大別造山帶東段重力異常多尺度分解及其構造意義

黎哲君 義崇政 周冬瑞 鄭海剛 王 俊 李軍輝 倪紅玉

1)安徽省地震局，合肥 230031 2)安徽蒙城地球物理國家野外科學觀測研究站，蒙城 233500 3)長江勘測規劃設計研究有限責任公司，武漢 430010 4)長江空間信息技術工程有限公司(武漢)，武漢 430010

0 引言

大別造山帶東段地處秦嶺-大別造山帶、華北地塊和揚子地塊的交會地帶，構造環境復雜。華北地塊和揚子地塊在此處發生碰撞造山作用(徐樹桐等，1992；黃鵬等，2015)，郯廬斷裂帶作為中國東部一條重要的深大斷裂帶，近NE向斜貫該區域。受特殊的構造和動力學環境影響，該地區地震活動比較活躍。區域內霍山及周邊地區淺源小地震活動頻繁，歷史上大別造山帶和華北地塊交會部位兩側曾發生3次6級以上地震，分別為1652年安徽霍山6級地震、1917年安徽霍山6級地震和1932年湖北麻城6級地震，其中1917年安徽霍山6級地震是有文字記錄以來安徽境內發生的最大地震。近年來，許多學者對該地區構造特征開展了多項研究。例如，地震波速度成像研究(趙志新等，2005；滕吉文等，2006；黃耘等，2011；丁文秀等，2017；熊誠等，2019)給出了大別造山帶東緣及附近地區較精細的深部速度結構，發現大別造山帶地殼厚度明顯高于揚子地塊和華北地塊，莫霍面深度較周邊塊體深2km以上，其東部邊界的深部結構受郯廬斷裂帶切割的深度可能已達殼幔邊界。穿過大別造山帶北緣和東緣的人工地震測深剖面(王椿鏞等，1997，1999；滕吉文等，2000)、位于造山帶東南部的大地電磁剖面(肖騎彬等，2007)和穿越造山帶南緣及北緣的二維地震臺陣觀測剖面(劉啟元等，2005)及反射地震剖面(袁學誠等，2008)等給出了大別造山帶東段二維地殼結構，并據此發現造山帶殼幔結構的垂向錯斷特征及與周邊地塊的構造差異。人工地震測深(劉福田等，2003)和天然地震層析成像(徐佩芬等，2000；黃耘等，2011)研究給出了大別造山帶東緣地殼、上地幔三維精細速度結構。當前在大別造山帶東段開展的構造和地球物理研究已取得一定成果，但在造山帶東段和華北地塊縫合帶位置、研究區部分主要斷裂的幾何結構和切割深度等問題上仍有爭議，對霍山地區小地震活動聚集分布的深部構造背景研究仍不充分。現有研究工作在方法和手段上多采用地震層析成像、大地電磁測深等方法，重力學方法的應用較少，且大多采用剖面探測的方式。部分研究(王椿鏞等，1999；蘭學毅等，2012；張交東等，2012；梁學堂等，2016)使用了重力資料，但僅進行了較初步的重力異常延拓、空間分布特征分析和莫霍面反演等，研究的空間范圍也有限。

布格異常是地球內部深、淺部物質密度擾動的綜合反映，通過布格異常場源分離可以提取到反映不同深度質量擾動的重要信息。本文采用基于 “移去-恢復”的最小二乘配置方法，融合大別造山帶東段地面實測布格異常及EGM2008布格異常，利用二維離散小波多尺度分解技術獲取不同深度場源對應的布格異常，分解結果所反映的深部構造信息對于識別地塊縫合帶位置、判斷莫霍面形態和研究深部密度結構有很好的指示意義，分解結果反映的淺部構造信息則有助于開展中上地殼斷裂空間分布研究及相關區域淺源小地震集中分布的構造條件分析。本研究還可為考察大別造山帶東段構造單元劃分、厘清周邊塊體相互作用方式和探討大別造山帶超高壓變質過程等提供重力學證據。

