖中黑線為主要斷裂. F1：龍門山前山斷裂； F2：龍門山中央斷裂； F3：龍門山后山斷裂； F4：青川—平武斷裂； F5：鮮水河斷裂； F7：甘孜—理塘斷裂.

文縣—理縣—瀘定斷裂(F2)：斷裂走向北東.北從文縣開始，中間從理縣東南側(cè)10 km處經(jīng)過，南至瀘定以南，全長(zhǎng)超過500 km.該斷層面向西傾，是推覆逆沖的顯示.

茂縣—汶川斷裂(F3)：又稱龍門山斷裂帶后山斷裂.走向北東，南西端在映秀西與另一條近南北向F4斷裂(F4南段又稱蘆山—金河鎮(zhèn)斷裂)相接，也可能這兩條斷裂原為一條斷裂，后由映秀、漩口附近存在一個(gè)北西向斷裂把它錯(cuò)段并造成現(xiàn)今的格局.該斷裂是松潘—甘孜造山帶與龍門山之間的一條大型斷裂帶，具有逆沖走滑運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，可能屬于深大斷裂.

北川—映秀斷裂(F4)：該斷裂又稱龍門山構(gòu)造帶中央主斷裂.走向北東，西南端在映秀附近與F3合并構(gòu)成F4的南段，該段走向近南北，又稱蘆山—金河鎮(zhèn)大斷裂.以此斷裂為界，斷裂西側(cè)為龍門山高山區(qū)，海拔高程在4000～5000 m，東側(cè)則為海拔高程約為1000～2000 m的中低山區(qū)，地貌反差顯著.它在龍門山構(gòu)造帶幾條主干斷裂中顯示出較強(qiáng)的活動(dòng)性，汶川8.0級(jí)大地震主震區(qū)就發(fā)生在該條斷裂上.

都江堰—江油斷裂(F5)：又稱龍門山前山斷裂，走向北東，在北邊與F12相交，由F12的作用，使F5向西發(fā)生平移錯(cuò)動(dòng)約8 km左右，然后延青川方向北西向延伸.在南邊都江堰附近，同樣受到另一條斷裂或構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的作用，發(fā)生向西平移近10 km，然后向西南延伸在金河鎮(zhèn)附近與F4匯合成一條斷裂.據(jù)資料(滕吉文等，2010)介紹，該斷裂西北盤相對(duì)上沖，且具右行走滑運(yùn)動(dòng)的脆性破裂特征(滕吉文等，2010).在重力場(chǎng)上，與前兩條斷裂一樣，位于較寬、較緩的梯級(jí)帶上.

龍泉山斷裂(F7)：該斷裂沿龍泉山走向，在南段走向呈北東向，北段近北北東向走向，并與F12相匯，全長(zhǎng)200 km，在四川盆地該斷裂是一條重要斷裂.

簡(jiǎn)陽—武勝斷裂(F8)：F8斷裂呈北西向，把川中強(qiáng)正磁異常分成兩部分.

華鎣山斷裂(F9)：沿華鎣山脈展布.西南部北東東走向.且與宜賓斷裂相交，向北改為北東向與F8相交，北止萬源，全長(zhǎng)近500 km，該斷裂亦是一條重要斷裂.

馬爾康—理縣斷裂(F10)：北西走向.斷裂較小、較短、全長(zhǎng)只有80 km.該斷裂位于磁異常方向改變的彎曲處與龍門山斷裂同是負(fù)磁異常顯示.

陳家壩—江口鎮(zhèn)斷裂(F12)：近北西西走向，該斷裂南部基底平坦且較淺；北部基底起伏較大且深于南部.

峨眉—宜賓斷裂(F13)：又稱樂山—宜賓斷裂.走向北西，總長(zhǎng)度近220 km.是四川盆地的西南邊界斷裂.西起雅安東南峨眉附近，向東延伸到宜賓，其間被龍泉山斷裂切割成兩段.

鮮水河斷裂(F14)：Y字形斷裂之一.

安寧河斷裂(F15)：滇西的重要斷裂.

東昆侖(F16)：它作為松潘甘孜的北界，是一條非常重要的斷裂.

