張永奇 韓美濤 張恩會 鄭增記 曹建平 宋普偉

摘要：基于EGM2008重力場模型計算獲得了渭河盆地及鄰區(qū)布格重力異常。采用小波多尺度分解方法對布格重力異常進行了4階小波逼近和小波細節(jié)分解，同時基于平均徑向?qū)?shù)功率譜方法定量化地計算出1～4階小波細節(jié)和小波逼近所對應(yīng)的場源平均埋深。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)和地震資料，對獲得的重力場結(jié)果進行分析，得到如下結(jié)論：①鄂爾多斯地塊、渭河盆地、秦嶺造山帶3個一級構(gòu)造單元的布格重力異常之間存在明顯差異;構(gòu)造區(qū)內(nèi)部重力異常也存在橫向的顯著差異。布格重力異常的走向、規(guī)模、分布特征與二級構(gòu)造區(qū)及主要的斷裂具有一定的對應(yīng)關(guān)系。②渭河盆地及鄰區(qū)布格重力異常1～4階細節(jié)對應(yīng)4～23 km不同深度的場源信息，鄂爾多斯地塊南緣東、西部的地殼結(jié)構(gòu)存在明顯的差異;渭河盆地凹陷、凸起構(gòu)造區(qū)邊界清晰，斷裂邊界與重力異常邊界具有較好的一致性;秦嶺造山帶重力異常連貫性不好，東、西部重力異常變化特征表現(xiàn)出明顯的差異。③渭河盆地及鄰區(qū)布格重力異常分布與莫霍面埋深具有非常明顯的鏡像關(guān)系。渭河盆地及鄰區(qū)地震主要分布在六盤山—隴縣—寶雞斷裂帶、渭河斷裂與渭南塬前斷裂交匯處、韓城斷裂與雙泉—臨猗斷裂交匯處。渭河盆地及鄰區(qū)重力異常主要由中上地殼剩余密度體所影響，這可能是該區(qū)地震以淺源地震為主的主要原因。

關(guān)鍵詞：渭河盆地及鄰區(qū);布格重力異常;小波多尺度分解;莫霍面深度

中圖分類號：P315.726 文獻標識碼：A 文章編號：1000-0666（2022）01-0075-13doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2022.0009

0 引言

印度板塊向歐亞板塊持續(xù)俯沖，導(dǎo)致青藏高原的隆升和周緣一系列新生代盆地的形成（Molnar，Tapponnier，1975;Peltzer，Tapponnier，1988）。青藏高原隆升擠壓的應(yīng)力不斷向NE方向傳遞，在秦嶺山前形成大型左旋走滑斷層而導(dǎo)致華北板塊受到NW—SE向拉張，由此形成渭河盆地（Peltzer et al，1985）。渭河盆地被鄂爾多斯地塊與秦嶺造山帶所夾持，為近EW走向的斷陷盆地，地層系統(tǒng)分屬華北和秦嶺兩大地層區(qū)（劉良志等，2018）。受構(gòu)造運動的影響，盆地內(nèi)活動斷裂發(fā)育，形成了多條橫貫盆地的大斷裂，這些斷裂不僅對渭河盆地構(gòu)造體系具有控制作用，還對區(qū)域地震的孕育發(fā)生具有調(diào)節(jié)、誘發(fā)作用。針對各條主要斷裂不少學者作了大量的研究工作，取得了不少研究成果（雷姚琪，張安良，1985;韓恒悅等，1987;李永善，1992;馮希杰，戴王強，2004;師亞芹等，2008;李曉妮等，2012）。渭河盆地及鄰區(qū)歷史上曾發(fā)生過多次7級以上大震，尤其是1556年發(fā)生在陜西華縣的81/4級特大地震，是我國有史以來造成死亡人數(shù)最多的一次地震事件（原廷宏，馮希杰，2010）。

在地質(zhì)構(gòu)造演化過程中，深部的巖漿活動對巖石圈結(jié)構(gòu)的橫向非均勻性具有重要影響，導(dǎo)致地殼內(nèi)部、上地幔的物質(zhì)分布及密度等物性存在顯著差異，在地球物理特性上表現(xiàn)為布格重力異常（龐衛(wèi)東等，2014）。布格重力異常反映的是地下不同深度、不同規(guī)模和不同密度地質(zhì)異常體的重力異?？傂?yīng)，它既體現(xiàn)了地質(zhì)體的縱向分層，也體現(xiàn)了地殼介質(zhì)的橫向密度非均勻性。因此研究重力異常場就可以揭示區(qū)域地殼、上地幔結(jié)構(gòu)及介質(zhì)密度變化，甚至是區(qū)域地震活動性。