1 數據和方法

1.1 重力異常最小二乘融合

本文所用地面實測重力資料來自安徽省勘查技術院編制的 1︰25萬布格異常成果，數據覆蓋安徽境內全部陸地，其原始數據獲取自20世紀50年代—1995年間的區域重力測量工作，布格異常計算中采用國際大地測量協會(IAG)推薦的1980公式計算正常重力場，布格改正中間層的密度為2.67g/cm3，地形改正半徑為166.7km。研究區域內平均測點密度優于4km2/點，布格異常均方根誤差優于±0.6mGal(1mGal=1×10-5m/s2，下同)。安徽省以外區域和巢湖水域利用EGM2008布格異常進行外推。EGM2008布格異常計算過程中采用基于ASTER GDEM的重力改正方法(黎哲君等，2019)完成地形改正和布格改正，計算參數和實測布格異常計算參數保持一致。利用地球重力場模型和數字地形模型資料計算區域布格異常的技術手段已在多項研究(黎哲君等，2015，2017；楊光亮等，2015，2020)中得到應用，結果表明通過該方法獲取的布格異常在深部構造研究中有重要價值，因而本文利用EGM2008布格異常對缺少實測數據的地區進行補充，既可滿足小波分解等計算過程對數據范圍完整性的要求，也有助于對深部構造特征進行全面討論。

圖1 研究區域構造背景及地震分布Fig.1 Tectonic background and earthquake distribution of the study area.地震目錄來自安徽省地震監測中心；現代地震的時間范圍為1970年至今，歷史地震的時間范圍為公元前780年至今。主要斷裂：FZF 肥中斷裂；LHF 六安-合肥斷裂；FHF 肥西-韓擺渡斷裂；MLF 梅山-龍河口斷裂；QXF 青山-曉天斷裂；XGF 襄樊-廣濟斷裂；SMF 商城-麻城斷裂；LTF 落兒嶺-土地嶺斷裂；TLF 郯廬斷裂帶；SZF 宿松-樅陽斷裂；DZF 東至斷裂；GYF 葛公鎮-殷家匯斷裂；XJF 宣城-涇縣斷裂；ZWF 周王斷裂

多源重力數據融合效果取決于數值逼近的精度與可靠性。大地測量數值逼近分為函數模型逼近與統計模型逼近，這2種方法各有優缺點，基于最小二乘配置的數據融合方法是函數模型逼近與統計模型逼近的綜合，經計算與比較發現該方法在大地測量數據逼近中可以取得較好的效果(楊元喜等，2001)。本文以EGM2008布格異常為參考場，采用基于 “移去-恢復”的最小二乘配置方法對安徽省以外區域及巢湖水域布格異常進行推估，得到研究區域完整布格異常。

首先，利用地面實測布格異常和EGM2008布格異常按式(1)計算重力異常殘差，此為 “移去”過程：

Δg=gobs-gegm

(1)

其中，gobs為地面實測布格異常，gegm為EGM2008布格異常。

局部重力異常Hirvonen協方差函數的一般形式如式(2)所示(Moritz，1976)：

(2)

其中，C0為布格異常殘差的方差，ρ為點對間的距離，m為>0的實數。

一定距離區間s內點對間的殘差協方差按式(3)計算：

(3)

基于地面實測布格異常和EGM2008布格異常殘差計算得到C0=114.492mGal，距離區間長度取5km。實際驗算表明，m取0.5時協方差函數的擬合效果較好(圖2)，經擬合得到b=2.602，從而獲得局部協方差函數。

圖2 協方差函數擬合Fig.2 Fitting of covariance function.

利用上述協方差函數，以地面實測布格異常和EGM2008布格異常殘差為信號，采用式(4)推估數據空區布格異常殘差(Moritz，1978)。將推估殘差與EGM2008布格異常相加，即完成布格異常融合 “移去-恢復”過程中的 “恢復”步驟，得到融合后的布格異常。

(4)

其中，Δg1、Δg2、Δgq分別為q個已知點的布格異常殘差，C11…Cqq為已知點間的布格異常協方差，Cp1…Cpq為已知點與推求點p間的布格異常協方差，Δgp為待推求點p的布格異常殘差。

圖3a為布格異常殘差推估值，不難發現絕對值較大的推估殘差集中在數據邊界附近，這是因為數據邊界與已知數據空間距離較近，受殘差信號影響較大。圖3b為融合后的布格異常，可以看出融合后的布格異常在2種數據邊界上平滑過渡，數據融合過程顯著削弱了系統偏差和邊界效應，同時使EGM2008布格異常信息在缺少實測數據的區域得到有效保留，數據融合效果較好。

圖3 a 布格異常殘差推估值；b融合后的布格異常Fig.3 Estimation of residual Bouguer gravity anomaly (a) and merged Bouguer gravity anomaly (b).