鮮水河ES延伸甘洛—雷波北推斷斷裂(F17) 該斷裂是推斷斷裂，是四川盆地與滇西的界帶.

鮮水河ES延伸甘洛—雷波北推斷斷裂是由磁異常推斷的，系四川盆地與川滇的界帶.

4.2不同磁性區(qū)(帶)的結(jié)晶基底起伏

四川盆地結(jié)晶基底構(gòu)造存在分區(qū)性，磁性體上界面形態(tài)可近似的表征結(jié)晶基底的起伏和異常變化.以Parker法快速反演求得的磁性界面深度(以m為單位)示于圖11.圖中明顯的展示出川中地區(qū)一北東向隆起帶：在樂山—南充一線，呈NE向展布，在它的SE和NW兩側(cè)均為凹陷區(qū)，樂山—犍為至資中為第一階地，并向南充—武勝第二階地平昌南收斂.川西北凹陷條帶：走向NE，閬中、通江凹陷可能與大巴山凹陷相連，大部分基底為一套由弱-無磁性的變質(zhì)巖組成；巴中—閬中負(fù)磁異常以西綿陽—德陽磁性特征呈現(xiàn)相對(duì)高值，故推測(cè)其相當(dāng)于中酸性雜巖體的磁性.在龍門山斷裂系以東，凹陷由西向東逐漸抬升；川東南凹陷：位于華鎣山(圖10中F9)以東，大足一帶，磁場(chǎng)強(qiáng)度相對(duì)較高，故推斷其為中基性雜巖體所致.但向滇東、貴州地區(qū)擴(kuò)展時(shí)僅能在總體上呈現(xiàn)為微弱的負(fù)磁異常背景.川南凹陷：位于宜賓—內(nèi)江一帶其地殼物質(zhì)磁性較弱，且上界面埋深較深.龍門山造山帶磁性體上界面形態(tài)也歸屬于凹陷條帶，但與川西北凹陷條帶所不同的是龍門山基底埋深是由東向西逐漸抬升的.

4.3磁性體下界面深度反演

龍門山一帶(廣元—寶興一帶)下界面估算深度較淺，即27～29 km；川西北巴中、平昌、閬中附近最淺為17～20 km；川中南充—武勝一帶最深達(dá)35～38 km，峨眉—犍為地區(qū)次之31～32 km，這些深度位于下地殼或上地幔蓋層內(nèi)，這便證明在這一地帶影響磁場(chǎng)強(qiáng)度的磁性源層可達(dá)下地殼；川東重慶、瀘州下界面逐漸變淺.

5龍門山及鄰近地域航磁異常場(chǎng)與汶川大地震

航磁異常對(duì)構(gòu)造識(shí)別、巖相特征有著很好的分辨率；此次汶川大地震的發(fā)生、發(fā)展與巖石屬性存在必然的相關(guān)性，故導(dǎo)致磁異常與汶川大地震的關(guān)系亦相應(yīng)加強(qiáng).

5.1汶川地震主、余震分布特征

(1) 汶川地震主、余震分布

汶川地震的余震達(dá)7萬余次，其走向分布為NNE，延伸長(zhǎng)達(dá)330 km 左右，即主要集中在龍門山所轄三條斷裂帶范圍內(nèi),即寬度約30～60 km 的區(qū)帶內(nèi)，在其西南段局部地區(qū)寬度可達(dá)60 km以上.北川附近的余震帶多出現(xiàn)在兩條相互平行的條帶內(nèi)，西側(cè)條帶長(zhǎng)約80 km.從NE向余震分布地帶的西南端到中段安縣一帶，中央主斷裂和前山斷裂之間僅有少量余震分布.在北川東北50 km附近，余震分布呈現(xiàn)出明顯的轉(zhuǎn)折，而在余震帶的最北段，余震分布卻出現(xiàn)分叉現(xiàn)象.余震序列的震源深度總體上為西部深、東部淺.

龍門山斷裂帶西南段與中、北段在巖石物性和應(yīng)力積累水平上存在差異，這便決定了汶川MS8.0級(jí)大地震為沿龍門山斷裂帶呈北東向展布的單側(cè)破裂(易桂喜等，2010a；易桂喜等，2010b；易桂喜等，2011).基于區(qū)域的應(yīng)力積累水平和巖性特征，它們可能共同控制著主震和中、強(qiáng)余震的時(shí)、空分布.