目前針對渭河盆地的地殼結(jié)構(gòu)及介質(zhì)密度變化有很多研究成果，已有研究采用的技術(shù)手段大多是基于地震學、地質(zhì)學、大地測量學（張少泉等，1985;丁韞玉等，2000;任雋等，2012;馮紅武等，2019;張永奇等，2021），而利用重力資料開展的研究相對較少（劉良志等，2018;任梟等，2012;王謙身等，2015;路利春等，2017）。此外，以往的研究只涉及渭河盆地的局部地區(qū)，大區(qū)域研究相對較少?；谏鲜鲈?，有必要對渭河盆地及鄰區(qū)的大區(qū)域范圍地殼結(jié)構(gòu)特征開展針對性的研究。本文基于高精度重力場EGM2008重力模型數(shù)據(jù)，采用小波多尺度分解方法對布格重力數(shù)據(jù)進行處理，并利用徑向?qū)?shù)功率譜方法計算小波逼近和小波細節(jié)對應(yīng)的近似場源深度。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)域莫霍面埋深、地質(zhì)資料及地震資料對渭河盆地及鄰區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、地殼結(jié)構(gòu)及地震風險性等進行研究，目的是進一步深化對渭河盆地及鄰區(qū)地質(zhì)構(gòu)造的認識以及為該地區(qū)地震風險研判提供技術(shù)支撐和參考依據(jù)。

1 研究方法

小波多尺度分解方法憑借其明顯的技術(shù)優(yōu)勢已被應(yīng)用到眾多研究領(lǐng)域，在地球科學領(lǐng)域如重力異常場分解研究中也得到廣泛的應(yīng)用（侯遵澤，楊文采，1997;楊文采等，2001;方盛明等，2002;樓海，王椿鏞，2005;姜文亮，張景發(fā)，2012;徐志萍等，2015;李洋洋等，2020）?；谛〔ǘ喑叨确纸夥椒蓪⒅亓Ξ惓龇纸鉃楸平鼒龊图毠?jié)場，其中逼近場是區(qū)域布格重力異常信息的反映，主要體現(xiàn)了深部場源所引起的較大規(guī)模的低頻異常信息;細節(jié)場是局部布格重力異常信息的反映，主要體現(xiàn)了淺部場源體引起的較小規(guī)模的高頻異常信息。上述細節(jié)場中低階細節(jié)代表淺源地質(zhì)體異常，高階細節(jié)代表深源地質(zhì)體異常（徐志萍等，2015）。小波多尺度分析方法的基本表述為：對于分辨率為2-j的信號f（x）R，用Ajf（x）表示Vj空間的低頻逼近部分，Djf（x）表示W(wǎng)j空間的高頻細節(jié)部分，可得：

Ajf（x）=Aj+1f（x）+Dj+1f（x）（1）

可進一步寫成：

PV0f（x）=ANf（x）+∑Nj=1Djf（x）（2）

式中：PV0f（x）表示將函數(shù)f（x）映射到V0子空間;N為小波分解的最大階數(shù)。

對于重力異常Δg（x），假設(shè)將其分解到N=4的空間，可簡化記為：

Δg（x）=A4G+D4G+D3G+D2G+D1G（3）

式中：A4G表示四階小波逼近部分;D1G～D4G表示1～4階小波細節(jié)。

對于二維平面函數(shù)，需采用二維小波變換進行分析，對于二維重力異常，同樣可以進行小波多尺度分解：

Δg（x，y）=A0f（x，y）=A4f（x，y）+ ∑4j=1Dhjf（x，y）+Dvj（x，y）+Ddjf（x，y）（4）

式中：Dhjf（x，y）、Dvj（x，y）、Ddjf（x，y）分別表示W(wǎng)2j空間中水平垂直和對角線方向上的高頻細節(jié)部分（劉天佑，2017）。

功率譜是由Spector與Grant（1970）最早提出的一種重磁場解析處理方法，在小波多尺度分解的基礎(chǔ)上，采用功率譜分析方法可進行場源近似深度計算。將功率譜分析與小波分析兩種方法結(jié)合有利于對地殼結(jié)構(gòu)進行更深入、細致、合理的解釋（楊文采等，2001;姜文亮，張景發(fā)，2012;徐志萍等，2015;刁博等，2008;侯遵澤等，2015）?？紤]最簡單情況下的球體重力異常的波譜，極坐標下的功率譜表達式為：

E（r）=S（u，v）2=A2e-2hr（5）

兩邊取對數(shù)可得：

ln E（r）=ln A2-2hr（6）

式中：ln E（r）為異常波譜的徑向?qū)?shù)功率譜;A為尺寸系數(shù);r為圓頻率或波數(shù);h為場源埋深。ln E（r）與徑向頻率r成線性關(guān)系，其直線的斜率為-2h，根據(jù)直線的斜率就可以求出場源的埋深為：

h=ln E（r1）-ln E（r2）2（r1-r2）（7）

2 重力資料與數(shù)據(jù)處理

本文主要研究區(qū)域為渭河盆地及鄰區(qū)（33°～36°N，106°～111°E），其范圍如圖1所示。本文采用的數(shù)據(jù)為EGM2008重力場模型數(shù)據(jù)http：//icgem.gfz-potsdam.de.，EGM2008全球重力場模型的球諧系數(shù)高達2 160階，空間分辨率約為5′×5′，該模型可提供波長約為10 km的重力異常信息（Sandwell，Smith，2009;Pavlis et al，2012）。基于EGM2008重力場模型提供的自由空氣重力異常，通過地形改正、高度改正可得到布格重力異常。