1.2 確定最優小波基函數和分解階次

為保證重力異常分解效果，有必要針對具體研究對象和研究目標選擇恰當的小波基函數和分解階次。已有學者針對該問題進行過研究，如任飛龍等(2018)對Bior、Coif、db、Discrete meyer、Reverse Bior和Sym 6種小波基函數進行了驗算，最終選取db19小波完成衛星重力場分解，最優分解階數為4階。鄧文彬等(2018)通過模型實驗對比了10種小波基函數(Sym5、6、7、8，Coif3、4，Bior3.3、Rbio2.8、6.8，Dmey)后，選擇Dmey小波分解重力異常，最優分解階數為7階，該研究還表明小波基函數的選取不僅與小波基的特性有關，還與場源特征有關。多項研究(滕吉文等，2000；劉福田等，2003；黃耘等，2011)顯示大別造山帶的莫霍面深度總體為35～40km，局部地區超過41km，并存在約4km的錯斷，莫霍面深度向華北地塊方向減小至32～35km，向揚子地塊方向減小至約35km。從現有研究成果來看，研究區域莫霍面的深度變化范圍應為30～45km。因此，為驗證小波基函數對研究區域重力異常的分離效果，分別用深度范圍為30～45km和1～5km的質量體模擬地殼深部和淺部的質量異常，構建質量異常模型。深部質量體的水平尺寸取為50km×50km，淺部質量體的水平尺寸取為6km×6km，質量異常模型具體參數見表1，空間分布如圖4 所示。

表1 質量體參數Table1 Parameters of massive bodies

圖4 質量體空間分布Fig.4 Spatial distribution of massive bodies.a 三維分布；b 水平分布

采用三維柱體積分公式(式(5))正演上述深、淺部質量體在0深度處的重力效應及其總和(圖5)。計算范圍為320km×320km，數據點間距為0.5km，

圖5 質量體的正演重力效應Fig.5 Forward modelling of gravity effects of massive bodies.a 深部重力效應；b 淺部重力效應；c 重力效應總和

(5)

利用二維離散小波變換技術，分別用Db4～12、Sym4～12、Coif1～7、Bior2.2～6.8和Rbio2.4～6.8等幾種常用小波基函數計算了正演重力效應總和的多個階次分解結果。為定量對比分解效果，計算了淺部重力效應與小波分解高頻結果(1～6階細節之和)的相關系數和差異值等統計值，如表2 所示。

表2 重力效應總和的小波分解高頻結果與淺部重力效應對比Table2 Comparison between high frequency results of total gravity effect wavelet decomposition and gravity effects of shallow massive bodies

經對比發現，當采用Sym6基函數，分解至6階時，小波分解結果的高頻成分與淺部重力效應最為接近(圖6)，即重力異常分離效果最好。因此本文選用Sym6基函數進行布格異常小波多尺度分解，最大分解階數為6階。

圖6 重力效應總和的sym6小波分解結果及高頻結果與淺部重力效應的差異Fig.6 Sym6 wavelet decomposition results of total gravity effect and the difference between the high-frequency result and gravity effect of shallow massive bodies.a 6階低頻結果；b 6階高頻結果；c 6階高頻結果與淺部重力效應的差異

2 計算結果及討論

2.1 場源似深度分析

通過功率譜分析確定場源似深度是重磁數據分析中經常使用的方法。許多文獻(Syberg，1972；楊文采等，2001；任飛龍等，2018)已對該方法的原理進行了闡述，并給出具體計算公式，此處不另行討論。場源似深度計算結果是定量信息，是正確理解和分析重力異常分解結果的有利參考。為了保留距離信息，確保場源似深度結果的準確性，已在進行小波分解前采用等距圓錐投影方法將布格異常投影至平面坐標。受原始布格異常實際分辨率的限制，4階及以下小波細節與構造關系不密切，其布格異常幅值較小，并表現出隨機噪聲特性，故本文不對4階及以下小波細節結果進行討論。本文給出了小波分解6階低頻結果、6階細節結果和5階細節結果的平均徑向功率譜，并分別通過對數功率譜曲線斜率(圖7)計算場源似深度。計算結果表明，6階逼近布格異常場源似深度約為40.5km，基本對應下地殼至殼幔邊界深度，6階細節布格異常場源似深度約為12km，對應地殼中上部深度，5階細節布格異常場源似深度約為6.4km，對應地殼上部深度。

