第４４卷 第６期２０２２年１２月
地 震 地 质
ＳＥＩＳＭＯＬＯＧＹＡＮＤＧＥＯＬＯＧＹ
Ｖｏｌ．４４，Ｎｏ．６
Ｄｅｃ．，２０２２
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－４９６７．２０２２．０６．０１０
徐志萍，张扬，杨利普，等．２０２２．河南省及邻区主要活动断裂的深部构造特征［Ｊ］．地震地质，４４（６）：１５２１—１５３８． ＸＵＺｈｉ ｐｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＹａｎｇ，ＹＡＮＧＬｉ ｐｕ，ｅｔａｌ．２０２２．ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅｄｅｅｐｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｍａｉｎａｃｔｉｖｅｆａｕｌｔｓｉｎＨｅｎａｎＰｒｏ ｖｉｎｃｅａｎｄｉｔｓａｄｊａｃｅｎｔａｒｅａｓ［Ｊ］．ＳｅｉｓｍｏｌｏｇｙａｎｄＧｅｏｌｏｇｙ，４４（６）：１５２１—１５３８．
河南省及邻区主要活动断裂的深部构造特征
徐志萍１） 张 扬２，３） 杨利普１） 徐顺强１）
姜 磊１） 唐 淋４） 林吉焱１）
１）中国地震局地球物理勘探中心，郑州 ４５０００２
２）中国地震局地质研究所，北京，１０００２９
３）河南省地震局，郑州 ４５００１６
４）四川省地震局，成都 ６１００４１
摘 要 文中基于河南省及其邻区的高精度布格重力异常数据，采用小波多尺度分析方法获得了研究区不同空间尺度的重力异常场特征。在此基础上分析了研究区布格重力异常场不同阶次的小波细节特征及其与区域构造之间的关系，分析认为：１）在地壳１４ｋｍ以浅，区域构造活动对重力异常等值线走向具有明显的控制作用，豫北地区以ＮＥ向重力异常条带为主，与区域构造走向一致，且横向密度差异明显，南华北坳陷区和秦岭－大别隆起区以ＮＷ、ＮＷＷ、ＥＷ向重力异常为主，豫西差异隆起区以ＮＥ向重力异常为主。２）在下地壳２７ｋｍ深度处，以团状重力异常为主，重力异常的走向与区域构造的一致性减小，反映了地壳不同深度的区域构造应力作用及形成过程存在差异。尤其是在南华北坳陷区，地壳在不同深度受到的来自秦岭－大别隆起的Ｎ向挤压作用存在差异，由浅到深逐渐 减小，随着深度的增加，秦岭－大别隆起与南华北坳陷的深部接触边界向Ｓ移动至平顶山、漯河一线附近。３）区域深大断裂对重力异常的展布有明显的控制作用，重力异常线性过渡带往往与深大断裂相对应。同时，文中基于研究区的布格重力异常场小波多尺度分析结果，结合区域已有的地震地质资料，对河南省及其邻区４８条主要活动断裂进行了识别，共解译出３８条断裂，其中上地壳浅部断裂有１０条，断裂深度在８ｋｍ以内；上地壳底部断裂有１５条，断裂深度为１２～１４ｋｍ；下地壳断裂有１３条，断裂深度达２７ｋｍ。
河南省内控制一级构造单元边界的深大断裂活动性较强，如聊兰断裂、汤西断裂、新乡－商丘断裂等，且历史上曾发生过中强地震。河南省６级以上历史地震的深部构造环境分析结果表明：除许昌２个６级以上地震的震中位于２级构造单元边界带附近外，其余地震均位于地壳内由深大断裂控制的次级隆起或凹陷下方，不同走向的重力异常交会区、受深大断裂控制的壳内低重力异常区、不同走向的深大断裂交会区是６级以上地震发生的深部构造背景，是发生强震的有利部位。
关键词 活动断裂 布格重力异常 小波多尺度分析 ６级以上地震
