2016-07-31广西苍梧县发生M_S5.4地震，震源深度10 km，震中位于早中更新世NE向分布的防城-灵山断裂附近(图 1)。该地震是1958年以来广西发生的最大陆地地震，打破了华南少震、弱震区的平静，引起地震工作者的广泛关注及社会公众对该地区未来强震形势的强烈担忧^[1]。地震是地球构造运动的一种表现形式，其孕育和发生过程受区域应力场及主要活动断裂带的控制，也受深部的物性结构和动力学环境的影响^[2]。因此，对苍梧震源区开展深部物性结构和孕震环境研究，为该地区地震成因分析及未来地震危险性评估提供深部约束，对防震减灾工作具有重要的意义。

不同于强震频发地区，由于观测资料的限制，少震、弱震区的地震危险性评估和震情形势跟踪始终是地震学及地震预报研究的难点^[3]。重力场与地质构造、地壳形变和深部物质运移等因素密切相关，能够直观地反映地质体的分布、地壳深部结构及断裂构造展布等信息，可为地球内部结构和动力学研究提供重要的科学依据^[4]。本文基于EGM2008全球重力场模型的自由空气重力异常数据，研究苍梧震源区和华南块体不同尺度的重力场分布特征，分析地下介质的密度变化规律及其反映的构造动力学涵义，探讨苍梧地震的深部物性结构和动力学过程，为该区域地震孕育环境研究提供深部依据，对少震、弱震区的地震危险性评估具有重要的意义。

1 资料和方法

本研究使用最新EGM2008地球重力场模型提供的自由空气重力异常(grav.img.24.1)和高精度全球地形数据模型(topo_18.1.img)，地形数据与自由空气重力异常的网格分辨率均为1′。首先进行坐标投影变换，利用Lambert坐标投影算法，将经纬度转换为平面直角坐标，再利用Fa2Boug程序^[5]进行地形改正，得到区域布格重力异常。区域布格重力异常输出网格间距为4 km，地壳密度取2.67 g/cm³。

2 苍梧震源区重力异常特征

图 2(a)给出了研究区自由空气重力异常的结果。可以看出，研究区自由空气重力异常结构复杂，异常范围在-100~150 mGal之间，正异常和负异常交替呈串珠状分布，与地形和地势构造格局具有一定的相关性，正异常区大多对应构造隆起地区，负异常对应盆地及断陷带，表明局部的隆起与沉降对应壳内物质的局部不均衡。扬子克拉通的自由空气重力异常横向差异较小，异常变化主要分布在±50 mGal范围之内，与扬子克拉通少断裂分布及地震孕育的克拉通特征相吻合^[5]。华夏地块新生代以来的构造运动以断裂运动、岩浆活动和间歇性升降运动为主，发育了NE向的防城-灵山断裂、四会-吴川断裂、桂林-南宁断裂和NW向的巴马-博白断裂、百色-合浦断裂、威宁-水城断裂等，构成了研究区活动断裂的“X”型格局^[6]，其自由空气重力异常在华夏地块西部以NW向为主，东部以NE向为主，对应于华夏地块自西向东发育的NW向和NE向的“X”型断裂构造格局。

图 2(b)给出了研究区布格重力异常的结果，可以看出，研究区的布格重力异常范围在-200~50 mGal之间，在空间分布上不均匀。南北重力梯度带两侧布格重力异常差异性显著，西部分布了研究区主要的重力负异常，而东部以重力正异常为主，是研究区显著重力异常高、低值分布的分界带。研究区整体的布格重力异常值由西北往东南方向逐渐增大，与张耀阳等^[7]对该地区P波速度的研究结果从西北到东南速度值逐渐降低的趋势较为一致，代表了研究区地壳厚度从西北往东南逐渐变薄的扇形变化特征。扬子克拉通和华夏地块分界线两侧的布格重力异常横向差异剧烈，存在重力异常高梯度带特征，雪峰山地区表现为重力低值异常，东西两侧为显著的重力高值异常，反映出下方特殊的岩石圈结构和复杂的构造变形特征。

