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1、龙门山及其邻区航磁、卫星磁测资料处理与解释赵亚博 刘林静 王赛昕 任宇鹏（中国地质大学 地球物理与空间信息学院 武汉 430074）摘要：龙门山断裂带地处青藏高原东缘，大地构造位置特殊，断裂活动强烈.本文根据航磁和卫星磁测资料对龙门山及其邻近地区（102E107E,29.8N33.8N）的磁异常特征、断裂体系进行了分析并对居里等温面进行了反演与解释,揭示航磁、卫磁异常与断裂活动、深部物质流动的关系，为研究该区域复杂的地质构造背景，揭示研究区地震高发的深层原因提供帮助.关键词：龙门山断裂;航磁;卫星磁测;小波多尺度分析;居里等温面1龙门山构造带的构造特征图1 龙门山及其邻区断裂带分布及历史地震分
2、布图（来源于国家地震科学数据共享中心）龙门山构造带位于扬子地块的西缘,其东、西侧分别为松潘至甘孜褶皱带和四川盆地,北东向止于秦岭造山带,总体呈北东-南西向延伸,是中国最典型的逆冲推覆构造之一1.大量地质学研究表明,龙门山断裂带主要由3条断裂组成,自东向西分别为龙门前山主边界(包括大川双石断裂、灌县二王庙安县断裂和江油(或称马角坝)断裂)断裂;龙门山主中央(包括盐井五龙断裂、北川映秀断裂、茶坝林庵寺断裂)断裂;后龙门山(汶川茂汶断裂与青川平武断裂)断裂.由于其所处的大地构造位置特殊,长期以来被地质学家所重视并在该区进行了大量的研究工作.2小波多尺度分解小波变换是磁异常分解的有效工具,利用小波多尺
3、度分析方法,可以将磁异常分解到不同的空间尺度上,尺度的大小决定了磁异常所反映的地质体规模和埋深的大小.根据小波多尺度分析方法的原理2,地磁异常可以分解成不同空间尺度下逼近和细节异常,假设二维卫星磁测异常场为T(x,y)= f(x,y),进行3阶小波分解后卫星磁测异常分解表达式可简记为：T=A3G+D1G+D2G+D3G式中,D1GD3G为13阶小波变换异常细节,A3G为3阶小波变换异常逼近.通过对13阶小波变换细节进行径向对数功率谱分析,可以求取其对应的场源深度3.采用以上方法首先对研究区航磁异常图进行小波多尺度分解，并对分解后的各阶磁异常细节进行了功率谱分析，最后对该地区的断裂及构造进行不同
4、深度分析.同样可以利用小波变换来分析信号的奇异性,在信号突变的位置上,小波变换后的系数具有模量极大值,可用于断裂分析,来判断如断裂等构造形迹的走向及位置等.3 研究区航磁异常特征分析3.1航磁异常图的分区特征随着航空磁测技术的发展，利用航空磁测对各种地质问题进行分析解释越来越受地球物理学家的重视，由于航空磁测接近磁异常的源,因而分辨率较高,对磁性体的几何形态可作出比较精确的计算和描画.本区航磁异常在磁场强度、分布范围、形态、梯度和走向等方面有较为显著的规律性,形态分布规律性较强,代表不同的地质构造单元,经分析可将研究区磁异常划分为以下三个区域（图2）：I 川西坳陷高值异常区图2 龙门山及其邻区
5、磁异常图（单位：nT）川西凹陷高值异常区为泸定都江堰绵阳巴中一线，自西南-北东向背景磁异常升高，分布有两个近椭圆形的局部高值正异常,以南充为中心的异常最为明显，最大值490nT.推测该区升高的磁场背景是由元古代磁性基底引起4.II 龙门山磁异常陡变带龙门山磁异常陡变带在研究区呈北东南西方向展布,斜穿整个研究区,该异常带是整个研究区内等值线较密集、磁场最为复杂、局部异常特别发育的地带.按地质构造划分,这一北东向异常带在龙门山冲断带的范畴之内,与本地区存在的三条主干断裂对应.航磁异常图上显示,在理县的西南侧显示一近圆形高值异常区,与地表出现的中生代花岗岩体群对应.在江油附近出现的北东向正磁异常可能
