Geophysical analysis on the tectonic difference between northern and southern segments of Xianshuihe fault zone
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摘要: 对鲜水河断裂带重磁异常进行向上延拓，通过计算观测面高度异常与延拓后异常之间的相关系数得出最佳向上延拓高度，该延拓高度所对应的延拓结果即为研究区构造背景产生的异常值。向上延拓结果显示布格重力异常值沿鲜水河断裂带自北西向南东逐渐增大，反映出下地壳底边界沿该方向呈升高趋势，可能由青藏高原地壳软弱物质 “东向逃逸” 所致。化极后ΔT磁异常延拓结果表明鲜水河断裂带南东段的康定—石棉以东为强磁性刚性基底。以鲜水河断裂带为分界的不同地块之间基底岩石及地层物性的不同是断裂带南北磁性差异的主导原因。对鲜水河断裂带两侧各约50 km范围内地震的震源深度进行统计，经投影至剖面及线性拟合求出鲜水河断裂带的三维几何形状。结果表明鲜水河断裂带总体倾向南西，倾角近乎直立，范围约为57°—88°。Abstract: Xianshuihe fault zone is one of the strongly active seismic belts in the eastern margin of Tibetan Plateau, with the features of large scale, high activity and seismic frequency. Four M≥7.0 earthquakes have occurred along Xianshuihe fault zone. It is indicated that the differences of geometry features, activity characteristics and intensity, surface rupture characteristics of earthquakes exist between northern and southern segments of Xianshuihe fault zone. The upward continuation result of gravity-magnetic anomaly in Xianshuihe fault zone is present. The optimum upward continuation height is determined by calculating correlation coefficient of anomaly at observed surface height and upward continuation height. The upward continuation result at this height is corresponding to the anomaly caused by structural setting. It shows that the bottom of lower crust is on the rise from NW to SE according to the consecutive increase of Bouguer gravity anomaly at such orientation along the fault, which probably results from eastward motion of crustal soft material in Tibetan Plateau area. Magnetic anomaly reduced to the pole reveals that there is strongly magnetic rigid base to east of Kangding-Shimian in the southern segment of Xianshuihe fault zone. The difference in physical property of basement rocks and stratum in different blocks bounded by Xianshuihe fault zone is the major reason for magnetic diversity between northern and southern segments of the fault zone. With the statistical results of focal depths of seismic events in the range of 50 kilometers on both sides of the fault zone, its three-dimensional geometry is determined by projection and linear fitting. It is indicated that the dip direction of Xianshuihe fault zone is SW and its dip angle is almost vertical in the range of 57° to 88°.