圖10　航磁異常的展布與斷裂構(gòu)造分布圖1: 松潘—甘孜地塊；2：龍門山斷裂帶；3：四川盆地； F1：松潘—黑水?dāng)嗔眩?F2：文縣—理縣—瀘定斷裂； F3: 茂縣—汶川斷裂； F4: 北川—映秀斷裂； F5: 都江堰—江油斷裂； F7：龍泉山斷裂； F8：簡(jiǎn)陽—武勝斷裂； F9:華鎣山斷裂； F10: 馬爾康—理縣斷裂； F11：岷江斷裂； F12：陳家壩—江口鎮(zhèn)斷裂； F13：峨眉—宜賓斷裂； F14：鮮水河斷裂； F15: 安寧河斷裂； F16:東昆侖斷裂; F17:鮮水河ES延伸甘洛—雷波北推斷斷裂.

圖11　磁性體上界面埋深分布圖

圖12　磁異常與地震分布圖圖中空圈為地名，黃色實(shí)圈地震分布.

(2) 地震分布與磁異常的定性分析

汶川MS8.0大地震和4級(jí)以上主要強(qiáng)余震基本上分布在龍門山斷裂系中段清晰的負(fù)磁異常條帶內(nèi)，且多為磁性較弱的沉積巖覆蓋(圖12)；而丹巴—灌縣走向近EW的連續(xù)高磁性團(tuán)塊帶將龍門山斷裂系分成兩段.在這里需要論及的是它們伴生的弱負(fù)磁異常帶是此次強(qiáng)烈余震向NW方向延伸的位置.分布在理縣附近NWW向斷裂兩側(cè)的彭灌和寶興雜巖，磁異常的特征是不同的，彭灌雜巖顯示為正異常，而寶興雜巖顯示是微弱負(fù)異常;即說明彭灌和寶興雜巖的巖石組構(gòu)不同.這與新元古代寶興雜巖在巖石組成上、巖相上(劉樹文等，)和彭灌雜巖有關(guān)，新元古代寶興雜巖主要為由中低級(jí)變質(zhì)巖組成的原始巖漿部分熔融，在上升和侵位過程中受到了地殼巖石強(qiáng)烈混雜所致；而彭灌雜巖巖體成因、成巖物源(張沛等，2008 )卻與寶興雜巖不同，彭灌雜巖為侵入的雜巖體,主要由中酸性侵入巖組成,與正常殼源鈣堿性花崗巖相比，彭灌雜巖顯示出更高的Mg值；這表明彭灌雜巖可能是底侵的幔源巖漿與下地殼物質(zhì)熔融的混合結(jié)果.顯然，這兩個(gè)雜巖體的差異不僅僅是形態(tài)、物質(zhì)組成和幾何形態(tài)上各異，而且很可能還存在著足以導(dǎo)致物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的其他因素；這很可能是汶川地震的余震集中分布在彭灌雜巖段及向北東延伸段的原因之一.

5.2龍門山斷裂系分段性的討論

(1) 沿31°N的磁異常特征及磁源深度分布

航磁異常中沿31°N分布著丹巴—都江堰連續(xù)、串珠、團(tuán)型高磁異常；為了深入研究航磁異常和汶川地震及龍門山造山帶之間的關(guān)系，在磁異常的網(wǎng)格中沿31°N方向截取一剖面，并以其原始經(jīng)化極處理后的數(shù)據(jù)(緯度剖面)向上延拓5、10、20 km、30、40 km，其結(jié)果示于圖13.在31°N緯度剖面可以看到丹巴、灌縣西、三臺(tái)西弱正異常及南充—內(nèi)江強(qiáng)正異常.丹巴、小金、灌縣西—彭縣之間為近EW走向比較連續(xù)團(tuán)塊狀高磁性異常體，此高磁異常是雜巖帶的磁性表征，而南充—內(nèi)江強(qiáng)正異常是穩(wěn)定高磁性的四川盆地的表征.