6、与地表出现很厚的飞仙关组对应.在汶川到灌县有+150nT的局部磁异常，与地表的茂汶杂岩体对应5.该带中部茂县平武地区显示北东向负异常带,峰值为-105nT,推测这一异常反映的是志留系茂县群的一套变质程度不同的砂泥岩夹碳酸岩.该区东北部,在负异常背景上,出现了椭圆状的局部升高,长轴方向为东西方向,峰值-10nT,推测该异常与该处上三叠统须家河组碎屑砂岩岩屑中所含的大量花岗岩岩屑和火成岩岩屑相应. 研究区地震沿龙门山构造带南段密集成带分布,形成一条北东向的小地震密集活动条带,而龙门山构造带北段地震活动相对稀疏。III 红原黑水低缓负异常区红原黑水低缓负异常区位于研究区西北部,为极平缓的低值负异常区
7、,负磁场背景平稳缓变,负磁场峰值为-90nT,该区展布的负磁场背景是由台区上三叠统基底引起的4.3.2小波分析结果分析 地名？其他北东向异常？图3 小波分析2阶细节图图4 小波分析3阶细节图图5 北东向小波2阶断裂分析图图6 北东向小波3阶断裂分析图在进行小波分析中得到的1阶细节图中反映的是浅表干扰信息，在23阶细节图中龙门山断裂带均有明显的显示，其中3阶细节（图4）反映的是深度大约为2244km左右的断裂分布,基本上反映了龙门山断裂带是条切割深度较深的深大断裂.在北东向小波断裂2阶分析中（图5）,观察到映秀江油、宝兴泸定及青川附近三段可见明显的显示.在北东向小波断裂3阶分析中（图6）,可以观
8、察到明显的串珠状异常,可以推测这是由于龙门断裂带的中北段在2244km深处倾角明显变缓，近于水平状造成的.这与研究者徐杰等6利用黑水-三台地壳爆破地震探测成果编制的该区岩石圈结构剖面相符.4运用卫星磁测数据进行居里等温面反演结果及解释由于测量岩石圈磁场的磁卫星飞行高度一般在400500 km之间,测得的是长波长异常,主要反映的是下地壳和上地幔大范围的磁性变化.通过研究卫星磁异常,可透过浅部看到深处,忽略细部,可以看到大的格架.居里温度是铁磁性物质消失其铁磁性变成顺磁性时的温度,居里面深度就是地壳内铁磁性体消失其磁性的深度”界线”.用卫星磁测数据计算居里面深度的实质是利用磁异常反演,求出地下磁性
9、体的底界深度.深部磁性基岩顶面虽然不一定对应某一地质界面,但其形态可近似地反映出结晶基底的起伏和变化.通过居里面的变化依据热-磁变化机制可以了解到深部热物质的运动情况.我们利用Mayhew提出的反演方法,将居里面相对于平均深度的起伏表示为有限项傅里叶级数,采用磁壳的磁化强度不变而厚度变的模型,利用卫星磁测异常资料进行反演居里面得到了居里等温面埋深分布图（图7）.图7 研究区居里等温面埋深分布图（单位：km）图8 研究区地温梯度分布图（单位：）从居里等温面埋深分布图中我们看到,居里等温面在四川盆地总体埋深较深,分析认为这是由于四川盆地内部属稳定的扬子克拉通,不存在超壳断裂,缺乏上地慢热流上涌的通
