李 強(qiáng) 趙 旭 蔡晉安 劉瑞豐 趙翠萍

(1)地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)工程研究中心,北京 100036 2)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心,北京 100045

3)中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所,北京 100036)

三峽水庫(kù)庫(kù)首區(qū)地殼深部構(gòu)造環(huán)境與地震成因研究＊

李 強(qiáng)1)趙 旭2)蔡晉安3)劉瑞豐2)趙翠萍3)

(1)地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)工程研究中心,北京 100036 2)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心,北京 100045

3)中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所,北京 100036)

利用地震 P波層析成像結(jié)果和三峽水庫(kù)蓄水前的地震,研究三峽壩址及鄰近區(qū)域的地殼深部構(gòu)造環(huán)境與地震關(guān)系,探討地震成因。結(jié)論如下：三峽地區(qū)蓄水前地震與地殼深部構(gòu)造環(huán)境密切相關(guān),地震基本發(fā)生在地殼深部高速異常構(gòu)造與低速異常構(gòu)造接壤處形成的速度梯度帶上或附近,這表明,速度梯度帶是地殼深部構(gòu)造運(yùn)動(dòng)最活躍的地方,具有隱伏斷裂的特征。三峽地區(qū)在現(xiàn)今區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)作用下,以及受上地幔部分熔融物質(zhì)變形、膨脹、垂直向上的擾動(dòng)場(chǎng)與伸張應(yīng)力和熱應(yīng)力作用,導(dǎo)致地殼中斷裂和隱伏斷裂活動(dòng)或產(chǎn)生新破裂,發(fā)生地震。

三峽水庫(kù)庫(kù)首區(qū);地殼深部構(gòu)造環(huán)境;蓄水;地震成因;隱伏斷裂

1 引言

三峽水庫(kù)蓄水前,三峽地區(qū)時(shí)有地震發(fā)生,如1972年 3月 13日周坪Ms3.3地震,1979年 5月 22日秭歸龍會(huì)觀Ms5.1地震,2001年 12月 13日秭歸ML4.0地震等。前人對(duì)三峽地區(qū)有過(guò)很多研究,一般認(rèn)為[1,2],在現(xiàn)今區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的作用下,地震成因主要與NNW向的仙女山斷裂、NNE向的新華斷裂和九灣溪斷裂、NE向的高橋斷裂和?？跀嗔延嘘P(guān)。也有研究認(rèn)為[3],中強(qiáng)地震與結(jié)晶基底頂層構(gòu)造有關(guān),大多數(shù)的中強(qiáng)地震出現(xiàn)在均衡重力異常正負(fù)值接壤處或均衡重力異常梯度帶變化大的地方。還有研究認(rèn)為[4],秭歸龍會(huì)觀地震發(fā)生在 NE向隱伏斷裂上等。2001年三峽數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)運(yùn)行后, 2001—2003年 5月記錄到三峽地區(qū)很多小地震 (圖1),地震分布沒(méi)有明顯的規(guī)律性,有些地震分布在地表斷裂上或附近,有些地震分布則與斷裂無(wú)關(guān)。由上可知,三峽地區(qū)地震成因是比較復(fù)雜的。作者利用三峽數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)記錄地震資料,采用地震層析成像技術(shù)重建了三峽水庫(kù)壩址及鄰近地區(qū)中上地殼三維速度結(jié)構(gòu)圖像[5],為從地殼深部構(gòu)造的角度研究地震成因創(chuàng)造了條件。本文通過(guò)研究地殼三維速度結(jié)構(gòu)與地震關(guān)系,探討三峽地區(qū)地殼深部構(gòu)造環(huán)境與地震成因問(wèn)題。

2 研究區(qū)構(gòu)造背景與地震活動(dòng)概況

2.1 研究區(qū)構(gòu)造背景

圖 1 三峽地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造與地震分布圖Fig.1 Geotectonic sketch of the Three Gorge area and epicenter distribution for 2001-2003 Mary