31°N剖面的磁源深度估算結(jié)果示于圖14，灌縣以西即松潘甘孜地塊磁源深度平穩(wěn)，松潘—黑水—金山以西或稱之為若爾蓋—紅原—馬爾康磁源深度尤其平穩(wěn)，均維持在12 km深度左右，而向東在平武—理縣磁源深度有所加深，深度在15～20 km.龍門山斷裂系以東進(jìn)入四川盆地后磁源深度急劇加深，三個(gè)次級(jí)磁性單元中川西、川中磁源深度很深能達(dá)到30 km;而川東南磁源深度逐漸變淺至15 km左右.

圖13　沿31°N的磁異常及向上延拓剖面圖(由西向東)本圖橫坐標(biāo)系距離(km)縱坐標(biāo)系磁異常值(單位nT)；紅色線條示原始圖像；黑色、藍(lán)色、綠色、黃色、紫色依次為向上延拓5、10、20、30、40 km剖面圖.

圖14　沿31°N磁異常、導(dǎo)數(shù)、磁源深度分布圖(由西向東)第一行示原始磁異常(黑色)與極化異常(紅色)； 第二行示磁異常水平與垂向?qū)?shù)； 第三行示磁源深度.

(2) 近EW(NWW)走向團(tuán)塊狀磁性體分布的不均勻性

圖13中丹巴、灌縣西—彭縣之間高磁性團(tuán)塊狀高磁異常體(包括彭灌雜巖、丹巴巖體等)，具有西強(qiáng)東弱、東淺西深的特征，其產(chǎn)狀均向西傾斜.而當(dāng)該正異常向上延拓30 km后仍存在微弱異常，說明這些高磁性物質(zhì)并不單純存在于地表或地殼淺層.

龍門山造山帶與川西高原的低磁異常區(qū)沉積地層較厚，四川盆地的穩(wěn)定高磁性質(zhì)及川中磁性體上界面的隆升、下界面的凹陷均共同顯示了盆-山耦合的深層動(dòng)力過程.在區(qū)域構(gòu)造上清晰可見青藏高原東北緣的殼、幔物質(zhì)在東西向拉張作用下向東南方向運(yùn)移，龍門山斷裂系受迫不斷向上抬升、逆沖，高速、高密度和高電祖率的近剛性四川盆地則強(qiáng)烈阻隔，故導(dǎo)致在龍門山地帶應(yīng)力集中且深部物質(zhì)與能量進(jìn)行著強(qiáng)烈交換和運(yùn)移(滕吉文等，2008，2009).顯見在這一地帶應(yīng)力集中構(gòu)成了強(qiáng)烈地震的孕育、發(fā)生與發(fā)展的邊界條件，故大地震在此發(fā)生.

5.3航磁異常與汶川地震主、余震分布的關(guān)系

(1) 沿龍門山NE向磁異常剖面向上延拓及磁源深度特征

① 由31°N、103°E開始向NE方向延伸至青川附近的磁異常展布與四級(jí)以上強(qiáng)余震分布的相關(guān)性(圖15)可見，龍門山斷裂系確具有分段性特征，小魚洞地表破裂帶、映秀—北川斷裂帶與彭縣—灌縣斷裂帶的交匯促使該地帶構(gòu)造的活動(dòng)性增強(qiáng)和異常呈特異的展布.由小魚洞到理縣方向存在一條寬度超過60 km、走向近于NNW且近垂直于龍門山北東走向的余震分布條帶.根據(jù)磁場(chǎng)特征NE走向的龍門山斷裂系存在空間差異，以31°N、103°E—104°E作為分界使之分為南、北兩段，這一地帶的近EW向團(tuán)塊狀高磁性物質(zhì)的斷續(xù)出現(xiàn)說明，龍門山斷裂系的南、北兩段物質(zhì)屬性、構(gòu)造活動(dòng)特征亦存在差異.

② 從截取段(取名青川剖面，NE走向)的原始數(shù)據(jù)(圖中紫色曲線所示，其異常值以左邊縱坐標(biāo)標(biāo)識(shí)，單位nT)和向上延拓5、10、20、30、40 km的圖像(其延拓值以右邊縱坐標(biāo)標(biāo)識(shí)，單位nT)(圖16)，中，可見其SW和NE兩側(cè)均處于磁異常的高值區(qū)，從SW開始磁異常急速下降、變化梯度較大.

