川滇及邻区布格重力异常与地壳密度结构研究进展

申宇彤，杨光亮，谈洪波，王嘉沛，张明辉，申重阳

中国地震局地震研究所，武汉 430071

0 引 言

布格重力异常是由地球内部不同深度和不同尺度场源位场的叠加造成的，主要反映地壳密度结构与正常地壳密度之间的差异性分布，与地壳的长期动力运动和变形密切相关. 重力探测是一种有效的、广泛应用的地球物理勘探手段，它可通过高精度地表重力测量（绝对控制下的相对重力联测和三维坐标测量、地形测量等）或空间观测（航空、卫星）获取自由空气重力异常和布格重力异常，进而模拟和反演研究地下物质密度的空间分布特征，推估地壳内部的地质构造展布、介质变形和均衡状态，可为探测区域壳幔三维结构模型建立、地震孕育发生的深部三维构造环境研究和重力场动态变化的解释提供背景参考（申重阳等，2015；杨光亮等，2015；谈洪波等，2017）.

川滇及邻区位于特提斯—喜马拉雅构造域东段与滨太平洋构造域的过渡区，主体属青藏高原东缘中生代增生—挤出—移置复合地体—川滇缅印支挤出地群体，为青藏高原和扬子地台之间的构造过渡带，是印度—亚洲大陆挤压碰撞或会聚导致青藏高原东流物质侧向挤出往东南逃逸的主要场所（Tapponnier and Molnar, 1976; Tapponnier et al,1982; 邓起东, 2002; 邓起东等, 2002; 许志琴等,2011），其地质构造与深部过程十分复杂、强烈地震十分活跃（张培震，1999；高原等，2020），属中国著名的南北地震带中、南段，为中国地震科学实验的主要场所（吴忠良等，2021）. 有历史记载以来，川滇及邻区发生过不少于32次7级以上的地震（孙尧等，2014），如：2008年汶川MS8.0、2010年玉树MS7.1、2013年芦山MS7.0、2017年九寨沟MS7.0等.

为深入了解强震孕育发生的深部环境、认识大震发震构造条件，众学者在川滇及其邻区开展了大量地球物理深部探测工作，如人工深地震剖面探测（熊绍柏等，1986；崔作舟等，1987；王椿镛等，2003a，2003b；白志明等，2004；张忠杰等，2005；张智等，2007；嘉世旭等，2014；王夫运等，2014；王帅军等，2015a，2015b；徐涛等，2015）、天然地震的速度层析成像（丁志峰等, 1999; Wang et al.,2003; 吴建平等, 2006; 张晓曼等, 2011）、重力探测（朱思林等，1994）和电磁探测（王绪本等, 2009,2017; Zhao et al., 2010）等，对区域深部结构有了丰富的认识. 但是不同探测方法因不同物性角度，往往存在一定局限性和非唯一性，例如：人工地震测深方法虽然可以对界面顶面做出清晰的反射，但是却难以确定界面底面的具体形状；加之使用上述不同方法所得到的结果之间有时存在明显差异，例如用重力资料反演的莫霍面深度在攀西地区有明显隆起，但分别从渡口和西昌穿过攀西地区的两条深地震测深剖面（熊绍柏等，1986；崔作舟等，1987）却都显示攀西地区的莫霍面隆起很小. 利用重力探测手段可以从物质密度角度获得地下浅部到深层的丰富构造信息，与人工地震等其他地球物理资料相互验证，可获得更为准确、精细的地壳构造结果.2008年汶川8.0级地震后，中国地震局开始组织多学科联合攻关——地震科学台阵探测和大震科学考察，其中重力探测研究工作取得了令人瞩目的结果，为此本文试图通过总结十多年的重力探测研究工作进展，为进一步深化地震孕育发生构造环境的认识提供参考.