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引言
鲜水河断裂带是我国现今活动最强烈的断裂带之一（Allen et al，1991），其位于青藏高原东缘，是我国西南部川滇地块东侧边界的一部分（闻学泽，2000；徐锡伟等，2003），走向为NW−SE，局部因顺时针方向弯曲而呈北东向突出的弧形，全长共约300 km。鲜水河断裂带北西起自甘孜，经炉霍、道孚、康定向南东延伸至石棉，与安宁河—则木河—小江断裂带共同组成一条巨型左旋走滑活动断裂带（图1a）。野外地质考察（钱洪，1988）探明其明显的左旋错动特征，一系列山脊、水系及地质体被其错断。鲜水河断裂带因其地理位置特殊、规模大、活动性强、地震频度高而受到国内外研究人员的广泛关注。该断裂带百年来控制了4次MS≥7.0强震的发生（Allen et al，1991）（图1a中红色六角星），近期地震活动仍十分活跃。近年来相继发生的2001年昆仑山口西MS8.1地震（徐锡伟等，2002；陈杰等，2003；任金卫，王敏，2005）、2008年汶川MS8.0地震（陈运泰，2008；李海兵等，2008；张培震等，2008）、2010年玉树MS7.1地震（陈立春等，2010；张桂芳等，2011；单斌等，2012）、2013年雅安MS7.0地震（王卫民等，2013；曾祥方等，2013；张勇等，2013）、2017年九寨沟MS7.0地震（徐锡伟等，2017；张旭等，2017），使鲜水河断裂带再次成为研究热点。
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图 1 鲜水河断裂带及邻区地质构造简图（a） 构造背景（阴影部分为本文研究区）（据徐锡伟等，2005）；（b） 区域地质Figure 1. Generalized geological structure map of Xianshuihe fault zone and its adjacent areas（a） Tectonic setting map （The dash area is the studied area of this article）（after Xu et al，2005）；（b） Regional geological map鲜水河断裂带在地表几何特征、活动性质及强度、历史地震及地表破裂特征等方面均显示出一定的分段性及南北差异。鲜水河断裂带由五条主要的左旋走滑分支断层组成，以惠远寺拉分区为界，可分为结构特征不同的南北两段。北西段为结构简单的单一主干断裂，南东段则由四条大致平行的分支断层构成，包括磨西断裂、雅拉河断裂、康定—色哈拉断裂和折多塘断裂，结构复杂（钱洪，1988；Allen et al，1989）。前人研究表明，鲜水河断裂带北西段活动速率明显高于南东段，北西段活动速率约为10—20 mm/a，南东段活动速率则小于10 mm/a，一般为5 mm/a左右（钱洪，1988；Allen et al，1989；周荣军等，2001；徐锡伟等，2003）。据历史地震统计结果，自1700年以来，鲜水河断裂带北西段共发生18次MS≥6.0地震，最长平静期约77年，而南东段共发生8次MS≥6.0地震，最长平静期约170年，表明该断裂带北西段地震活动频率明显高于南东段。地貌方面，鲜水河南东段发生约40°的顺时针走向弯曲，使得该段受到的来自左旋运动的水平侧压增加，雅拉河、色哈拉及折多塘断裂分支间的断块因此发生“楔进”作用而形成抬升的高山山地（Allen et al，1989），而断裂带北段因其走向变化小而未发生该现象。因深部地质结构与构造条件控制着鲜水河断裂带的性质、规模及活动方式，故推测上述南北差异可能由深部原因所致。
前人（黄金莉等，2001；徐锡伟等，2003，2005；Burchfiel et al，2005；王椿镛等，2006；王辉等，2010；邓起东等，2014）对鲜水河断裂带所在川滇地块及其邻区的构造特征、构造变动样式、构造应力场、动力来源、强震活动分布特征、震源机制等问题开展了大量研究并取得丰硕成果，对其深部驱动机制的研究也有重大进展。地震及大地电磁测深等地球物理勘探结果均表明青藏高原东缘地区存在一定厚度的低速、高导的软弱黏性流体即“管流层”（Royden et al，1997；Beaumont et al，2001；Bai et al，2010；白登海等，2011）。上述科学问题的研究大多针对各地块内部，而地块边界如鲜水河断裂带则鲜少被关注，针对其的研究仍处于薄弱环节。从地球物理角度来看，地球动力学问题可回归至最基本的力学问题，进而简化为相应的控制方程和定解条件进行求解。鲜水河断裂带作为川滇菱形地块的北东边界（图1b），明确其三维几何产状可为开展多要素约束下的数值模拟和物理模拟提供重要的基础参考资料，是研究川滇地块与其相邻地块边界几何接触与动力作用的基础。