③ 在理縣附近磁異常進(jìn)入緩變下降狀態(tài)，由于NWW向負(fù)異常條帶的介入即NWW向構(gòu)造與NE向龍門山斷裂系的交匯處余震分布亦呈NW向展布；汶川—茂縣是一個(gè)較強(qiáng)的負(fù)異常區(qū)，茂縣—北川磁異常則由局部抬升后又繼之進(jìn)入另一個(gè)寬緩的負(fù)異常區(qū)(北川為中心).

④ 平武附近磁異常有所抬升，繼之呈高梯度變化急速抬升，至青川地帶后磁異常進(jìn)入另一個(gè)高磁性的構(gòu)造單元—即秦嶺造山帶構(gòu)造區(qū)(米倉山).這一變化的交替過程和梯度變化呈現(xiàn)出一個(gè)明顯事實(shí)，即磁異常場(chǎng)高梯度變化帶的拐點(diǎn)附近往往伴隨著強(qiáng)余震的發(fā)生，在磁異常向上延拓和強(qiáng)度低緩變化地帶則往往表現(xiàn)為強(qiáng)余震的斷續(xù)區(qū)(陳運(yùn)泰，2008；王衛(wèi)民等，2008)(即破裂過程中的明顯間斷或稱空區(qū)).

⑤ 理縣—都江堰地帶強(qiáng)余震和一系列小余震的近NW向加寬，可能是由于近EW向團(tuán)塊狀磁性體鏈(丹巴—彭縣)與NE向龍門山斷裂系在這里錯(cuò)綜交匯所致.其必與NE向和近EW向斷裂在深部強(qiáng)烈活動(dòng)相關(guān).

基于上述顯見，磁異常場(chǎng)的展布特征與汶川MS8.0大地震和7萬次余震分布有關(guān).另外龍門山斷裂系的中、上地殼介質(zhì)具高波速特征，即高強(qiáng)度屬性介質(zhì)有利于震源區(qū)及其相鄰地域的能量積累；可能對(duì)震源區(qū)介質(zhì)破裂效應(yīng)產(chǎn)生制約.未來地震的孕育、發(fā)生和發(fā)展能否突破這一交匯區(qū)而向SW方向發(fā)展，是否還蘊(yùn)藏著新的地震活動(dòng)區(qū)(帶)，特別是“Y”字形構(gòu)造的交匯地域應(yīng)給予特別的關(guān)注.

(2) 區(qū)域航磁異常場(chǎng)對(duì)汶川MS8.0 級(jí)大地震及強(qiáng)余震活動(dòng)界帶的制約

汶川地震序列從彭灌雜巖南緣開始破裂，主震與余震的破裂均沿長(zhǎng)約350 km、寬約30～50 km 的NE向斷裂系展布，而破裂帶寬度和空間分布形態(tài)均存在明顯的分段性，堅(jiān)硬的彭灌雜巖對(duì)余震的分布和介質(zhì)破裂過程可能起到重要的控制作用；綜合震源機(jī)制解和地震破裂過程(陳運(yùn)泰，2008；王衛(wèi)民等，2008)說明，由于具有較強(qiáng)磁性，故堅(jiān)硬的彭灌雜巖底部在長(zhǎng)期應(yīng)力積累作用下會(huì)發(fā)生破裂，侵位于映秀斷裂和茂汶斷裂之間的彭灌雜巖體，它表現(xiàn)為“無根”、且向西傾及傾角近70°較陡的特征.該雜巖體是由巖漿巖和變質(zhì)巖組成不易破裂，一旦在深部輻射能量作用下該巖體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力高度集中并在瞬時(shí)間沖破重圍將來自震源深處的巨大的能量釋放.近EW向的高磁性物質(zhì)條帶可向下延伸抵震源深處以下，故在巖相結(jié)構(gòu)差異上起到了阻隔由NE向展布的余震向SW方向延展；正是由于這種阻隔作用造成了沿龍門山斷裂系的單側(cè)(NE)破裂和一系列余震的特異分布，形成了SW寬、向NE方向逐漸變窄的勢(shì)態(tài)，又由于北部西秦嶺造山帶高磁性物質(zhì)的阻隔作用，故制約著沿龍門山斷裂系展布的余震持續(xù)向北延展，即僅呈現(xiàn)在該斷裂帶以南(SW)地帶.

