基于航磁资料解释的珠江三角洲地区深部断裂*

毕丽思，黄剑涛，任镇寰，叶秀薇，卢帮华，刘天佑，乔计花

1. 广东省地震局地震监测与减灾技术重点实验室，广东广州 510070

2. 南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海），广东珠海 519080

3. 中国地震局深圳防震减灾技术研究院，广东深圳 518003

4. 中国地质大学地球物理与空间信息学院，湖北武汉 430074

5. 中国地质调查局发展研究中心，北京 100083

航空磁力测量，简称航磁，是一种地球物理勘探的重要方法，具有很高的应用价值。由于航磁异常值代表了实测磁场总强度与背景场强度之差，它突出了区域异常的分布特征，客观上反映了某些重要的区域构造轮廓，也可以直观地反映断层的空间展布及地壳结构［1-2］，因此它是学者们分析深部地质构造的重要技术手段。

珠江三角洲是南海北缘的重要组成区域，也是华南沿海地震带中的强震区。由于受南海扩张以及菲律宾板块推挤的影响，珠江三角洲内部断裂纵横交错，主要发育EW、NE 和NW 向3 组断裂。这些断裂不仅控制了珠江三角洲河道的延伸方向、古海岸线和第四系沉积物的展布，也影响着地震活动的发生。受三组断裂的切割，珠江三角洲形成了多个垂向上具有不同运动方向和运动速率的断块，三角洲的新构造运动以断裂活动和断块差异升降运动为主要特征，地震活动也较强烈［3-11］。专家们对珠江三角洲断裂构造的研究成果丰硕，这些成果大多数是通过地表地质地貌调查，或者浅地表钻探、地形变等手段来作出分析研究的，利用重磁等地球物理勘探手段来分析珠江三角洲地区的深部构造特征的研究成果并不多见［12-18］。而对深部断裂（多指地表出露规模很大，长度达数百公里以上，深度常切穿基底甚至地壳的断裂）的研究对认识一个地区的地壳稳定性及规范城市的发展十分重要，它有助于加深对地壳深部结构、破坏性地震孕育、动力学环境特征等的认识。在这少数的重磁研究成果中，航磁资料的应用更少，而且所用的位场处理方法也有限，严重限制了其深部构造的系统性探索。近年来，由于计算机获取数据以及对数据的处理、分析与挖掘能力不断提升，使以往利用程度受限的航磁数据能被充分地、更深层次地开发挖掘。

基于上述因素，本文利用国内自主研发的航磁数据处理软件，对珠江三角洲航磁数据进行了化极、频率域延拓、水平向与垂向导数换算、小波变换、分形分析等多种方法处理，并从浅部到深部、从平面到剖面、从区域到局部、从不同方向，综合系统地对珠江三角洲地区的深部断裂构造进行解译、分析。

1 资料处理

本文所采用的航磁资料主要是原广东省地矿局物探大队根据全国统一规范实测和编制的广东省1∶50 万航磁异常图（1988 年）及相关数据资料，通过地理信息软件对资料进行数字化处理，形成了东西宽300 km，南北长260 km(112°～115°E,21°40′～24°00′N)，涵盖珠江三角洲的研究区（图1）。区内设有测线131 条，每条测线151 个测点，共19 781 个数据点，点距约为2 km，并对图形进行矢量化和数据检查分析，成图系统误差未超过0.001 5。

对上述航磁资料，本文采用了国家863 项目“海洋深部地壳探测技术”专题“重磁地震综合反演方法技术及软件系统”进行系统处理，其中包括航磁化极、频率域延拓、水平向与垂向导数换算、小波变换、分形分析、总梯度模等，然后对所取得的88幅有效成果图逐图进行断裂详细分析、综合解释，最终编制了珠江三角洲地区深部断裂系统图（图2）。

2 磁场基本特征

从图1可见，珠江三角洲地区航磁异常场具有明显的分区性，以开平-江门-中山-深圳一线为界，珠江三角洲地区的磁场可分为两个区，界线以北是平缓正负磁场区（北部区），界线以南是正负磁场变化区（南部区），分界线表现为整齐的EW向梯度带。

图1 珠江三角洲地区航磁异常图Fig.1 Aeromagnetic anomalies of the Pearl River Delta region

北部区的总体特征是在正磁场的背景下，花斑状分布着负磁场，磁场强度总体不大，大部分区域约为-10～+20 nT；最大正磁场值为30 nT，位于从化，岩性以花岗岩为主；最低负磁场值为-28 nT，在博罗南约30 km 一带，岩性以侏罗纪火山岩为主。北部区的磁场梯度变化平缓，磁场较宽，在方向上明显以近EW 向为主，越往南越显著。在中部肇庆、四会、花都、从化、博罗、佛山、东莞、惠东等地表现为NEE、NWW 向磁场体串珠状地排列为近EW 向磁场带。北部区可划分出以下若干个近EW 向异常带：怀集-佛冈带、广宁-清远-龙门-河源带、从化延伸带、四会-花都-增城带、肇庆-三水-广州-博罗-惠州带、云浮-佛山-番禺-惠东带、新兴-鹤山-顺德-惠阳带、新兴南-开平北-中山北-深圳带。另外，在总体近EW 向磁场体的背景下，局部也发育有NE、NW向磁场体。