本文拟利用最新重力（BGI，2012）、航磁及地震资料（国家地震科学数据共享中心，2016；ISC，2016），对鲜水河断裂带布格重力异常及化极后的航磁异常进行解析延拓及水平总导数计算，得到不同深度重磁异常值的横向变化及分布，并通过相关系数计算求得最佳延拓高度进而得到构造分界面异常值。在此基础上对鲜水河断裂带深部构造背景及其南北差异进行综合研究。利用国家地震科学数据共享中心及国际地震中心记录的1870年至今研究区内所有地震事件的震源参数，通过震源深度统计对鲜水河断裂带三维几何形状进行了拟合。拟合结果将为研究区地块间动力作用及相关地球动力学研究提供基础资料。
1. 重磁异常分析
根据观测平面或剖面上的重力异常值计算高于（或低于）它的平面或剖面上异常值的过程称为向上（或向下）延拓。向上延拓是常规的重磁数据处理方法之一，主要作用是削弱局部异常，突出深部异常，对于深部构造研究意义重大。
以地面上某一点O点作为坐标原点，z轴铅锤向下，即沿重力方向，x，y轴在水平面内。若地质体与围岩的密度差（即剩余密度）为σ，则地质体内某一体积元dV＝dξdηdζ，其坐标为（ξ，η，ζ），观测点A的坐标为（x，y，z），则地质体剩余质量对点A的单位质量所产生的引力位为
$ V\left( {x{\text{，}}y{\text{，}}z} \right) {\text{＝}} G\iiint_V \frac{{\sigma {\rm d}\xi {\rm d}\eta {\rm d}\zeta }}{\sqrt{{{ {{{\left( {\xi {\text{－}} x} \right)}^2} {\text{＋}} {{\left( {\eta {\text{－}} y} \right)}^2} {\text{＋}} {{\left( {\zeta {\text{－}} z} \right)}^2}} }}}}{\text{，}} $
(1) 因为z方向为重力方向，故对z求导即得该点的重力异常表达式，即
$ \Delta {g} {\text{＝}} G\iiint_V {\frac{{\sigma \left( {\zeta {\text{－}} z} \right){\rm d}\xi {\rm d}\eta {\rm d}\zeta }}{{{{\left( {\sqrt{{{\left( {\xi {\text{－}} x} \right)}^2} {\text{＋}} {{\left( {\eta {\text{－}} y} \right)}^2} {\text{＋}} {{\left( {\zeta {\text{－}} z} \right)}^2}}} \right)}^3}}}} {\text{，}} $
(2) 上式即为直角坐标系下三度体重力异常基本理论计算公式（曾华霖，2005）。
从式（2）中可得重力场值与场源到测点距离的平方成反比。同样的，磁场值的大小也与观测点到场源点的距离成反比，相关公式在此不再赘述。因此，对于深度相差较大的两个场源体来说，进行同一高度的延拓，其各自重力异常减弱或增大的速度是不同的。进行向上延拓时，由浅部小的场源体引起的小范围、较尖锐的 “高频” 异常随延拓高度的增加衰减较快，而深部大的场源体引起的大范围而宽缓的 “低频” 异常则衰减较慢。因此小而浅的磁性体磁场随距离的衰减比大而深的磁性体磁场要快得多，这样就可以通过向上延拓来压制局部异常的干扰，相对突出了深部区域异常特征；相反，向下延拓则会突出浅部局部异常特征。虽然向上延拓是从观测重力异常中分离出区域重力异常的主要的、普遍的方法，但对最佳向上延拓高度的选择仍没有统一的研究成果。本文根据两个相邻高度重力异常向上延拓值相关系数与高度的关系选取最佳向上延拓高度（曾华霖，许德树，2002），用该最佳延拓高度对布格重力异常进行向上延拓，并对结果进行分析。
两个相邻高度重力异常向上延拓值的相关系数可由式（3）计算得出（Abdelrahman et al，1989；曾华霖，许德树，2002），即
$ {r_{{{g}_1}{\text{，}}{{g}_0}}} {\text{＝}} \frac{{\displaystyle \sum \limits_{i {\text{＝}} 1}^M \mathop \sum \limits_{i {\text{＝}} 1}^N {{g}_1}\left( {{x_i}{\text{，}}{y_i}} \right){{g}_0}\left( {{x_i}{\text{，}}{y_i}} \right)}}{{\sqrt {\displaystyle \sum \limits_{i {\text{＝}} 1}^M \mathop \sum \limits_{i {\text{＝}} 1}^N {g}_1^2\left( {{x_i}{\text{，}}{y_i}} \right)\mathop \sum \limits_{i {\text{＝}} 1}^M \mathop \sum \limits_{i {\text{＝}} 1}^N {g}_0^2\left( {{x_i}{\text{，}}{y_i}} \right)} }}{\text{，}} $
