徐志萍 張 揚(yáng) 楊利普 徐順強(qiáng) 姜 磊 唐 淋 林吉焱

1)中國地震局地球物理勘探中心，鄭州 450002 2)中國地震局地質(zhì)研究所，北京，100029 3)河南省地震局，鄭州 450016 4)四川省地震局，成都 610041

0 引言

河南省位于中國中部，區(qū)域內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的形式主要包括差異隆起和凹陷沉降。依據(jù)河南省新構(gòu)造活動(dòng)的特點(diǎn)，王志鑠(2017)劃分了河南省的新構(gòu)造分區(qū)(圖 1)。河南省內(nèi)有5個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元，19個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元； 以新鄉(xiāng)-商丘斷裂為界，河南省北部的山西隆起區(qū)、 北華北坳陷區(qū)和魯西隆起區(qū)以NE向構(gòu)造為主，南部以NW、 NWW、 EW向構(gòu)造為主。

圖 1 河南省新構(gòu)造分區(qū)圖(據(jù)王志鑠(2017)修改)Fig. 1 Neotectonic zoning map of Henan Province(adapted after WANG Zhi-shuo et al.，2017).藍(lán)色實(shí)線為省界，紅色圓點(diǎn)為歷史地震震中，紅色實(shí)線為人工地震測線，黑色實(shí)線為構(gòu)造單元邊界。Ⅰ 山西隆起區(qū)； Ⅰ1太行山隆起； Ⅰ2汾渭斷陷帶； Ⅱ 北華北坳陷區(qū)； Ⅱ1湯陰地塹； Ⅱ2內(nèi)黃隆起； Ⅱ3東濮凹陷； Ⅲ 魯西隆起區(qū)； Ⅲ1魯西南過渡區(qū)； Ⅳ 南華北坳陷區(qū)； Ⅳ1濟(jì)源-開封凹陷； Ⅳ2太康隆起； Ⅳ3周口凹陷； Ⅳ4西平-平輿凸起； Ⅳ5駐馬店-淮濱凹陷； Ⅳ6潢川凹陷； Ⅴ 豫西差異隆起區(qū)； Ⅴ1洛陽凹陷； Ⅴ2嵩山隆起； Ⅴ3伏牛山凸起； Ⅵ 秦嶺-大別隆起區(qū)； Ⅵ1北秦嶺強(qiáng)烈斷隆區(qū)； Ⅵ2兩鄖斷塊掀升區(qū)； Ⅵ3南襄凹陷； Ⅵ4桐柏-大別隆起區(qū)。AA′ 菏澤—林縣—長治剖面； BB′ 鄭州—濟(jì)南剖面； CC′ 諸城—宜川剖面

河南省內(nèi)多個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元交會(huì)，廣泛發(fā)育不同走向的斷裂構(gòu)造，既有NE向展布的太行山山前斷裂和聊蘭斷裂，也有NWW向展布的商丹斷裂和鐵爐子-欒川-南召斷裂，為河南省強(qiáng)震的孕育和發(fā)生提供了深部構(gòu)造背景。河南省地震局在系統(tǒng)吸收利用石油、 煤田等行業(yè)地震勘探資料的基礎(chǔ)上，編制了《河南省地震構(gòu)造圖》(1)http： ∥www.hendzj. gov.cn/index.php？show=126-1848。。在河南省及鄰區(qū)內(nèi)共探測到48條斷裂，其中省內(nèi)41條，鄰區(qū)7條，均為規(guī)模較大、 活動(dòng)性較強(qiáng)或發(fā)生過歷史強(qiáng)震的斷裂(王志鑠，2017)。但受石油、 煤炭等行業(yè)地震勘探資料本身限制，王志鑠(2017)僅對(duì)斷裂的淺部構(gòu)造特征進(jìn)行了梳理，而中國大陸東部地區(qū)的地震平均深度為(13±6)km。 因此，要切實(shí)摸清地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)、 認(rèn)識(shí)河南省深部孕震環(huán)境，需要對(duì)這些斷裂的深部構(gòu)造特征開展進(jìn)一步的系統(tǒng)性研究。