1 2010年以来川滇及邻区主要重力探测剖面

重力探测通过高精度、小间距、跨断层观测地表重力异常来反演研究地下物质的密度分布特征，并以此来推断地壳内部地质构造展布和介质变形状态（杨光亮等，2015）. 为深入了解川滇及其邻区强震孕育的发生环境、认识大震发震的构造条件，中国地震局地震研究所联合中国地震局地球物理研究所、中国科学院测量与地球物理研究所在青藏高原东南缘开展了多条重力剖面探测研究. 主要利用中国地震局行业专项“中国地震科学台阵探测—南北地震带南段（也称喜马拉雅台阵计划I期）”，以及玉树MS7.1、芦山MS7.0和鲁甸MS6.5等地震科考项目，克服地形、道路和气候等艰苦条件，跨越典型震源区和大型块体边界，采用高精度重力与GNSS联合测量方式获取了8条剖面（总长2 810 km，总测点1 388个，参考表1）的高质量重力观测资料，为川滇及邻区地壳深浅结构与块体动力学、大震构造环境研究与震源识别提供了可靠数据基础（图1）.

图1 川滇及邻区地形与重力探测研究剖面分布图Fig. 1 Profile distribution of topography and gravity survey in Sichuan-Yunnan and its adjacent areas

表1 2010年以来中国地震局主要重力探测研究工作Table 1 Main gravity survey research work of China Earthquake Administration since 2010

维西—贵阳剖面地处青藏高原东南缘的关键地段，横跨滇西地块、川滇地块和华南三个一级活动地块，沿线发育着控制破坏性地震的发生的NW向（如金沙江断裂带、维西—巍山断裂带、威宁—水城断裂带）、NE向（如龙潘—乔后断裂带、玉龙雪山东麓断裂带、宁会断裂带）和近SN向（如小江断裂带、安宁河断裂带、永胜—宾川断裂带）三组活动断裂带. 2011年3月至5月中国地震局地震研究所对维西—贵阳剖面进行了实际野外测量，所用仪器包括4台CG5石英弹簧相对重力仪，2台Trimble5700 GPS接收机和1台FG5绝对重力仪. 重力测量采取绝对／基点控制下的相对重力联测，点位经纬度和高程由GPS测定，每点观测时间不少于40 min；测点总数420个，包括基点13个，绝对点4个：贵阳、六盘水、攀枝花和丽江；沿剖面走向点距约2 km、总长度约800 km（申重阳等，2015）.

云县—会东（或临沧—巧家）剖面（石磊等，2015）由西南侧位于三江地区的云县测点至东北端普渡河断裂带附近的会东测点，其中野外测量时由于道路施工问题在祥云到大姚测点间存在一个错断. 由中国地震局地球物理研究所实施测量，全长约453 km，测点距为2.3 km左右，共采集测重力/GPS同址点数为199个。

普洱—昆明（或普洱—七甸）剖面（石磊等，2015），穿越红河断裂带西南部，至东北侧滇中次级块体内的七甸测点，全长约356 km，测点距为1.8 km 左右，共采集重力/GPS同址测点数为195个。

类乌齐—玉树—玛多重力剖面（杨光亮等，2011；玄松柏等，2013）跨越羌塘和巴颜喀拉块体，南起羌塘地块的类乌齐县，途经一系列NWW走向的左旋走滑断裂带，北至玛多县的花石峡镇，该剖面西南段（类乌齐至玉树），地形较为陡峭，高差起伏比较大，北段（玉树至玛多、清水河），地形稍平缓，平均海拔在4 500 m以上. 由中国地震局地震研究所实施测量，重力剖面基本以玉树为中心，沿国道G214（类乌齐—囊谦—玉树—称多—玛多一线）布设，测点平均点距约3 km，相对重力测点总数219个，跨断层方向直线距离约500 km.

金川—芦山—犍为重力剖面（玄松柏等，2015a；杨光亮等，2015）跨越了松潘—甘孜块体、龙门山断裂和华南块体，总体上呈北西—南东向.该剖面地形高差起伏跨度较大，范围为300～5 000 m，芦山西北部毗邻青藏高原，地形陡峭，落差大，构造复杂；芦山东南部深入四川盆地，地形平坦. 由中国地震局地震研究所实施测量，测点平均点距约2.5 km，共采集重力/GPS同址127个有效测点数据.