將 30.3°N～31.7°N,109.5°E～111.5°E的三峽水庫(kù)庫(kù)首區(qū)作為研究區(qū)域(圖 1)。研究區(qū)域位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)內(nèi),總體上說(shuō)可分為基底構(gòu)造層和蓋層構(gòu)造層兩大部分[6]?；讟?gòu)造層主要由早元古～晚元古代變質(zhì)火山-碎屑巖及侵入期間的巖漿巖組成,黃陵地塊是其出露部分,由巨厚變質(zhì)雜巖和侵入其中的花崗巖、閃長(zhǎng)巖組成,為固結(jié)程度高的結(jié)晶塊體。蓋層構(gòu)造層主要由震旦系-三疊系的碳酸鹽巖、碎屑巖組成。秭歸盆地主要由侏羅系陸相和中上三迭統(tǒng)濱海相碎屑巖組成,砂巖、泥巖、頁(yè)巖等互層,其他地區(qū)主要為碳酸鹽巖廣泛分布。人工地震測(cè)深研究得到[7],研究區(qū)域上地殼由結(jié)晶基底和沉積蓋層組成,底面埋深 11～16.8 km。蓋層底面埋深 0～8.2 km,結(jié)晶基底厚 7.2～14 km,波速 6.0～6.3 km/s,最厚處為黃陵背斜。中地殼底面埋深 24～28.8 km,平均波速 6.25 km/s,推測(cè)為閃長(zhǎng)質(zhì)巖層。中國(guó)東部 NNE向巨型重力梯度帶通過(guò)該區(qū)域[2,8],三斗坪位于重力梯度帶的中央,宜昌-歸州梯度帶寬約 65 km,梯度帶等值線密集,梯度較大,平均梯度為 0.9×10-5ms-2/km。

研究區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的基本特征是以黃陵背斜為核心,周緣為沉積蓋層所環(huán)繞,并被方向不同的斷裂所圍限,較大的區(qū)域性斷裂,有霧渡河斷裂、新華斷裂、高橋斷裂、水田壩斷裂、?？跀嗔选⑾膳綌嗔?、九灣溪斷裂、天陽(yáng)坪斷裂、遠(yuǎn)安斷裂帶等。在興山-巴東地區(qū)有新華、水田壩、牛口、高橋、巴東等斷裂相會(huì)。上述斷裂帶的性質(zhì)均為規(guī)模不大的一般區(qū)域性斷裂,切割的深度不超過(guò)結(jié)晶基底。

2.2 研究區(qū)地震活動(dòng)概況

“九五”期間,三峽總公司在庫(kù)首區(qū)建設(shè)了由 24個(gè)臺(tái)組成的數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng) (圖 1),平均臺(tái)距為 15～20 km。在三斗坪-歸州庫(kù)段,臺(tái)網(wǎng)內(nèi)可定位的震級(jí)下限優(yōu)于ML0.5,震中定位精度可達(dá) 1 km,震源深度測(cè)定精度可達(dá) 2 km;在歸州-巫山庫(kù)段,臺(tái)網(wǎng)內(nèi)可定位的震級(jí)下限優(yōu)于ML0.5,震中定位精度可達(dá) 2 km,震源深度測(cè)定精度可達(dá) 5 km[9]。2001年 1月地震臺(tái)網(wǎng)正式運(yùn)行,到蓄水前的 2003年 5月,臺(tái)網(wǎng)記錄到研究區(qū)域內(nèi)發(fā)生地震 251次。其中M≥4.0地震 1次,4.0＞M ≥3.0地震 4次,3.0＞M≥2.0地震 23次,2.0＞M≥1.0地震 190次,M＜1.0地震33次。另外,三峽地區(qū)兩個(gè)重要地震事件,1979年5月 22日的秭歸龍會(huì)觀地震[10],1972年 3月 13日周坪地震也發(fā)生在研究區(qū)域內(nèi)。我們選用M≥1.0共計(jì) 220次地震作為研究資料。采用雙差定位法[11]對(duì)其進(jìn)行重新定位[12,13],對(duì)那些不能重新定位的地震,則采用三峽數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)的結(jié)果。

3 主要結(jié)果

圖 2 地震、臺(tái)站、射線覆蓋和網(wǎng)格分布圖Fig.2 The distribution of earthquakes,stations,ray coverage and grids