圖7 小波分解結果的對數功率譜分析Fig.7 Logarithmic power spectrum analyses of the results of wavelet decomposition.a 6階逼近功率譜；b 6階細節功率譜；c 5階細節功率譜

2.2 低頻重力異常與深部構造

小波分解逼近結果為原始布格異常的低頻成分。布格異常sym6小波分解6階逼近結果如圖8a所示，為清晰顯示其水平梯度特征，同時給出水平總梯度圖(圖8b)。從場源似深度計算結果可知，低頻布格異常主要反映下地殼至莫霍面附近的深部構造信息。

圖8 低頻布格異常(a)及其水平總梯度(b)Fig.8 Low-frequency component of Bouguer gravity anomaly(a)and its total horizontal gradient(b).

從圖8b可以看出，商城-麻城斷裂東側分布著一個NNE向的布格異常高梯度帶，表明該斷裂對地殼深部密度結構有重要影響。地震層析成像研究(徐佩芬等，2000)也顯示以商城-麻城斷裂為界，在深度超過15km處，東側的大別地塊與西側紅安地塊在地殼速度上是2個截然不同的塊體。青山-曉天斷裂前緣的重力異常高梯度帶水平總梯度>1mGal/km，與深部構造轉換帶有很好的對應關系，該深部構造轉換帶已在多項研究中得到證實，如：S波速度結構研究結果(王椿鏞等，1997)顯示青山-曉天斷裂下方莫霍面存在約4.5km的斷錯；二維地震臺陣觀測剖面研究(劉啟元等，2005)也發現大別造山帶東段青山-曉天斷裂下方的殼幔界面發生了錯距達數km的斷錯。該重力異常高梯度帶在落兒嶺-土地嶺斷裂以西，到達商城-麻城斷裂之前向N偏移，表明青山-曉天斷裂在深部構造上沒有切穿商城-麻城斷裂，與青山-曉天斷裂未穿過商城-麻城斷裂(江來利等，2005)的判斷相符。

當前，在大別造山帶東段與華北地塊深部縫合帶位置研究方面尚存在較大爭議。如劉福田等(2003)通過分析二維地殼速度結構剖面資料認為深部縫合帶大致在青山-曉天斷裂一線之下；江來利等(2005)通過巖石組成、同位素年代學資料和地球物理資料推測縫合帶分布在梅山-龍河口斷裂的前緣。張交東等(2012)對重磁電震資料進行了解析，推測縫合帶應分布在梅山-龍河口斷裂附近。低頻布格異常水平高梯度帶表明對應位置的深部密度結構有劇烈變化，可視為深部構造轉換帶的重要標志。基于低頻布格異常及其高梯度帶分布特征推測，華北地塊和大別造山帶東段深部構造縫合帶在東部地區大致處于青山-曉天斷裂前緣，在落兒嶺-土地嶺斷裂以西—商城-麻城斷裂之間向N偏移至梅山-龍河口斷裂一線。可見，由于區內構造的復雜性，大別造山帶東段與華北地塊深部構造縫合帶位置在不同區域可能有所差別，這對于我們準確判斷板塊縫合帶位置具有重要幫助。大別造山帶東緣靠近郯廬斷裂帶的位置也分布著布格異常高梯度帶，總體位于郯廬斷裂帶之下，走向與郯廬斷裂帶一致，刻畫了大別造山帶東緣與揚子地塊間深部構造轉換帶的位置。背景噪聲層析成像(丁文秀等，2017)及Rayleigh面波層析成像(熊誠等，2019)研究表明郯廬斷裂帶大別造山帶段東、西兩側有顯著差異，其切割深度可能已到達殼幔邊界，本文得到的低頻布格異常分布特征佐證了該觀點。大別造山帶東段南側與揚子地塊間的低頻布格異常高梯度帶位于襄樊-廣濟斷裂以北約20km處，而非襄樊-廣濟斷裂正下方，推測與揚子克拉通地殼向N俯沖至宿松與南大別超高壓變質帶下方(楊文采，2003)有關，該布格異常高梯度帶極有可能是這種俯沖作用在地殼深部造成物質密度差異的體現，同時也表明此處極有可能是大別造山帶東段與揚子地塊間的深部構造縫合帶。大別造山帶變質巖冷卻不均勻的特性也表明南、北大別2塊體不能視為一個整體，南大別可能屬揚子北緣(滕吉文等，2000)，與本文中的低頻布格異常高梯度帶的分布特征一致。