3 小波多尺度分析

布格重力异常叠加了非均匀分布的不同深度和尺度的密度异常体的场源信息，因此，分析布格重力异常反映的地下物质的密度结构时，不同场源信息的有效提取和分离至关重要。本文对布格重力异常应用Daubechies(db11)小波提取不同深度场源等效层的重力异常，并根据位场波数域理论由功率谱直线段斜率计算出场源的埋深。由于1阶和2阶细节D1、D2反映的是近地壳浅层的物质密度变化特征，在深部构造研究中不予详细讨论。

3.1 地壳内重力异常

功率谱估计的小波细节D3和D4反映的平均场源近似深度为10 km和25 km，位于研究区上地壳和中下地壳深度范围附近。如图 3(a)、3(b)所示，研究区布格重力异常等值线圈闭总体范围较小，呈块状或带状分布，为小尺度的重力异常特征，异常大小在±10 mGal范围之内，重力正负异常交替分布，并存在一定的横向不均匀性，反映了研究区地壳内物质密度分布不均匀。扬子克拉通与华夏地块相比，其布格重力异常的横向差异相对较弱，显示出刚性稳定的地壳结构特征^[5]。华夏地块布格重力异常横向差异较大，存在比扬子克拉通更为复杂和剧烈的异常分布特征，地块内各区域具有不同的异常形态，与孙洁等^[8]通过大地电磁分析得出的研究结果相一致，NE向分布的防城-灵山断裂、北流-合浦断裂及四会-吴川断裂附近存在与断裂走向一致的重力异常高梯度带特征，地震大多有规律性地分布在梯度带的边缘。

3.2 上地幔重力异常

小波细节D5(图 3(c))、D6(图 3(d))反映了研究区上地幔43 km和105 km深度附近物质密度分布不均匀的布格重力异常特征。由图 3(c)可以看出，上地幔顶部的布格重力异常等值线圈闭总体范围变大，许多弱小细节连成较大的异常，重力异常相比地壳内扩大至±30 mGal范围之内。布格重力异常在扬子克拉通和华夏地块交界附近存在重力异常高梯度带，雪峰山地区以重力负异常为主，西侧存在突出的重力正异常。华夏地块的布格重力异常具有一定的复杂性和非均一性，存在大量以EW向分布为主的重力正异常，并围限部分走向较为一致的重力负异常，与S波层析成像结果较为相符^[9]。图 3(d)显示，随着场源深度的增加，重力异常等值线圈闭总体范围继续扩大，各构造单元的布格重力异常差异明显。扬子克拉通和华夏地块的分界线附近存在更为显著的重力异常高梯度带，并可见明显的东西差异，雪峰山以西表现为显著的重力正异常，以东为突出的重力负异常，所对应高低密度体的东西差异性分布特征与S波层析成像在雪峰山上地幔浅部以西表现为S波高速异常、以东表现为S波低速异常的结果较为一致。华南块体作为欧亚板块东南部的主要组成部分，其构造格局受西太平洋俯冲与喜马拉雅造山及青藏高原隆升作用的共同影响^[10]。块体西部存在近NS向分布的重力正异常，对应的上地幔高密度体可能对青藏高原物质东向运移起到一定的阻挡作用。华夏地块内的重力正异常以NW向为主，与西太平洋俯冲的角度较为一致，并存在相间分布的显著重力负异常，与远震层析成像上地幔P波的速度结构较为吻合^[11]。