雅安—洪雅剖面（玄松柏等, 2015a; Xuan et al,2018）呈东西向，西起自雅江以东的新都桥附近，经康定跨越鲜水河断裂和龙门山断裂带南段的汶川—茂县断裂和灌县—安县断裂，东至洪雅，由中国地震局地球物理研究所实施测量，测点平均点距约2.5 km，共采集重力/GPS同址88个有效测点数据，测线全长约240 km.

会理—鲁甸—昭通剖面（杨光亮等，2014；谈洪波等，2017）呈NE-SW向分布，穿越安宁河断裂、普渡河断裂、小江断裂、昭通—鲁甸断裂等.该剖面由中国地震局地震研究所实施测量，点距为500 m至2 km，在小江断裂带附近时点距较小（500 m），远离断裂带时点距较大（2 km），共采集107个测点的重力/GPS同址观测结果.

舍块—汤丹一会泽剖面（杨光亮等，2014；谈洪波等，2017）在东川北汤丹镇附近穿过小江断裂带，该处小江断裂带由多条次级断裂组成，由中国地震局地震研究所实施测量，点距500 m至2 km，共采集42个测点的重力/GPS同址观测结果.

对上述8条重力观测数据分别进行预处理（仪器漂移，潮汐、极移等）和绝对控制下的平差计算，得到各测点的重力值，点值精度一般优于30 ×10-8m/s2；同时，利用GNSS观测解算获得各测点位置坐标（经度、纬度和高程），其水平精度一般优于0.15 m，高程精度一般优于0.3 m（申重阳等，2015）.

2 川滇及邻区布格重力异常特征

以往研究一般基于较大比例尺的布格重力异常，反映出川滇及邻区位于我国大陆东、西布格重力异常区的中部过渡带（周姚秀等，1979；殷秀华等，1980）. 这里主要基于最新的全球公开的重力场模型EGM2008、WGM2012等资料和上述重力探测剖面成果，对川滇及邻区的布格重力异常特征进行总结与分析.

2.1 区域布格重力异常

区域布格重力异常主要通过地表测量或全球重力场模型获取. 图2为通过全球最新重力场模型WGM2012（World Gravity Map, 2012）计算出来的川滇地区区域布格重力异常，从图2中可以看出川滇及其邻区的布格重力异常均为负值，整体呈现从东南向西北逐渐降低的分布特征（楼海和王椿镛，2005；钟锴等，2005；陈石等，2014；申重阳等，2015；徐志萍等，2018），反映了由于青藏高原的隆升造成地势由西北向东南逐渐降低，地壳厚度由西北向东南逐渐变薄，地下岩石密度由西北向东南逐渐增大的总趋势. 全区的布格重力异常以北东走向的龙门山—锦屏山巨型重力梯级带为界，分为东西两大区，西部的松潘—甘孜地块、川滇块体北部重力场变化值较低；东部的四川盆地布格重力异常值较高，等值线向西突出，反映出稳定块体的重力场特征；南部的云南地区重力异常变化较为平缓，等值线向SE方向弯曲（石磊等，2015；徐志萍等，2018）.

图2 川滇及其邻区布格重力异常分布Fig. 2 Distribution of Bougue gravity anomalies in Sichuan-Yunnan and its adjacent areas

从细节上来看，西北角小金河断裂带及其以北呈现低值异常，重力异常等值线走向与断裂带一致，以北西向宽缓梯度带为主；则木河断裂带和小江断裂带以东，重力异常等值线呈向东弧形突起、宽缓梯级带，走向由北部的东南向逐步转到南部的西南向，反映了四川盆地和康滇地轴（或攀西裂谷）联合阻挡作用下青藏高原侧向东流物质向贵州高原运移的态势；小江断裂带附近呈现较低的布格异常值；夹于小江断裂带与红河断裂带之间部分（属菱形块体），即西昌—攀枝花—楚雄等地，呈现较高的局部重力异常（申重阳等，2015；谈洪波等，2017）.