由圖8a可見，大別造山帶東段腹地有一個顯著的布格異常低值區，最低值 <-87mGal，比外圍區域低50mGal以上，分布范圍的長、寬近100km，說明該區域深部存在嚴重質量虧損。地質、地球化學和地球物理資料綜合分析結果(滕吉文等，2000)表明大別造山帶有山根，在大別造山帶東段存在莫霍面相對下陷區，其位置與本文布格異常顯著低值區重合。深地震測深剖面的P波速度結構結果(王椿鏞等，1997)也顯示，大別造山帶地殼厚度比其周邊的華北地塊和揚子地塊厚4km以上，因而推測該顯著布格異常低值區主要由相應區域莫霍面下凹造成的深部質量虧損引起。通過低頻重力異常結果還發現，即便在大別造山帶內部，也存在多條重力異常高梯度帶，說明大別造山帶內部存在多個深部構造轉換帶，地殼深部乃至殼幔邊界附近構造完整性較差。圖9 所示的巖石圈有效彈性厚度計算結果(黎哲君等，2017)也顯示，大別造山帶東段核心部位及其附近區域為巖石圈有效彈性厚度低值區，最低值<10km，較低的巖石圈有效彈性厚度值表明大別造山帶東段巖石圈力學強度較弱，與布格異常低頻信息所反映的深部構造不完整性相印證。推測揚子地塊向深部俯沖，并與華北地塊碰撞造山、擠壓隆起這一系列復雜的構造演化過程導致大別造山帶內部出現地殼垂向斷錯(劉福田等，2003)。同時，大別造山帶東段與周邊地塊之間存在明顯的深部構造轉換帶，是導致這種低頻布格異常特征及巖石圈力學強度較低的構造及動力學背景。

圖9 大別造山帶東段巖石圈有效彈性厚度(據黎哲君等，2017修改)Fig.9 Effective elastic thickness of the eastern Dabie orogen(Adapted from LI Zhe-jun et al.，2017).

2.3 高頻重力異常的構造意義

小波分解細節結果為原始布格異常的高頻成分。安徽以外區域布格異常數據來自EGM2008布格異常，其有效分辨率較低，對地殼淺部質量異常不敏感，且由于地形數據分辨率高于重力數據分辨率，導致其布格異常高頻成分受地形干擾較為嚴重，因而不對實測數據范圍外的高頻布格異常進行討論。布格異常Sym6小波分解5階細節及6階細節結果分別如圖10a、b所示。

圖10 布格異常小波分解5階細節(a)和6階細節(b)Fig.10 Detail components of Bouguer gravity anomaly wavelet decomposition at level 5(a)and level 6(b).

布格異常5、6階細節圖像均表現出明顯的條帶分布特征，且布格異常條帶分布與區內斷裂分布關系密切，大多數斷裂沿著條帶或條帶邊緣展布。華北地塊內這種條帶分布特征尤為明顯，位于肥中斷裂、六安-合肥斷裂、肥西-韓擺渡斷裂及梅山-龍河口斷裂之間的為幾個正負交替的近EW向布格異常條帶，與斷裂走向的一致性良好。這種顯著的條帶分布特征與該地區斷裂方向較為一致有關，梅山-龍河口斷裂以北的主要斷裂展布方向均為NWW向或近EW向，斷裂之間沒有明顯交錯，有利于形成完整的布格異常條帶，這種突出的布格異常條帶特征也表明上述斷裂對地殼中上部密度結構有顯著影響。東大別地殼結構剖面(楊文采，2003)顯示，肥中斷裂、六安-合肥斷裂及肥西-韓擺渡斷裂的地殼結構分界面在青山-曉天斷裂以北以逐漸變緩的角度向下延伸至約10km深處，直至青山-曉天斷裂附近向下陡傾至20km以下的深部。由于在青山-曉天斷裂以北區域的切割深度有限，上述斷裂在低頻布格異常圖上沒有形成對應的高梯度帶，而青山-曉天斷裂附近的低頻布格異常高梯度帶正好與深部地殼結構分界面陡傾位置一致，可見本文得到的低頻和高頻布格異常分布特征很好地印證了該區域現有的深、淺部構造研究成果。此外，沿著郯廬斷裂帶分布著近NE向的布格異常條帶，在6階細節圖像上表現明顯，其東側揚子地塊內布格異常條帶走向也與郯廬斷裂帶近平行，體現了郯廬斷裂帶對區域淺部構造格局的控制作用。