近幾十年來，中國地震局地球物理勘探中心在河南省及鄰區(qū)地震活躍且有深大斷裂分布的地區(qū)布設(shè)了3條人工地震寬角反射/折射剖面(圖 1)和1條深地震反射剖面，并開展了地殼深部結(jié)構(gòu)與構(gòu)造特征研究(張成科等，1994； 任青芳等，1998； 趙金仁等，1999； 李松林等，2011； 劉保金等，2012)，在獲得剖面下方地殼速度結(jié)構(gòu)、 界面信息的同時(shí)，對(duì)深大斷裂和強(qiáng)震區(qū)深部的孕震環(huán)境進(jìn)行了分析。但受觀測手段所限，這些剖面僅能反映測線下方斷裂的深部展布特征。為解決這一問題，近年來，一些學(xué)者采用小波多尺度分析方法對(duì)平面重磁異常資料進(jìn)行位場分離，以研究區(qū)域內(nèi)斷裂的空間展布特征，并取得了較好的效果(楊宇山等，2003； 杜曉娟等，2009； 路曉翠等，2012； 吳詠敬等，2012，徐志萍等，2015)。因此，本文擬基于河南省及其鄰區(qū)1︰20萬、 1︰50萬高精度布格重力異常資料，采用小波多尺度分析方法獲得不同深度的地質(zhì)體重力異常場特征，在結(jié)合已有的石油、 煤炭、 地質(zhì)、 地球物理探測成果的基礎(chǔ)上，對(duì)可通過重力資料識(shí)別的河南省內(nèi)主要活動(dòng)斷裂的空間展布特征進(jìn)行研究和系統(tǒng)梳理，為該區(qū)的地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供地球物理學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 資料來源

以“河南省地震構(gòu)造探查工程”項(xiàng)目為依托，筆者自全國地質(zhì)資料館(2)https： ∥www.ng ac.cn/125cms/c/qggnew/index.htm。收集了河南省及其鄰區(qū)的重力資料，數(shù)據(jù)情況如表1 所示。對(duì)比例尺為1︰10萬、 1︰20萬、 1︰50萬的重力數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，經(jīng)重采樣、 插值處理后得到相當(dāng)于1︰20萬的平面布格重力異常數(shù)據(jù)，該重力異常數(shù)據(jù)是已經(jīng)過各項(xiàng)改正的布格異常，數(shù)據(jù)精度滿足相關(guān)的重力勘探技術(shù)規(guī)程要求。使用WGS84坐標(biāo)系，資料范圍為(31°～36.5°N，101°～107°E)。

表 1 重力數(shù)據(jù)收集情況一覽表Table1 Summary of gravity data collection

1.2 方法簡介

小波多尺度分析方法是目前發(fā)展比較成熟的數(shù)據(jù)處理方法，前人針對(duì)該方法在重力異常處理中的應(yīng)用已做過很多探索和研究(侯遵澤等，1997； 楊文采等，2001； 方盛明等，2002)。該方法可對(duì)不同空間尺度的重力異常場進(jìn)行分析，不同階次的小波細(xì)節(jié)是對(duì)不同深度地質(zhì)異常體的反映(秦前清等，1994)。下文將簡述小波多尺度分析方法的原理。

φ(x，y)=φ(x)·φ(y)

(1)

小波函數(shù)為

ψh(x，y)=ψ(x)·φ(y)

ψv(x，y)=φ(x)·ψ(y)

ψd(x，y)=ψ(x)·ψ(y)

(2)

(3)

式中：

(4)

而：

(5)

對(duì)于二維重力異常場，4階小波多尺度分解為

(6)

Δg(x)=A4G+D4G+D3G+D2G+D1G

(7)

其中，G=f(x，y)，A4G是小波變換4階逼近部分，DjG(水平、 垂直和對(duì)角線方向3個(gè)細(xì)節(jié)部分之和)是第j=1～4 階小波變換的高頻細(xì)節(jié)部分。實(shí)際進(jìn)行小波分析時(shí)，還需要選擇小波基，本文使用的是具有正交性、 緊支撐性、 對(duì)稱性且可進(jìn)行離散小波分析的db小波。