2.2 剖面布格重力异常

剖面布格重力异常计算沿用国际惯例，以WGS84高程坐标系统为基准，对观测测点的重力值进行布格改正（高度改正、地形改正和中间层改正）得到测点的布格重力异常. 图3a～3h是根据上述8条重力测线绘制的布格重力异常与高程图，从图中可以看出各剖面的布格重力异常的总体特征.

图3 重力剖面布格重力异常与高程曲线图. （a）维西—贵阳剖面；（b）会理—鲁甸—昭通剖面；（c）舍块—汤丹—会泽剖面；（d）金川—芦山—犍为剖面；（e）雅江—洪雅剖面；（f）云县—会东剖面；（g）普洱—七甸剖面；（h）类乌齐—玉树—花石峡剖面Fig. 3 Gravity profile Bouguer gravity anomaly and elevation curve. （a） Weixi-Guiyang profile; （b） Huili-Ludian-Zhaotong profile;（c） Shekuan-Tangdan-Huize profile; （d） Jinchuan-Lushan-Qianwei profile; （e） Yajiang-Hongya profile; （f） Yunxian-Huidong profile; （g） Puer-Qidian profile; （h） Leiwuqi-Yushu-HuashiXia profile

维西—贵阳剖面的布格重力异常（图3a）很好地消除了地形的影响，重力异常的变化范围约为（-345～-159）mGal，整体变化趋势呈斜“N”形，自西往东呈现上升—下降—上升的趋势，且重力水平梯度平均值差异较大，重力异常最小值处于小江断裂带附近.

图3 （续图）Fig. 3 （Continued）

会理—鲁甸—昭通剖面的布格重力异常（图3b）变化范围为（-278～-197）mGal，关河乡附近布格异常最大约-197 mGal，往东近直线下降，在巧家县的普渡河、小江断裂带出现最低值. 该剖面跨越的主要断裂带附近均能看到布格重力异常的梯度变化，其中安宁河断裂带西侧重力异常梯度最大，包谷垴—小河断裂最小.

舍块—汤丹—会泽剖面的布格重力异常变化（图3c）范围是（-281～-254）mGal. 在小江断裂带过渡区出现局部低值，两侧存在梯度变化，东川西侧变化梯度大于东侧变化梯度.

金川—芦山—犍为剖面布格重力异常（图3d）总体上呈现西高东低的趋势，变化范围为（-403～-151） mGal. 根据重力异常的幅差变化可以大致分为金川—达维—宝兴段、宝兴—芦山—雅安—洪雅段和洪雅—乐山—犍为段3段.

雅江—洪雅剖面的布格重力异常（图3e）总体上均呈现西高东低的趋势，剖面布格重力异常的变化范围在（-422～-190）mGal之间，在鲜水河断裂东侧布格重力异常呈近直线增大.

云县—会东（或临沧—巧家）剖面的布格重力异常（图3f）变化幅度在（-180～-280）mGal之间，布格重力异常沿红河断裂带具有明显的分段特征，红河断裂带以西布格重力异常变化较小，表明澜沧江断裂带两侧地壳密度结构差异不大.

普洱—昆明（或普洱—七甸）剖面的布格重力异常（图3g）在（-150～-230）mGal左右变化，异常总体变化比较平缓. 其中异常最突出的特征是红河断裂带两侧存在的显著异常变化，变化幅度达40 mGal，与该处剧烈的地形起伏密切相关.

类乌齐—玉树—花石峡剖面的布格重力异常变化（图3h）范围在（-467～-521）mGal左右，异常变化的基本特征为东北高西南低，西南段类乌齐—囊谦—玉树段的重力变化梯度较大，东北段重力变化则较为平缓.

总的来说，剖面重力异常整体由西往东呈现一个中间低两边高的特征，其中维西—贵阳剖面、会理—鲁甸—昭通剖面和舍块—汤丹—会泽剖面在经过小江断裂带时重力异常有明显的下降，金川—芦山—犍为和雅江—雅安—洪雅剖面横跨四川盆地和青藏高原东南缘，整体呈现东高西低的态势. 与EGM2008、WGM2012等较大比例尺结果相比，发现剖面布格异常陡变区或梯度带与主要断裂构造位置、强震震中基本吻合，但剖面细节更为丰富.