利用三峽地震臺(tái)網(wǎng) 2001—2007年 6月記錄的3 379次地震(圖 2)的到時(shí)資料,采用地震層析成像技術(shù)[14]重建了三峽水庫(kù)壩址及鄰區(qū)中上地殼 P波速度結(jié)構(gòu)[5],得到了 11張不同深度的速度結(jié)構(gòu)圖像,分辨率分析表明,在地震射線覆蓋密集的區(qū)域(圖 2),層析成像結(jié)果分辨率最高。將上述的蓄水前 220次地震,根據(jù)速度圖像的深度,選擇該深度上下 2 km深度范圍內(nèi)的地震,投影到該深度的速度圖像上,得到不同深度速度結(jié)構(gòu)與地震分布圖像。速度分布表示如色標(biāo)所示,以參考速度值為界,紅色代表低速異常,藍(lán)色代表高速異常。地震用圓圈表示,震級(jí)越大圓圈越大。為了解釋方便,在圖像中標(biāo)注了主要地名,用三角形表示,他們分別是三斗坪、廟河、歸州、周坪、興山、巴東、培石和巫山。

由于地震層析成像時(shí),地震臺(tái)站與地震分布等原因,研究區(qū)域的邊緣地區(qū)和 28km深度以下很少有或沒(méi)有射線通過(guò)和地震發(fā)生,所以不對(duì)這部分地區(qū)和 28 km及以下深度進(jìn)行討論,僅對(duì) 2-0～20 km深度 9張速度圖像進(jìn)行討論。由地震臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測(cè)能力和三維速度結(jié)構(gòu)圖像結(jié)果分辨率情況可知,在地震臺(tái)網(wǎng)覆蓋的區(qū)域 (30.7°N～31.3°N,109.9°E～111.1°E)內(nèi)結(jié)果精度最高,作為重點(diǎn)討論的區(qū)域。

圖 3(a)是 2-0km深度速度與地震分布圖像,它反映的是上地殼 0～2 km深度的速度結(jié)構(gòu)特征。相對(duì)于初始速度值 5.4 km/s的擾動(dòng)主要在 -14%～14%之間,對(duì)應(yīng)的速度值為 4.64～6.16 km/s。投影到圖像上的地震震源深度為 0.0～4.0 km。圖像表明：黃陵背斜為高、低速相間分布,南部長(zhǎng)江通過(guò)的區(qū)域?yàn)榈退佼惓?速度值為 4.64～5.1 km/s,其他區(qū)域以高速異常為主,速度值主要為 5.5～6.16 km/s;秭歸盆地以低速異常為主,速度值主要為 5.0～5.35 km/s;長(zhǎng)江和長(zhǎng)江支流及其附近區(qū)域?yàn)榈退佼惓?速度值主要為 4.64～5.37 km/s;巴東-巫山為高、低速異常相間分布。高速異常與低速異常接壤處形成速度梯度帶,地震基本分布在速度梯度帶上或附近。

圖 3(b)是 2+0km深度速度與地震分布圖像,它反映的是上地殼 2～5 km深度的速度結(jié)構(gòu)特征。相對(duì)于初始速度值 5.5 km/s的擾動(dòng)主要在 -15%～12%之間,對(duì)應(yīng)的速度值為 4.67～6.16 km/s。投影到圖像上的地震震源深度為 0.0～4.0 km。圖像表明：黃陵背斜為高速異常,速度值為 5.6～6.16 km/s;黃陵背斜西側(cè)區(qū)域?yàn)?NS走向的低速異常帶,速度值主要在 4.8～5.3 km/s之間,中間被高速異常分隔;歸州-巴東長(zhǎng)江以南區(qū)域以高速異常為主,速度值主要在 5.5～6.0 km/s之間;巴東-巫山長(zhǎng)江南北兩側(cè)區(qū)域以低速異常為主,速度值主要在 4.67～5.4 km/s之間,其中存在高速異常;長(zhǎng)江支流及其附近區(qū)域多為低速異常。高速異常與低速異常接壤處形成速度梯度帶,地震基本分布在速度梯度帶上或附近。

圖 3(c)是 5 km深度速度與地震分布圖像,它反映的是上地殼中部的速度結(jié)構(gòu)特征。相對(duì)于初始速度值 5.65 km/s的擾動(dòng)主要在 -10%～10%之間,對(duì)應(yīng)的速度值在 5.09～6.22 km/s之間。投影到圖像上的地震震源深度在 3.0～7.0 km之間。圖像表明：黃陵背斜為高速異常,速度值主要在 5.9～ 6.2 km/s之間;黃陵背斜與秭歸盆地之間、秭歸盆地、周坪及附近區(qū)域?yàn)镹E走向的條帶狀低速異常,速度值主要在 5.09～5.4 km/s之間;低速異常帶以西區(qū)域,以高速異常為主,速度值主要在 5.7～6.1 km/s之間;再往西為高低速異常相間分布。高速異常與低速異常接壤處形成速度梯度帶,地震基本分布在速度梯度帶上或附近。