根據(jù)式(6)，高階小波的細(xì)節(jié)由低階小波的逼近經(jīng)過再次分解得到，小波細(xì)節(jié)階次越低，其包含的高頻信號(hào)越多。已有研究結(jié)果表明，低階小波細(xì)節(jié)代表淺部地質(zhì)體引起的重力異常場，隨著階數(shù)的增加，小波細(xì)節(jié)代表的地質(zhì)體越深，對(duì)應(yīng)階數(shù)的小波逼近則代表區(qū)域重力異常場特征(侯遵澤等，1997； 楊文采等，2001； 方盛明等，2002)。

為獲得不同階次小波細(xì)節(jié)代表的地質(zhì)異常體深度，我們利用功率譜分析法計(jì)算各階細(xì)節(jié)對(duì)應(yīng)的似場源深度(李成立等，1998)：

lnR0(s)≈B-2sh

(8)

式中，s=(u2+v2)1/2，u、v分別為X、Y方向的圓頻率，lnR0(s)≈lnP0(s)+2lns，lnP0(s)是場源的功率譜對(duì)數(shù)，h是似場源深度，B是與地質(zhì)體幾何尺寸、 物性有關(guān)的常數(shù)。由式(8)即可得到不同尺度小波結(jié)果所對(duì)應(yīng)的似場源深度。使用時(shí)，首先對(duì)式(7)中的DjG(即二維重力異常場的小波細(xì)節(jié))進(jìn)行二維傅里葉變換，繪制波數(shù)-對(duì)數(shù)功率譜曲線，并繪制一條直線來擬合該曲線，根據(jù)這條直線的斜率，通過式(8)即可計(jì)算出場源的似深度。

本文使用中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)劉天佑等開發(fā)的重磁勘探軟件系統(tǒng)(GMS4.0)對(duì)河南省及其鄰區(qū)的布格重力場進(jìn)行小波多尺度分解(圖 2)，并計(jì)算各階細(xì)節(jié)的似場源深度。在分析不同階次小波細(xì)節(jié)的重力異常場分布特征的基礎(chǔ)上，根據(jù)重力異常斷裂識(shí)別標(biāo)志，對(duì)河南省及鄰區(qū)已探明的48條主要活動(dòng)斷裂進(jìn)行識(shí)別，并給出所識(shí)別斷裂的空間展布特征，尤其是斷裂的下延深度。

圖 2 河南省及其鄰區(qū)布格重力異常小波多尺度分解及斷裂分析結(jié)果Fig. 2 Results of analysis on wavelet multiscale decomposition of Bouguer gravity anomalies and faultsin Henan Province and its adjacent areas.a 1階小波細(xì)節(jié)； b 2階小波細(xì)節(jié)； c 3階小波細(xì)節(jié)； d 4階小波細(xì)節(jié)。藍(lán)色實(shí)線為省界，灰色圓點(diǎn)為歷史地震，黑色粗虛線為推測斷裂，黑色細(xì)線為構(gòu)造單元邊界。Ⅰ 山西隆起區(qū)； Ⅰ1太行山隆起； Ⅰ2汾渭斷陷帶； Ⅱ 北華北坳陷區(qū)； Ⅱ1湯陰地塹； Ⅱ2內(nèi)黃隆起； Ⅱ3東濮凹陷； Ⅲ 魯西隆起區(qū)； Ⅲ1魯西南過渡區(qū)； Ⅳ 南華北坳陷區(qū)； Ⅳ1濟(jì)源-開封凹陷； Ⅳ2 太康隆起； Ⅳ3周口凹陷； Ⅳ4西平-平輿凸起； Ⅳ5駐馬店-淮濱凹陷； Ⅳ6潢川凹陷； Ⅴ 豫西差異隆起區(qū)； Ⅴ1洛陽凹陷； Ⅴ2嵩山隆起； Ⅴ3伏牛山凸起； Ⅵ 秦嶺-大別隆起區(qū)； Ⅵ1北秦嶺強(qiáng)烈斷隆區(qū)； Ⅵ2兩鄖斷塊掀升區(qū)； Ⅵ3南襄凹陷； Ⅵ4桐柏-大別隆起區(qū)。1 偃師西南地震； 2 南陽地震； 3 衛(wèi)輝東地震； 4 濮城地震； 5 許昌東地震； 6 許昌張潘店一帶地震； 7 衛(wèi)輝西地震。F1林州斷裂； F2薄壁斷裂； F3湯西斷裂； F4湯東斷裂； F5長垣斷裂； F6黃河斷裂； F7聊蘭斷裂； F8安陽南斷裂； F9新鄉(xiāng)-商丘斷裂； F10盤谷寺-新鄉(xiāng)斷裂； F13封門口-五指嶺斷裂； F14新鄭-太康斷裂； F15登封-西華斷裂； F16汝州北斷裂； F17 襄城-商水?dāng)嗔眩?F19白鶴-石陵斷裂； F20溫塘斷裂； F21洛陽-偃師斷裂； F22洛河斷裂； F23伊川斷裂； F24鐵爐子-欒川-南召斷裂； F25朱夏斷裂； F26商丹斷裂； F27山陽-內(nèi)鄉(xiāng)斷裂； F28新野斷裂； F29南陽-方城斷裂； F30魯山-漯河斷裂； F31林穎-鄲城斷裂； F32新橋-太和斷裂； F33駐馬店-息縣斷裂； F34明港-息縣斷裂； F35龜山-梅山斷裂； F39 商城-團(tuán)鳳斷裂； F40中條山北麓斷裂； F41華山山前斷裂； F43 磁縣-大名斷裂； F44 菏澤斷裂； F45 曹縣斷裂