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相关系数可以定量地反映两个函数所表示的曲线或曲面形态的相似性。据相关仿真模型实验（曾华霖，许德树，2002）结果，最佳向上延拓高度是相邻高度重磁异常向上延拓值相关系数随延拓高度变化的分界值。当向上延拓高度在最佳高度以下时，与观测面上的区域重磁异常进行相关系数计算的向上延拓值，不仅包含了区域重磁异常，还包括了局部重磁异常。随着延拓高度的不断增加，局部重磁异常因异常体埋深浅而迅速衰减，使得该段向上延拓异常形态随延拓高度的变化较快，对应的相关系数曲线斜率较大。而当向上延拓高度大于最佳高度时，延拓值主要为区域重磁异常，局部重磁异常已衰减至最小值，因此该段向上延拓异常形态随上延高度的增加变化较小，对应的相关系数斜率也较小。故斜率转折处即可认为是研究区重磁异常值的最佳向上延拓高度。
为了更明显地对比鲜水河断裂带南北地区的差异，重磁数据研究范围为图1中阴影区域。图2a和2b分别为研究区地表观测布格重力异常值、化极后ΔT磁异常值与向上延拓相应高度后异常值的相关系数曲线。对于布格重力异常，从相关系数的一阶导数即斜率变化可以看出，当向上延拓高度约为40 km时相关系数的斜率存在转折跳变，超过该值后异常值变化逐渐趋于平稳，因此可取40 km高度为研究区布格重力异常的最佳向上延拓高度。计算表明（高玲举等，2015）该区莫霍面深度约在45—55 km之间，估计的最佳向上延拓高度偏小，其原因可能为研究区广泛分布的花岗岩（图1a）引起的重力负异常。如果没有广泛分布的浅部花岗岩的影响，最佳向上延拓高度应与莫霍面深度更为吻合。同样的，对于化极后ΔT磁异常，以相关系数随向上延拓高度变化斜率发生跳变为标准，选取20 km为化极后ΔT磁异常的最佳向上延拓高度。该值与研究区19 km居里面深度的计算结果（高玲举等，2015）较为一致。
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图 2 相关系数、布格重力异常与化极后ΔT磁异常向上延拓结果（a） 布格重力异常观测值与向上延拓值相关系数及其斜率随延拓高度的变化曲线；（b） 化极后ΔT磁异常观测值与向上延拓值相关系数及其斜率随延拓高度的变化曲线；（c） 布格重力异常观测值；（d） 化极后ΔT磁异常；（e） 向上延拓40 km后的布格重力异常；（f） 向上延拓20 km后化极后的ΔT磁异常Figure 2. Upward continuation results of correlation coefficients，Bouguer gravity anomaly and polarized aeromagnetic anomaly（a） Variation curve of correlation coefficients and its gradient calculated by observed Bouguer gravity anomaly and upward continuation anomaly；（b） Variation curve of correlation coefficients and its gradient calculated by observed polarized aeromagnetic anomaly and upward continuation anomaly；（c） Observed Bouguer gravity anomaly map；（d） Polarized aeromagnetic anomaly map；（e） Upward continuation result of Bouguer gravity anomaly；（f） Upward continuation result of polarized aeromagnetic anomaly从地表观测的布格重力异常值来看（图2c），以惠远寺拉分区为分界，鲜水河断裂带北西段两侧平均布格重力异常值小于南东段。北西段大部分值低于−330×10−5 m/s2，而南东段则高于−330×10−5 m/s2。沿鲜水河断裂带分布一系列串珠状异常，可能与不同时期花岗岩侵入有关，如岩浆活动频繁的中条—澄江期、晚华力西—印支期（四川省地质矿产局，1982）。布格重力异常包含了壳内各种偏离正常密度分布的矿体与构造的影响，也包括了地壳下界面起伏而在横向上相对上地幔质量的巨大亏损或盈余产生的影响。向上延拓后的布格重力异常理论上只反映地壳下界面起伏造成的区域异常。图2e向上延拓40 km后的布格重力异常结果为该区区域重力异常，异常幅值约在−450×10−5—−330×10−5 m/s2之间，幅值整体变化相对未延拓异常较小，表明地壳下界面起伏较为平缓，幅值尖锐的串珠状及团块状异常均为浅部密度异常的地质体如岩浆岩所导致。