圖 3(d)是 8-0km深度的速度與地震分布圖像,它反映的是上地殼中部 5～8 km深度地殼的速度結(jié)構(gòu)特征。相對(duì)于初始速度值 5.8 km/s的擾動(dòng)主要在 -9%～8%之間,對(duì)應(yīng)的速度值在 5.28～6.27 km/s之間。投影到圖像上的地震震源深度為5.0～11.0 km。圖像表明：黃陵背斜以高速異常為主,并與其西側(cè)高速異常形成大范圍的高速異常,速度值主要在 6.0～6.3 km/s之間,具有結(jié)晶基底的速度特征。在周坪、歸州、培石、巫山等地有小范圍低速異常,速度值主要為 5.3～5.7 km/s。高速異常與低速異常接壤處形成速度梯度帶,地震基本分布在速度梯度帶上或附近。

圖 3(e)是 8+0km深度的速度與地震分布圖像,它反映的是上地殼 8～11 km深度的速度結(jié)構(gòu)特征。相對(duì)于初始速度值 5.9 km/s的擾動(dòng)主要在-8%～7%之間,對(duì)應(yīng)的速度值在為 5.43～6.31 km/s,投影到圖像上的地震震源深度為 6.0～10.0 km。圖像表明：黃陵背斜以高速異常為主,速度值主要在 6.0～6.31 km/s之間;在黃陵背斜西側(cè)為NE走向的低速異常帶,速度值主要在 5.43～5.8 km/s之間;低速異常帶西側(cè)為高速異常區(qū),速度值在 5.95～6.3 km/s之間;培石及附近為低速異常區(qū)。高速異常與低速異常接壤處形成速度梯度帶,地震基本分布在速度梯度帶上或附近。

圖 3(f)是 11 km深度速度結(jié)構(gòu)與地震分布圖像,它反映的是上地殼下部的速度結(jié)構(gòu)特征。相對(duì)于初始速度值 6.0 km/s的擾動(dòng)主要在 -6%～6%之間,對(duì)應(yīng)的速度值在5.64～6.36 km/s之間。投影到圖像上的地震震源深度在 9.0～13.0 km之間。圖像表明：黃陵背斜及南部、巴東及附近、培石及附近等區(qū)域?yàn)楦咚佼惓?速度值主要在 6.0～6.36 km/s之間;其他地區(qū)普遍為低速異常,速度值在5.64～6.0 km/s之間。高速異常與低速異常接壤處形成速度梯度帶,地震基本分布在速度梯度帶上或附近。

圖 3(g)是 14-0km深度速度與地震分布圖像,它反映的是上地殼下部或中地殼上部的速度結(jié)構(gòu)特征。相對(duì)初始速度值 6.15 km/s的擾動(dòng)主要在-6%～6%之間,對(duì)應(yīng)的速度值在 5.78～6.52 km/ s之間,投影到圖像上的地震震源深度在 12.0～16.0 km之間。圖像表明：黃陵背斜及其南部區(qū)域以高速異常為主,速度值主要在 6.15～6.4 km/s之間;黃陵背斜西側(cè)為NS向條帶狀低速異常,速度值主要在 5.78～6.1 km/s之間;低速異常條帶西側(cè)為高速異常,速度值主要在 6.15～6.52 km/s之間,南北兩端有低速異常。高速異常與低速異常接壤處形成速度梯度帶,地震基本分布在速度梯度帶上或附近。

圖 3(h)是 14+0km深度速度與地震分布圖像,它反映的是中地殼 14～20 km深度的速度結(jié)構(gòu)特征。相對(duì)初始速度值 6.3 km/s的擾動(dòng)主要在 -8%～4%之間,對(duì)應(yīng)的速度值在 5.80～6.55 km/s之間,投影到圖像上的地震震源深度在 12.0～16.0 km之間。圖像表明：黃陵背斜及其南北地區(qū)、興山及以西和巴東-巫山及以北地區(qū)為大范圍高速異常區(qū),速度值主要在 6.3～6.55 km/s之間;高速異常中部及其以南地區(qū)為大范圍的低速異常區(qū),速度值主要在 5.80～6.1 km/s之間;高速異常與低速異常接壤處形成速度梯度帶,地震基本分布在速度梯度帶上或附近。