(3) 蘆山MS7.0地震的發(fā)生

2013年4月20日08時(shí)02分, 四川省雅安市蘆山縣發(fā)生MS7.0 級(jí)強(qiáng)震(簡(jiǎn)稱蘆山地震).根據(jù)中國地震臺(tái)網(wǎng)中心測(cè)定的結(jié)果, 震中位置為30.3°N, 103.0°E, 震源深度13 km. 據(jù)四川地震臺(tái)網(wǎng)統(tǒng)計(jì), 截至4月27日12時(shí), 震源區(qū)共記錄到3811次余震, 其中ML5.0～5.9 8次,ML4.0～4.9 43次,ML3.0～3.9 233次. 蘆山地震是繼2008 年5月12日汶川MS8.0 級(jí)大地震后, 川西地區(qū)發(fā)生的又一次嚴(yán)重破壞性的地震.蘆山地震發(fā)生在龍門山斷裂帶西南段, 距汶川MS8.0級(jí)主震約87 km. 兩個(gè)余震區(qū)之間存在明顯的空段, 地震空段長(zhǎng)度約為45 km.

圖17系汶川、廬山地震分布及地震臺(tái)站和斷裂分布圖，數(shù)據(jù)來源于四川地震臺(tái)網(wǎng)和流動(dòng)地震臺(tái)站的ML0.0～5.5觀測(cè)數(shù)據(jù)(房立華等，2013)；蘆山地震的余震主要分布在中新生代盆地內(nèi)部，與地質(zhì)資料對(duì)比發(fā)現(xiàn)，余震區(qū)的西側(cè)和北側(cè)是大面積出露的寶興雜巖體，寶興雜巖的剪切強(qiáng)度和摩擦強(qiáng)度都較大,不易破裂和滑動(dòng).近震體波走時(shí)層析成像結(jié)果也顯示寶興附近的上地殼表現(xiàn)為高速異常(吳建平等，2009).與寶興雜巖體對(duì)應(yīng)的高速異常體在一定程度上控制了余震的分布，阻止了余震進(jìn)一步向西北擴(kuò)展.

圖15　磁異常剖面與余震分布圖(a,b)截取NE向剖面的位置；(c)汶川序列ML≥3地震分布(2008-05-12—2011-06-14)；深藍(lán)：2008年；黃色：2009；綠色：2010；紅色：2011. 紫色： ML≥5地震；(d)活動(dòng)斷裂、M≥6.0震源區(qū)、汶川MS8.0級(jí)地震及其M≥5.0余震震中分布.

圖16　磁異常、向上延拓與地震分布的相關(guān)剖面圖上部為截取NE向剖面的磁異常(紫色)及向上延拓5(紅色)、10(綠色)、20(淺藍(lán)色)、30(深藍(lán)色)、40 (黑色)km；下部為地震分布.

圖17　研究區(qū)地震臺(tái)站和斷裂分布圖主要斷裂名稱: F1, 汶川—茂汶斷裂; F2, 北川—映秀斷裂; F3, 江油—灌縣斷裂; F4-1, 雙石—大川主斷裂; F4-2, 雙石—大川分支斷裂; F5, 大邑?cái)嗔? F6, 蒲江—新津斷裂; F7, 鮮水河斷裂; Fx, 性質(zhì)不明斷裂. 斷層數(shù)據(jù) (引自第五代全國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖)和徐錫偉等人的研究結(jié)果

汶川地震8.0和蘆山7.0級(jí)地震同樣發(fā)生在龍門山斷裂系所轄范圍內(nèi)，但汶川地震位于龍門山斷裂帶北、中段；而蘆山地震位于龍門山斷裂帶南西段，且與主中央斷裂帶關(guān)系不確切，中間又有空段；兩個(gè)地震被前述NNW(近EW)向強(qiáng)磁性物質(zhì)隔斷，蘆山地震始于前述航磁異常識(shí)別的鮮水河ES延伸甘洛—雷波北推斷斷裂與龍門山斷裂系的交匯部位，余震的分布在龍門山的南部與寶興雜巖有關(guān).