沿鲜水河断裂带延伸方向，自北西至南东，延拓后的重力异常值呈近线性增大，幅值变化梯度方向与断裂带方向近乎平行，从构造运动角度来看该梯度方向与川滇菱形地块的运动方向近乎平行（徐锡伟等，2005）。变化的异常值反应了自北西向南东方向深部构造面逐渐抬升的趋势，这种构造面深度变化与青藏高原“东构造结”北东向挤推的物质传递效果相对应（熊熊，滕吉文，2002；Bai et al，2010）。大量地球物理探测显示，川西北地块的地壳可能存在温度相对较高的局部熔融体或糜棱岩化的任性变形体，它们可能是该地区活动地块的深部驱动构造，也是上地壳应力积累和地震多发的深部原因。这些物质受印、亚板块碰撞推挤而移动。鲜水河断裂带及两侧区域位处特提斯构造域东缘，受远程挤出效应，表现为逐渐减薄的地壳，下地壳底边界沿软弱物质的运动方向以近南北为走向呈上升趋势。
图2d为研究区化极后ΔT磁异常值。研究区具有较平缓的磁背景场，磁场值范围约在−20—20 nT。鲜水河断裂带北西段的道孚、乾宁地区零星分布椭圆状、串珠状高值正磁异常。结合地质及岩石物性资料，该区多由三叠系地层及燕山期花岗岩所覆盖，区内沉积地层均无磁性，部分中酸性岩体具有弱磁性，二叠系基性火山岩具有较强磁性。因此椭圆状、串珠状高值磁异常可能由中酸性岩浆岩所致。该区平静的磁背景场反映了弱磁性基底。康定以南地区磁场特征显示有椭圆形大范围且缓梯度的高值磁异常分布，与该处分布的刚性基底相对应。向上延拓20 km后的化极后ΔT磁异常值（图2f）显示，地表观测到的局部磁异常因向上延拓滤波而消失，鲜水河南东段椭圆形磁异常在图中更为突出，有可能延伸至四川盆地西缘。该异常范围与地表观测到的范围相比变化较小，反映了深部磁性基底界面的强磁性特征。康定—石棉以东地区即四川盆地西缘的磁性基底组成包括前震旦纪结晶片岩、中基性变质火山岩及中酸性火山碎屑岩，上覆震旦系、古生界及中新生界非磁性盖层（宋洪彪，罗志立，1995）。由于不同地块间基底性质存在明显差异，鲜水河南东段磁异常值因强磁性基底并没有随上延深度的增加而急剧衰减，导致了异常值横向分布的南北差异。地质资料显示（四川省地质矿产局，1982），随着川滇菱形地块向南东方向旋转滑移，鲜水河断裂带南东段地区基底的褶皱变形因受到四川盆地西缘刚性强磁性基底的阻挡而加剧。
2. 地震资料分析
上地壳脆性断层活动和地表破裂是地震释放深部能量的载体和方式之一。为详细研究鲜水河断裂带的几何形状，本文依据国家地震科学数据共享中心及国际地震中心记录的地震震源参数，对1870年至今鲜水河断裂带两侧各约50 km内所有历史地震事件的空间分布开展研究。
图3c给出了MS≥1.0所有地震事件的震中分布，地震事件为148个。地震事件在断层两侧呈不对称分布，其中断层西侧的总数较多。红色圆圈大小与地震深度成正比，震源深度从鲜水河断裂带向西明显呈逐渐加深的趋势。深大地震事件基本集中于断裂带的最西侧。本文以鲜水河断裂带为中心，选取了6条垂直于其走向的剖面（自北西至南东分别为：AA′，BB′，CC′，DD′，EE′，FF′）来研究地震的深度分布，所有剖面的投影宽度均约为100 km，其位置均在图3c中以虚线标出。
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图 3 地震震源深度典型剖面反演及断裂三维几何形状拟合等值面图（a） BB′剖面震源深度分布及断层线性拟合；（b） EE′剖面震源深度分布及断层线性拟合；（c） 鲜水河断裂带两侧地震深度分布图；（d） 鲜水河断裂带三维几何形状拟合等值面图Figure 3. The inversion of focal depths of seismic events in typical profiles and the map of three-dimensional geometry fitting isosurface of Xianshuihe fault zone（a） Distribution of focal depths of seismic events and linear fitting of the fault in profile BB′；（b） Distribution of focal depths of seismic events and linear fitting of the fault in profile EE′；（c） Map of focal depths distribution on both sides of Xianshuihe fault zone；（d） Map of three-dimensional geometry fitting isosurface of Xianshuihe fault zone将各剖面南北两侧的地震空间位置分别投影在相应的剖面上，以剖面内地震事件的位置为依据进行断面二维拟合。拟合前结合研究区已知构造资料对相应的地震事件进行筛选，提高参与拟合的地震事件的有效性，从而增加最后拟合结果的可信度。因石棉以南区域分布有其它断层，研究时无法判断该处地震事件是否由鲜水河断裂主导，因此该部分地震数据并未参与计算。下载获得的原始地震数据显示，部分地震震源深度为0 km且震级较小，成因明显与鲜水河断裂带活动无关，可能为地表人为原因等造成，研究时同样将该部分数据剔除。以往的调查研究（徐锡伟等，2003）显示鲜水河断裂带倾角近乎直立，大致在55°—80°之间。为去除上盘地震对鲜水河断裂带三维空间形态分析的影响，约束震源与剖面中心点处切线形成的平面与水平面的夹角范围为45°—90°，该区以外的地震事件不参与拟合计算。计算表明，鲜水河断裂带及其两侧莫霍面深度约在45—55 km之间（高玲举等，2015），且鲜水河断裂带切割深度尚未触及下地壳底界，因此对超过该深度的地震事件也进行了剔除。