通過對不同小波基函數(shù)進行試算對比，選擇對稱性、緊支撐性較好的Daubechies小波對渭河盆地及鄰區(qū)的布格重力異常進行分解（許家姝等，2015），在進行小波多尺度分解的過程中，觀察逼近場變化情況，當N階與N-1階逼近場變化很小時，確定N為最終分解尺度的最大階數(shù)，進而將小波分解尺度定為4階（刁博等，2007）。本文研究結(jié)果顯示：1階、2階的小波細節(jié)分布異常尺度較小;3階、4階的小波細節(jié)異常尺度較大，并呈現(xiàn)出相似的變化特征，最終得到1～4階小波逼近場和細節(jié)場。再根據(jù)對數(shù)功率譜方法計算1～4階小波逼近場和細節(jié)場對應(yīng)的近似等效場源深度，同時繪制了徑向?qū)?shù)功率譜圖（圖2）。圖中橫坐標r表示頻率或波數(shù)，縱坐標ln E（r）表示對應(yīng)的功率譜。同時統(tǒng)計了小波多尺度分解對應(yīng)的近似場源深度，見表1。

為了更好解釋重力異常橫向和縱向的分布特征，

本文根據(jù)Berteussen（1977）總結(jié)的P波與密度的經(jīng)驗公式，計算了不同深度的地殼密度：

ρ=0.77+0.32VP（8）

式中：ρ為根據(jù)波速轉(zhuǎn)換后的密度;VP為P波速度。本文使用的渭河盆地及鄰區(qū)的地殼厚度、P波速度等數(shù)據(jù)根據(jù)任雋（2012）的研究結(jié)果獲得，地殼密度根據(jù)式（8）計算。

3 重力場特征分析

3.1 自由空氣與布格重力異常特征

本文根據(jù)EGM2008重力場模型計算得到渭河盆地及鄰區(qū)的自由空氣重力異常和布格重力異常（圖3）。從圖3a可看出，渭河盆地及鄰區(qū)自由空氣重力異常表現(xiàn)出明顯的地形相關(guān)特征。自由空氣重力異常在渭河盆地整體以負值變化為主，其中渭河盆地中段的周至地區(qū)為最低值，約為-150 mGal，六盤山構(gòu)造區(qū)顯示為正值變化，最大量值為60 mGal，與相鄰的西秦嶺北緣斷裂形成重力梯度帶。鄂爾多斯地塊南緣的西部地區(qū)自由空氣重力異常變化平緩，基本在0值附近變化，在中部的旬邑—正寧地區(qū)和東部的黃龍地區(qū)出現(xiàn)局部正值變化，最大量值分別為20 mGal、50 mGal。以秦嶺北緣斷裂及華山山前斷裂為界，秦嶺造山帶自由空氣重力異常整體以正值變化為主，最大值約為120 mGal。其中秦嶺造山帶與渭河盆地之間重力異常變化劇烈，形成非常顯著的重力變化梯度帶;而北緣的商丹縫合帶與南部的勉略縫合帶之間重力異常變化相對平緩，此外，在秦嶺造山帶盆-嶺-山分區(qū)特征比較明顯。

對研究區(qū)自由空氣重力異常進行中間層改正和地形改正得到布格重力異常（圖3b），布格重力異常與地形相關(guān)性不強，但是和莫霍面埋深呈現(xiàn)明顯的鏡像關(guān)系。布格重力異常在六盤山構(gòu)造區(qū)為大范圍的負值變化，尤其是六盤山—隴縣—寶雞斷裂帶與成縣—太白斷裂圍限的三角形區(qū)域是整個研究區(qū)的重力異常低值區(qū)，最小值達到-240 mGal。鄂爾多斯地塊南緣以旬邑—正寧為界，西部和東部重力異常明顯不同，表明這2個地區(qū)地殼結(jié)構(gòu)和介質(zhì)密度存在顯著差異。渭河盆地以109°E為界，其西部與東部重力異常在量值上發(fā)生明顯變化，究其原因：一方面可能與其深部地殼結(jié)構(gòu)及介質(zhì)密度有關(guān)，比如地幔物質(zhì)的上涌、莫霍面的隆起、巖石密度差異等;另一方面與受到印度板塊NE向推擠和太平洋板塊SW向推擠的遠程綜合效應(yīng)影響有關(guān)。在渭河盆地的東部從北往南，韓城斷裂、雙泉—臨猗斷裂、中條山斷裂、華山山前斷裂等附近出現(xiàn)明顯的重力異常變化梯度帶，呈現(xiàn)高值—低值—高值交替出現(xiàn)的變化規(guī)律。秦嶺造山帶重力異常分段、分區(qū)特征明顯，尤其是以長安—臨潼斷裂為界的西秦嶺與中秦嶺、東秦嶺重力異常差異明顯;以勉略縫合帶為界其南、北兩側(cè)重力異常差異明顯（王謙身等，2015）。從圖3b中還可以識別出研究區(qū)主要的構(gòu)造單元，如一級構(gòu)造渭北隆起（重力異常高值區(qū)）、六盤山構(gòu)造區(qū)（重力異常低值區(qū)）等;二級構(gòu)造寶雞凸起（重力異常高值區(qū)）、西安凹陷（重力異常低值區(qū)）、驪山凸起（重力異常高值區(qū)）、固市凹陷（重力異常低值區(qū)）等與前人研究結(jié)果一致（劉良志等，2018;路利春等，2017）。但布格重力異常是一個反映不同深部場源信息疊加場，由于不同信號的相互干擾，地質(zhì)構(gòu)造及斷裂分布特征清晰度不夠，需要進行不同深度場源信息的分離。