5.4汶川地震發(fā)生的動(dòng)力學(xué)模式探討

汶川地震發(fā)生在活動(dòng)的巴顏喀拉塊體與相對(duì)穩(wěn)定的四川盆地之間的龍門山斷裂系轄區(qū)內(nèi)，由于青藏高原東北緣深部下地殼和上地幔蓋層物質(zhì)向東南方向運(yùn)移、減薄與抬升，而其頂部滑移面為上地殼低速層和低阻層，下部滑移面為上地幔低速層頂面(深度為100±10 km)(滕吉文等，2008，2009，2010).地殼中以深度為20±5 km處的滑移面與上地殼解耦，故上地殼并未參與深部物質(zhì)運(yùn)移，由于該低速層以下深部物質(zhì)對(duì)上地殼的拖拽作用，故地表淺層亦未能產(chǎn)生物質(zhì)的大規(guī)模運(yùn)動(dòng)，僅為沿?cái)嗔研纬梢幌盗写笮〔坏鹊寞B置推覆體.下地殼和上地幔蓋層與軟流圈解耦，并構(gòu)成了下滑移面，這便為中、下地殼及地幔蓋層構(gòu)成了運(yùn)移的通道.這上、下兩滑移面之間的下地殼與上地幔蓋層物質(zhì)在四川盆地深部“剛性”物質(zhì)強(qiáng)力阻隔下物質(zhì)不能向東南方向“挺進(jìn)”，則迫使其整體沿龍門山斷裂向上運(yùn)動(dòng)；待向上運(yùn)移的物質(zhì)與龍門山茂縣—汶川、映秀—北川以及都江堰—江油等以不同角度西傾的三條斷裂、向下在15±5 km深處匯聚，并與由深部向上運(yùn)移的下地殼和上地幔蓋層物質(zhì)強(qiáng)烈碰撞時(shí)，在深部匯聚成為一條具一定寬度剪切斷裂帶(與地表斷層帶相比)，故沿龍門山斷裂系深部連續(xù)呈現(xiàn)出階狀且近同步錯(cuò)動(dòng)的5個(gè)大于7.0級(jí)的地震組構(gòu)成一條長(zhǎng)達(dá)300 km的“破裂鏈”(滕吉文等，2010)，并導(dǎo)致汶川8.0級(jí)強(qiáng)烈地震的發(fā)生.

6結(jié)論

基于對(duì)龍門山斷裂系及相鄰地域航磁異常場(chǎng)特征和區(qū)域構(gòu)造格局及一系列余震的展布特征分析了磁異常與汶川MS8.0和蘆山MS7.0地震發(fā)生與發(fā)展的相關(guān)性和對(duì)其動(dòng)力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行了研究和探索，並取得了以下基本認(rèn)識(shí)：

1) 依據(jù)龍門山及鄰域磁異常場(chǎng)展布特征，可把該地域分為三大異常區(qū)，即松潘甘孜異常區(qū); 龍門山負(fù)異常帶; 四川盆地異常區(qū)；每個(gè)異常區(qū)又可以細(xì)分為數(shù)個(gè)次級(jí)磁性單元. 松潘—甘孜塊體即低緩正磁異常區(qū)：以松潘黑水為界，把松潘甘孜塊體細(xì)分為東西兩個(gè)次級(jí)磁性單元；四川盆地異常區(qū)又可以細(xì)分為三個(gè)次級(jí)磁性單元，即川西正負(fù)異常跳躍異常帶;川中正異常區(qū);川東南低緩異常區(qū).航磁異常與重力布格異常和龍門山及周邊區(qū)域P波三維速度結(jié)構(gòu)的研究結(jié)果的對(duì)比研究，有利于對(duì)該區(qū)強(qiáng)烈地震孕育、發(fā)生和發(fā)展的理解.

