从青藏高原航磁资料分析尼泊尔8.1级地震构造背景

赖晓玲　孙　译,2

1　中国地震局地球物理勘探中心，郑州市文化路75号，450002 2　中国地震局兰州地震研究所，兰州市东岗西路450号，730000

从青藏高原航磁资料分析尼泊尔8.1级地震构造背景

赖晓玲1孙译1,2

1中国地震局地球物理勘探中心，郑州市文化路75号，450002 2中国地震局兰州地震研究所，兰州市东岗西路450号，730000

摘要：利用小波分析处理青藏高原航磁资料，得到多尺度的航磁异常分布图。一阶小波结果反映地壳浅部的构造特征，在第Ⅰ和第Ⅱ缝合带位置，存在多条明显的北西西向弧形构造，由正负相间的磁异常带组成；在格尔木附近第Ⅳ缝合带位置存在近东西向的负磁异常条带。三阶小波结果反映地壳深部的构造特征，在约84°～91°E存在明显的近南北向的负磁异常条带，是研究区主要的深部构造特征。尼泊尔8.1级地震和3次7级强余震发生在近南北向的负磁异常条带的南端。该位置是近东西向的喜马拉雅构造带和近南北向的深部负磁异常条带的交汇部位。总体来说，青藏高原航磁资料揭示的浅部构造为多条近东西走向的带状构造，而深部构造是以近南北走向为主要特征，复杂的立交构造交汇部位是发生尼泊尔8.1级大地震的深部构造背景。关键词： 青藏高原；航磁异常；小波分析；地震构造

青藏高原是我国现代构造活动和地震活动最强烈的地区，其南缘的喜马拉雅构造带是印度板块与欧亚板块的俯冲、碰撞边界，至今还处于强烈推挤过程中。2015-04-25在尼泊尔(正处于喜马拉雅构造带上)发生8.1级地震，随后又发生3次7级以上的强余震。

磁法勘探是用于资源勘查、火山和地热研究、构造分析等方面的常规地球物理方法[1]，主要应用于资源调查和区域构造研究。小波分析方法在揭示尺度不变性和空间不变性方面有着独特的优点，能够更好地反映磁异常的局部特征，在多种地球物理资料处理中得到广泛应用[2-4]。航磁资料的小波多尺度分析与频率和构造的关系是，一阶小波结果反映较高的频率特征，对应浅部的磁场分布；高阶小波结果反映较低的频率特征，对应深部的磁场分布。

本文利用小波多尺度分析处理青藏高原航磁资料，获得研究区深部和浅部的磁异常分布图，并结合研究区主要构造和强震分布进行分析，研究尼泊尔8.1级地震和3次7级强余震的深部构造背景。

1研究区地质构造背景和地震活动

青藏高原地质构造已有许多论述，其基本构造框架如下：青藏高原由6个地块相继增生构成，地块被5条缝合带所分隔[5]，并且在高原内部又发育大量的南北向裂谷，因此具有多条窄长构造带与地块相间排列依次拼接组合的特点。图1为青藏高原构造简图，5条缝合带从南向北依次为雅鲁藏布江缝合带(Ⅰ)、班公湖-怒江缝合带(Ⅱ)、金沙江缝合带(Ⅲ)、东昆仑缝合带(Ⅳ)、西昆仑-祁连山缝合带(Ⅴ)。6个地块从南向北依次为喜马拉雅地块、拉萨地块、羌塘地块、巴颜喀拉地块、昆仑地块、塔里木地块。高原构造和岩浆活动由北向南逐渐变新的事实表明，青藏高原地块的拼合是从北向南依次进行，青藏高原是由欧亚大陆不断向南增生。在挤压背景作用下，青藏高原发育了大量的伸展构造型裂谷[6]，分为南北向裂谷、北东向裂谷和近东西向裂谷。南北向裂谷主要集中分布在高喜马拉雅北坡与班公湖-怒江缝合带之间；北东向裂谷主要发育在羌塘地块；近东西向裂谷主要分布在几条近东西向断裂带内。

图1　青藏高原构造简图Fig.1　The Qinghai-Tibet plateau structure diagram

青藏高原是地震活动非常强烈的地区，不但地震强度大、频次高，而且活动规律强，反映了区域构造活动的特征。图2是青藏高原地形和6级以上强震分布。可以看出，6～7级强震沿弧形构造，呈带状分布，青藏高原南部比北部地震活动频度高。研究区有6次8级以上大地震(图中实心圆)，大多数分布在青藏高原南部，品红色实心圆是2015-04-25尼泊尔8.1级地震。8级大震的主要分布特征是：在88°E附近，沿着北北东方向排列。

