從青藏高原航磁資料分析尼泊爾8.1級地震構造背景

賴曉玲　孫　譯,2

1　中國地震局地球物理勘探中心，鄭州市文化路75號，450002 2　中國地震局蘭州地震研究所，蘭州市東崗西路450號，730000

從青藏高原航磁資料分析尼泊爾8.1級地震構造背景

賴曉玲1孫譯1,2

1中國地震局地球物理勘探中心，鄭州市文化路75號，450002 2中國地震局蘭州地震研究所，蘭州市東崗西路450號，730000

摘要：利用小波分析處理青藏高原航磁資料，得到多尺度的航磁異常分布圖。一階小波結果反映地殼淺部的構造特征，在第Ⅰ和第Ⅱ縫合帶位置，存在多條明顯的北西西向弧形構造，由正負相間的磁異常帶組成；在格爾木附近第Ⅳ縫合帶位置存在近東西向的負磁異常條帶。三階小波結果反映地殼深部的構造特征，在約84°～91°E存在明顯的近南北向的負磁異常條帶，是研究區主要的深部構造特征。尼泊爾8.1級地震和3次7級強余震發生在近南北向的負磁異常條帶的南端。該位置是近東西向的喜馬拉雅構造帶和近南北向的深部負磁異常條帶的交匯部位?？傮w來說，青藏高原航磁資料揭示的淺部構造為多條近東西走向的帶狀構造，而深部構造是以近南北走向為主要特征，復雜的立交構造交匯部位是發生尼泊爾8.1級大地震的深部構造背景。關鍵詞： 青藏高原；航磁異常；小波分析；地震構造

青藏高原是我國現代構造活動和地震活動最強烈的地區，其南緣的喜馬拉雅構造帶是印度板塊與歐亞板塊的俯沖、碰撞邊界，至今還處于強烈推擠過程中。2015-04-25在尼泊爾(正處于喜馬拉雅構造帶上)發生8.1級地震，隨后又發生3次7級以上的強余震。

磁法勘探是用于資源勘查、火山和地熱研究、構造分析等方面的常規地球物理方法[1]，主要應用于資源調查和區域構造研究。小波分析方法在揭示尺度不變性和空間不變性方面有著獨特的優點，能夠更好地反映磁異常的局部特征，在多種地球物理資料處理中得到廣泛應用[2-4]。航磁資料的小波多尺度分析與頻率和構造的關系是，一階小波結果反映較高的頻率特征，對應淺部的磁場分布；高階小波結果反映較低的頻率特征，對應深部的磁場分布。

本文利用小波多尺度分析處理青藏高原航磁資料，獲得研究區深部和淺部的磁異常分布圖，并結合研究區主要構造和強震分布進行分析，研究尼泊爾8.1級地震和3次7級強余震的深部構造背景。

1研究區地質構造背景和地震活動

青藏高原地質構造已有許多論述，其基本構造框架如下：青藏高原由6個地塊相繼增生構成，地塊被5條縫合帶所分隔[5]，并且在高原內部又發育大量的南北向裂谷，因此具有多條窄長構造帶與地塊相間排列依次拼接組合的特點。圖1為青藏高原構造簡圖，5條縫合帶從南向北依次為雅魯藏布江縫合帶(Ⅰ)、班公湖-怒江縫合帶(Ⅱ)、金沙江縫合帶(Ⅲ)、東昆侖縫合帶(Ⅳ)、西昆侖-祁連山縫合帶(Ⅴ)。6個地塊從南向北依次為喜馬拉雅地塊、拉薩地塊、羌塘地塊、巴顏喀拉地塊、昆侖地塊、塔里木地塊。高原構造和巖漿活動由北向南逐漸變新的事實表明，青藏高原地塊的拼合是從北向南依次進行，青藏高原是由歐亞大陸不斷向南增生。在擠壓背景作用下，青藏高原發育了大量的伸展構造型裂谷[6]，分為南北向裂谷、北東向裂谷和近東西向裂谷。南北向裂谷主要集中分布在高喜馬拉雅北坡與班公湖-怒江縫合帶之間；北東向裂谷主要發育在羌塘地塊；近東西向裂谷主要分布在幾條近東西向斷裂帶內。

