姜永濤 張永志 王 帥

1 長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院，西安市雁塔路126號(hào)，710054

2 南陽(yáng)師范學(xué)院環(huán)境科學(xué)與旅游學(xué)院，南陽(yáng)市臥龍路1638號(hào)，473061

川滇地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造結(jié)構(gòu)復(fù)雜，地形地貌反差顯著，深淺構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，地震發(fā)生頻度高且強(qiáng)度大［1］。國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用重力異常和地震觀測(cè)等資料對(duì)Moho界面的形態(tài)進(jìn)行了大量研究。馮銳［2］利用全國(guó)1°×1°布格重力異常數(shù)據(jù)，基于Parker－Oldenburg位場(chǎng)反演方法得到全國(guó)的地殼厚度和上地幔密度分布特征，結(jié)果顯示川滇地區(qū)處于地殼厚度的陡變帶上。Braitenberg［3］在地震剖面資料的約束下，運(yùn)用頻率域迭代算法研究青藏高原地區(qū)的Moho起伏。Shin［4］利用GRACE 衛(wèi)星重力場(chǎng)模型，基于Parker－Oldenburg迭代算法研究青藏高原地區(qū)的地殼厚度特征。王謙身［5］將Airy均衡地殼深度和由布格重力異常反演的區(qū)域地殼深度進(jìn)行對(duì)比，研究龍門(mén)山斷裂附近區(qū)域的地殼均衡狀態(tài)。本文利用CRUST1.0提供的地殼結(jié)構(gòu)，探討了川滇地區(qū)的地殼結(jié)構(gòu)和地殼均衡狀態(tài)，并分析其與區(qū)域構(gòu)造斷裂、地震活動(dòng)之間的關(guān)系。

1 區(qū)域構(gòu)造和地震活動(dòng)情況

1.1 川滇地區(qū)地震空間分布特征

圖1給出了川滇地區(qū)M＞4.5地震的空間分布［6］，圖中藍(lán)色小點(diǎn)為震中分布，時(shí)間跨度為1980－01～2014－10。可以看出，地震沿活動(dòng)斷裂的帶狀分布特征非常突出，顯示地震的發(fā)生與活動(dòng)構(gòu)造關(guān)系密切。此外，區(qū)域大震震源機(jī)制［7］顯示，甘孜－玉樹(shù)斷裂為走滑型斷裂帶，龍門(mén)山斷裂帶為逆沖型斷層，且北段呈現(xiàn)少許走滑特征，說(shuō)明大震震源機(jī)制與斷層活動(dòng)形式密切相關(guān)。

圖1 川滇地區(qū)地震空間分布Fig.1 Spatial distribution of earthquakes in Sichuan－Yunnan region

圖1中的區(qū)域斷裂［8］包括：EKL 東昆侖斷裂帶；LRB 龍日壩斷裂；MJ岷江斷裂；LMS 龍門(mén)山斷裂帶；GY 甘孜－玉樹(shù)斷裂帶；XSH 鮮水河斷裂帶；DLS大涼山斷裂；ANH 安寧河斷裂；ZMH 則木河斷裂；XJ小江斷裂；MZ 湄沾斷裂；BY 白玉斷裂；LT 理塘斷裂；LCJ瀾滄江斷裂；NJ怒江斷裂；BT 巴塘斷裂；JSJ金沙江斷裂；DZ 德欽－中甸斷裂；LJ－XJ 麗江－小金河斷裂；HH 紅河斷裂；NCJ南華－楚雄－建水?dāng)嗔?；NTH 南汀河斷裂。

1.2 地震時(shí)間分布特征

川滇地區(qū)1980～2014年M＞5.5地震資料得到的震級(jí)－時(shí)間分布與應(yīng)變能釋放圖（圖2（a））顯示，川滇地區(qū)大震在時(shí)間分布上是不均勻的。結(jié)合地震累積能量釋放曲線，2008年以后的地震發(fā)生頻率和能量釋放率都明顯大于汶川地震前，說(shuō)明2008年之后區(qū)域地震活動(dòng)進(jìn)入了一個(gè)強(qiáng)活動(dòng)性階段。通過(guò)震級(jí)－深度分布圖（圖2（b））可知，區(qū)域大震主要集中在5～15km 深度的斷裂帶上，與朱艾斕等［9］研究結(jié)果一致，且在25～33 km 深度處存在明顯的缺震（震級(jí)M＞5.5）層。