2 重力異常小波多尺度分析

圖 2 為研究區(qū)的布格重力異常小波多尺度分解結(jié)果。我們以新鄉(xiāng)-商丘斷裂為界將河南省分為豫北和豫南地區(qū)，分析不同空間尺度的重力異常場特征。

圖 2a 為布格重力異常的1階細(xì)節(jié)，表征地殼深度為2～4km的重力異常場特征，可反映淺部不均勻分布的地質(zhì)密度異常體。在豫北地區(qū)，重力異常在北華北坳陷區(qū)內(nèi)以NNE向線性異常為主，與區(qū)域構(gòu)造的走向一致，且自西向東高、 低重力異常條帶交替出現(xiàn)，分別對(duì)應(yīng)太行山隆起、 湯陰地塹、 內(nèi)黃隆起和東濮凹陷等二級(jí)構(gòu)造單元。在豫南地區(qū)，位于河南省西部的豫西差異隆起區(qū)以近EW向線性異常為主，河南西南部的秦嶺-大別造山帶以NW向線性異常為主，與不同構(gòu)造單元線的走向一致。

圖 2b 為布格重力異常2階小波細(xì)節(jié)，反映地殼深度為6～8km的重力異常場特征。與 1階小波細(xì)節(jié)相比，重力異常等值線圈閉的范圍增加，小尺度重力異常消失或相連，且表現(xiàn)出明顯的方向性。低重力異常區(qū)與巨厚沉積的凹陷或地塹相對(duì)應(yīng)，高重力異常區(qū)則是地層隆起的反映。在豫北地區(qū)，太行山內(nèi)部的基巖出露區(qū)為高重力異常區(qū)，且等值線圈閉，呈NNE向展布，與太行山走向一致。北華北坳陷區(qū)內(nèi)自西向東重力異常表現(xiàn)為“兩低夾一高”的特征，其中湯陰地塹和東濮凹陷對(duì)應(yīng)低重力異常，內(nèi)黃隆起對(duì)應(yīng)高重力異常，反映了EW向的地殼密度結(jié)構(gòu)差異。在豫南地區(qū)，南華北坳陷區(qū)以中等重力異常為主，在二級(jí)構(gòu)造單元的局部地區(qū)出現(xiàn)高、 低相間的近EW向或NWW向重力異常條帶，如濟(jì)源-開封凹陷呈低重力異常、 平頂山—漯河及其附近區(qū)域出現(xiàn)NWW向重力異常條帶、 駐馬店—信陽出現(xiàn)NWW向重力異常條帶及周口凹陷東部出現(xiàn)近EW向重力異常條帶。受秦嶺-大別隆起區(qū)向N的擠壓作用影響，在河南省西部和南部形成一系列NWW向或近EW向逆沖推覆構(gòu)造帶，在上地殼淺部表現(xiàn)為與區(qū)域構(gòu)造走向和斷裂走向一致的重力異常條帶，如洛陽凹陷的低重力異常圈閉與其周圍高重力異常梯度帶就是控盆斷裂——伊河斷裂和洛河斷裂的反映。在三門峽西北部的中條山隆起為高重力異常區(qū)，其南、 北兩側(cè)的運(yùn)城盆地和靈寶盆地為低重力異常區(qū)，重力梯級(jí)帶則是中條山北麓斷裂和南麓斷裂的反映。秦嶺-大別隆起區(qū)的重力異常等值線形成多個(gè)近NW向高、 低相間的重力異常條帶，且在EW向分為多個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元，可概括為“南北分帶，東西分塊”的特征。