2.3 重力异常信号的分离特征

区域布格重力异常是地下不同波数密度体效应的叠加反映，不同波数的重力异常信号的构造物理意义具有明显不同. 对重力异常信息进行有效分离可以获得不同尺度和深度的重力异常信息，利用优化滤波、小波多尺度分解归一化总梯度、相关成像等多种信号分析方法，能够较好地认识川滇及其邻区布格重力异常特征.

Guo和Meng（2013）针对国际上常用频率域异常分离技术存在削弱有效信号、异常分离不彻底的关键问题，在前人优选延拓技术基础上，研发了基于格林等效层概念和维纳滤波原理的频率域优化滤波技术，该方法在压制干扰信号的同时尽可能地保留有效信号并增强深部弱信号，实现重力异常精细低通、带通和高通滤波，促使异常分离相对彻底. 经模型试验和芦山震区应用表明优化滤波法比传统算法（带通滤波法、传统向上延拓法、熵滤波法、非线性滤波法等）效果更好（石磊等，2013）.

玄松柏等（2015a）对庐山—康定地区的布格重力异常进行二维离散小波变换，发现沿龙门山断裂至芦山—康定地区至石棉附近，下地壳具有相似的物性结构，推测可能是高温高压致使下地壳物质部分熔融，在上覆岩石的重力荷载下发生流动的结果；Xuan等（2016）基于川滇块体及邻区重力异常，利用离散小波变换（DWT）方法，分离获得研究区区域异常和不同尺度的局部异常. 其中四阶小波细节呈现正负相间北东向弧状分布，揭示了欧亚—印度板块汇聚作用下，青藏高原在东南缘挤出过程中留下的痕迹，将这些异常连接起来，反映出川滇块体的顺时针旋转是青藏高原岩石圈侧向挤出和缅甸地块俯冲的共同作用的结果. 鲁甸震区区域布格重力异常离散小波变换结果（谈洪波等，2017）表明：莲峰断裂与昭通-鲁甸断裂之间布格重力异常呈现SW-NE向的“高-低-高”型异常特征，鲁甸主震及余震均分布于低值带内，反映出青藏高原物质东流沿包谷垴—小河一带（低异常条带）向SE推进，至昭通鲁甸断裂受阻，能量积累到一定程度后发震；第5阶小波细节显示鲁甸震中处于正异常区，预示着地幔物质的侵入，地幔隆升产生地壳引张力和印度板块推挤产生的压扭力是鲁甸地震震源拉张和走滑的动力来源.