理论上来说，定位精度的影响使得地震目录中记录到的震源位置具有一定的不确定性，每一个地震事件的空间位置误差均服从正态分布函数，但研究区地震事件经有效性筛选后数量过少，无法体现正态分布，因此无法通过常规统计求出拟合度最高的剖面倾角。本文直接采用简单的线性拟合，利用各剖面地震事件空间位置投影对鲜水河断裂带空间几何展布进行反演，当残差最小时，对应结果为最终拟合结果。经统计，各剖面上地震的平均最深深度约为30 km，取此深度作为鲜水河断裂带的最大切割深度。
按照上述过程对鲜水河断裂带上的6个剖面分别进行线性拟合。以BB′和EE′剖面为例，图3a和图3b分别为对应剖面的震源空间分布及线性拟合结果，蓝色曲线为莫霍面参考深度。以深大地震为判据首先判别该段断面的倾向，鲜水河断裂带属尺度较小的地块间边界，可将其断面整体简化为平面，因此各剖面的断面可对应于线性拟合所得的直线。图3中实心红圈代表经筛选器筛选后参与拟合的地震事件，而空心红圈则为未符合条件的地震事件。将各截面的拟合结果插值即得到鲜水河断裂带的三维几何形状（图3d）。从该结果可以看出，鲜水河断裂带整体倾向南西，倾角较大，近乎直立，这与前人对鲜水河断裂带的认识较为一致。自北向南倾角呈逐渐减小的趋势，其成因应与断层形成时该地区的应力分布有关。
鲜水河断裂带控制的强震活动在北西段和南东段随时间推移呈现南北交替活动的特征（黄福明，杨智娴，1987）。但总体上来讲，全新世以来断裂带北西段具有强地震活动性和短的大震重复周期，这是由于北西段滑移速率大于南东段，滑移速率的差异是断裂带南北地震活动差异性的基本原因（钱洪，1988）。目前认为造成断裂带南北段滑移速率差异的原因有两点。其一与鲜水河断裂带的形态有关。鲜水河断裂带所处的川西高原地区受两个级别的构造应力场控制。印-亚板块碰撞推挤作用（图1b）产生的大区域一级应力场起主导作用，川滇菱形地块SSE向的移动与扬子板块碰撞产生的二级应力场则起次级作用，在两级应力场的叠加之下，鲜水河断裂带地震主压应力轴自北向南呈现出规律变化，应力轴方位逐渐由北东转为近东西再转为北西（阚荣举等，1977）。其二则为鲜水河断裂带南北两侧几何形态有所差别，北西段结构单一，地块相对运动均集中在同一断层平面，而南东段则由5个平行分支断裂组成，两侧地块的相对运动会分配在各分支断裂。
3. 讨论与结论
综合重磁、断裂带三维几何形状所得的反演结果如图4所示。向上延拓高度以5 km为间隔分别求出上延后重磁异常水平的总导数，断层面与对应延拓面结果的交线在图中用虚线表示，红色实心圆为鲜水河断裂带控制的MS≥1.0历史地震的震源空间分布。物源边界可用最大水平梯度法定位。当密度体或磁性体边界为垂直边界时，重磁异常水平梯度模对应边界位置为极大值，而物体边界不垂直时则水平梯度模会偏离边界位置。由于本文研究区为鲜水河断裂带，属区域地质构造框架，边界位置的误差相对构造尺度可忽略，且上述研究表明鲜水河断裂带产状近乎垂直，因此可不考虑误差。
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图 4 重磁异常延拓与鲜水河断裂带三维几何形状切片图红色实心圆代表参与断裂带三维几何形状拟合的MS≥1.0地震事件。（a） 布格重力异常不同高度上延后水平总导数切片图（蓝色为低值，红色为高值，下同）；（b） 化极后ΔT磁异常不同高度上延后水平总导数切片图Figure 4. The upward continuation result of gravity-magnetic anomaly and the slices of three-dimensional geometry about Xianshuihe fault zoneThe red solid circles mean the MS≥1.0 earthquakes that contribute to the fitting. （a） The slices of total horizontal derivative results after upward continuation of Bouguer gravity anomaly at different depths （blue color means low value and red color means high value，the same below）；（b） The slices of total horizontal derivatives results after upward continuation of magnetic anomaly reduced to the pole at different depths图4a中，浅部水平梯度极值较为分散，且部分呈串珠状，对应浅源的局部重力异常。