大別造山帶內部布格異常條帶不如華北地塊明顯，但仍可辨別出一些規律性特征。落兒嶺-土地嶺斷裂是區內一條重要的控震斷裂，5級以上歷史地震沿著該斷裂呈帶狀分布。由于地處大別山腹地，開展野外地質調查工作難度較大，當前對于落兒嶺-土地嶺斷裂的構造屬性和空間展布研究仍不充分。從圖10b可以看出，落兒嶺-土地嶺斷裂近NE向切斷與青山-曉天斷裂對應的布格異常條帶，體現該斷裂為中上地殼斷裂的屬性，其對布格異常條帶的割裂作用穿過青山-曉天斷裂和梅山龍河口斷裂，直至肥西-韓擺渡斷裂前緣。從重力異常細節圖像推斷，落兒嶺-土地嶺斷裂對地殼中上部密度結構的影響范圍在大別造山帶內向N大概延伸至肥西-韓擺渡斷裂附近，這對判斷落兒嶺-土地嶺斷裂空間展布和延伸范圍有很好的指示意義，與衛星影像解譯及地質調查得到的結論(疏鵬等，2018)也吻合。

2.4 重力異常與地震活動的關系

據安徽省地震監測中心正式地震目錄記載，有現代地震記錄以來，大別造山帶東段絕大多數的3.0級以上地震震源深度<15km，最深不超過30km。現代地震震源深度基本處于布格異常小波分解5、6階細節結果對應的場源深度范圍內。以5、6階細節結果之和為淺部(高頻)布格異常(圖11b)，以6階小波逼近結果為深部(低頻)布格異常(圖11a)討論大別造山帶東段布格異常與地震活動的關系。從震中分布情況來看，大別造山帶東段地震活動主要沿著落兒嶺-土地嶺斷裂分布，在青山-曉天斷裂和落兒嶺-土地嶺斷裂交會的霍山地區尤為集中。為直觀展示重力異常與地震活動關系，沿地震集中分布帶(落兒嶺-土地嶺斷裂)方向，同時也是近垂直于重力異常高梯度帶的方向設置剖面A1A2，將其兩側15km范圍內的地震投影至該剖面，繪制深部布格異常-地形-地震剖面圖(圖11c)。采用同樣的方法，在地震活動集中區沿青山-曉天斷裂方向設置剖面B1B2，繪制淺部布格異常-地形-地震剖面圖(圖11d)，對于無震源深度信息的歷史地震，均將其繪制在0深度處。

圖11 布格異常小波分解結果與地震活動Fig.11 Results of wavelet decomposition of Bouguer gravity anomaly and distribution of earthquakes.a 深部布格異常與地震分布；b 淺部布格異常與地震分布；c 深部布格異常-地形-地震剖面；d 淺部布格異常-地形-地震剖面

由圖11a、c可以看出，地震活動集中部位對應于深部布格異常快速變化的高梯度帶，結合布格異常場源似深度結果和震源深度資料可知，現代地震發生于深部構造轉換帶，即大別造山帶東段與華北地塊深部構造縫合帶上方的地殼中、上部。由圖11b、d可以看出，地震活動集中部位正好對應青山-曉天斷裂一線淺部布格異常條帶的低值部位，同時也是落兒嶺-土地嶺斷裂切穿該布格異常條帶的部位。震源深度處于淺部布格異常場源似深度范圍之內，可以認為淺部布格異常所指示的地殼中上部密度結構劇烈變化部位與發震部位一致。從3.5級以上地震的震源機制解結果(圖12)來看，該區域的震源機制以斜滑型為主，其次為斜沖型，地震斷層面和巖體錯動方向主要為近NE向及NWW向，與該區域2條交會斷裂走向基本一致，從側面印證該地區相互交錯的斷裂構造為地震活動提供了發震條件，也與淺部布格異常揭示的地殼中上部構造特征一致。