3.3 重力异常与地震和断裂分布

通过分析研究区自由空气重力异常(图 2(a))和布格重力异常(图 2(b)、图 3)可以看到，苍梧地震及研究区其他地震的分布与研究区物质密度分布的扰动和不均匀密切相关。地震大多位于地壳和上地幔重力正负异常的过渡地带及高梯度带附近，局部区域存在显著的重力异常横向差异。此外，为更深入地分析苍梧震源区的动力学环境及其与断裂构造和物性结构之间的关系，选取一条穿过苍梧震源区的剖面，综合分析该剖面上的自由空气重力异常及区域布格重力异常和上地幔不同尺度的布格重力异常的差异性分布特征，结果如图 4所示，剖面位置如图 1中黑色虚线所示。可以看出，苍梧震源区及剖面穿过的几条不同断裂两侧的重力异常特征各具不同的异常形态，存在一定的差异性，但整体又具有规律的统一性，具体为苍梧震源区及断裂均未分布于重力正异常的突出地带，而是对应于重力正负异常过渡和转折弯曲的区域，这与刘芳等^[12]对九寨沟7.0级地震周缘的布格重力异常研究结果较为一致。

4 地球动力学意义

扬子克拉通与华夏地块在岩石组成、地球化学性质及后期地质演化等方面存在明显差异。扬子克拉通是指华南地块中江绍-钦防构造带以西的区域，包括了具有前南华纪基底的扬子古微板块和华夏古微板块的西部，从南华纪始至显生宙演化成相对稳定的克拉通地块^[10]。研究区扬子克拉通的自由空气重力异常和布格重力异常显示，扬子克拉通重力异常的横向差异相对较小，表明扬子克拉通主体仍保持克拉通相对稳定的刚性地块的结构和性质。

华夏地块历经显生宙以来多期次构造运动，中生代以来又叠加太平洋俯冲陆缘构造，发生了大规模的构造变形和岩石圈破坏，并成为复杂的岩浆作用构造区^[5]。上地幔各向异性^[13]研究发现，扬子克拉通东部和华夏地块之间快波方向显著不一致，反映出两大块体间构造演化过程的差异。多尺度布格重力异常显示华夏地块地壳内具有比扬子克拉通更为复杂和剧烈的异常特征，地块各区域具不同的异常形态，并存在与断裂走向一致的重力异常高梯度带特征，与华夏地块大规模的构造变形密切相关。上地幔存在与西太平洋板块俯冲角度较为一致的重力正异常和相间分布的重力负异常，层析成像结果^[11]和大地电磁结果^[8]也支持该地区重力正负异常的存在及分布特征。重力正负异常所对应的高低密度体分布可能与中生代以来西太平洋板块的俯冲作用有关，高密度体可能是西太平洋板块俯冲作用下拆沉的岩石圈残留^[14]，而低密度体可能与软流圈物质的上涌有关。太平洋板块的深度俯冲-碰撞-伸展和脱水会造成软流圈物质上涌^[15]，诱发上地幔物质部分熔融，打破上地幔热均衡，引发晚中生代广泛而强烈的岩浆活动^[16]，并对该地区岩石圈的减薄有重要影响。

扬子克拉通与华夏地块之间的雪峰山作为华南块体的核心区域，是探讨华南块体构造变形体制转变的关键地带^[10]。对应于雪峰山东、西两侧显著差异性的速度结构特征^[11]，上地幔多尺度布格重力异常显示，扬子克拉通和华夏地块的分界线附近存在重力异常高梯度带，并可见显著的东西差异，雪峰山以西表现为典型的重力正异常，雪峰山以东为突出的重力负异常，反映出下方特殊的岩石圈结构和复杂构造变形的过渡带特征。地质研究表明，华南块体除受太平洋板块俯冲碰撞作用及其他远程构造效应外，还同时复合有陆内不同块体的相互作用^[5]，其中扬子克拉通与华夏地块在深部动力学背景下长期彼此差异而产生的相互作用，促成了雪峰山地区特殊的地貌和复杂的构造特征^[17]。