布格重力异常归一化总梯度（NFG）是利用布格重力异常场中的特征点来探测并估计引起重力异常的场源体位置的方法（Dondurur, 2005; 玄松柏等, 2015a）. 玄松柏等（2013）计算了类乌齐—玉树—玛多剖面的布格重力异常归一化总梯度（NFG），发现重力归一化总梯度特征与主要断裂分布具有较好的对应关系. 玄松柏等（2015a）利用实测综合剖面布格重力异常重力异常归一化总梯度（NFG），得到了金川—雅安—犍为和雅江—洪雅两条剖面的归一化总梯度图像，金川—雅安—犍为剖面的归一化总梯度图像显示在龙门山地区30 km往上的深度具有较高的梯度值，说明龙门山上、中地壳质量密度分布较为不均，体现了深浅部变形的差异性；而在雅江—洪雅剖面的归一化总梯度图像中，鲜水河断裂至龙门山地区上地壳（10 km往上）归一化总梯度场分布较为复杂，揭示了该地区地壳较为破碎、结构复杂的现象. 会理—鲁甸—昭通剖面（谈洪波等，2017）布格重力异常归一化总梯度图像显示鲁甸震区地震活动可能与小江断裂带“东迁”作用有关：“变形”显著且E倾的小江断裂带为区域控制性断裂，鲁甸震源底部存在稳定的局部“不变体”，稳定的密度不变体对此次地震破裂具有限制作用，是导致震源新生破裂规模有限且切割较浅的原因；与鲜水河-小江断裂系相比，昭通-鲁甸断裂孕震能力明显偏弱，最大发震能力应在7级左右. Xuan等（2018）基于穿过川滇菱形块体边界的5条高精度重力剖面的布格重力异常资料，采用归一化总梯度方法，分析研究沿剖面地壳异常体的分布特征，结果发现鲜水河断裂下存在一个向东倾斜的异常体，表明地壳向东移动；在小江断裂附近，两个异常体随深度的增加向西倾斜，推测北侧为自西向东运动，南侧为自东向西运动；红河断裂东北侧和西南侧的异常体揭示地壳运动方向是由东北向西南，再一次揭示了川滇块体地壳形变具有顺时针旋转的特征（图4）. 石磊等（2015）采用优化滤波法对攀西地区地壳重力异常进行分离处理，提取视深度层为35～45 km的下地壳重力异常，发现攀西地区下地壳重力异常总的变化趋势是由南东至北西逐渐减小，松潘—甘孜地块重力异常值最小为-60 mGal，而攀西地区的攀枝花附近重力异常值最大为80 mGal，相对变化达到140 mGal，红河断裂带西北段两侧重力异常差异较大，而东南段两侧异常基本一致，推测红河断裂带西北段地震活动性强，东南段地震活动性较弱的原因可能与这一构造差异有关（王夫运等，2014；石磊等，2015）.

图4 青藏高原东南缘顺时针旋转的重力证据示意图（修改自Xuan et al., 2018）Fig. 4 Evidence of clockwise rotation of gravity in the southeastern margin of the Tibetan Plateau （modified from Xuan et al., 2018）

3 川滇地区的地下密度界面结构特征

3.1 地下密度界面反演方法

地下密度界面是地球内部物理的基本属性之一，研究密度界面的起伏形态和深度变化对于深部构造环境和资源勘探具有重要意义. 根据已知的重力异常计算密度界面起伏的方法概括起来可以分为两大类，即空间域反演方法和波数域反演方法. 空间域反演方法的主要思想是将密度界面离散为单个点，利用重力异常与每个点物性与深度的数值关系求取单点深度，从而得到界面的深度，比较典型的方法有直接迭代法、压缩质面法和非线性反演方法（冯娟等，2014）. 空间域算法虽然研究成果众多，但是由于大部分空间域计算方法的数据为组合模型，还要进行多次迭代计算，因此该方法具有耗时较长，内存占用较大等缺陷. 由此波数域反演方法于1970年代被引入，Parker（1972）首先提出了波数域位场变换的理论公式，Oldenburg（1974）在此基础上提出了密度界面频率域迭代反演法.为了进一步提高反演精度，国内不少学者对Parker-Oldenburg方法进行了改进与完善（冯锐等，1986；王石任等，1992；张会战等，2006；肖鹏飞等，2007）.