3.2 布格重力異常小波逼近特征

利用小波多尺度分解方法獲得研究區(qū)1～4階小波逼近（圖4），同時計算了1～4階小波逼近對應(yīng)的近似場源深度（表1）。1～4階小波逼近對應(yīng)的等效場源深度在20～37 km，重力異?；痉从车厥侵邢碌貧?、甚至切過下地殼到達上地幔的場源信息（龐衛(wèi)東等，2014;方盛明等，2002;樓海，王椿鏞，2005）。雖然各階小波逼近圖像中反映的重力場源深度不同，但都可看出研究區(qū)域不同大地構(gòu)造單元的基本格局（姜文亮，張景發(fā)，2012;徐志萍等，2015）。隨著小波逼近階數(shù)的增加，不同構(gòu)造單元及深大斷裂的重力異常的淺源、局部信息得到了較好的抑制，區(qū)域異常信息顯得更為突出，各主要大地構(gòu)造單元的基本格局及其重力異常分布特征越為明顯，各構(gòu)造區(qū)域分布的重力異常帶的走向、形態(tài)、梯度變化等特征，反映出不同區(qū)域地質(zhì)特征的差異性。

以4階小波逼近為例（圖4d）：以旬邑—乾縣—西安一線為界，重力異常差異的邊界呈現(xiàn)出“S”型展布特征。布格重力異常在渭河盆地西部表現(xiàn)為低值區(qū)，由西向東逐漸增大，由最西端的約-240 mGal上升到最東邊的約-100 mGal。六盤山構(gòu)造區(qū)及渭河盆地西部布格重力異常等值線展布與六盤山—隴縣—寶雞斷裂及秦嶺北緣斷裂走 向基本一致;布格重力異常變化在渭河盆地東部相對復(fù)雜，在韓城—大荔—華縣—洛南一線呈現(xiàn)高值—低值交替出現(xiàn)的特征;在渭河盆地中部相對比較平緩，表明渭河盆地基底及地殼密度變化相對較緩（任雋等，2012）。鄂爾多斯地塊南緣布格重力異常由西向東逐漸增大，但變化幅值低于渭河盆地，基本在-170～-120 mGal。從對數(shù)功率譜對應(yīng)的場源深度可知，4階逼近對應(yīng)場源深度約為37 km，基本反映了研究區(qū)莫霍面的起伏趨勢。秦嶺造山帶對應(yīng)重力負異常，表明其下方的地殼中存在較大規(guī)模的低密度體及厚度較小的山根（張國偉，1991;張國偉等，1995b）。秦嶺造山帶東部與西部布格重力異常差異明顯，以長安—臨潼斷裂為界，東部為東秦嶺構(gòu)造帶（也稱小秦嶺構(gòu)造帶）（路利春等，2017），布格重力異常值約為-100 mGal;西部為西秦嶺造山帶，兩者最大差異近100 mGal。這種明顯的重力異常差異，也進一步表明秦嶺造山帶并非連續(xù)的構(gòu)造體系，至少其造山形成機制或形成年代存在差異（張國偉，1991;張國偉等，1995b）。秦嶺造山帶的北界商丹縫合帶重力異常變化東、西部差異明顯，南邊界勉略縫合帶重力異常變化平緩且東、西部差異較小。

3.3 布格重力異常小波細節(jié)特征

圖5、表1為渭河盆地及鄰區(qū)布格重力異常1～4 階小波細節(jié)及其徑向?qū)?shù)功率譜對應(yīng)的近似場源深度。表1顯示研究區(qū)1～4 階小波細節(jié)對應(yīng)的近似場源深度為4～23 km。1階小波細節(jié)（圖5a）反映的場源深度約為4 km，場源信息豐富而復(fù)雜，主要反映的是淺表高頻重力異常信息（龐衛(wèi)東等，2014;方盛明等，2002;樓海，王椿鏞，2005），由于研究區(qū)沉積蓋層厚度大都超過4 km，因此基本反映的是沉積蓋層的密度體信息。重力異常變化范圍為-40～40 mGal，其分布特征顯示出研究區(qū)地殼密度橫向變化劇烈且比較破碎。以六盤山—隴縣—寶雞斷裂帶及渭北北山斷裂為界，位于鄂爾多斯地塊南緣的陜北斜坡及渭北坡地重力異常變化平緩，基本在-5～5 mGal，呈現(xiàn)出狹長條帶狀或串珠狀分布，且多處伴生正負差異變化較小的重力梯級帶;其南部的渭河盆地及秦嶺造山帶重力異常體規(guī)模相對較大，走向基本以NW、EW、NEE向為主。重力梯度帶差異變化顯著，顯示出蓋層物質(zhì)橫向不均勻性，同時表明上述地區(qū)的結(jié)晶基底和巖石物性存在差異（劉良志等，2018;路利春等，2017）。