圖 3(i)是 20 km深度速度圖像與地震分布,它反映的是中地殼中下部的速度結(jié)構(gòu)特征。相對(duì)初始速度值 6.5 km/s的擾動(dòng)主要在 -8%～3%之間,對(duì)應(yīng)的速度值在 5.98～6.7 km/s之間。投影到圖像上的地震震源深度 18.0～22.0 km之間。圖像表明：黃陵背斜及其南北區(qū)域形成NS向的高速異常帶,速度值主要在 6.5～6.7 km/s之間,在廟河附近有間斷;高速異常帶西側(cè)為大范圍的低速異常,速度值主要在 5.98～6.48 km/s之間。低速異常的北部地區(qū)為高速異常,速度值主要在 6.5～6.7 km/s之間。高速異常與低速異常接壤處形成速度梯度帶,地震基本發(fā)生在速度梯度帶上或附近。

圖3 研究區(qū)擾動(dòng)與速度分布圖Fig.3 The map of the velocity structure and earthquake

圖 3(j)是沿 31.03°N下切的縱剖面速度圖像,位置與觀音垱-奉節(jié)的人工地震測(cè)深剖面[8]一致,它揭示了黃陵背斜、秭歸盆地和其他區(qū)域的深部速度結(jié)構(gòu)特征。黃陵背斜高速異常由地表到 20 km深度,14 km之上,速度值主要在 6.1～6.4 km/s之間,14 km之下,速度值主要在 6.4～6.7 km/s之間;高速異常的形狀隨深度變化;秭歸盆地低速異常由地表到 6 km左右;黃陵背斜與秭歸盆地之間的 8 km深度以下區(qū)域?yàn)榈退佼惓?在 14 km深度附近低速異常西移;在 110.0°E附近有深達(dá) 7 km左右的低速異常;其他區(qū)域在 5 km深度以下以高速異常為主,高速異常的深度達(dá) 16 km左右,在 110.0°E以東培石下方 8～12 km深度存在低速異常區(qū)。將 1979年秭歸地震,1973年周坪地震和 2001年歸州地震投影到速度圖像上,地震發(fā)生在速度梯度帶上或附近。

4 結(jié)論與討論

不同深度的速度結(jié)構(gòu)與地震分布圖像表明,三峽地區(qū)的地震與地殼深部構(gòu)造密切相關(guān),地震基本發(fā)生在地殼深部高速異常構(gòu)造與低速異常構(gòu)造接壤處形成的速度梯度帶上或附近。

