在印度板块向北推挤的作用下,青藏高原物质发生东移。川滇地区由于地处青藏高原东北缘,在此过程中经历了强烈的变形和断裂作用,导致该区地质构造复杂,深大断裂发育。在地震活动性方面,该区处于南北地震带的中南段,是我国大陆内部地震活动最强烈的地区之一。2008年汶川8.0级地震就是发生在该区内的龙门山断裂上。许多学者利用地磁场、重力场资料,对该地区的地球物理场进行了大量研究(张先等,1996; 楼海,王椿镛,2005; 张季生等,2009; 姜文亮,张景发,2011; 杨锐等,2012; 祝意青等,2015)。

岩石圈磁场,或称磁异常场,能够反映地壳内部磁性矿物的分布情况,同时能够反映地壳内的地质结构、构造。强烈地震孕育、发生地区的磁异常特征是值得探索的重要问题,康国发等(2010,2013)曾对川滇地区岩石圈磁场特征进行过细致研究。近年来,对该地区的流动地磁测量任务也在有序开展。与此同时,地磁场与强震活动的关系研究正逐渐成为地震地磁学者研究的热点问题。倪喆等(2014a,b)的研究结果表明,在显著地震前1年左右时间内,岩石圈磁场会发生强度及方向的微弱变化。以上结果对认识岩石圈磁场与强震活动关系具有重要的推进作用。然而,对于川滇地区,强震震中的岩石圈磁场背景研究相对缺乏。本文基于《2010中国地磁参考场模型》,计算得到川滇地区岩石圈磁场,并选取1970年1月1日至今川滇地区M_S≥7.0强震,研究震中周围的岩石圈磁场特征。由于岩石圈磁场强度随时间的变化十分微弱(徐文耀,2003),因此选取该模型来分析以往地震的岩石圈磁场背景是合理的。

川滇地区区主要断裂有鲜水河断裂、小江断裂、金沙江断裂、红河断裂、澜沧江断裂、小金河断裂等。上述断裂将该区分为松潘—甘孜地块、扬子地块、川滇菱形块体和滇西块体4个部分。图2给出了川滇地区岩石圈磁场ΔX、ΔY及ΔZ分量分布图。

图1 CGRF2010模型所使用的川滇地区测点
Fig.1 Geomagnetic observation sites in Sichuan-Yunnan region which were used in the CGRF 2010 model

F₁:鲜水河断裂; F₂:小江断裂; F₃:金沙江断裂; F₄:红河断裂; F₅:澜沧江断裂; F₆:龙门山断裂; F₇:小金河断裂;

Ⅰ:松潘—甘孜地块; Ⅱ:川滇菱形块体; Ⅲ:滇西块体; Ⅳ:扬子地块

图2 川滇地区岩石圈磁场ΔX分量(a)、ΔY分量(b)、ΔZ分量(c)分布图
Fig.2 Distribution map showing lithospheric magnetic field of ΔX component(a),ΔY component(b)and ΔZ component(c)in Sichuan-Yunnan region

图2a显示,以小金河断裂以及龙门山断裂为界,其东南地区ΔX以正值为主,西北地区为广泛宽缓的负异常区。但在龙门山断裂东北段,负值区域跨越了龙门山断裂并持续向东延伸,在四川盆地北部形成较为显著的负异常区域。在川滇菱形块体内部,小金河断裂两侧呈现十分显著的差异特征,其北部以负异常为主,南部则表现出正负交织的特征。该特征显示了川滇菱形块体南部地壳(或岩石圈)内部岩石圈磁性不均匀特征。图2b显示的岩石圈磁场ΔY在川滇菱形块体与ΔX分量有相似的特征。但在小江断裂及龙门山断裂以东的扬子地块,ΔY强度普遍较低且未见明显的正负异常分区; 尤其是在四川盆地区域未见显著区域性异常。但在金沙江断裂和红河断裂以西正异常特征较为显著。

图2c显示的岩石圈磁场ΔZ在龙门山断裂带东南侧的四川盆地、小金河断裂以南的川滇菱形块体以及红河断裂以西的滇西块体存在3个主要的正异常区。四川盆地正异常强度大,范围广。在龙门山断裂带两侧由东南到西北ΔZ磁异常由强正异常迅速转变为强负异常,正负异常区分界线与龙门山断裂高度吻合。这说明龙门山断裂带两侧基底性质存在巨大差异。以小金河断裂带为界,川滇菱形块体北部和南部磁异常特征存在显著差异,北部川西地块为广阔宽缓的弱异常区,而南部滇中地块为形态复杂的团状异常区。松潘—甘孜地块整体表现为负磁异常,局部地区出现小范围正异常。滇西块体岩石圈磁场特征复杂,形态多变,但强度不大。在靠近川滇菱形块体的地区,块体边界两侧磁异常形态与强度都没有显著变化。

川滇地区区域构造的边界基本都能够从磁异常图上分辨出来,且在不同分量的磁异常图上,各个块体间的分界有不同的体现。但是在川滇菱形块体南部小江断裂带东西磁场特征基本一致,未呈现显著差异。川滇菱形块体南部正负相间的团状异常一直向东延伸到了106°E附近。川滇菱形块体北部磁异常特征与相邻的松潘—甘孜地块相比未见明显变化。

川滇地区块体分界与岩石圈磁场分布有着良好的对应关系,磁异常区的分界线大多沿断裂带分布。龙门山负异常、四川盆地正异常以及川滇菱形块体南部的团状异常显著而独特。

对1970年以来川滇地区8次M_S≥7.0强震与岩石圈磁场的关系研究表明,强震多发于岩石圈磁场正负交界处。根据岩石圈磁场分布特征分析,一些深大断裂也多位于岩石圈磁场正负分界区域。

1970年以来川滇地区M_S≥7.0强震发生在负异常区的概率略高于正异常区。强震震中处岩石圈磁场强度一般远低于该区域最大正异常及最大负异常强度。所研究的8次地震ΔX、ΔY平均强度均低于川滇地区平均强度,而ΔZ平均强度高于川滇地区平均强度。

由于岩石圈磁场模型为2010年结果,因此,对于2008年汶川地震及2013年雅安地震的分析更为可靠。出于此种考虑,下一步可继续进行对2000年以来川滇地区6级以上强震的研究分析工作。

感谢中国地震局各流磁测量团队对数据获取所作出的重要贡献。感谢中国地震台网中心提供地震目录。感谢在数据处理前期作出贡献的单位和个人。感谢GMT(The Generic Mapping Tools)团队提供免费绘图软件。