中图分类号：Ｐ３１５．２；Ｐ３１５．７２＋６文献标识码：Ａ文章编号：０２５３－４９６７（２０２２）０６－１５２１－１８
〔收稿日期〕 ２０２２－０１－０６收稿，２０２２－０４－０１改回。国家统一法律职业资格考试实施办法
〔基金项目〕 国家重点研发计划项目（２０１７ＹＦＣ１５００２０４，２０１８ＹＦＣ１５０４５０１－０２）、中国地震局地质研究所与河南省地震局局所合作项目（ＩＧＣＥＡ１９０２）、中国地震局地震科技星火计划项目（ＸＨ２００３７）、河南
省地震构造探查工程项目和开封市活动断层探测与地震危险性评价服务项目共同资助。
通讯作者：张扬，男，１９８２年生，高级工程师，主要从事地震构造研究及盆地演化动力学机制研究，Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｙｃｕｇ５１８＠１６３．ｃｏｍ。
地 震 地 质４４卷０ 引言
河南省位于中国中部，区域内新构造运动的形式主要包括差异隆起和凹陷沉降。依据河南省新构造活动的特点，王志铄（２０１７）划分了河南省的新构造分区（图１）。河南省内有５个一级构造单元，１９个二级构造单元；以新乡－商丘断裂为界，河南省北部的山西隆起区、北华
北坳陷区和鲁西隆起区以Ｎ
Ｅ向构造为主，南部以ＮＷ、ＮＷＷ、ＥＷ向构造为主。图１ 河南省新构造分区图（据王志铄（２０１７）修改）
Ｆｉｇ．１ ＮｅｏｔｅｃｔｏｎｉｃｚｏｎｉｎｇｍａｐｏｆＨｅｎａｎＰｒｏｖｉｎｃｅ（ａｄａｐｔｅｄａｆｔｅｒＷＡＮＧＺｈｉ ｓｈｕｏｅｔａｌ．，２０１７）．
蓝实线为省界，红圆点为历史地震震中，红实线为人工地震测线，黑实线为构造单元边界。Ⅰ山西隆起
区；Ⅰ１太行山隆起；Ⅰ２汾渭断陷带；
Ⅱ北华北坳陷区；Ⅱ１汤阴地堑；Ⅱ２内黄隆起；Ⅱ３东濮凹陷；Ⅲ鲁西隆起区；Ⅲ１鲁西南过渡区；Ⅳ南华北坳陷区；Ⅳ１济源－
开封凹陷；Ⅳ２太康隆起；Ⅳ３周口凹陷；Ⅳ４西平－平舆凸起；Ⅳ５驻马店－
淮滨凹陷；Ⅳ６潢川凹陷；Ⅴ豫西差异隆起区；Ⅴ１洛阳凹陷；Ⅴ２嵩山隆起；Ⅴ３伏牛山凸起；Ⅵ秦岭－大别隆起区；Ⅵ１北秦岭强烈断隆区；Ⅵ２两郧断块掀升区；Ⅵ３南襄凹陷；Ⅵ４桐柏－大别隆起区。ＡＡ′菏
泽—林县—长治剖面；ＢＢ′郑州—济南剖面；ＣＣ′诸城—宜川剖面
河南省内多个一级构造单元交会，广泛发育不同走向的断裂构造，既有ＮＥ向展布的太行
山山前断裂和聊兰断裂，也有Ｎ
ＷＷ向展布的商丹断裂和铁炉子－栾川－南召断裂，为河南省强震的孕育和发生提供了深部构造背景。河南省地震局在系统吸收利用石油、煤田等行业地
２２５１
６期徐志萍等：河南省及邻区主要活动断裂的深部构造特征震勘探资料的基础上，编制了《河南省地震构造图》①。在河南省及邻区内共探测到４８条断裂，
其中省内４
１条，邻区７条，均为规模较大、活动性较强或发生过历史强震的断裂（王志铄，２０１７）。但受石油、煤炭等行业地震勘探资料本身限制，王志铄（２０１７）仅对断裂的浅部构造特征进行了梳理，而中国大陆东部地区的地震平均深度为（１３±６）ｋｍ。因此，要切实摸清地震灾害风险、认识河南省深部孕震环境，需要对这些断裂的深部构造特征开展进一步的系统性研究。
乙烯制乙醇
近几十年来，中国地震局地球物理勘探中心在河南省及邻区地震活跃且有深大断裂分布的地区布设了３条人工地震宽角反射／折射剖面（图１）和１条深地震反射剖面，并开展了地壳深部结构与构造特征研究（张成科等，１９９４；任青芳等，１９９８；赵金仁等，１９９９；李松林等，２０１１；