圖 2c 為布格重力異常3階小波細(xì)節(jié)，反映地殼深度為14km的重力異常場特征。高、 低重力異常條帶走向與區(qū)域構(gòu)造走向一致，與二級(jí)構(gòu)造單元對(duì)應(yīng)較好。

圖 2d 為布格重力異常4階小波細(xì)節(jié)，反映地殼深度約27km的重力異常場特征，重力異常走向與區(qū)域構(gòu)造走向一致的區(qū)域多位于一級(jí)構(gòu)造單元的邊界地區(qū)。除桐柏-大別隆起區(qū)的NW向低重力異常、 太行山隆起的NNE向重力異常和東濮凹陷的NE向重力異常外，其余地區(qū)為團(tuán)狀重力異常特征，反映地殼深、 淺部密度結(jié)構(gòu)、 不同深度受到的區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力作用及形成過程存在差異。

綜合上述分析認(rèn)為，研究區(qū)在地殼14km以淺，區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)對(duì)重力異常等值線的走向具有明顯的控制作用： 在豫北地區(qū)，NE向重力異常條帶與區(qū)域構(gòu)造單元邊界線和斷裂的走向一致，地殼密度存在橫向差異； 在豫南地區(qū)，南華北坳陷區(qū)和秦嶺-大別隆起區(qū)的重力異常走向以NW、 NWW、 EW向?yàn)橹?，而豫西差異隆起區(qū)受區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)及不同方向應(yīng)力場的影響，則以NE向重力異常為主。在下地殼27km深度處，重力異常的走向與區(qū)域構(gòu)造的一致性減小，反映了地殼不同深度受到的區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力作用及形成過程存在差異。尤其是在南華北坳陷區(qū)布格重力異常的1、 2階小波細(xì)節(jié)中(圖2a，b)，上地殼8km以淺表現(xiàn)為一系列NW向、 近EW向的重力異常； 在3階小波細(xì)節(jié)中(圖2c)，以臨潁-鄲城斷裂(F31)為界，北部為NE向重力異常，南部為NW向重力異常； 4階小波細(xì)節(jié)中(圖2d)，以平頂山、 漯河為界，北部為NE向重力異常，南部為NW向重力異常。這一現(xiàn)象表明，南華北坳陷區(qū)地殼不同深度處受到的來自秦嶺-大別隆起的N向擠壓作用存在差異，且由淺到深逐漸減小，自上地殼底部14km開始，秦嶺-大別隆起與南華北坳陷深部的接觸邊界向S移動(dòng)，大致在平頂山、 漯河一線附近。

3 斷裂分析

3.1 斷裂解譯

本文基于小波多尺度分解及斷裂分析結(jié)果(圖 2)，根據(jù)重力異常斷裂識(shí)別標(biāo)志，共識(shí)別出河南省及鄰區(qū)已探明的48條主要活動(dòng)斷裂中的38條，其中位于上地殼內(nèi)8km以淺的斷裂有10條； 位于上地殼內(nèi)深度為12～14km的斷裂有15條； 位于下地殼內(nèi)深度約為27km的斷裂有13條，解譯結(jié)果如表2 所示(表2 中斷裂的傾向及性質(zhì)參考文獻(xiàn)(王志鑠，2017))。