2階小波細節(jié)（圖5b）顯示場源深度約為12 km，與研究區(qū)上地殼深度相接近（表2），主要揭示了上地殼物質(zhì)密度非均勻的變化，顯示出鄂爾多斯地塊南緣、渭河盆地及秦嶺造山帶地殼結(jié)構(gòu)的差異性（李永善，1992;任雋，2012）。重力異常變化范圍基本在-10～10 mGal。相比于1階小波細節(jié)，鄂爾多斯地塊南緣以及渭北地區(qū)重力異常狹窄短促條帶及串珠狀異?；鞠В憩F(xiàn)出明顯的規(guī)模較大的條帶狀或塊狀分布，重力異常差異變化很小，表明該地區(qū)具有較為一致的結(jié)晶基底和物性密度。渭河盆地內(nèi)重力異常條帶和塊狀的規(guī)模大幅增加，重力異常的變化差異明顯，勾勒出比較明顯的斷裂分布和構(gòu)造分區(qū)輪廓。渭河盆地內(nèi)部由西往東可以識別出寶雞凸起、西安凹陷、驪山—臨潼凸起、咸陽—渭南凸起、固市凹陷等構(gòu)造區(qū)。在渭河盆地東部從北往南可以識別出韓城凹陷、臨猗凸起、運城凹陷、中條山凸起、靈寶凹陷等構(gòu)造區(qū)（李永善，1992）。研究區(qū)重力異常的走向、規(guī)模、分布位置與區(qū)內(nèi)主要斷裂具有較好的一致性，表明斷裂分布對重力異常的分布特征具有較好的控制作用。秦嶺造山帶的重力異常條帶狀分布特征更加突出，表現(xiàn)出明顯的高、低相間的條帶分布特征。

隨著小波細節(jié)階數(shù)的增加，重力異常變得寬緩、平滑，主要體現(xiàn)了深部場源所引起的較大規(guī)模的低頻重力異常信息（龐衛(wèi)東等，2014;方盛明等，2002;樓海，王椿鏞，2005）。3、4 階小波細節(jié)（圖5c、d）對應(yīng)的近似場源深度分別是20 km、23 km，都反映的是中地殼異常體信息，重力異常變化的范圍在-5～5 mGal。同1、2 階小波細節(jié)相比，鄂爾多斯地塊南緣、渭河盆地重力異常在分布、走向及變化特征方面都發(fā)生了較大變化，小規(guī)模的條帶狀及串珠狀異常全部消失，反映出這2個構(gòu)造區(qū)在縱向地殼結(jié)構(gòu)上存在較大差異;秦嶺造山帶局部串珠狀異常全部消失，重力異常圈閉現(xiàn)象更加明顯，圈閉空間逐漸擴大，呈帶狀和塊狀分布。與2階小波細節(jié)相比，3、4階小波細節(jié)的重力異常分布與渭河盆地某些構(gòu)造區(qū)及斷裂帶分布的吻合程度略有降低，可能是因為這些構(gòu)造帶或斷裂主要由上地殼物性差異所決定，還沒有下切至中下地殼。本文研究結(jié)果還進一步表明：渭河盆地、秦嶺造山帶的重力異常分布與上地殼物質(zhì)密度結(jié)構(gòu)相關(guān)性更強，而鄂爾多斯地塊南緣受沉積層物質(zhì)密度結(jié)構(gòu)的影響更大。秦嶺造山帶的商丹縫合帶和勉略縫合帶是兩條大的構(gòu)造分界線（張國偉，1991;張國偉等，1995b），在3、4階小波細節(jié)圖中特征明顯。

3.4 莫霍面特征

莫霍面是地殼與地幔的分界面，本文根據(jù)Li等（2014）利用接收函數(shù)反演的地殼厚度，減去高程數(shù)據(jù)（張恩會等，2018）得到渭河盆地及鄰區(qū)真實的莫霍面埋深，同時根據(jù)Gomez-Ortiz和Agarwal（2005）的方法，基于布格重力資料反演得到研究區(qū)的莫霍面深度，將兩者進行對比分析，如圖6所示。從圖6可以看出，利用兩種方法計算得出的研究區(qū)莫霍面深度分布特征大體一致，但還存在比較明顯的差異。前人研究結(jié)果表明，圖6a顯示的莫霍面深度結(jié)果更加接近真實情況，因此本文以此進行分析。

由圖6a可知，研究區(qū)莫霍面埋深范圍在32～50 km，橫向上起伏較大。總體顯示出東部淺西部深的特征，莫霍面起伏與布格重力異常（圖3b）呈現(xiàn)鏡像關(guān)系，與任梟等（2012）的研究結(jié)果具有較好的一致性。六盤山構(gòu)造區(qū)、秦嶺造山帶莫霍面埋深最深，渭河盆地西部次之，鄂爾多斯地塊南緣及渭河斷陷中、東部埋深最淺。根據(jù)莫霍面的總體分布特征，可依據(jù)隴縣—寶雞—太白、銅川—周至—柞水和蒲城—咸陽—山陽等3條莫霍面埋深梯度帶，將全區(qū)劃分為4個不同區(qū)域，每個區(qū)域的莫霍面埋深呈現(xiàn)不同的特征。隴縣—寶雞—太白以西地區(qū)對應(yīng)六盤山、西秦嶺構(gòu)造區(qū)，埋深44～50 km，地殼厚度由西往東逐漸變薄，這主要是由于軟流圈物質(zhì)的上涌，使穩(wěn)定的克拉通地殼褶皺變形、地殼減薄、地震頻發(fā)、巖漿活動活躍等所導(dǎo)致。渭河斷陷中部及中秦嶺構(gòu)造區(qū)，地殼厚度逐漸減薄，莫霍面呈長條形分布，埋深在36～44 km，為渭河盆地西部和東部的過渡地帶，變化相對平緩。渭河盆地東部與鄂爾多斯南緣地區(qū)莫霍面呈近EW向的“犁形”分布，以臨潼—渭南為界呈橢圓形分布，長軸為EW向，埋深30～38 km，為整個研究區(qū)內(nèi)莫霍面埋深最淺的地方，呈現(xiàn)明顯的局部上隆特征（路利春等，2017;任雋，2012），可能與該區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造演化過程及沉積層較厚有關(guān)。總體而言，研究區(qū)的地殼深部構(gòu)造輪廓與上覆構(gòu)造密切相關(guān)，可清晰地顯示出如下特征：莫霍面的起伏主要反映地殼厚度由東向西在加厚;莫霍面反映的深部構(gòu)造塊狀特征清晰，凹陷區(qū)的長軸走向以NE、NW向為主，拱起區(qū)的長軸走向以NE、NEE向為主。