10、道.在龙门山断裂带的西北侧有两处居里隆起区,一处位于松潘以东、南坪与平武一带,埋深仅有18.5km,一处位于马尔康-红原一带,埋深仅有10km.据四川省地矿局物探队所做的黑水一重庆一秀水地学断面图,也表明在龙门山断裂带西侧为一上地幔上隆区,这与我们居里面反演结果与推断是一致的.据国家地震局横穿龙门山断裂带做的人工地壳测深结果,龙门山断裂带盆地一侧上地幔顶部波速由8.2km/s增加到8.58.6km/s,断裂带下面波速仅为7.5km/s,龙门山断裂带高原一侧,即松潘至平武震区附近波速只有7.07.4km/s.上地幔顶部速度的这种强烈横向变化,特别是龙门山断裂带及其西侧异常的低速度值,反映了地幔热
11、流的动力作用7.另外,在地表龙门山主干断裂与派生分支断裂的交汇处,如安县热水塘等地出露热水十余处8,亦说明深部地热流的存在. 我们认为这两处居里面隆起是由于青藏高原深部物质向东流展,在受到以龙门山为西北边界的四川盆地刚性物质阻隔后沿深大断裂上涌运移而产生的.5分析与讨论通过对研究区磁异常特征、断裂体系的分析及居里等温面的反演与解释，得出如下结论：论如下面析eixing1）研究区航磁异常在磁场强度、分布范围、形态、梯度和走向等方面有显著的规律性，据此将研究区分为川西坳陷高值异常区、龙门山磁异常陡变带和红原黑水低缓负异常区，并发现局部异常与当地岩体磁性特征相对应。2）根据对航磁异常的小波多尺度分解
12、及断裂分析可知，龙门山断裂带分布于磁异常陡变带，并初步得出主断裂深度及深部产状变化。研究区地震的活动与磁场特征有明显的相关性。 研究区地震沿龙门山构造带南段密集成带分布,形成一条北东向的小地震密集活动条带,而龙门山构造带北段地震活动相对稀疏。3）将卫星磁测数据进行居里等温面反演与解释，初步探讨了深部热物质上涌与居里等温面隆起的关系，分析认为是青藏高原深部物质在向东流展的过程中,在受到以龙门山为西北边界的四川盆地刚性物质阻隔下,一部分物质转而向东南侧运移,在此处形成一个高强度的压实带而引起的。 4）龙门山断裂是条超壳断裂,阻隔了青藏高原深部的壳幔物质运移,并且由于块体间基底性质存在差异, 有利于
13、应力相对集中，致使在震区形成了较强的应力积累,随着深部物质沿深大断裂上涌,使得中下地壳受热发生塑性蠕变,这会为岩体的错裂和应力释放提供调整单元, 有利于地震的孕育和发生。致谢本文所用卫星磁测数据来自美国国家地球物理数据中心( NGDC) , 此外在论文撰写过程中得到了刘天佑教授的悉心指导，还有陈国雄学长的热情帮助, 在此一并表示衷心的感谢。参考文献1 刘树根.龙门山冲断带与川西前陆盆地的形成演化M.成都:成都科技大学出版社,1993.2 刘天佑.位场勘探数据处理新方法.北京：科学出版社,2007,158.3 张昌达,刘天佑,曲赞.1991.磁法勘探M.北京:地质出版社,4549.4 孙玮，罗志
14、立，杨荣军，刘树根，雍自权，代寒松.关于汶川大地震的几个地质问题.新疆石油地质:2009,30（1）,124-128. 5 宋洪彪，刘树根.龙门山中北段重磁场特征与深部构造的关系，成都地质学院学报:1991,18（1）74-82. 6 徐杰. 中国大陆地区浅源地震的构造分类研究 D . 北京: 国家地震局地质研究所,1981.7 陈学波,吴跃强,杜平山等.1988.龙门山构造带两侧地壳速度结构特征.国家地展局科技监侧司编,中国大陆深部构造的研究与进展.北京:地质出版社.97113.8 韩宗珊,1989.川西和云南地区地热资源分布规律及其与地质构造的关系.中国科学院地质力学研究所编,地热专辑.第二辑.北京:地质出版社.103109.刘天佑等，一种连续模型的居里面反演方法，地球科学，1987，12（6）刘天佑，重磁异常反演理论与方法，中国地质大学出版社，1992
