从1 km的深度剖面看(图4a),以台湾海峡中的滨海断裂带为界,西部福建地区大部分为高速异常区(紫色区域),在福建地区大范围高速分布的背景下,如福州盆地、泉州盆地、漳州盆地、龙岩盆地等或者地势低洼区域出现小范围的低速异常(绿色到红色区域),这体现了盆地沉积层的分布情况。台湾海峡北部为低速区,南部为高速区,澎湖隆起区则位于高速异常区。台湾本岛西部的平原区明显为低速,而到中东部的高山区很快变为高速。

由区域地形图(图5a)可见:福建地形以低山、丘陵为主,由西、中两列山脉构成福建地形的骨架,均呈东北—西南走向,与海岸平行。沿海为狭窄的海湾平原,境内分布有若干较大的第四纪沉积盆地——沿海的福州盆地、泉州盆地、漳州盆地以及闽西的龙岩盆地。台湾海峡海底地形比较复杂,丘、谷相间,起伏较大,这是由于在形成台湾海峡时地壳变动和火山岩侵入而造成的。澎湖列岛和台湾浅滩生成于发生了断裂及形成了台湾海峡之后,由沿裂缝溢出岩浆冷却而成。出露海面的为澎湖列岛,未出露的为台湾浅滩。台湾本岛多山、地形复杂,东部多山脉,中部多丘陵,西部多平原,最大的嘉南平原位于台湾岛的中西部。

总体而言,1 km深度上的地震波速异常分布与区域的地形特征较好的吻合。山脉、丘陵一般位于高速异常区; 平原、盆地一般位于低速异常区。反演结果基本上反映了本区域的地形特征。

随着深度的加深,速度扰动异常的图像发生了明显变化。在6 km的深度层上(图4b),福建大部分地区已由高速变为低速; 海峡地区基本上保持着1 km深度上速度异常南高北低的格局,但南部的高速区向北扩大; 而台湾岛上西部的低速异常已向中部移动,低速异常沿着中央山脉及花东纵谷大断裂从南到北贯穿整个台湾岛。

在15 km深度层(图4c),以滨海断裂带为界,西边的福建沿海大部分地区恢复为高速区,东边的整个台湾海峡都为低速区,澎湖隆起高速区东移到台湾岛上。台湾海峡的低速区可能与该区域岛弧后拉张构造有关,表明该区域的强度相对较低。

在28 km深度层(图4d),福建沿海高速区进一步向北、向西扩大,覆盖了福建全省的大部; 除花莲地区外,台湾海峡的低速区向东扩展几乎覆盖了全岛。

从浅部到深部的地震波速分布来看,福建到台湾岛区域存在一个近东西向分布的西浅东深的低速带,该低速带的倾向和分布状态可能反映了上地幔物质(高温,低速、柔性)在上涌过程中的横向迁移特征,同时存在着许多上地幔物质上涌的“通道”,其形成机制可能与菲律宾板块的俯冲构造造成的台湾海峡拉张有关,这可能说明“薄皮”模型或者碰撞挤压(Mooney et al,1998)不是造成台湾海峡和周边区域动力学形变的主要原因。

从地震活动性来看,位于台湾海峡西侧的滨海断裂带是福建沿海地震活动最强烈的地带。滨海断裂带的台湾海峡段是福建近岸海域内最大的一条晚第四纪或全新世活动断裂,其展布始于平潭岛以东海域,沿NE30°～50°,南延至东山岛海外,全长约500 km,整条断裂带被数条NW向的早第四纪断裂切割成三段(平潭海外段、泉州海外段和金门海外段)。Wu等(1997)研究表明,滨海断裂带两侧海底地形有明显差异; 从重力布格异常分析,该断裂带东、西两侧地壳厚度存在明显差异; 从磁力异常分析表明,滨海断裂带是一条切穿地壳的断裂带。震源机制解和构造应力场的研究也表明,研究区(包括福建沿海、台湾海峡和台湾本岛)现代构造应力场的主压应力方向一致为NW或NWW方向(Hsu et al,2009)。

自有历史记载以来,滨海断裂带及附近区域曾发生过1次8级地震,2次7～7.3级地震以及多次6级地震,近期中、小地震活动频繁,密集成带,是东南沿海地震带上活动性最强烈的地区。这些地震都是浅源地震,深度在5～20 km(图1)。

由图4c可见,在15 km深度,台湾海峡从东侧的台湾岛西海外的澎湖—玉里大断裂到西侧的滨海断裂带之间和台湾岛北部存在一大片呈北东向分布的低速区,福建沿海和台湾西海岸则为高速区,滨海断裂带和台西海外大断裂恰好位于高低速区的交界部位。