4 討論

4.1 構(gòu)造環(huán)境與重力異常關(guān)系

渭河盆地在大地構(gòu)造上位置特殊，位于華北克拉通、華南地塊和青藏高原的交接部位，是發(fā)育于鄂爾多斯地塊與秦嶺造山帶疊置部位的新生代斷陷盆地。渭河盆地的形成與印度板塊向歐亞板塊俯沖、青藏高原隆升并向外擴張、秦嶺北緣逆沖斷裂帶的構(gòu)造反轉(zhuǎn)、早第三紀以來強烈的垂直差異運動有關(guān)（Molnar，Tapponnier，1975;Peltzer，Tapponnier，1988;許志琴，張國偉，2013），同時其也屬于鄂爾多斯地塊南邊界與秦嶺造山帶北邊界所夾持的渭河斷陷帶。渭河斷陷帶是一個新生代斷塊，區(qū)域發(fā)育有大量斷裂帶，斷裂帶形態(tài)表現(xiàn)為北淺南深，且大部分屬于淺源斷裂和殼內(nèi)斷裂，這些斷裂控制著渭河盆地及鄰區(qū)的構(gòu)造變形與地震活動性。受喜馬拉雅構(gòu)造運動強烈的作用與影響，渭河盆地及鄰區(qū)新構(gòu)造運動強烈且差異明顯（任雋，2012）。

相對于鄂爾多斯地塊的緩慢隆升及秦嶺造山帶的強烈隆升，渭河斷陷帶長期處于沉降運動，垂直差異運動十分強烈。第四紀時期渭河盆地在總體沉降的基礎(chǔ)上存在2個持續(xù)凹陷和3個相對凸起，分別是西安凹陷、固市凹陷、寶雞凸起、驪山凸起和陽廓凸起（任雋，2012）。渭河盆地及鄰區(qū)地殼在縱向上分層、橫向上分塊，具有典型的“上凹下凸”的鏡像關(guān)系。莫霍面埋深分區(qū)特征明顯（圖6），渭河盆地最淺，鄂爾多斯地塊南緣及秦嶺造山帶相對較深。渭河盆地基底以渭河斷裂為界，北區(qū)為下古生界分布區(qū);南區(qū)為太古界、元古界和花崗巖混合區(qū)。受基底分區(qū)和伸展斷裂系的控制，盆地蓋層表現(xiàn)出明顯的復(fù)雜斷塊結(jié)構(gòu)。本文研究獲得的重力異常分布與研究區(qū)地殼結(jié)構(gòu)及地質(zhì)構(gòu)造具有相似的特征，所得出重力異常的轉(zhuǎn)換帶、梯度帶或突變帶與斷裂展布及構(gòu)造區(qū)分布相吻合。渭河盆地重力正異常是上地殼高密度體及地幔、下地殼巖漿侵入到中上地殼的表現(xiàn)。重力異常的不同細節(jié)圖特征，在一定程度上反映出研究區(qū)不同深度巖體在不同水平尺度上的大致分布規(guī)模及巖石介質(zhì)的平均密度結(jié)構(gòu)特性。渭河盆地的南邊界斷裂構(gòu)造活動性總體上存在“西弱東強”的特征，華山山前斷裂強于秦嶺北緣斷裂，且沿著斷裂的走向，其構(gòu)造活動性存在明顯分段性特征，分段位置與斷裂走向變化關(guān)系密切。

鄂爾多斯地塊的結(jié)晶基底由太古界和古元古界組成，太古界下部由變質(zhì)雜巖及與其時代相當?shù)碾s巖組成;古元古界由石英片巖、云母巖、含礫石英片巖等變質(zhì)碎屑巖組成，上部有淺海相陸源碎屑巖和淺海相赴美碳酸鹽巖及泥質(zhì)巖沉積組合。鄂爾多斯南緣的東部和西部速度結(jié)構(gòu)存在差異，其西部為低速異常，東部為弱高速異常，可能的原因是鄂爾多斯地塊南緣西部具有新生代和部分中生代低速沉積蓋層且沉積厚度不同，西邊厚東邊?。T紅武等，2019;鄧軍等，2005）。本文研究結(jié)果顯示鄂爾多斯地塊南緣東、西部重力異常差異明顯，應(yīng)該與該地區(qū)自晚白堊紀以來“東隆西降”和強烈差異剝蝕改造有關(guān)（劉池洋等，2006）。