表 2 河南省及其鄰區(qū)主要斷裂的解譯表Table2 Interpretation result of main faults in Henan Province and its adjacent areas

3.2 深大斷裂構(gòu)造特征分析

為研究河南省主要活動(dòng)斷裂的深部構(gòu)造特征及其與區(qū)域地震活動(dòng)、 構(gòu)造的關(guān)系，我們選取了部分位于河南省內(nèi)一、 二級(jí)構(gòu)造單元邊界的區(qū)域深大斷裂開展進(jìn)一步研究。

3.2.1 湯西斷裂(F3)

該斷裂是湯陰地塹的西邊界斷裂，走向NE。其在1～4階小波細(xì)節(jié)中表現(xiàn)為重力異常的線性過渡帶特征，下延深度達(dá)27km，與徐志萍等(2015)得到的結(jié)果基本一致。根據(jù)已有的地質(zhì)成果，斷裂附近新近紀(jì)或第四紀(jì)早期有巖漿侵入和噴出活動(dòng)，其物質(zhì)來源的深度約為100km，其西側(cè)的高重力可能由巖漿巖活動(dòng)引起，且具有高密度、 高速度特征。已有的研究結(jié)果表明，湯西斷裂的最新活動(dòng)年代為中更新世，且斷裂南段的活動(dòng)強(qiáng)度較高(徐增波等，2019； 于鴻坤等，2019； 戴驁鵬等，2020； 朱國軍等，2020)，錯(cuò)斷較深，傾角較陡，有延伸到中地殼底部的趨勢(莘海亮等，2014)，斷裂下方地殼深度15km以下分布有低速層(張成科等，1994； 任青芳等，1998； 趙金仁等，1999； 李松林等，2011)。綜上所述，湯西斷裂是中更新世活動(dòng)斷裂，是重力異常的線性過渡帶和地殼速度變化梯度帶，且有殼內(nèi)低速層分布，下延深度達(dá)27km，是一條控制太行山隆起和華北平原的分界斷裂。

3.2.2 聊蘭斷裂(F7)

聊蘭斷裂位于東濮凹陷的東側(cè)，是北華北坳陷區(qū)和魯西隆起區(qū)的分界斷裂，走向NNE。其在1～4階小波細(xì)節(jié)中為重力異常的線性過渡帶，下延深度達(dá)27km以上。該斷裂帶曾發(fā)生過3次6級(jí)以上地震，活動(dòng)性南強(qiáng)北弱，中段為晚更新世早期活動(dòng)斷裂(孫杰等，2020)，南段的最新活動(dòng)時(shí)代為全新世早期(向宏發(fā)等，2000a，b)。綜合分析認(rèn)為，聊蘭斷裂具有明顯的分段特征，且中南段為活動(dòng)斷裂，是重力異常線性過渡帶，下延深度達(dá)27km，是一條隱伏的控制一級(jí)構(gòu)造單元邊界的深大斷裂。

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3.2.3 新鄉(xiāng)-商丘斷裂(F9)

該斷裂走向NWW，是北華北坳陷區(qū)和南華北坳陷區(qū)的分界斷裂。斷裂兩側(cè)重力異常的走向明顯不同，下延深度約27km。該斷裂北側(cè)為NNE和NE向高、 低重力異常條帶，南側(cè)為近EW向和NE向重力異常條帶。已有結(jié)果表明，新鄉(xiāng)-商丘斷裂延津段為隱伏的晚更新世早期活動(dòng)斷裂(侯江飛等，2021； 張揚(yáng)等，2021)，切割深度可能超過10km(高景宏等，2010； 趙建糧等，2010)。該斷裂帶地震活動(dòng)較為頻繁，歷史上曾發(fā)生過衛(wèi)輝東6.0級(jí)地震(公元344年)、 封丘5級(jí)地震(公元1737年)、 新鄉(xiāng)4.5級(jí)地震(1978年)和虞城6.0級(jí)地震(公元466年)等(王志鑠，2017)。分析認(rèn)為新鄉(xiāng)-商丘斷裂西段為晚更新世早期活動(dòng)斷裂，是不同重力異常特征的分界線，是一條隱伏的控制一級(jí)構(gòu)造單元邊界的深大斷裂。