随着上延高度的增加局部异常迅速衰减，在上延10 km后，其扰动经延拓基本被滤除，出现大范围规律性的连续极值，等值线更加圆滑，更具有框架性背景场的反应。化极后ΔT磁异常（图4b）延拓后水平总导数分布与布格重力异常有同样表现。从相关系数的变化推测磁性基底界面深度约在20 km，当超过20 km后异常值基本只反映磁性界面引起的背景场值，延拓结果基本不再变化。综合重磁切片与断裂带几何形状来看，鲜水河断裂带在不同深度均与重磁水平梯度模的最大极值分布相吻合。布格异常水平总梯度最大极值呈平行于断裂带的条带状，推断其东西两侧以断裂带为分界分为不同的密度体。而磁异常水平梯度最大极值则呈现近圆状，进一步勾勒出断裂带南部东侧的强磁性体。大地电磁测深结果（孙洁等，2003；何梅兴等，2017）从地下介质导电特性及结构方面揭示了断裂带两侧介质的差异。东侧扬子地块是相对稳定地块，电性层结构简单，由浅至深呈良好分层性，上地壳电阻率较中下地壳相对较高；西侧川滇菱形地块电性结构特殊，浅部电阻率低，中下地壳则发育高导层，且上地幔导电层埋深较浅，推测该地块还处于活动中的 “热状态” 。因组成各地块基底岩石和地层物性的不同，四川盆地西边缘的刚性基底在鲜水河断裂带南东段表现为椭圆形强磁异常。也正是由于该刚性基底的阻挡，地壳低速带即 “管流层” 的半熔融物质在在冷-热地块边界带附近的中下地壳囤积，导致地壳急剧增厚，地表隆升强烈，形成了龙门山、嘎贡山等。统计结果显示地震震源深度在5—15 km间较为集中。空间分布方面，深部地震多发育在断裂带北西段，前人研究认为这与断裂带北西段较大的滑移速率相关。另外，四川盆地西缘高磁性刚性基底集中发育数次地震，推测为该处壳内物质因挤压变形产生应力集中而后释放的表现。
基于对鲜水河断裂及两侧区域的重磁、地震资料的相关处理结果，本文分析探讨了鲜水河断裂带深部构造的南北差异并对鲜水河断裂带三维几何形状进行了拟合，得到如下结论：
1） 向上延拓虽然在重磁数据处理中相对成熟、应用广泛，但最佳向上延拓高度目前尚未取得统一定论。计算观测布格重力异常与相邻高度重力异常向上延拓值之间的相关系数是求取最佳向上延拓高度的一种方法。计算得到研究区布格重力异常最佳向上延拓高度约为40 km，广泛分布的花岗岩体使得该值小于研究区的莫霍面深度。化极后ΔT磁异常最佳向上延拓高度约为20 km，与研究区居里面深度较为一致。布格重力异常向上延拓40 km后的结果显示，研究区异常值范围在−450×10−5—−330×10−5 m/s2之间，异常值自北西至南东沿鲜水河断裂带方向逐渐增大，对应下地壳底界界面的抬升趋势。化极后ΔT磁异常向上延拓20 km后的结果则表明鲜水河断裂带南东段康定—石棉以东分布有强磁性刚性基底。
2） 鲜水河断裂带的三维几何形状由地震震源空间分布统计及各剖面拟合求得。从结果来看，鲜水河断裂带整体倾向南西，倾角近乎直立，但倾角大小在南北段仍有差异，北西段最大倾角为88°，南东段最大倾角为71°，可能与鲜水河断裂带形成前该区的应力分布有关。自康定以南鲜水河断裂带约40°的顺时针走向弯曲使得该段受到的来自左旋运动的水平侧压增加，形成了数个因“楔进”作用而产生的高地。
拟合鲜水河断裂带的三维几何形状时对两点问题做了简化。首先，鲜水河断裂带几何特征较为复杂，特别表现在惠远寺拉分区以南的南段，其由数个平行的次级断层组成。在拟合前按照几何特征先将鲜水河断裂带简化为一个整体后再进行拟合工作。另外，鲜水河断裂带虽然活动性强，但由于其尺度较小，其控制的地震事件数量在统计意义上来说仍较小，因此对剖面上投影的地震事件只进行了简单的线性拟合。因此该结果虽对今后的相关工作具有一定的参考意义，但精确度仍有待提高。
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图 1 鲜水河断裂带及邻区地质构造简图
（a） 构造背景（阴影部分为本文研究区）（据徐锡伟等，2005）；（b） 区域地质
Figure 1. Generalized geological structure map of Xianshuihe fault zone and its adjacent areas
（a） Tectonic setting map （The dash area is the studied area of this article）（after Xu et al，2005）；（b） Regional geological map
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图 2 相关系数、布格重力异常与化极后ΔT磁异常向上延拓结果
（a） 布格重力异常观测值与向上延拓值相关系数及其斜率随延拓高度的变化曲线；（b） 化极后ΔT磁异常观测值与向上延拓值相关系数及其斜率随延拓高度的变化曲线；（c） 布格重力异常观测值；（d） 化极后ΔT磁异常；（e） 向上延拓40 km后的布格重力异常；（f） 向上延拓20 km后化极后的ΔT磁异常