秦嶺造山帶S波速度表現(xiàn)為高速異常，且東、西部速度不同，呈現(xiàn)明顯的橫向不均勻性（馮紅武等，2019），這和本文重力資料研究結(jié)果基本吻合，從地學角度分析，秦嶺海從晚二疊紀開始到晚三疊紀結(jié)束向西關(guān)閉，東部的海相沉積巖比西部的年代更古老，且發(fā)育有大面積的基底隆起和高壓變質(zhì)巖基本的剝露（張國偉等，1995a）。秦嶺—大巴造山帶及鄰區(qū)在長期地質(zhì)構(gòu)造作用下，一方面形成了現(xiàn)今地表地質(zhì)構(gòu)造的分區(qū)性和差異性，另一方面則造成了淺表層與深部的地球物理場特征之間的明顯非協(xié)調(diào)性（周鼎武等，2002）。深地震反射成像結(jié)果揭示揚子板塊向N向俯沖，從而導(dǎo)致秦嶺造山帶沿EW向的地殼結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)復(fù)雜性和分區(qū)特征（李洪強等，2014）。常利軍等（2011）研究認為秦嶺造山帶可能存在一個青藏高原物質(zhì)東流地幔流通道，本文研究結(jié)果顯示秦嶺造山帶重力異常連貫性不好，似乎并不支持這種觀點，但由于重力異常只反映了下地殼及以上的構(gòu)造信息，還不能證實這個結(jié)論正確與否。

4.2 地震活動與重力異常關(guān)系

重力異常條帶和復(fù)雜異常區(qū)與地震分布具有一定的相關(guān)性。斷裂兩側(cè)異常突變帶、梯度帶反映了斷裂兩側(cè)構(gòu)造體物性的差異，復(fù)雜異常區(qū)則反映不同斷裂條帶的交匯或交錯造成的塊體破碎，這些區(qū)域往往有利于應(yīng)力集中和能量積累，是地震孕育和發(fā)生的理想場所（龐衛(wèi)東等，2014）。為此本文收集了有記載以來渭河盆地及鄰區(qū)MS>4.0地震以及2009年以來MS>1.0地震資料，并統(tǒng)計了2009—2016年的MS>2.0地震的震源深度，如圖1、表3所示。從圖1可知，研究區(qū)的地震主要沿著大斷裂分布，如海原—六盤山—隴縣—寶雞斷裂帶，渭河斷裂的寶雞—周至段，渭河斷裂與渭南塬前斷裂交匯處，韓城斷裂與雙泉—臨猗斷裂交匯區(qū)等。從構(gòu)造區(qū)來看，研究區(qū)地震主要分布在六盤山構(gòu)造區(qū)、西安凹陷、固市凹陷、運城盆地、靈寶盆地等區(qū)域;從震源深度及震級來看，研究區(qū)地震震源深度主要集中在20 km以內(nèi)，該地區(qū)雖然歷史上發(fā)生了數(shù)次7級以上強震，但近年來地震活動處于相對平靜期，頻次較低，且主要以中小地震為主。

雖然近些年渭河斷陷地震活動性較弱，但存在發(fā)生中強甚至大地震的深部構(gòu)造背景，其中渭河盆地莫霍面的突變隆升和上地幔物質(zhì)上涌侵入下地殼，是地震發(fā)生的深部構(gòu)造背景之一。深部熱物質(zhì)及高密度、高速體的流動加快了板塊的運動，導(dǎo)致板塊間閉鎖段的應(yīng)力積累，也容易誘發(fā)地震（任雋，2012）。從圖1、表3可知，地震主要分布在主要斷裂的邊緣部位，即重力異常突變帶或梯度帶附近，這與圖3揭示的重力異常差異變化及梯度帶主要集中在中上地殼及以上區(qū)域具有較好的一致性。渭河盆地中小地震震源深度一般在12～20 km，位于中地殼上部，其原因是該區(qū)域具備且滿足地震的孕育、發(fā)生和發(fā)展的深部介質(zhì)和構(gòu)造環(huán)境條件包括深大斷裂、低速高導(dǎo)層、莫霍面形態(tài)變化、板塊邊界等因素（任雋，2012;滕吉文，2009）。

馮紅武等（2019）認為渭河盆地、鄂爾多斯地塊和秦嶺造山帶各構(gòu)造單元交界區(qū)域深部結(jié)構(gòu)存在高速和低速的結(jié)合帶，在塊體間相互運動的作用下，在深部可能存在物質(zhì)和能量的強烈交換，為渭河盆地及鄰區(qū)的地震孕育提供條件和深部構(gòu)造環(huán)境。從圖1可知，秦嶺造山帶及鄂爾多斯地塊南緣歷史上也曾發(fā)生多次4～5級地震。結(jié)合本文研究結(jié)果，未來在六盤山—隴縣—寶雞斷裂帶、渭河盆地中部的渭河斷裂與渭南塬前斷裂交匯區(qū)域、韓城斷裂與雙泉—臨猗斷裂及華山山前斷裂附近存在地震潛在危險，值得密切關(guān)注。