3.2.4 鐵爐子-欒川-南召斷裂(F24)

該斷裂走向NWW，由陜西省境內(nèi)的鐵爐子-三要斷裂及河南省境內(nèi)的欒川-南召-確山斷裂組成，為華北地臺(tái)和秦嶺褶皺系之間的分界斷裂。在1～4階小波細(xì)節(jié)中，欒川-南召-確山斷裂的盧氏—欒川段位于線性低重力異常帶上，欒川—確山段位于高、 低重力異常線性過渡帶上，是豫西差異隆起和秦嶺-大別隆起區(qū)的分界斷裂，下延深度>27km，表明該斷裂不僅有明顯的分段性，且兩側(cè)物性差異也較大。

3.2.5 朱夏斷裂(F25)

該斷裂走向NW，在1～4階小波細(xì)節(jié)中表現(xiàn)為高、 低重力異常線性過渡帶特征，斷裂南側(cè)為高重力異常條帶，其范圍隨著深度的增加而增大，北側(cè)為低重力異常條帶； 綜合分析認(rèn)為，朱夏斷裂兩側(cè)具有一定的物性差異，且下延深度較深，達(dá)27km，是一條深大斷裂。

3.3 歷史強(qiáng)震深部構(gòu)造特征分析

河南省地震局給出的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，河南省歷史上曾發(fā)生過7次6級(jí)以上地震(3)http： ∥www.eqha.gov.cn/index.php？list=1。(表3)。中國大陸東部地區(qū)地震的平均深度為(13±6)km，我們將歷史上6級(jí)以上地震投影到布格重力異常3階小波細(xì)節(jié)圖中，并分析其深部構(gòu)造背景。

表 3 河南省6級(jí)以上歷史地震Table3 Historical earthquakes of magnitude 6 or above in Henan Province

3.3.1 偃師西南6級(jí)地震

3.3.3 衛(wèi)輝東6級(jí)地震

衛(wèi)輝東6級(jí)地震發(fā)生在北華北坳陷區(qū)內(nèi)黃隆起內(nèi)，震中位于南、 北2個(gè)高重力異常之間(圖2c)。湯東斷裂位于該地震震中的西側(cè)，下延深度為15～16km，發(fā)育在上地殼底層(劉保金等，2012)。湯東斷裂位于重力異常線性過渡帶上，下延深度約為14km。分析認(rèn)為，附近區(qū)域存在重力異常變化邊界、 密度橫向變化帶及大型活動(dòng)斷裂發(fā)育是衛(wèi)輝東6級(jí)地震的深構(gòu)造背景。

3.3.5 許昌東6級(jí)地震和許昌張潘店一帶6級(jí)地震

許昌東和許昌張潘店一帶6級(jí)地震發(fā)生在南華北坳陷區(qū)太康隆起和周口凹陷構(gòu)造邊界帶兩側(cè)的低重力異常區(qū)內(nèi)(圖2c)。2個(gè)地震的震中附近發(fā)育登封-西華斷裂(F15)，其為左旋走滑斷裂，在1、 2階小波細(xì)節(jié)中，該斷裂的西段造成了2個(gè)重力異常軸的錯(cuò)斷或扭曲，東段則表現(xiàn)為狹長的低重力異常條帶(圖2a)或重力異常線性過渡帶(圖2b)，下延深度為6～8km。分析認(rèn)為，隆起與凹陷交接部位、 低重力異常區(qū)及淺部有活動(dòng)斷裂發(fā)育是許昌東和許昌張潘店一帶6級(jí)地震的深部構(gòu)造背景。