圖2 震級(jí)－時(shí)間分布與應(yīng)變能釋放圖及震級(jí)－深度分布圖Fig.2 Magnitude－time and strain energy release map，magnitude－depth map

2 地殼結(jié)構(gòu)

2.1 CRUST1.0

CRUST1.0［10］是覆蓋全球、空間分辨率為1°×1°的地殼模型。模型中Moho深度取最新全球地震研究資料中地殼厚度數(shù)據(jù)的1°窗口平均值，對(duì)南極洲等資料缺乏區(qū)域，Moho深度由重力反演得到。

CRUST1.0將地殼分為8層，從上至下依次是水層、冰層、上、中、下沉積層和上、中、下結(jié)晶地殼，給出了1°×1°的各層厚度、密度及波速Vp、Vs數(shù)據(jù)。其中大陸地形、海深和冰蓋數(shù)據(jù)來(lái)源于ETOPO1；上、中、下沉積層的厚度和密度數(shù)據(jù)來(lái)源于全球沉積層模型；上、中、下地殼的厚度和密度數(shù)據(jù)來(lái)自于地震資料。CRUST1.0 模型經(jīng)過(guò)全球最新地震面波數(shù)據(jù)的驗(yàn)證和改正，是目前空間分辨率和精度最高的全球地殼模型。

2.2 區(qū)域主要地殼界面

由CRUST1.0模型［10］計(jì)算的川滇地區(qū)上地殼深度和地殼厚度如圖3、圖4所示。

圖3 川滇地區(qū)上地殼厚度Fig.3 Upper crust thickness

圖4 川滇地區(qū)地殼厚度Fig.4 Crust thickness

從圖3可以看出，川滇地區(qū)上地殼厚度呈現(xiàn)西北－東南向遞減的趨勢(shì)。龍門(mén)山次級(jí)塊體、雅江次級(jí)塊體和香格里拉次級(jí)塊體為上地殼厚度變化的高梯度帶；四川盆地上地殼厚度在20km 左右，起伏度較低。結(jié)合地震（M＞5.5）深度分布（圖2（b）），川滇地區(qū)大震主要發(fā)生在脆性上地殼中。

圖4顯示，川滇地區(qū)Moho起伏較大，從區(qū)域西北60km 發(fā)散狀遞減為區(qū)域東南35km。通過(guò)與地貌的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，區(qū)域Moho起伏與地形有一定的鏡像關(guān)系，但在龍門(mén)山次級(jí)塊體，地表地形陡變帶、上地殼厚度梯度帶和Moho起伏梯度帶在分布特征上有一定的差異，這可能反映龍門(mén)山斷裂帶為一個(gè)深部物質(zhì)重新分異、調(diào)整和能量強(qiáng)烈交換的地帶［11］，該斷裂帶曾發(fā)生2008－05－12汶川Mw7.9 大 震 和2013－04－20 蘆 山Ms7.0地震。

3 川滇地區(qū)地殼均衡狀態(tài)

Airy大陸均衡理論把地殼視為“漂浮”在密度較大均質(zhì)巖漿（名為硅鎂層）上的密度較小的均質(zhì)巖石柱體（名為硅鋁層），處于平衡狀態(tài)。根據(jù)阿基米德原理，山越高則陷入巖漿越深，形成山根；海越深則巖漿向上凸出也越高，形成反山根。這樣，較輕的山根補(bǔ)償山體的質(zhì)量過(guò)剩，較重的反山根補(bǔ)償海水的質(zhì)量不足，且均衡補(bǔ)償面可位于山根底部任意深度。

區(qū)域地殼均衡深度與實(shí)際地殼深度（由地震資料或重力資料獲?。┑牟钪捣从超F(xiàn)今區(qū)域地殼深部的構(gòu)造活動(dòng)狀態(tài)［5，12］。根據(jù)地表高程H計(jì)算Airy地殼均衡厚度的公式為：