3.2 川滇地区地下密度界面反演结果

杨光亮等（2011, 2012）利用人机交互反演联合重力和地震反射资料给出了类乌齐—玉树—玛多剖面剖面地壳分层密度结构，结果显示甘孜—玉树断裂带两侧的莫霍面差异约10 km（Yang et al.,2011, 2012）. 玄松柏等（2013）利用压缩质面法反演了类乌齐—玉树—玛多莫霍界面和上地壳底面两个密度界面起伏分布，发现羌塘块体地壳厚度大于巴颜喀拉块体，羌塘块体下地壳存在较大尺度的低密度体，巴颜喀拉地块清水河一带上地壳底面下伏低密度异常体. 陈石等（2014）采用Crust1.0地壳结构模型和最新莫霍面深度模型联合约束，反演得到了鲁甸震区的三维密度结构特征，发现震源区南北两侧的块体受到了昭通断裂不同程度上的阻隔，这种差异性阻挡模式可能与本次发震机理存在一定联系. 杨光亮等（2014）利用鲁甸震区的3条“工”字形剖面的重力与GPS观测数据，获得了沿剖面剩余密度相关成像和地壳密度分层结构. 密度相关成像显示小江断裂带壳内物质密度低于两侧，且东侧低于西侧，昭通—鲁甸等断裂带浅层密度体呈正负交迭，暗示地壳稳定性低；地壳密度分层结构显示会理—鲁甸—昭通、攀枝花—蒙姑—大井和舍块—汤丹—会泽三条剖面的地壳分层结构大致分为上、中、下三层，地壳密度在横向上均存在分布不均的现象，莫霍面以小江断裂带为中心向上抬升，其最大深度自北向南从50 km抬升至41 km，反映了小江断裂带在区域地质构造中的地位：川滇块体与华南块体的分界线. 杨光亮等（2015）、玄松柏等（2015a）分别采用剩余密度相关成像、归一化总梯度成像和基于地震速度结构约束的密度结构正反演研究，揭示了芦山MS7.0发震构造深浅构造差异性特征，芦山地震的发生与莫霍面的陡变、上地壳下伏低密度带（滑脱面）及松潘—甘孜块体低密度（隆起与均衡作用）与四川盆地高密度（刚性阻挡）的相互作用有关（图5）.

图5 金川—芦山—犍为剖面密度分层结构（杨光亮等，2015）Fig. 5 Density stratification structure of Jinchuan-Lushan-Qianwei profile （Yang et al., 2015）

申重阳等（2015）利用Paker-Oldenburg波数域重震联合反演法结合基于任意空间体水平面元剖分、具有人机交互功能的选择法反演获得了维西—贵阳剖面的地壳密度结构分布特征，发现地壳可分为上、中、下三层，层厚分别为20 km、35 km和51 km（图6），地壳厚度西深东浅，可能是东构造结的侧向挤压所致；华坪—攀枝花附近的莫霍面隆起和上地壳高密度体的存在暗示上地幔往上底侵作用，对青藏高原物质向南东逃逸和东构造结的侧向挤压均起到一定阻挡作用；中地壳下伏有限低密度薄层有利于其上物质的南东逃逸和顺时针旋转，有利于其下物质受喜马拉雅东构造结作用下往东向运移.

图6 维西—贵阳剖面选择法重力拟合与反演结果（申重阳等，2015）Fig. 6 Gravity fitting and inversion results of Weixi-Guiyang profile selection method （Shen et al., 2015）

石磊等（2015）利用野外高精度重力观测数据，构建了云县—会东和普洱—七甸两条剖面的二维地壳密度结构. 结果显示云县—会东剖面的大姚—会东段重力高异常不是因莫霍面隆起，而是地壳底部存在着密度较高的壳幔过渡层. 红河断裂带西侧平均密度明显低于东侧，而普洱—七甸剖面两侧密度结构比较一致，这一南北向结构差异，显示出断裂带沿走向的构造变化，推测与其西北段地震发生频度较高、东南段地震鲜有发生且震源深度较浅的地震活动分布情况有关. Shi等（2015）推导了基于抛物线变密度模型的波数域三维界面正反演算法，并计算了青藏高原东南缘新的莫霍面深度分布，与接收函数结果对比显示变密度结果明显优于常密度模型；莫霍面在攀西地区并无明显隆升，与深地震测深研究结果一致. 汪健等（2014）利用Parker-Oldenburg迭代反演算法分别在常密度模型和变密度模型下对该地区莫霍面进行反演研究，发现变密度和常密度模型下反演结果的形态特征基本一致，变密度模型反演结果更为精细.

利用上述维西—贵阳、云县—会东和普洱—七甸剖面结果，并补充镇康—罗平剖面成果，大体可以构绘出南北地震带南段的地壳密度结构基本特征（图7）：地壳可分为三层结构，具有近水平分层特征；地壳厚度北厚南浅、西厚东浅，厚度变化范围约为35～42 km；攀西裂谷存在莫霍面局部隆起.