图2　青藏高原地形和6级以上强震分布Fig.2　The topography map of Qinghai-Tibet plateau and the distribution of strong earthquakes over M6.0

2航磁资料处理和解释

1999年在青藏高原的中西部地区进行了1∶100万航磁概查，取得青藏高原面积覆盖迄今最完整的基础地球物理资料。近几年，青藏高原航磁资料已被解释分析和处理，获得了一些研究成果[7-10]。

本文资料采用的是1998-09～1999-04中国国土资源航空物探遥感中心在青藏高原进行1∶100万航磁概查获得的航磁ΔT异常图。首先对航磁ΔT异常图进行数字化处理，得到网格化的数据。图3给出了网格化的航磁ΔT异常分布，研究区范围是78.5°～101°E，27.8°～38.5°N，网格化数据为100×56数组，大约20 km一个采样点。从图中可以看出， 青藏高原内部具有低弱的区域磁场背景，与周围区域的正磁异常有明显差异。研究区的西北角为塔里木地块，显示出鲜明的正磁异常特征。在青藏高原低弱的区域磁场背景上分布有几条近东西向的磁异常带，将高原从南到北分割为几个次级构造单元。

对照图1的地质构造缝合带特征对图3航磁异常特征进行分析。南部的雅鲁藏布江一带为大规模的正磁异常带，东西长达1 400 km ,一般强度为200～300 nT。该异常的分布与已出露和隐伏的蛇绿岩带的分布较为吻合。蛇绿岩带是陆陆碰撞遗留的洋壳残体，反映了缝合带的存在。在32°N附近的班公湖-怒江一带，自西向东由一系列串珠状局部异常组成断续的航磁异常带，异常幅值约为100～300 nT，东西长约1 200 km。沿该磁异常带，蛇绿岩带的分布较为广泛。据人工地震研究，班公湖-怒江断裂为深断裂，莫霍界面有错断，南侧深73～74 km，北侧深65～70 km。在高原北部的拉竹龙向东，大致沿金沙江断裂带有一条近东西向的磁异常带，西段呈串珠状异常，东段为线状并向东南方向展布在甘孜附近。在格尔木南侧附近，沿东西向有一条串珠状磁异常带，反映了东昆仑缝合带的位置。该带西段部分为线状，并且逐渐向西南方向展布，位于拉竹龙的北侧。

图3　青藏高原航磁ΔT异常图Fig.3　Aeromagnetic anomaly ΔT map of the Qinghai-Tibet plateau

小波分析方法在多种地球物理资料处理中已经得到广泛应用[2-4]。可以利用多尺度的二维小波分析处理航磁资料，分离地壳不同深度的磁场特征。

对青藏高原航磁ΔT数据进行二维小波变换处理，利用MATLAB的小波函数编写程序，选择双正交样条小波函数。双正交样条小波具有对称性好、光滑性好、重建信号畸变小的特点，广泛应用于信号处理和图像处理。二维小波变换可以逐层分解为近似分量和细节分量，然后利用重构函数得到某一层的分解信号。数据处理步骤是：输入网格化数据，进行4阶的小波分析和分层重构，得到1～4阶的二维小波结果。本文给出一阶和三阶小波分析结果，分别反映高原浅部和深部的磁异常特征。

图4为青藏高原航磁ΔT数据一阶小波分析结果，它反映了青藏高原浅部磁异常特征。从图中可以看出，一阶小波分析比原始的航磁ΔT异常图能够更清晰地反映出几条近东西向的构造带状特征，并且正负磁异常带块的特征也更清晰。南部的雅鲁藏布江一带大规模的正磁异常带，沿着曲松转为向北延伸。在以东西向为主要构造特征的背景中也可看出，在88°E附近有一条近南北向的负磁异常带。

图4　一阶小波分析结果Fig.4　The results of the first order wavelet analysis

图5为三阶小波分析结果，它反映了青藏高原深部磁异常特征。从图中可以看出，与浅部的东西向构造不同，深部磁异常明显为近南北构造走向。在88°E附近的一条北北东向的负磁异常带贯穿高原，横跨上述几条众所周知的构造缝合带，宽度约为84°～91°。该负磁异常带的极值区均分布在几条构造缝合带上，南段异常极值区位于雅鲁藏布江缝合带(Ⅰ)和班公湖-怒江缝合带(Ⅱ)上。高原的南北向和北东向裂谷较为集中，分布在申扎周围区域。北段异常极值区位于金沙江缝合带(Ⅲ)和东昆仑缝合带(Ⅳ)上。