圖1　青藏高原構造簡圖Fig.1　The Qinghai-Tibet plateau structure diagram

青藏高原是地震活動非常強烈的地區，不但地震強度大、頻次高，而且活動規律強，反映了區域構造活動的特征。圖2是青藏高原地形和6級以上強震分布。可以看出，6～7級強震沿弧形構造，呈帶狀分布，青藏高原南部比北部地震活動頻度高。研究區有6次8級以上大地震(圖中實心圓)，大多數分布在青藏高原南部，品紅色實心圓是2015-04-25尼泊爾8.1級地震。8級大震的主要分布特征是：在88°E附近，沿著北北東方向排列。

圖2　青藏高原地形和6級以上強震分布Fig.2　The topography map of Qinghai-Tibet plateau and the distribution of strong earthquakes over M6.0

2航磁資料處理和解釋

1999年在青藏高原的中西部地區進行了1∶100萬航磁概查，取得青藏高原面積覆蓋迄今最完整的基礎地球物理資料。近幾年，青藏高原航磁資料已被解釋分析和處理，獲得了一些研究成果[7-10]。

本文資料采用的是1998-09～1999-04中國國土資源航空物探遙感中心在青藏高原進行1∶100萬航磁概查獲得的航磁ΔT異常圖。首先對航磁ΔT異常圖進行數字化處理，得到網格化的數據。圖3給出了網格化的航磁ΔT異常分布，研究區范圍是78.5°～101°E，27.8°～38.5°N，網格化數據為100×56數組，大約20 km一個采樣點。從圖中可以看出， 青藏高原內部具有低弱的區域磁場背景，與周圍區域的正磁異常有明顯差異。研究區的西北角為塔里木地塊，顯示出鮮明的正磁異常特征。在青藏高原低弱的區域磁場背景上分布有幾條近東西向的磁異常帶，將高原從南到北分割為幾個次級構造單元。

對照圖1的地質構造縫合帶特征對圖3航磁異常特征進行分析。南部的雅魯藏布江一帶為大規模的正磁異常帶，東西長達1 400 km ,一般強度為200～300 nT。該異常的分布與已出露和隱伏的蛇綠巖帶的分布較為吻合。蛇綠巖帶是陸陸碰撞遺留的洋殼殘體，反映了縫合帶的存在。在32°N附近的班公湖-怒江一帶，自西向東由一系列串珠狀局部異常組成斷續的航磁異常帶，異常幅值約為100～300 nT，東西長約1 200 km。沿該磁異常帶，蛇綠巖帶的分布較為廣泛。據人工地震研究，班公湖-怒江斷裂為深斷裂，莫霍界面有錯斷，南側深73～74 km，北側深65～70 km。在高原北部的拉竹龍向東，大致沿金沙江斷裂帶有一條近東西向的磁異常帶，西段呈串珠狀異常，東段為線狀并向東南方向展布在甘孜附近。在格爾木南側附近，沿東西向有一條串珠狀磁異常帶，反映了東昆侖縫合帶的位置。該帶西段部分為線狀，并且逐漸向西南方向展布，位于拉竹龍的北側。

圖3　青藏高原航磁ΔT異常圖Fig.3　Aeromagnetic anomaly ΔT map of the Qinghai-Tibet plateau

小波分析方法在多種地球物理資料處理中已經得到廣泛應用[2-4]?？梢岳枚喑叨鹊亩S小波分析處理航磁資料，分離地殼不同深度的磁場特征。

對青藏高原航磁ΔT數據進行二維小波變換處理，利用MATLAB的小波函數編寫程序，選擇雙正交樣條小波函數。雙正交樣條小波具有對稱性好、光滑性好、重建信號畸變小的特點，廣泛應用于信號處理和圖像處理。二維小波變換可以逐層分解為近似分量和細節分量，然后利用重構函數得到某一層的分解信號。數據處理步驟是：輸入網格化數據，進行4階的小波分析和分層重構，得到1～4階的二維小波結果。本文給出一階和三階小波分析結果，分別反映高原淺部和深部的磁異常特征。