刘保金等，２０１２），在获得剖面下方地壳速度结构、界面信息的同时，对深大断裂和强震区深部的孕震环境进行了分析。但受观测手段所限，这些剖面仅能反映测线下方断裂的深部展布特征。为解决这一问题，近年来，一些学者采用小波多尺度分析方法对平面重磁异常资料
进行位场分离，以研究区域内断裂的空间展布特征，并取得了较好的效果（杨宇山等，２
００３；杜晓娟等，２
００９；路晓翠等，２０１２；吴咏敬等，２０１２，徐志萍等，２０１５）。因此，本文拟基于河南省及其邻区１ ２０万、１ ５
０万高精度布格重力异常资料，采用小波多尺度分析方法获得不同深度的地质体重力异常场特征，在结合已有的石油、煤炭、地质、地球物理探测成果的基础上，对可通过重力资料识别的河南省内主要活动断裂的空间展布特征进行研究和系统梳理，为该区的地震灾害风险评估提供地球物理学依据。
１ 数据与方法
１ １ 资料来源
以“河南省地震构造探查工程”项目为依托，笔者自全国地质资料馆②收集了河南省及其邻区的重力资料，数据情况如表１所示。对比例尺为１ １０万、１ ２０万、１ ５
回归热螺旋体０万的重力数据进行拼接，经重采样、插值处理后得到相当于１ ２
０万的平面布格重力异常数据，该重力异常数据是已经过各项改正的布格异常，数据精度满足相关的重力勘探技术规程要求。使用ＷＧＳ８４坐标系，资料范围为（３１°～３６ ５°Ｎ，１０１°～１０７°Ｅ）。
表１ 重力数据收集情况一览表
Ｔａｂｌｅ１ Ｓｕｍｍａｒｙｏｆｇｒａｖｉｔｙｄａｔａｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ
数据类型
坐标范围数据间隔比例尺数据格式坐标系布格重力异常３１°～３６．５°Ｎ，１１０°～１１７°Ｅ０．０２°１ １０万、１ ２０万、１ ５０万网格数据ＷＧＳ８４１ ２ 方法简介
小波多尺度分析方法是目前发展比较成熟的数据处理方法，前人针对该方法在重力异常处理中的应用已做过很多探索和研究（侯遵泽等，１９９７；杨文采等，２００１；方盛明等，２００２）。该方法可对不同空间尺度的重力异常场进行分析，不同阶次的小波细节是对不同深度地质异
３
２５１①
我们生活的时代②ｈｔｔｐ：∥ｗｗｗ．ｈｅｎｄｚｊ．ｇｏｖ．ｃｎ／ｉｎｄｅｘ．ｐｈｐ？ｓｈｏｗ＝１２６－１８４８。ｈｔｔｐｓ：∥ｗｗｗ．ｎｇａｃ．ｃｎ／１２５ｃｍｓ／ｃ／ｑｇｇｎｅｗ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍ。
地 震 地 质４４卷常体的反映（秦前清等，１９９４）。下文将简述小波多尺度分析方法的原理。
对于二维平面上的函数ｆ（ｘ，ｙ），设｛Ｖ２ｊ｝ｆ∈Ｚ为一维多尺度分析，
其尺度函数 （ｘ）和小波函数ψ（ｘ）满足双尺度方程，令Ｖ２ｊ＝Ｖｊ Ｖｊ，则｛Ｖ２ｊ｝ｊ∈Ｚ构成一个二维多尺度分析，尺度函数为
（ｘ，ｙ）＝ （ｘ）· （ｙ）（１）小波函数为
ψｈ（
ｘ，ｙ）＝ψ（ｘ）· （ｙ）ψｖ（ｘ，ｙ）＝ （ｘ）·ψ（ｙ）ψｄ
（
ｘ，ｙ）＝ψ（ｘ）·ψ（ｙ）（２）
iradon令函数ｆ（ｘ，ｙ）∈｛Ｖ２ｊ］ｊ∈Ｚ，令Ａｊｆ（ｘ）表示Ｖ２ｊ空间的低频细节部分，Ｄｈｊｆ（ｘ）、Ｄｖｊｆ（ｘ）和Ｄｄｊ（ｆ（ｘ））分别表示Ｗ２
ｊ空间中水平、垂直和对角线方向上的高频细节部分，则
Ａｊｆ（ｘ，ｙ）＝Ａｊ＋１ｆ（ｘ，ｙ）＋Ｄｈｊ＋１ｆ（ｘ，ｙ）＋Ｄｖｊ＋１ｆ（ｘ，ｙ）＋Ｄｄｊ＋１ｆ（ｘ，ｙ）（３）
式中：
Ａｊ＋１ｆ（ｘ，ｙ）＝ ｍ１，ｍ２∈Ｚｓｊ＋１ｍ１，ｍ２ ｊ，ｍ１，ｍ２ＤＴｊ＋１ｆ（ｘ，ｙ）＝ ｍ１，ｍ２∈Ｚｄ
Ｔ，ｊ＋１ｍ１，ｍ２ψＴｊ，ｍ１，ｍ２ （Ｔ＝ｈ，ｖ，ｄ）{