图5　三阶小波分析结果Fig.5　The results of the third order wavelet analysis

对照研究区地震分布图可以看出，几个8级大震的主要分布特征是：沿北北东方向排列，与深部负磁异常带位置一致。加德满都位于研究区的南边界附近，尼泊尔8.1级地震震中位于加德满都西北70 km，位于负磁异常带的南端。

3结语

青藏高原航磁资料反映的主要特征为：南部的雅鲁藏布江一带为大规模的正磁异常带，东西长达1 400 km ,一般强度为200～300 nT；班公湖-怒江一带自西向东由一系列串珠状局部异常组成断续的航磁异常带，异常幅值约为100～300 nT，东西长约1 200 km；在高原北部沿金沙江断裂带，有一条近东西向的磁异常带，西段呈串珠状异常，东段为线状并向东南方向展布；在东昆仑缝合带位置，沿东西向有一条串珠状磁异常带。

利用二维小波分析处理了青藏高原航磁资料网格化数据，得到多尺度的航磁异常分布图。一阶小波分析结果反映了地壳浅部的构造特征，是以多条近东西向带状构造为主，并与青藏高原几条缝合带位置对应。最南部的近东西向正磁异常带是雅鲁藏布江缝合带，是磁场强度大、延伸长的异常带[8]。地质上发现了一系列磁性强度大的蛇绿岩体，并且有很好的连续性。蛇绿岩是印度板块与欧亚板块碰撞的产物。

三阶小波分析结果反映了地壳深部的构造特征，最突出的是北北东方向的负磁异常带。深部负磁异常带是由弱磁性基底组成的塑性块体，它的形成与热作用有密切关系[9]。由于印度板块持续向北挤压, 初期的挤压造成了各地块南北方向缩短而东西方向拉长, 而当这种挤压使南北方向无法进一步缩短时, 可能会造成深部沿北北东方向的张裂或形成深部层间剪切带。深部热流沿构造通道上升, 使局部岩浆熔融，导致磁性层底部消磁。同时，深部热流作用也加快了青藏高原隆升的幅度。

对照研究区地震分布图可以看出，几次8级大震的主要分布特征是：沿着84°～91°E的北北东方向排列，与深部负磁异常带位置一致。反映了深部负磁异常带和强震活动受印度板块与欧亚板块碰撞的统一力源和方向的控制。同时，负磁异常带强震活动频繁的原因还与深部热流上升引起的构造活动密切相关。

尼泊尔8.1级地震和3次7级强余震发生在近南北向的负磁异常条带的南端。该位置是近东西向的喜马拉雅构造带和近南北向的深部负磁异常条带的交汇部位。

青藏高原航磁资料反演的居里面形态表明[7]，青藏高原南部居里面深度一般为20～23 km。在居里面以下地壳温度较高, 岩石塑性较强, 难以发生脆性破裂。青藏高原人工地震剖面资料结果显示[11]，在青藏高原南部地区地壳中普遍存在着一个低速层，平均深度为20 km，厚度为5 km。尼泊尔8.1级地震震源深度为20 km，居里面形态和低速层与构造地震的孕育和发生密切相关。“尼泊尔-西藏”宽频地震观测剖面的接收函数结果揭示,横过喜马拉雅由南向北莫霍面深度从45 km 逐渐加深到75 km。根据中法合作完成的扇形地震剖面,雅鲁藏布江缝合带下莫霍面错断了20 km[12]。

从磁异常获得的浅部近东西向的喜马拉雅构造带与深部近南北走向的构造交汇部位以及地震剖面获得的高原南部地壳中的低速层和莫霍面错断，深部热流上升，这些构造特征是尼泊尔8.1级大地震和多次7级强余震的深部构造背景。

尼泊尔8.1级地震是21世纪发生在陆地的第5次“8级大地震”。前4次分别是2001年中国昆仑山西口8.1级地震、2005年智利8.1级地震、2008年中国汶川8.0级地震及2010年智利8.8级地震。其中的2次8级大震发生在中国，并且都是发生在青藏高原及周缘，反映了该区域可能进入地震活动活跃时期。建议加强青藏高原及周缘深部探测研究和地震监测，为认识强震发生机理和减灾防灾提供重要依据。

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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

第一作者简介：赖晓玲，研究员，主要从事综合地球物理研究, E-mail: lxling04@163.com。

DOI：10.14075/j.jgg.2016.07.008

文章编号：1671-5942(2016)07-0595-05

中图分类号：P315.2

文献标识码：A

项目来源：国家自然科学基金(41374099，41074069)。