圖4為青藏高原航磁ΔT數據一階小波分析結果，它反映了青藏高原淺部磁異常特征。從圖中可以看出，一階小波分析比原始的航磁ΔT異常圖能夠更清晰地反映出幾條近東西向的構造帶狀特征，并且正負磁異常帶塊的特征也更清晰。南部的雅魯藏布江一帶大規模的正磁異常帶，沿著曲松轉為向北延伸。在以東西向為主要構造特征的背景中也可看出，在88°E附近有一條近南北向的負磁異常帶。

圖4　一階小波分析結果Fig.4　The results of the first order wavelet analysis

圖5為三階小波分析結果，它反映了青藏高原深部磁異常特征。從圖中可以看出，與淺部的東西向構造不同，深部磁異常明顯為近南北構造走向。在88°E附近的一條北北東向的負磁異常帶貫穿高原，橫跨上述幾條眾所周知的構造縫合帶，寬度約為84°～91°。該負磁異常帶的極值區均分布在幾條構造縫合帶上，南段異常極值區位于雅魯藏布江縫合帶(Ⅰ)和班公湖-怒江縫合帶(Ⅱ)上。高原的南北向和北東向裂谷較為集中，分布在申扎周圍區域。北段異常極值區位于金沙江縫合帶(Ⅲ)和東昆侖縫合帶(Ⅳ)上。

圖5　三階小波分析結果Fig.5　The results of the third order wavelet analysis

對照研究區地震分布圖可以看出，幾個8級大震的主要分布特征是：沿北北東方向排列，與深部負磁異常帶位置一致。加德滿都位于研究區的南邊界附近，尼泊爾8.1級地震震中位于加德滿都西北70 km，位于負磁異常帶的南端。

3結語

青藏高原航磁資料反映的主要特征為：南部的雅魯藏布江一帶為大規模的正磁異常帶，東西長達1 400 km ,一般強度為200～300 nT；班公湖-怒江一帶自西向東由一系列串珠狀局部異常組成斷續的航磁異常帶，異常幅值約為100～300 nT，東西長約1 200 km；在高原北部沿金沙江斷裂帶，有一條近東西向的磁異常帶，西段呈串珠狀異常，東段為線狀并向東南方向展布；在東昆侖縫合帶位置，沿東西向有一條串珠狀磁異常帶。

利用二維小波分析處理了青藏高原航磁資料網格化數據，得到多尺度的航磁異常分布圖。一階小波分析結果反映了地殼淺部的構造特征，是以多條近東西向帶狀構造為主，并與青藏高原幾條縫合帶位置對應。最南部的近東西向正磁異常帶是雅魯藏布江縫合帶，是磁場強度大、延伸長的異常帶[8]。地質上發現了一系列磁性強度大的蛇綠巖體，并且有很好的連續性。蛇綠巖是印度板塊與歐亞板塊碰撞的產物。

三階小波分析結果反映了地殼深部的構造特征，最突出的是北北東方向的負磁異常帶。深部負磁異常帶是由弱磁性基底組成的塑性塊體，它的形成與熱作用有密切關系[9]。由于印度板塊持續向北擠壓, 初期的擠壓造成了各地塊南北方向縮短而東西方向拉長, 而當這種擠壓使南北方向無法進一步縮短時, 可能會造成深部沿北北東方向的張裂或形成深部層間剪切帶。深部熱流沿構造通道上升, 使局部巖漿熔融，導致磁性層底部消磁。同時，深部熱流作用也加快了青藏高原隆升的幅度。

對照研究區地震分布圖可以看出，幾次8級大震的主要分布特征是：沿著84°～91°E的北北東方向排列，與深部負磁異常帶位置一致。反映了深部負磁異常帶和強震活動受印度板塊與歐亞板塊碰撞的統一力源和方向的控制。同時，負磁異常帶強震活動頻繁的原因還與深部熱流上升引起的構造活動密切相關。