速度梯度帶的形成有多種不同的原因：1)不同地質(zhì)構(gòu)造單元接面處形成的速度梯度帶。黃陵背斜為結(jié)晶巖體,速度結(jié)構(gòu)特征為均勻的高速異常,埋藏深度達(dá)到 14 km,在不同的深度邊界的形狀不同。秭歸盆地為碎屑巖組成的沉積巖體,速度結(jié)構(gòu)特征以低速異常為主,盆地內(nèi)沉積厚度不均勻,最厚處約6 km。黃陵背斜與秭歸盆地接面處形成速度梯度帶,深度僅限于秭歸盆地的沉積厚度。由 5 km深度圖像可知,結(jié)晶巖與沉積巖接面處相互交叉滲透。2)地殼中存在的上地幔部分熔融物質(zhì)形成的速度梯度帶。三峽地區(qū)晉寧運(yùn)動(dòng)時(shí)期有多期的巖漿侵入活動(dòng),黃陵背斜是由巖漿巖組成。研究認(rèn)為[15,16],三斗坪和黃陵廟兩個(gè)巖套主要由英云閃長(zhǎng)巖、奧長(zhǎng)花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖組成,是在近南北向區(qū)域擠壓下于約 16 km深部塑性域定位的同構(gòu)造花崗巖,前者主要依靠巖漿在構(gòu)造弱面逐次強(qiáng)力楔入創(chuàng)造定位空間,后者主要在處于活動(dòng)狀態(tài)的韌性拉張剪切帶內(nèi)定位。黃陵地區(qū)北部變質(zhì)雜巖和南部變質(zhì)雜巖具有可對(duì)比性,代表本地區(qū)晚太古代形成的硅鋁殼基底,在早元古代,發(fā)生裂陷,遭受強(qiáng)烈的變質(zhì)變形和巖漿活動(dòng)改造。人工地震測(cè)深[7]在壩址北側(cè)的太平溪、培石兩地存在斷差 3～5 km的莫霍面斷點(diǎn),穿過(guò)下地殼,進(jìn)入中地殼,成為幔源物質(zhì)的通道。在興山、秭歸、長(zhǎng)陽(yáng)和五峰 4縣有溫泉分布的記載,溫泉都分布在仙女山斷裂沿線及其延伸線上,且分布在上盤上,顯示地?zé)狍w順斷裂次級(jí)張扭面上升而達(dá)地表[17]。上述研究成果表明,研究區(qū)域 8 km深度以下地殼中存在沒(méi)有完全固結(jié)冷卻的上地幔部分熔融物質(zhì),表現(xiàn)為低速異常,與結(jié)晶基底接壤處形成速度梯度帶。在縱剖面速度圖像中,在黃陵背斜與秭歸盆地之間和培石附近地區(qū)下方約 7 km深度以下的低速異常,與地殼中存在的上地幔部分熔融物質(zhì)有關(guān)。這兩個(gè)地區(qū)是地震多發(fā)區(qū)。3)斷裂帶深切造成的速度梯度帶。研究區(qū)域內(nèi)的仙女山斷裂、九灣溪斷裂、高橋斷裂帶屬于切穿基底頂,進(jìn)入上地殼的基底Ⅱ型斷裂,?？跀嗔褜儆谇写┥系貧?進(jìn)入中地殼的基底Ⅰ型斷裂[6]。在5 km深度的圖像中,找不到與仙女山斷裂、九灣溪斷裂、高橋斷裂帶走向一致速度梯度帶,有兩種可能的解釋,一是上述斷裂切割深度有限、規(guī)模小,沒(méi)有造成斷裂兩側(cè)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)展分異形成速度梯度帶;二是雖然斷錯(cuò),但斷層兩側(cè)的物質(zhì)相同,沒(méi)有形成速度梯度帶。因此,仙女山斷裂、九灣溪斷裂、高橋斷裂帶的切割深度有待深入研究;在?？跀嗔迅浇嬖谧呦蚧疽恢碌乃俣忍荻葞?將秭歸盆地一分為二,推測(cè)?？跀嗔亚懈钸_(dá)到5km深度,造成斷裂帶兩側(cè)構(gòu)造發(fā)展分異形成速度梯度帶。4)基底構(gòu)造層頂面或底面起伏變化(或說(shuō)基底構(gòu)造層厚度變化)形成的速度梯度帶。三峽地區(qū)的基底構(gòu)造層為結(jié)晶巖體,其頂面的起伏變化較大,縱剖面圖像中,黃陵背斜上隆至地表附近,在110.0°E附近區(qū)域凹陷達(dá) 7 km深度,其他區(qū)域約在5 km深度。據(jù)此推斷,結(jié)晶基底頂面在 0～7 km深度;結(jié)晶基底底面變化約在 14～16 km深度,在同一深度上結(jié)晶基底頂面或地面的變化在速度圖像中形成速度梯度帶。5)基底構(gòu)造層內(nèi)部的不均勻性形成的速度梯度帶。在同一深度的速度圖像中基底構(gòu)造層的速度值不同,也會(huì)形成速度梯度值較小的速度梯度帶。綜上所述,速度梯度帶的形成有多種地殼深部構(gòu)造原因,地震基本發(fā)生在速度梯度帶上或附近表明,速度梯度帶是地殼深部構(gòu)造運(yùn)動(dòng)最活躍的地方,是隱伏的地震構(gòu)造活動(dòng)帶,具有隱伏斷裂帶的特征,構(gòu)成了研究區(qū)域地殼深部地震構(gòu)造的基本特征。