圖12 布格異常小波分解高頻結果及震源機制解Fig.12 High-frequency component of wavelet decomposition and focal mechanism.3.5級以上地震震源機制解由安徽省地震監測中心提供

綜合考慮深、淺部布格異常特征、地震活動資料和區域構造背景后認為，在大別造山帶與華北地塊相互作用(滕吉文等，2000；劉福田等，2003)的動力學背景下，華北地塊和大別造山帶在青山-曉天斷裂之下的深部構造縫合帶接觸和縫合，為相關區域地震活動提供深部構造背景和動力來源。布格異常顯示，地震集中區地殼中上部存在與斷裂交會部位重合的淺部密度結構劇烈變化，說明其淺部結構可能已遭受嚴重破壞，是區內構造脆弱部位。深部構造特征分析表明，大別造山帶東段及周邊區域殼幔結構不完整。據上述分析結論推測，在周邊地塊相互作用的過程中，脆弱的深、淺部地殼結構不利于應力積累，應力易于在構造脆弱部位釋放，是落兒嶺-土地嶺斷裂和青山-曉天斷裂交會的霍山地區小地震活動頻繁而強震、大地震較少的主要原因。由于地震活動與重力異常之間的關系十分復雜，本文重點針對構造研究成果較豐富、地震活動集中的霍山地區開展地震活動和布格異常關系及地震構造背景等問題的討論。對于研究區內地震活動相對不集中的區域，仍有待更多的深、淺部構造研究成果作為支撐，以深化對地震活動和重力異常關系的討論。

3 結論與認識

本文基于由地面實測數據和EGM2008數據融合的布格異常，采用二維離散小波變換方法進行多尺度分解，得到大別造山帶東段不同場源深度布格異常結果，并結合地殼結構、地質構造、地震活動和巖石圈有效彈性厚度等資料進行分析和討論，以加深對研究區域深、淺部構造特征的認識、深入探討大別造山帶東段小地震聚集區的深部構造背景和淺部構造條件，得到如下幾點結論：

(1)結合現有研究成果及低頻布格異常特征推測，大別造山帶東段與華北地塊的深部構造縫合帶在東部位于青山-曉天斷裂前緣，在落兒嶺-土地嶺斷裂和商城-麻城斷裂之間向N偏移至梅山-龍河口斷裂之下；南側與揚子地塊間深部構造縫合帶位于襄樊-廣濟斷裂以北約20km；東側與揚子地塊間深部構造轉換帶位于郯廬斷裂帶之下。大別造山帶東段腹地的莫霍面存在顯著下凹，深部構造不完整，加之與周邊地塊間存在明顯的深部構造轉換帶，導致其巖石圈力學強度較弱。

(2)大別造山帶東段以北的肥中斷裂、六安-合肥斷裂和肥西-韓擺渡斷裂對其下方地殼中上部密度結構的影響明顯，對中下地殼密度結構影響不明顯。大別造山帶東段內部青山-曉天斷裂也對地殼中上部密度結構有影響，并在該深度被落兒嶺-土地嶺斷裂切穿，落兒嶺-土地嶺斷裂對地殼中上部密度結構的影響向N穿越梅山-龍河口斷裂，到達肥西-韓擺渡斷裂前緣。有一定的切割深度，并與區內2條主要斷裂交會，是落兒嶺-土地嶺斷裂成為區內控震斷裂的重要構造條件。

(3)大別造山帶東段地震集中分布區在深部構造上位于造山帶與華北地塊間的深部構造縫合帶之上。在淺部構造上，地震集中分布區位于2條中上地殼斷裂交會處。地震集中分布區同時也是淺部重力異常指示的密度結構轉換帶，結構較為破碎。在華北地塊和大別造山帶相互作用的動力學背景下，由于大別造山帶東段深、淺部構造均不完整，不利于應力長期積累，趨向于在構造強度較弱的部位頻繁釋放應力。這些因素共同構成大別造山帶東段落兒嶺-土地嶺斷裂和青山-曉天斷裂交會部位小地震活動頻繁的構造和動力學環境。