尼泊爾8.1級地震和3次7級強余震發生在近南北向的負磁異常條帶的南端。該位置是近東西向的喜馬拉雅構造帶和近南北向的深部負磁異常條帶的交匯部位。

青藏高原航磁資料反演的居里面形態表明[7]，青藏高原南部居里面深度一般為20～23 km。在居里面以下地殼溫度較高, 巖石塑性較強, 難以發生脆性破裂。青藏高原人工地震剖面資料結果顯示[11]，在青藏高原南部地區地殼中普遍存在著一個低速層，平均深度為20 km，厚度為5 km。尼泊爾8.1級地震震源深度為20 km，居里面形態和低速層與構造地震的孕育和發生密切相關?！澳岵礌?西藏”寬頻地震觀測剖面的接收函數結果揭示,橫過喜馬拉雅由南向北莫霍面深度從45 km 逐漸加深到75 km。根據中法合作完成的扇形地震剖面,雅魯藏布江縫合帶下莫霍面錯斷了20 km[12]。

從磁異常獲得的淺部近東西向的喜馬拉雅構造帶與深部近南北走向的構造交匯部位以及地震剖面獲得的高原南部地殼中的低速層和莫霍面錯斷，深部熱流上升，這些構造特征是尼泊爾8.1級大地震和多次7級強余震的深部構造背景。

尼泊爾8.1級地震是21世紀發生在陸地的第5次“8級大地震”。前4次分別是2001年中國昆侖山西口8.1級地震、2005年智利8.1級地震、2008年中國汶川8.0級地震及2010年智利8.8級地震。其中的2次8級大震發生在中國，并且都是發生在青藏高原及周緣，反映了該區域可能進入地震活動活躍時期。建議加強青藏高原及周緣深部探測研究和地震監測，為認識強震發生機理和減災防災提供重要依據。

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Foundation support:National Natural Science Foundation of China, No. 41374099，41074069.

About the first author:LAI Xiaoling,researcher,majors in integrated geophysics，E-mail: lxling04@163.com.

Analysis to Tectonic Background of M8.1 Nepal Earthquake Using Aeromagnetic Data in Qinghai-Tibet Plateau

LAIXiaoling1SUNYi1,2

1Geophysical Exploration Center, CEA, 75 Wenhua Road,Zhengzhou 450002, China 2Lanzhou Institute of Seismology, CEA,450 West-Donggang Road, Lanzhou 730000, China

Abstract:Using wavelet analysis method to process aeromagnetic data in the Qinghai-Tibet plateau, aeromagnetic anomaly maps with different scales are obtained. Results from the first order wavelet analysis reveals the structure feature of shallow crust. In the sutureⅠ and sutureⅡ regions, there exist several clear arcuate structures with NWW-striking, as shown by alternatively positive and negative magnetic anomaly belts. There exists a negative magnetic anomaly belt with near EW-striking in suture Ⅳ near Golmud. The results from the third order wavelet analysis show the structure feature of deep crust. The main feature of deep structure in this region is represented by an obvious negative magnetic anomaly belt with near NS-striking between 87°N and 93°N. The Nepal M8.1 earthquake and its three strong aftershocks with magnitude 7 all occurred near the southern end of this magnetic anomaly belt, where the EW strike Himalaya tectonic belt intersects with the NS-striking negative magnetic anomaly belt. In general, the aeromagnetic data in Qinghai-Tibet plateau shows that, the main feature of shallow structures is near EW-striking, but the deeper structure is SN-striking. It implies that the intersection of the complex overpass structures is the tectonic background of the Nepal M8.1 earthquake.

Key words:Qinghai-Tibet plateau；aeromagnetic anomaly；wavelet analysis；seismotectonics

收稿日期：2015-08-30

第一作者簡介：賴曉玲，研究員，主要從事綜合地球物理研究, E-mail: lxling04@163.com。

DOI：10.14075/j.jgg.2016.07.008

文章編號：1671-5942(2016)07-0595-05

中圖分類號：P315.2

文獻標識碼：A

項目來源：國家自然科學基金(41374099，41074069)。