三峽地區(qū)現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)從地殼形變和震源機(jī)制分析,優(yōu)勢(shì)方向?yàn)?NE向;地應(yīng)力實(shí)測(cè)資料顯示,隨深度變化較大,淺部?jī)?yōu)勢(shì)方向?yàn)镹E向,深部?jī)?yōu)勢(shì)方向?yàn)镹W-NWW向,不同地區(qū)也有一定的差異[6]。在現(xiàn)今區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的作用下,研究區(qū)域地殼受到擠壓,同時(shí)地殼中存在的地幔低速物質(zhì)可以產(chǎn)生垂直向上的擾動(dòng)場(chǎng)和伸張應(yīng)力,地幔物質(zhì)的高溫還將產(chǎn)生熱應(yīng)力[18]對(duì)地殼附加新的擠壓。研究區(qū)域地殼在多種力源作用下,發(fā)生間歇式整體上升、地殼變形和隱伏地震構(gòu)造活動(dòng)發(fā)生地震。1954—1971年水準(zhǔn)測(cè)量資料表明,黃陵背斜相對(duì)江漢平原和秭歸盆地仍在上升[2];1979年秭歸龍會(huì)觀地震前,在震區(qū)有明顯的地殼變形[4]。黃陵背斜結(jié)晶巖均勻完整,體量巨大,不容易發(fā)生變形和破裂,而作整體上升運(yùn)動(dòng),其內(nèi)部基本沒(méi)有地震發(fā)生,而在其接壤地區(qū)導(dǎo)致隱伏地震構(gòu)造(速度梯度帶)運(yùn)動(dòng)發(fā)生地震?；讟?gòu)造層由于厚度變化大,內(nèi)部的均勻性不如黃陵背斜,構(gòu)造演化過(guò)程中形成的斷裂和隱伏斷裂,容易發(fā)生地震,也可以產(chǎn)生新的破裂發(fā)生地震。由縱剖面速度與地震分布圖像可知,在黃陵背斜與秭歸盆地之間和培石及附近區(qū)域,存在結(jié)晶基底坳陷,達(dá)6～7 km深度,上地幔部分熔融物質(zhì)也到達(dá) 7 km深度附近,這是廟河-周坪-歸州及附近、巴東-巫山之間長(zhǎng)江及附近區(qū)域地震活動(dòng)頻繁的主要原因。另外,上地幔部分熔融物質(zhì)容易發(fā)生變形、膨脹和產(chǎn)生新的破裂[19]。綜上所述,三峽地區(qū)在區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)和上地幔部分熔融低速物質(zhì)產(chǎn)生的垂直向上的擾動(dòng)場(chǎng)和伸張應(yīng)力,以及高溫產(chǎn)生的熱應(yīng)力作用下,導(dǎo)致地殼深部原有的斷裂帶和隱伏斷裂活動(dòng)或產(chǎn)生新的破裂,發(fā)生地震。

本文通過(guò)研究不同深度地殼速度結(jié)構(gòu)與地震分布關(guān)系,結(jié)合已知的地質(zhì)構(gòu)造、地球物理勘探和地震成因等研究成果,探討了研究區(qū)地殼深部地震構(gòu)造特征和地震成因。盡管地震比較少、震級(jí)比較小,但從中得到了一些規(guī)律性的東西,對(duì)研究三峽地區(qū)地震成因取得了一些有意義的認(rèn)識(shí)。

致謝 衷心感謝與汪雍熙先生討論得到有益幫助,感謝三峽地震臺(tái)網(wǎng)為研究工作提供的觀測(cè)數(shù)據(jù)。

1 余永毓.長(zhǎng)江三峽地區(qū)的地震活動(dòng)性 [J].地震研究, 1984,7(5)：511-523.(Yu Yongyu.Seis mic activity in the Yangtze river three gorges region[J].Journal of Seis mological Research,1984,7(5)：511-523)

2 高士均,等.長(zhǎng)江三峽庫(kù)壩區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)及其未來(lái)水庫(kù)誘發(fā)地震[J].地震學(xué)報(bào),1986,8(增刊)：73-84.(Gao Shijun,et al.The tectonic stress field and future water-induced seismicity in the Three Gorges reservoir-dam area[J].Acta Seis mologica Sinica,1986,8(Supp)：73-84)

3 朱思林,等.長(zhǎng)江三峽及周緣地區(qū)重力異常的特征與研究[J].地殼形變與地震,1990,(2)：49-60.(Zhu Silin,et al.Characterisics and research on gravity anomaly in Three Gorges and adjacent region[J].Crustal Deformation and Earthquake,1990,(2)：49-60)

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6 長(zhǎng)江水利委員會(huì)編.三峽工程地質(zhì)研究[M].武漢：湖北科學(xué)技術(shù)出版社,1997.(ChangjiangWaterResourcesCommission.Tectonics research on the Three Gorges Project [M].Wuhan：Hubei Science and Technology Press,1997.