5 結(jié)論

本文利用EGM2008 全球重力場模型數(shù)據(jù)構(gòu)建了渭河盆地及鄰區(qū)布格重力異常數(shù)據(jù)?；谛〔ǘ喑叨确治龇椒▽Σ几裰亓Ξ惓?shù)據(jù)進行1～4 階小波細節(jié)和逼近分解，根據(jù)平均徑向?qū)?shù)功率譜方法定量化地計算了逼近和細節(jié)信號所對應(yīng)的場源平均埋深，同時結(jié)合地震、地質(zhì)資料對研究區(qū)的重力異常小波逼近和小波細節(jié)特征進行分析與解釋，主要得出如下結(jié)論：

（1）研究區(qū)自由空氣重力異常特征與地形特征具有強相關(guān)性，但布格重力異常與地形無關(guān)。鄂爾多斯地塊、渭河盆地、秦嶺造山帶3個一級構(gòu)造單元的布格重力異常之間存在明顯差異，構(gòu)造區(qū)內(nèi)部重力異常也存在橫向的顯著差異。布格重力異常的走向、規(guī)模、分布特征與二級構(gòu)造區(qū)及主要的斷裂具有一定的對應(yīng)關(guān)系，但是邊界不是很清晰。

（2）研究區(qū)布格重力異常的逼近場和細節(jié)場與一級、二級構(gòu)造單元具有較好的對應(yīng)關(guān)系。布格重力異常1～4階細節(jié)對應(yīng)4～23 km不同深度的場源信息，縱向場源信息差異對重力異常橫向分布具有非常重要的影響。不同階次的布格重力異常細節(jié)圖揭示出如下地殼結(jié)構(gòu)特征：①鄂爾多斯地塊南緣東、西部的地殼結(jié)構(gòu)存在明顯的差異;②渭河盆地凹陷、凸起構(gòu)造區(qū)邊界清晰，斷裂邊界與重力異常邊界具有較好的一致性;③秦嶺造山帶重力異常連貫性不好，東、西部重力異常變化特征表現(xiàn)出明顯的差異。

（3）研究區(qū)布格重力異常分布與莫霍面埋深具有非常明顯的鏡像關(guān)系。渭河盆地及鄰區(qū)地震主要分布在主要斷裂帶附近或幾條斷裂的交匯處，如六盤山—隴縣—寶雞斷裂帶、渭河斷裂與渭南塬前斷裂交匯處、韓城斷裂與雙泉—臨猗斷裂交匯處。這些斷裂也是重力異常突變帶、梯度帶，這些區(qū)域往往是地震孕育、發(fā)生的理想場所。此外，研究結(jié)果表明渭河盆地及鄰區(qū)重力異常主要由中上地殼剩余密度體所影響，可能是該區(qū)地震以淺源地震為主的主要原因。

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Multi-scale Wavelet Decomposition and Interpretation of Gravity Anomaliesin the Weihe Basin and Its Adjacent Areas

ZHANG Yongqi1，2，HAN Meitao2，ZHANG Enhui2，ZHENG Zengji2，CAO Jianping2，SONG Puwei2

（1.State Key Laboratory of Earthquake Dynamics，Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing 100029，China）（2.Shaanxi Earthquake Agency，Xian 710068，Shaanxi，China）

Abstract

Based on the EGM2008 gravity field model，we obtain the Bouguer gravity anomalies in the Weihe Basin and its adjacent areas.And using the wavelet multi-scale decomposition method we decompose the Bouguer gravity anomalies to 4-order wavelet approximation and details.Based on the average，radial，ogarithmic power spectrum，we calculate the average depth of the field source corresponding to 1st，2nd，3rd，and 4th order wavelet approximation and details.Then we analyze the obtaine gravity field on the baiss of the regional geological and seismic data，and get the following conclusions：① The Bouguer gravity anomalies in first-order tectonic units，the Ordos block，the Weihe basin，and the Qinling orogenic belt，are obviously different，and the Bouguer gravity anomalies within each tectonic unit are horizontally different.The trend，scale，and distribution of the Bouguer gravity anomalies correspond with the secondary structural regions and the major faults in the research areas.② The 1st to 4th-order details of the Bouguer gravity anomaly in the Weihe basin and its adjacent areas correspond to the field source information at depths between 4 km and 23 km.The details of the Bouguer gravity anomaly at different orders reveal the following crustal structure features：The crustal structure in the east and west of the southern margin of the Ordos block is obviously different;The boundaries of sags and uplifts in the Weihe Basin are clear and the faults boundaries are consistent with the gravity anomaly boundaries;The continuity of gravity anomalies in the Qinling orogenic belt is poor，and the variation characteristics of gravity anomalies in the east region are obviously different with those in the west.③ The distribution of the Bouguer gravity anomalies in the Weihe Basin and its adjacent areas has a clear mirror-image relation with the Moho depth.The earthquakes in the Weihe Basin and its adjacent areas mainly occur in the Liupanshan-Longxian-Baoji fault zone，at the intersection of the Weihe fault and the Weinan Yuanqian fault，and at the intersection of the Hancheng fault and the Shuangquan-Linyi fault.In addition，the gravity anomalies in the Weihe basin and its adjacent areas are mainly affected by the residual density of the middle and upper crust，which may be the reason why the shallow-focus earthquakes are prone to occur in this area.

Keywords：the Weihe Basin and its adjacent areas;Bouguer gravity anomaly;multi-scale wavelet decomposition;the Moho depth