3.3.6 衛(wèi)輝西6級(jí)地震

衛(wèi)輝西6級(jí)地震發(fā)生在南華北坳陷區(qū)的濟(jì)源-開封凹陷內(nèi)，震中位于NE向和EW向重力異常條帶之間(圖2c)。地震附近有3條不同走向的斷裂交會(huì)，分別為NE向的湯西斷裂(F3)、 NWW向的新鄉(xiāng)-商丘斷裂(F9)和近EW向的盤古寺-新鄉(xiāng)斷裂。其中，湯西斷裂是湯陰地塹的西邊界斷裂，下延深度達(dá)27km； 新鄉(xiāng)-商丘斷裂是南、 北華北坳陷區(qū)的分界斷裂，下延深度達(dá)27km； 盤古寺-新鄉(xiāng)斷裂是太行山南麓的基底斷裂，下延深度為27km。分析認(rèn)為，不同走向的重力異常交會(huì)部位、 殼內(nèi)低密度異常區(qū)及深大斷裂交會(huì)是衛(wèi)輝西6級(jí)地震的深部構(gòu)造背景。

綜上所述，從空間分布看(圖 1)，河南省6級(jí)以上歷史地震主要分布在南、 北華北坳陷區(qū)內(nèi)，除許昌東和許昌張潘店一帶6級(jí)地震位于二級(jí)構(gòu)造單元邊界帶附近，其余地震均位于地殼內(nèi)由深大斷裂控制的次級(jí)隆起或凹陷下方。根據(jù)重力異常分析結(jié)果(圖 2)可知，不同走向重力異常的交會(huì)部位、 受深大斷裂控制的殼內(nèi)低重力異常區(qū)是地震發(fā)生的有利部位。

4 結(jié)論及討論

本文基于高精度布格重力異常資料，采用小波多尺度分析方法獲得了河南省不同空間尺度重力異常場特征，在此基礎(chǔ)上對(duì)河南省48條主要活動(dòng)斷裂進(jìn)行了解譯，并對(duì)河南省7個(gè)6級(jí)以上歷史地震的深部構(gòu)造環(huán)境進(jìn)行了分析，獲得了以下結(jié)論及認(rèn)識(shí)：

(1)研究區(qū)地殼14km以淺，重力異常分布特征明顯受到區(qū)域構(gòu)造控制，異常走向與斷裂構(gòu)造走向一致，地殼橫向密度存在差異； 在地殼內(nèi)深度約27km處，除一級(jí)構(gòu)造單元邊界外，其余地區(qū)的重力異常走向與區(qū)域構(gòu)造走向的一致性減小。

(2)基于布格重力異常資料，共解譯出38條河南省及其鄰區(qū)的主要活動(dòng)斷裂，其中上地殼8km以淺有10條斷裂； 上地殼深度12～14km處有15條斷裂； 下地殼深度27km附近有13條斷裂。

(3)在河南省7個(gè)6級(jí)以上地震中，除許昌東和許昌張潘店一帶6級(jí)地震的震中位于二級(jí)構(gòu)造單元邊界帶附近外，其余地震均位于地殼內(nèi)由深大斷裂控制的次級(jí)隆起或凹陷下方，不同走向的重力異常交會(huì)部位、 受深大斷裂控制的殼內(nèi)低重力異常區(qū)是地震發(fā)生的有利部位。

(4)受布格重力異常數(shù)據(jù)分辨率限制及斷裂規(guī)模、 地殼結(jié)構(gòu)差異等因素影響，本文未能解譯出研究區(qū)內(nèi)的所有斷裂。

(5)受布格重力異常數(shù)據(jù)精度的限制，在河南省中部漯河、 駐馬店、 周口等地區(qū)所圍限的區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)分辨率低或缺失，使得該區(qū)的重力異常等值線出現(xiàn)不連續(xù)現(xiàn)象，從而造成該區(qū)域內(nèi)NW向和近EW向斷裂的解譯結(jié)果不連續(xù)。

(6)河南省主要活動(dòng)斷裂的深部特征分析結(jié)果在空間上拓展了我們對(duì)研究區(qū)構(gòu)造環(huán)境的認(rèn)識(shí)，為河南省今后開展防震減災(zāi)工作提供了地球物理依據(jù)。

致謝全國地質(zhì)資料館為本研究提供了重力資料，在此表示衷心感謝！