7 陳學(xué)波,陳步云,張四維.長(zhǎng)江三峽工程壩區(qū)及外圍深度構(gòu)造特征研究[M].北京：地震出版社,1994.(Chen Xuebou,Chen Buyun and Zhang Siwei.The research on characteristics of the deep tectonics in Three Gorges and nearby area[M].Beijing：Seis mological Press,1994

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13 趙旭,等.三峽庫(kù)首區(qū)最小一維速度模型研究[J].大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué),2007,(?？?：1-7.(Zhao Xu,et al.Onminimum 1D velocitymodel applied in Three Gorges reservoir area[J].Journal of Geodesy and Geodynamics, 2007,(Spec)：1-7)

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16 江麟生,陳鐵龍.黃陵地區(qū)的幾個(gè)主要基礎(chǔ)地質(zhì)問(wèn)題[J].湖北地礦,2002,16(1)：8-13.(Jiang Linsheng and Chen Tielong. Several principal geological probleme in huangling[J].Hubei GeolMiner Resour,2002,16(1)：8-13)

17 劉傳正,譚周地.長(zhǎng)江三峽庫(kù)首區(qū)誘發(fā)地震的環(huán)境工程地質(zhì)研究[A].長(zhǎng)江三峽工程地質(zhì)地震專題論證文集[C].北京：科學(xué)出版社,1989.(Liu Chuanzheng and Tan Zhoudi.Research on environmental engineering geology of earthquake-induced in Three Gorgs reservoir area[A].The Geology and Earthquake Demonstration Export Group of the Three Gorges Project.Research on ecology and earthquake of the Three Gorges[C].Beijing：Science Press,1989)

18 曾融生,等.華北盆地強(qiáng)震的震源模型兼論強(qiáng)震和盆地的成因 [J].地球物理學(xué)報(bào),1991,34(3)：288-301. (Zeng Rongsheng,et al.The focus model of strong eatthquake inNorth ChinaBasin and the cause of strong earthquake and basin[J].Acta Geophysica Sinica,1991,34 (3)：288-301)

19 馬宗晉.中國(guó)大陸的地震層和地震線[A].地殼構(gòu)造與地震應(yīng)力文集 [C].北京：地震出版社,1987.(Ma Zhongjin.The earthquake layers and lines of the Chinese mainland[A].The collercted works of crustal structure and seis mological stress[C].Beijing：Seis mological Press, 1987)

STUDY ON TECTONIC ENVIRONM ENT OF DEEP CRUST AND SEISMOGENESIS OF EARTHQUAKES BENEATH MA IN THREE GORGES RESERVO IR AREA

LiQiang1),Zhao Xu2),Cai Jin’an3),Liu Ruifeng2)and Zhao Cuiping3)

(1)N ational Earthquake Infrastructure Service,B eijing 100036 2)China Earthquake N etwork Center,Beijing 100045 3)Institute of Earthquake Science,CEA,Beijing 100036)

The relationship bet ween the tectonic environment of deep crust and earthquakes are investigated, and the seis mogenesis of earthquakes are further discussed,using the P-wave tomography beneath the Three Gorges reservoir dam and adjacent regions and earthquakesoccurred before the i mpoundmentof the Three Gorges reservoir. The main results indicate：the earthquakeswhich took place in the Three Gorges area,are closely associated with the tectonic environmentof deep crust,mostof those eventsoccurred in or around the velocity gradient belts,whose for mation are influenced by various factors of deep tectonics,are mainly developed by the bordering on the high-velocity anomalywith low velocity anomaly.The aforementioned phenomenon shows that the velocity gradient belt, which is considered as one of the most active placeswhere the deep plate motions exist,is similar to the characteristics of buried fault zones.The regional tectonic stress field,deformation,dilation and upwards perturbation field and tensile stress generated by the partiallymoltenmaterialsof uppermantle,and thermal stress,which jointly contribute to the Three Gorges area,then lead to the activities of the faulting zones and buried faults and possibly acti-vate the new ruptures,finally trigger earthquakes.

Three Gorges reservoir area;tectonic environment of deep crust;impoundment;seis mogenesis;buried fault

1671-5942(2010)05-0001-08

2010-07-15

國(guó)家自然科學(xué)基金(40574039);國(guó)家科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(2008BAC38B02)

李強(qiáng),研究員,主要從事地震臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理方法與應(yīng)用、地震層析成像和水庫(kù)誘發(fā)地震等方面的研究工作.E-mail：qli@neis. gov.cn

P315.72+8

A