（４）而：ｓｊ＋１ｍ１，ｍ２＝ ｋ１，ｋ２
∈Ｚｈｋ１－２ｍ１ｈｋ２－２ｍ２ｓｊ，ｍ１，ｍ２ｄｈ，ｊ＋１ｍ１，ｍ２＝ ｋ１，ｋ２∈Ｚｈｋ１－２ｍ１ｇｋ２－２ｍ２ｓｊ，ｍ１，ｍ２ｄｖ，ｊ＋１
ｍ１，ｍ２
＝ ｋ１，ｋ２∈Ｚｇｋ１－２ｍ１ｈｋ２－２ｍ２ｓｊ，ｍ１，ｍ２ｄｄ，ｊ＋１ｍ１，ｍ２＝ ｋ１，ｋ２
∈Ｚｇｋ１－２ｍ１ｇｋ２－２ｍ２ｓｊ，ｍ１，ｍ２（５）
对于二维重力异常场，４阶小波多尺度分解为
Δｇ（ｘ，ｙ）＝Ａ０ｆ（ｘ，ｙ）＝Ａ４ｆ（ｘ，ｙ）＋ ４
ｊ＝１Ｄｈｊｆ（ｘ，ｙ）＋Ｄｖｊｆ（ｘ，ｙ）＋Ｄｄｊ
ｆ（ｘ，ｙ）()（６）
式中，Δｇ（ｘ，ｙ）为二维重力异常场，令具有规则网格的重力异常数据为Ｖ２０空间尺度函数的系
数｛ｓ０｝，根据式（５）可以计算出其他空间中尺度函数的系数｛ｓｊ｝和小波函数的系数｛ｄｈ，ｊ｝、｛ｄｖ，ｊ｝及｛ｄｄ，ｊ｝，从而实现二维重力异常的小波多尺度分解，简记为
Δｇ（ｘ）＝Ａ４Ｇ＋Ｄ４Ｇ＋Ｄ３Ｇ＋Ｄ２Ｇ＋Ｄ１Ｇ（７）
其中，Ｇ＝ｆ（ｘ，ｙ），Ａ４Ｇ是小波变换４阶逼近部分，Ｄｊ
Ｇ（水平、垂直和对角线方向３个细节部分之和）是第ｊ
＝１～４阶小波变换的高频细节部分。实际进行小波分析时，还需要选择小波基，本文使用的是具有正交性、紧支撑性、对称性且可进行离散小波分析的ｄｂ小波。
根据式（６），高阶小波的细节由低阶小波的逼近经过再次分解得到，小波细节阶次越低，其包含的高频信号越多。已有研究结果表明，低阶小波细节代表浅部地质体引起的重力异常场，随着阶数的增加，小波细节代表的地质体越深，对应阶数的小波逼近则代表区域重力异常
场特征（侯遵泽等，１
９９７；杨文采等，２００１；方盛明等，２００２）。为获得不同阶次小波细节代表的地质异常体深度，我们利用功率谱分析法计算各阶细节
４２５１
６期徐志萍等：河南省及邻区主要活动断裂的深部构造特征对应的似场源深度（李成立等，１９９８）：
ｌｎＲ０（ｓ）≈Ｂ－２ｓｈ（８）
式中，ｓ＝（ｕ２＋ｖ２）１／２，ｕ、ｖ分别为Ｘ、Ｙ方向的圆频率，ｌｎＲ０（ｓ）≈ｌｎＰ０（ｓ）＋２ｌｎｓ，ｌｎＰ０
（ｓ）是场源的功率谱对数，ｈ是似场源深度，Ｂ是与地质体几何尺寸、物性有关的常数。由式（８）即可得到不同尺度小波结果所对应的似场源深度。使用时，首先对式（７）中的Ｄｊ
Ｇ（即二维重力异常场的小波细节）进行二维傅里叶变换，绘制波数－
对数功率谱曲线，并绘制一条直线来拟合该曲线，根据这条直线的斜率，通过式（８）即可计算出场源的似深度。
本文使用中国地质大学（武汉）刘天佑等开发的重磁勘探软件系统（ＧＭＳ４ ０）对河南省及
茉莉酮酸其邻区的布格重力场进行小波多尺度分解（图２
）
，并计算各阶细节的似场源深度。在分析不同阶次小波细节的重力异常场分布特征的基础上，根据重力异常断裂识别标志，对河南省及邻
区已探明的４
８条主要活动断裂进行识别，并给出所识别断裂的空间展布特征，尤其是断裂的下延深度。
２ 重力异常小波多尺度分析
图２为研究区的布格重力异常小波多尺度分解结果。我们以新乡－商丘断裂为界将河南省分为豫北和豫南地区，分析不同空间尺度的重力异常场特征。
图２ａ为布格重力异常的１阶细节，表征地壳深度为２～４ｋｍ的重力异常场特征，可反映浅部不均匀分布的地质密度异常体。在豫北地区，重力异常在北华北坳陷区内以ＮＮＥ向线性异常为主，与区域构造的走向一致，且自西向东高、低重力异常条带交替出现，分别对应太行山
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