Figure 2. Upward continuation results of correlation coefficients，Bouguer gravity anomaly and polarized aeromagnetic anomaly
（a） Variation curve of correlation coefficients and its gradient calculated by observed Bouguer gravity anomaly and upward continuation anomaly；（b） Variation curve of correlation coefficients and its gradient calculated by observed polarized aeromagnetic anomaly and upward continuation anomaly；（c） Observed Bouguer gravity anomaly map；（d） Polarized aeromagnetic anomaly map；（e） Upward continuation result of Bouguer gravity anomaly；（f） Upward continuation result of polarized aeromagnetic anomaly
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图 3 地震震源深度典型剖面反演及断裂三维几何形状拟合等值面图
（a） BB′剖面震源深度分布及断层线性拟合；（b） EE′剖面震源深度分布及断层线性拟合；（c） 鲜水河断裂带两侧地震深度分布图；（d） 鲜水河断裂带三维几何形状拟合等值面图
Figure 3. The inversion of focal depths of seismic events in typical profiles and the map of three-dimensional geometry fitting isosurface of Xianshuihe fault zone
（a） Distribution of focal depths of seismic events and linear fitting of the fault in profile BB′；（b） Distribution of focal depths of seismic events and linear fitting of the fault in profile EE′；（c） Map of focal depths distribution on both sides of Xianshuihe fault zone；（d） Map of three-dimensional geometry fitting isosurface of Xianshuihe fault zone
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图 4 重磁异常延拓与鲜水河断裂带三维几何形状切片图
红色实心圆代表参与断裂带三维几何形状拟合的MS≥1.0地震事件。（a） 布格重力异常不同高度上延后水平总导数切片图（蓝色为低值，红色为高值，下同）；（b） 化极后ΔT磁异常不同高度上延后水平总导数切片图
Figure 4. The upward continuation result of gravity-magnetic anomaly and the slices of three-dimensional geometry about Xianshuihe fault zone
The red solid circles mean the MS≥1.0 earthquakes that contribute to the fitting. （a） The slices of total horizontal derivative results after upward continuation of Bouguer gravity anomaly at different depths （blue color means low value and red color means high value，the same below）；（b） The slices of total horizontal derivatives results after upward continuation of magnetic anomaly reduced to the pole at different depths
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