式中，ρm＝3.27g／cm3，ρc＝2.67g／cm3，分別為地幔和地殼的平均密度；t為川滇地區(qū)地殼平均深度，本文t＝39km（據(jù)CRUST1.0模型）。

由于地貌形成除受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用外，河流、風(fēng)蝕等外部作用也對(duì)其有一定的影響，因此本文在計(jì)算均衡Moho深度前，對(duì)區(qū)域地形進(jìn)行20km窗口的中值濾波處理，然后根據(jù)式（1）求算川滇地區(qū)均衡Moho深度（圖5）?？梢钥闯?，區(qū)域均衡Moho深度與地貌鏡像關(guān)系明顯，四川盆地均衡Moho深度為40～42km，阿壩次級(jí)塊體均衡Moho深度為55～60km，26°N 以南各次級(jí)塊體均衡Moho均小于50km。此外，龍門(mén)山斷裂帶位于均衡Moho深度的陡變帶上，并與龍門(mén)山斷裂帶走向一致。

將區(qū)域地殼均衡深度mohoairy與實(shí)際地殼深度mohocrust1.0作差，可以得到反映地殼深部構(gòu)造活動(dòng)的均衡狀態(tài)（圖6）。當(dāng)mohoairy＞mohocrust1.0時(shí)，為達(dá)到均衡狀態(tài)，真實(shí)Moho面應(yīng)為深度增大趨勢(shì)，或者地表高程表現(xiàn)為下沉運(yùn)動(dòng)。圖6顯示，川滇地區(qū)26°N 以南區(qū)域呈現(xiàn)正均衡狀態(tài)，但區(qū)域水準(zhǔn)測(cè)量顯示現(xiàn)今地殼呈抬升狀態(tài)［13］，原因可能是由于青藏高原中下地殼流帶來(lái)的地殼物質(zhì)在此處源源不斷地積累；四川盆地mohoairy≈mohocrust1.0，說(shuō)明地殼處于均衡狀態(tài)；圖6中均衡差異最顯著的地區(qū)位于龍門(mén)山斷裂帶附近，龍門(mén)山斷裂帶本身就處于均衡狀態(tài)變化的高梯度帶上，其北側(cè)為正均衡狀態(tài)（＋6km），南側(cè)為負(fù)均衡狀態(tài)（－6km），西南側(cè)為正均衡狀態(tài)（＋6km），這可能反映龍門(mén)山斷裂帶附近為地殼深部物質(zhì)重新分異、調(diào)整和能量強(qiáng)烈交換的地帶。

由大震與區(qū)域均衡狀態(tài)的關(guān)系可以看出，逆沖／正斷型地震發(fā)生在均衡狀態(tài)差異劇烈的梯度帶上，如汶川地震和蘆山地震；而走滑型地震發(fā)生在均衡狀態(tài)差異不明顯的地區(qū)，如玉樹(shù)地震、魯?shù)榈卣鸷推斩卣稹?/p>

圖5 Airy均衡moho深度Fig.5 Moho discontinuity of Airy isostasy

圖6 均衡與實(shí)際moho深度差異Fig.6 Difference of Airy and real moho discontinuity

4 結(jié) 語(yǔ)

1）區(qū)域地震沿活動(dòng)斷裂的帶狀分布特征非常突出，且大震震源機(jī)制與斷層活動(dòng)特征密切相關(guān)，顯示地震與活動(dòng)構(gòu)造的關(guān)系密切。

2）川滇地區(qū)處于地殼結(jié)構(gòu)（上地殼厚度或Moho深度）的陡變帶上。區(qū)域地殼均衡狀態(tài)顯示，26°N 以南區(qū)域呈現(xiàn)正均衡狀態(tài)；四川盆地地殼處于均衡狀態(tài)；區(qū)域均衡差異最顯著的地區(qū)位于龍門(mén)山斷裂帶附近，可能反映龍門(mén)山斷裂帶附近為地殼深部物質(zhì)重新分異、調(diào)整和能量強(qiáng)烈交換的地帶。