2) 航磁異常邊界場(chǎng)效應(yīng)與斷裂識(shí)別密切相關(guān)：除識(shí)別地質(zhì)公認(rèn)16條斷裂外，還重點(diǎn)分析了松潘—黑水?dāng)嗔?、鮮水河斷裂的SEE向延長(zhǎng)線及理縣近NW向界帶，這些重要界帶構(gòu)成了構(gòu)造分區(qū)的依據(jù).

3) 關(guān)于龍門山負(fù)異常條帶，由于小金、彭縣、灌縣團(tuán)塊狀高磁性物質(zhì)將負(fù)異常鏈帶狀龍門山斷裂系切割為NE與SW兩段，對(duì)該區(qū)地震的活動(dòng)，強(qiáng)烈地震向SW方向發(fā)展起到了阻隔作用，而汶川地震的主震與余震均分布在龍門山斷裂系的NE段.這次大地震始于高磁性體、向NE方向穿越了不同磁場(chǎng)強(qiáng)度和梯度的異常帶，傳播于弱磁性巖體之中，并終止于高磁性區(qū).北部秦嶺高磁性造山帶也起到了阻隔作用，並將汶川MS8.0大地震后的一系列余震限定在西秦嶺以南地帶.

4) 從磁源深度計(jì)算，高強(qiáng)度磁性體向下可延伸抵震源深度(15±5 km)以下，證實(shí)了磁性體(巖石屬性)和三條以不同角度西傾的斷裂向下收斂和強(qiáng)烈碰撞與強(qiáng)烈地震的“孕育”、發(fā)生、發(fā)展相關(guān)，在大梯度變化帶處往往伴隨著強(qiáng)余震的發(fā)生，而在低強(qiáng)度和低梯度地帶則呈現(xiàn)出地震活動(dòng)的局部空區(qū).

致謝國土資源部的航磁數(shù)據(jù)中心王平主任、熊盛青總工為我們提供了大比例尺的網(wǎng)格數(shù)據(jù)；吉林大學(xué)的孟令順研究員、馬國慶博士和武漢地質(zhì)大學(xué)的劉天佑教授等在反演計(jì)算中給予了大力協(xié)助，在此一并表示感謝.

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(本文編輯汪海英)

基金項(xiàng)目國家科技支撐計(jì)劃“汶川地震斷裂帶科學(xué)鉆探”(13)和973項(xiàng)目“汶川地震發(fā)生機(jī)理及其大區(qū)動(dòng)力環(huán)境研究(1-3)”(2008CB425701)聯(lián)合資助.

作者簡(jiǎn)介閆亞芬，女，1945年生，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事地磁學(xué)與地球動(dòng)力學(xué)研究.E-mail：yfyan@mail.iggcas.ac.cn

doi:10.6038/cjg20160117 中圖分類號(hào)P315

收稿日期2014-08-15，2015-10-28收修定稿

Aeromagnetic field characteristics and the Wenchuan earthquakes in the Longmenshan mountains and adjacent areas

YAN Ya-Fen1, TENG Ji-Wen1, RUAN Xiao-Min2，HU Guo-Ze3

1InstituteofGeologyandGeophysics,TheChineseAcademyofSciences,Beijing100029,China2SchlumbergerGeosolutions,Beijing100015,China3NortheasternUniversityatQinhuangdao,HebeiQinhuangdao066004,China

AbstractIn this paper, we analyzed the aeromagnetic anomaly data in the Longmenshan mountains and adjacent areas by different methods, such as vertical magnetization, horizontal and vertical derivation, upward continuation, and frequency and wavelet transform. The results show that the characteristics of magnetic anomalies suggest this area could be divided into three magnetic anomaly blocks which have different medium properties in crust. They are the Songpan-Garzê magnetic anomaly area, the Longmenshan negative upward area, and the magnetic anomaly area in the Sichuan basin. The analysis of aeromagnetic anomaly characteristics reveals spatial distribution of the tectonic units and major faults in the Longmenshan mountains, Sichuan basin and the plateau in western Sichuan. There is a correlation between the aeromagnetic anomalies, top and bottom depths of the magnetic bodies and the 2008 Wenchuan MS8.0 earthquake.

KeywordsLongmenshan orogenic belt； Aeromagnetic anomaly； Crustal medium property; Regional structure；Wenchuan earthquake

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