研究区多尺度布格重力异常分布在各构造单元存在横向的复杂性和非均一性，表明各构造单元的区域构造变形复杂格局不均匀，在地壳和上地幔不同深度表现为深浅差异性的重力异常特征，反映了研究区深浅物质密度分布的差异性动力学环境和非均衡状态。华南块体是由华夏地块和扬子克拉通在新元古代早期碰撞拼合而成^[10]，古生代时期受到古特提斯洋和印支地块及华北地块的复合作用形成现今中国大陆东部的基本构架。中生代时期遭受太平洋板块西向俯冲的影响，华南块体经历了强烈的活化改造，发生了大规模的构造变形和岩石圈破坏。因此，华南块体在周缘板块构造围限及内部构造单元长期的相互作用下，遭受强烈的板块与陆内构造双重差异叠加改造^[17]，形成了华南块体深浅物质结构和动力学不平衡的差异相互运动的深部动力学过程^[15]，发育和控制了一系列迄今仍保持较强活动性的断裂构造，也是研究区地震孕育发生的深部动力学环境(图 5)。

地震是构造应力在活动断裂带特殊部位长期积累和突然释放的结果，受到深部的物性结构和动力学环境的影响。研究区自由空气重力异常和多尺度布格重力异常的纵向与横向分布表明，地震及断裂多对应于重力正负异常过渡带和转折弯曲的区域，与研究区物质密度分布的扰动和不均匀密切相关，这些部位可能代表了深部不同岩性或构造区的拼合及接触区域^[17]，易形成应力与能量的集中，并引起上覆脆性地壳浅层发生破裂而形成断裂或发生地震，这可能是苍梧等地震孕育和发生的重要介质背景。

5 结语

本文将EGM2008全球重力场模型的重力数据应用于华南块体的深部物性结构研究中，通过分析苍梧震源区及华南块体不同尺度重力场横向和纵向的分布特征，探讨地下物质密度变化及可能反映的动力学涵义，为该区的地震孕育环境研究提供深部依据，获得以下几点认识：

1) 华南块体经过多期构造演化，各构造单元在物质密度组成方面存在显著差异，反映了区域地质结构及其地球动力学成因的复杂性。扬子克拉通重力异常横向变化相对均匀，显示出其相对稳定的地块结构和性质。华夏地块上地幔存在与西太平洋板块俯冲角度较为一致的重力正异常和相间分布的重力负异常，其高低密度体的分布可能与中生代以来西太平洋板块的俯冲有关，高密度体可能是西太平洋板块俯冲作用下拆沉的岩石圈残留，而低密度体的分布可能与软流圈物质的上涌有关，并对该区岩石圈的减薄和岩浆活动有重要影响。扬子克拉通和华夏地块的分界线存在重力异常高梯度带，重力异常在雪峰山东西两侧表现的正负异常差异性特征，反映出下方特殊的岩石圈结构及复杂构造变形的过渡带特征。

2) 研究区多尺度布格重力异常在各构造单元存在横向的复杂性和非均一性，表明各构造单元区域构造变形复杂格局的不均匀，在地壳和上地幔表现为深浅差异性的重力异常特征，反映了研究区深浅物质分布的差异性动力学环境和非均衡状态。华南块体在周缘板块构造围限和内部构造单元的长期相互作用下，经历了强烈的板块与陆内构造双重差异叠加改造，形成深浅物质结构和动力学不平衡的差异相互运动的深部动力学过程，发育和控制了一系列迄今仍保持较强活动性的断裂构造，是研究区强震孕育发生的深部动力学环境。

3) 研究区的断裂构造、地震与重力异常的纵向和横向分布表明，苍梧震源区和断裂带大多对应于重力正负异常过渡带和转折弯曲的区域，与物质密度分布的扰动和不均匀密切相关，这种深部密度不均匀部位可能代表了不同岩性或构造区的拼合和接触区域，在深部形成应力和能量的集中，并引起上覆脆性地壳浅层发生破裂而形成断裂或发生地震。