一般在高、低速区交界部位往往是地震孕育和发生的场所。滨海断裂带上的强烈地震大多发生在偏交界线的高速区一侧,其平均震源深度也大约在这个深度(图1)。从构造演化的观点看,根据台湾海峡新构造运动发展:在晚第三纪时,由于菲律宾板块沿北西方向在花莲附近与欧亚大陆板块碰撞、俯冲,使其前方的上地幔物质上拱,致使台湾岛与大陆逐渐解体,形成了弧后凹陷——台湾海峡。在台湾西部及海峡内发育了数千米厚的上第三系弧后沉积(黄昭,王善雄,2006)。15 km深度剖面海峡和台湾东北部大片的低速区可能反映了这个过程。

台湾地震构造区包括台湾省及其邻近海域,是中国地震活动最频繁的地区之一。台湾位于环太平洋地震带西侧,菲律宾海板块在台湾东部与欧亚大陆板块碰撞,并沿北西方向在花莲附近海域向琉球岛弧下方俯冲、消减,台湾东部纵谷是两大板块的“缝合带”。

两大板块的碰撞、挤压作用,造成了强烈的“造山运动”,形成台湾东部一系列北东走向的山脉(如“中央山脉”现今仍有强烈活动)。板块碰撞边缘的挤压作用最强,故台湾的地震大多数发

图4 研究区域不同深度P波速度异常水平剖面图
(a)1 km;(b)6 km;(c)15 km;(d)28 km
Fig.4 P wave velocity maps at different depths in study region(a)1 km;(b)6 km;(c)15 km;(d)28 km

生在花莲、宜兰外海,对本岛影响不大。而台湾本岛,由东到西六个地质单元,各地质单元间都有“界线断层”分割,这些“界线断层”大部分是呈北北东向的活动断层,容易引发强烈地震。台湾本岛强烈地震大多发生在这些“界线断层”上,如著名的集集大地震就发生在西部麓山带和西部沉积平原间的车龙埔—触口断层。台湾南部板块运动和地震活动模式与东、北部不同,南中国海板块在台湾岛西南侧向东运动(“南海盆地东扩”),过了屏东平原后,向东隐没在菲律宾板块之下,这里存在明显的“贝里奥夫带”,因此屏东平原“缺震”,地震多发生在台东外海。

为了解台湾本岛下部的深部构造,我们穿过台湾岛作了5条交叉的速度剖面(剖面A～E)。同时,为了研究福建内部的构造以及其与地震活动性的关系,在福建内部选取了2条东北—西南向的垂直剖面(剖面G,F),剖面位置如图5a所示,其中北西向三条剖面A、B、C跨越福建大陆、台湾海峡和台湾本岛; 北东向两条剖面D、E跨越台湾本岛东、中部。

由图5可见,台湾地区大多数强震都发生在高速区内,尤其是宜兰和花莲外海(剖面C和D),这与菲律宾板块在花莲外海俯冲到台湾岛下面的高速板块带(或称“板舌”)有关。

由图4b可见,沿台湾中央山脉及一条大断裂,从南到北贯穿全岛,存在一条低速带。从图5d可见,这条低速带由地壳深部一直上升到接近中央山脉底部。这可能反映了中央山脉正下方存在一条上地幔物质上涌的“通道”,大地震往往发生在中央山脉两侧的断裂带上,这些断裂带位于高、低速区的交界部位。集集地震就发生在这条“通道”西侧的车龙埔—触口断层上。中央山脉下方低速带的产生机制与上述台湾海峡低速带产生机制类似,可能与菲律宾板块在台湾东部海域与欧亚板块碰撞、俯冲有关。

福建地区位于华南地震带内的东南沿海地震带,区内滨海断裂带及其邻近地区地震活动性最为强烈,对福建沿海的影响最大,而福建陆域地震活动稍弱。福建大陆地震活动的特点为:以闽江断裂带为界,南部地震活动性比北部强、东部沿海比西部内陆强,即所谓“南强北弱、东强西弱”的特点。

福建大陆存在着三条北北东—北东向的规模较大、延伸较长、切割深和活动性较强的断裂带(图6),即沿海的长乐—诏安断裂带(F₃); 中部的政和—海丰断裂带(F₄)以及西部的邵武—河源断裂带(F₅),其中沿海的F₃断裂带活动性最强。与台湾岛上断裂带分布(主要是北东向)不同,福建境内在闽江断裂以南还分布有一些次一级的北北西—北西向断裂,从北到南依次有:闽江断裂(F₆)、沙县—南日岛断裂(F₇)、永安—晋江断裂(F₈)、九龙江断裂(F₉)和上杭—云霄断裂(F₁₀),还有东西向的清流—连江断裂(F₁₁)。其中,F₆、F₈、F₁₀规模较大、延伸较长; F₇、F₈、F₉延伸到台湾海峡甚至到达台湾岛西侧,这些断裂带切割滨海断裂带,构成了该断裂带的分段标志。福建陆域的北东向和北西向两组断裂相互交错,构成了福建陆地上的地震构造,且经常发生中、强地震。