图7 南北地震带南段地壳密度基本结构示意图Fig. 7 Schematic diagram of crustal density in southern section of North-South seismic belt

4 结 论

位于青藏高原东南缘的川滇及其邻区，新生代以来受到青藏高原东流物质的挤出和华南地体的阻挡，发育了一系列大型走滑断裂带（如鲜水河—安宁河—小江断裂带、金沙江—红河断裂带）和倾滑断裂带（如龙门山断裂带、丽江—小金河断裂带），地壳构造与地震活动强烈，形成了独特的复杂的地质构造背景. 前面主要介绍了近十年来川滇及邻区的重力探测研究工作，可以看出，这些工作进一步细化了不同块体、典型震源区重力异常场特征，并选择适用的重力位场理论与方法（如：优化滤波法、小波多尺度分解、归一化总梯度分析、选择反演法等），给出了区域地壳密度分层的基本框架，取得了一些与强震孕育构造环境与震源特征的新认识，其主要成果或进展如下：

（1）从区域布格异常场的特征上来看，异常的最小值位于西北位置，异常呈现一个西北向东南逐渐增加的趋势，与该地区的莫霍面起伏相一致（陈石等，2014）. 从局部布格异常的特征来看，控制区域地震活动的小江断裂、安宁河断裂、红河断裂、甘孜—玉树断裂和则木河断裂等与重力异常的低值区对应良好，且断裂两侧往往梯度变化较大，反映出断裂带壳内物质密度分布不均的特征.

（2）研究区域地壳大致可分为上、中、下三层，密度在横向上分布不均，且大型断裂构造壳内物质密度总是低于两侧，说明了断裂带附近地壳稳定性较低，物质结构较为破碎. 例如作为青藏高原东南缘重要的构造分界线的红河断裂和作为川滇块体与华南块体分界线的小江断裂带其密度结构和莫霍面分布形态均存在较大差异.

（3）垂直于龙门山断裂带南段的金川—犍为剖面深部推覆构造体前端切割较浅、后端逐步变深至中地壳，说明松潘—甘孜块体在深约10～30 km之间存在滑脱构造，在青藏高原东向挤出和四川盆地的阻挡作用下，造成深、浅部构造差异性运动，形成逆冲推覆的龙门山构造带；鲜水河断裂带的归一化梯度东倾高值区在上地壳延伸至龙门山断裂带前缘，且逐渐近垂直向下伸入上地幔，反映了两大断裂带交汇区域变形作用较强.

（4）芦山MS7.0地震的发生与莫霍面的陡变、上地壳下伏低密度带（滑脱面）及松潘—甘孜块体低密度（隆起与均衡作用）与四川盆地高密度（刚性阻挡）的相互作用有关；鲁甸主震及余震也均分布于布格重力异常低值带内，震区内地震活动可能与小江断裂带“东迁”作用有关，“变形”显著且E倾的小江断裂带为区域控制性断裂；种种现象皆指示了在断裂构造关系复杂且变形强烈、布格重力异常变化差异较大和地壳密度结构差异显著的区域具有较大的发震潜力，特别是安宁河断裂带、鲜水河断裂带和龙门山断裂带应成为地震研究的重点区域.

上述研究只是阶段性成果，仍然存在一些局限与不足之处. 首先是受目前观测技术与地形起伏较大等限制，测点选择及空间分辨存在一定程度的不足，除了开展剖面探测，还应该多开展震源区的多空间层次的立体探测；其次，受目前钻探深度、观测技术、地貌变化等多因素限制，局部地形改正和覆盖层效应考虑不够精细，研究成果对地表浅层效应的解释不充分，需要进一步完善；再者，前述研究结果主要基于重力学独立分析，与构造地质、地震学、大地电磁、地球化学等多学科知识融合尚不够深入，应该注意与多学科交叉. 通过总结可以看出，重力探测技术在地震构造环境评价、地震预测与大陆动力学研究工作中的巨大潜力，上述研究工作为青藏东南缘及邻区地壳结构与块体动力学、强震构造环境的进一步研究奠定了良好基础.

致谢

十分感谢参与中国地震科学台阵探测和地震科考项目野外工作的相关人员.