3）由區(qū)域大震與均衡狀態(tài)的關(guān)系可以看出，逆沖／正斷型地震發(fā)生在均衡狀態(tài)差異劇烈的梯度帶上；而走滑型地震往往發(fā)生在均衡狀態(tài)差異不明顯的地區(qū)。

［1］王雙緒，蔣鋒云，郝明，等.青藏高原東緣現(xiàn)今三維地殼運(yùn)動(dòng)特征研究［J］.地球物理學(xué)報(bào)，2013，56（10）：3 334－3 345（Wang Shuangxu，Jiang Fengyun，Hao Ming，et al.Investigation of Features of Present 3D Crustal Movement in Eastern Edge of Tibet Plateau［J］.Chinese J Geophys，2013，56（10）：3 334－3 345）

［2］馮銳.中國(guó)地殼厚度及上地幔密度分布：三維重力反演結(jié)果［J］.地震學(xué)報(bào)，1985，7（2）：143－157（Feng Rui.Crustal Thickness and Densities in the Upper Mantle Beneath China—the Results of Three Dimensional Gravity Inversion［J］.Acta Seismologica Sinica，1985，7（2）：143－157）

［3］Braitenberg C，Zadro M，F(xiàn)ang J，et al.The Gravity and Isostatic Moho Undulations in Qinghai－Tibet Plateau［J］.Journal of Geodynamics，2000，30（5）：489－505

［4］Shin Y H，Xu H，Braitenberg C，et al.Moho Undulations Beneath Tibet from GRACE－Iintegrated Gravity Data［J］.Geophysical Journal International，2007，170（3）：971－985

［5］王謙身，滕吉文，張永謙，等.龍門(mén)山斷裂系及鄰區(qū)地殼重力均衡效應(yīng)與汶川地震［J］.地球物理學(xué)進(jìn)展，2008，23（6）：1 664－1 670（Wang Qianshen，Teng Jiwen，Zhang Yongqian，et al.The Effect of Crustal Gravity Isostasy and Wenchuan Earthquake in Longmenshan Faults and Adjacent Area［J］.Progress in Geophysics，2008，23（6）：1 664－1 670）

［6］http：／／earthquake.usgs.gov／earthquakes／search／，2015

［7］http：／／www.globalcmt.org／CMTsearch.html，2015

［8］鄧起東.中國(guó)活動(dòng)構(gòu)造圖［M］.北京：地震出版社，2007（Deng Qidong.Map of Active Tectonics in China［M］.Beijing：Seismological Press，2007）

［9］朱艾斕，徐錫偉，周永勝，等.川西地區(qū)小震重新定位及其活動(dòng)構(gòu)造意義［J］.地球物理學(xué)報(bào)，2005，48（3）：629－636（Zhu Ailan，Xu Xiwei，Zhou Yongsheng，et al.Relocation of Small Earthquakes in Western Sichuan，China and Its Implications for Active Tectonics［J］.Chin J Geophys，2005，48（3）：629－636）

［10］Laske G，Masters G，Ma Z，et al.Update on CRUST1.0—a 1－Degree Global Model of Earth’s Crust［J］.EGU General Assembly，2013，15：2658

［11］滕吉文，白登海，楊輝.2008汶川Ms8.0地震發(fā)生的深層過(guò)程和動(dòng)力學(xué)響應(yīng)［J］.地球物理學(xué)報(bào)，2008，51（5）：1 385－1 402（Teng Jiwen，Bai Denghai，Yang Hui，et al.Deep Processes and Dynamic Responses Associated with the Wenchuan Ms8.0Earthquake of 2008［J］.Chinese J Geophys，2008，51（5）：1 385－1 402）

［12］Heiskanen W A，Moritz H.Physical Geodesy［M］.Springer，2005

［13］Hao M，Wang Q，Shen Z，et al.Present Day Crustal Vertical Movement Inferred from Precise Leveling Data in Eastern Margin of Tibetan Plateau［J］.Tectonophysics，2014