综上所述,福建陆域无论从地震构造、断裂带分布、地震活动性强度以及地热异常的分布来看,都是以北西向的闽江断裂(F₆)为界,南北之间存在着明显的差异。闽江断裂以北,在F₄和F₅之间为前寒武纪变质岩,地块相对稳定(丁祥焕,1998),地震活动性很弱并且没有温泉分布。闽江断裂以南(简称“闽南”)伴随着岩浆侵入和古火山喷发,断块分异作用强烈。闽南地区存在两组北东、北西向的规模较大、延伸较长的断裂(带),相互交错,形成了网格状的地震构造格局,也是温泉大量分布的地热异常区,同时也是中、强地震频发的地区,尤其是沿海的长乐—诏安断裂带是福建省陆域地震活动较强的断裂带。

图5 速度扰动异常垂直剖面位置及其地震波速度图
(a)7条速度扰动异常垂直剖面位置;(b)A剖面的地震波速度;(c)B剖面的地震波速度;(d)C剖面的地震波速度;
(e)D剖面的地震波速度;(f)E剖面的地震波速度;(g)F剖面的地震波速度;(h)G剖面的地震波速度
Fig.5 Location of vertical profiles of the velocity perturbation abnomal and their seismic velocity(a)the location of 7 vertical profiles of velocity perturbation abnormal;(b)seismic velocity distribution along A profile; (c)seismic velocity distribution along B profile;(d)seismic velocity distribution along C profile;(e)seismic velocity distribution along D profile;(f)seismic velocity distribution along E profile;(g)seismic velocity distribution along F profile;(h)seismic velocity distribution along G profile

为了考察闽南地区地震构造、地震活动性、地热异常的深部成因,我们沿着北东方向作了两条速度扰动异常垂直剖面F 和G,其平面位置见图5a,其地震波速度分布如图5g、5h所示。F剖面位于福建沿海,从粤东北部沿西南—东北方向穿

越漳州—泉州—福州盆地。由图5g可见,以福州(长乐—诏安断裂带的北端位于福州长乐)为起点往西南方向的地壳速度结构除1 km以上的浅层外,在1～10 km的上、中地壳中明显存在一个低速区,该低速区可能是福州盆地至泉州盆地高地热异常

图6 福建省地质构造图
Fig.6 Seismotectonic map of Fujian province and its surroundings area

的显示,其位置和福州盆地的高地热异常区吻合,也与长乐—诏安断裂带的走向一致; 10 km以下至下地壳底部以高速区为主。

在漳州盆地以南至广东汕头地区,有深达20 km的低速区,从连续穿越漳州盆地的北西向剖面A(图5b)可见,整个漳州地区地壳3～20 km处存在有大范围的低速区。这可能是漳州以南直至粤东北的高地热异常的反映。与福州盆地相比,漳州盆地下面的低速区延伸更深。

G剖面位置走向与F剖面平行,但更偏向内陆一侧,并且穿越戴云山脉,其基本图像与剖面F类似(图5h),但漳州盆地以南地壳中的低速区范围更大,连成一片,深度直达到上地幔顶部(深度33 km),这可能意味着漳州盆地以南直至粤北地区地下存在着一个上地幔热物质上涌的“通道”,造成了这一地区岩浆活动剧烈、地热异常明显,许多地区有玄武岩喷溢,Li 等(2007)的研究也证明了这一点。漳州盆地周围也是该区域陆域地震活动最强的地区,根据历史记载考证,漳州地区曾经发生过1185年61/2级和1445年61/4级地震,这是福建陆域有记载以来最大震级的地震。

综上所述,无论是地热异常的强度、温泉露头的分布、地震构造的断裂分布、地震活动性的频度和强度,闽江断裂以南(简称“闽南”)的福建陆域乃至粤北,与“闽北”相比,存在很大差异,其深部构造的原因可能是该区域的地壳深部存在着一个连通上地幔的高温、高压的上地幔物质上涌的“通道”,造成这一区域较剧烈的地壳构造运动,形成了较强的地震活动局面。当然,这种上地幔热物质的“上涌”运动,从时间过程看,在不同的地质年代是不均匀的,王洪涛等(1991)认为,燕山运动以来,闽、台断块分异作用强烈,与地壳深部三次重要的热幕活动密切相关。从空间上看热物质的上涌也是不均匀的,存在着“横向迁移”的可能。