南部区亦以航磁等值线近EW 向展布为总体特征，同样，局部也存在NE 向、NW 向磁场体。与北部区不同的是，南部区是正负磁场变化区，区内北部以负磁场为主，南部以正磁场为主，正、负磁场区的分界线大致位于广海-斗门-澳门-香港一线。负磁场区的北界线呈整齐的EW 向梯度带，与其北侧的北部区正磁场相邻，是正负不同性质磁场的分界线，这一EW 向梯度带由西往东延伸，至深圳附近不甚明显，深圳以东则再度出现。而负磁场的南界线虽然仍呈EW 走向，但不甚整齐，其中还分布有正异常磁场。正磁场区则在万山群岛-担杆列岛一线梯度较大，强度亦较大，异常值约为12～30 nT；这一梯度带的东西侧夹有小范围负磁场，强度较小。这一线以南的海域则分布着一条巨大的负磁异常带（图外）。

可见，珠江三角洲地区在以近EW 向磁场为主体，同时存在NE、NW 向磁场体，这反映了控制本区磁场体发育的近EW、NE、NW向3组构造。

3 深部断裂解释

本文对航磁资料系统处理得到了88 幅有效成果图，经过逐图详细的断裂分析、综合解释、拟合，编制了珠江三角洲地区深部断裂图（图2）。

图2 基于航磁资料解释的珠江三角洲地区深部断裂图Fig.2 Map of the deep faults in the Pearl River Delta region interpreted based on the aeromagnetic data

3.1 近EW向断裂系

珠江三角洲地区内经航磁资料解释的近EW 向主干断裂有佛冈-丰良断裂带（F1）、四会-增城断裂带（F2）、高要-惠来断裂带（F3）、鹤山-惠东断裂带（F4）、五桂山北麓断裂带（F5）、滨海断裂带（F6）。这些断裂带在航磁图像上都有明显的反映。

如上文所述，在珠江三角洲地区航磁异常图中（图1），近EW 向梯度带十分明显，尤其在开平-江门-中山-深圳一线、广海-斗门-澳门-香港一线、万山群岛-担杆列岛一线等正负磁异常分界地带近EW 向梯度带相当突出，这分别是五桂山北麓断裂带（F5）、滨海断裂（F6）的物理场反映。这在上延5 km 图中更加清晰（图3a），直至上延30 km 仍然显而易见。在航磁化极等值线图中（图3b），近EW 向等值线带横贯全图，近EW 向断裂的格局被清晰地反映出来。在着重反映EW 向构造的航磁0°一阶方向导数等值线图中（图3c），整齐的近EW 向等值线带得到很好的反映。在45°和135°一阶方向导数系列图中（图3d,3e），近EW 向断裂也有较好的反映，主要表现为等值线带呈近EW 向串珠状排列。即使在反映EW 向构造最弱的90°一阶方向导数系列图中（着重反映SN 向构造，图3f），近EW 向断裂的信息仍然不能被全部屏蔽，常以短距离等值线被反映出来。在垂向二阶导数图（图3g）、小波分析细节图（图3h）、水平总梯度模图（图3i）、分形维数图（图3j）等图像中，近EW 向断裂系都能被较好地反映出来。从各航磁图像中可见，近EW 向断裂系的规模很大，磁场结构完整，连接性好，很少被其他方向的构造间断，而且切割深度深，除佛冈-河源断裂带（F1）切割深度不超过20 km 外，其余近EW 向主干断裂的切割深度均达30 km以上。

图3 珠江三角洲地区航磁异常资料系统处理成果图像Fig.3 Aeromagnetic anomaly images of the Pearl River Delta region with kinds of methods

3.2 NE向断裂系

研究区内解释出来的NE 向主干断裂有吴川-四会断裂带（F7）、广州-从化断裂带（F8）、增城-新会断裂带（F9）、河源-邵武断裂带（F10）、紫金-博罗断裂带（F11）、莲花山断裂带（F12）。

NE 向断裂系是区内地表规模最大，出露最明显，地貌特征最突出的一组断裂，而且大部分是传统认为的深部断裂，但其在航磁图像上的反映远不如近EW 向断裂系那么强大、明显。它们在航磁异常图上多表现为断断续续的NE 向磁场体，航磁等值线多呈短距离NE 向同步拐弯，规模不大、带性不明显（图1,图3a）。即使在着重反映NE 向构造的135°一阶方向导数系列图中（图3e），亦只是表现为短距离的、不整齐的NE 向等值线带或同步拐弯带；在灰度图中（图3k），NE 向黑影条带色泽较浅，带性较弱。它们大多数切割深度较浅，约10～20 km，在上延30 km 系列图中，只见广州-从化断裂带（F8）的局部段落有所反映。在0°和90°一阶方向导数系列图中（图3c,3f），只有少数断裂带的局部段落有所反映（如吴川-四会断裂带、广州-从化断裂带、增城-新会断裂带的NE 段），但影像模糊，边界不整齐。其他方法成果图像，如垂向二阶导数图（图3g）、小波分析细节图（图3h）、水平总梯度模图（图3i）等，对NE向断裂都有一定程度的反映，但都表现为带性不明显、断断续续的分布特征，切割深度浅。

3.3 NW向断裂系

研究区内解释出来的NW 向主干断裂有镇海湾断裂带（F13）、肇庆-广海湾断裂带（F14）、西江断裂带（F15）、白坭-沙湾断裂带（F16）、狮子洋断裂带（F17）、东莞-深圳断裂带（F18）、增城-从化断裂带（F19）、佛冈-惠州断裂带（F20）。

NW 向断裂系在各种航磁成果图像上都有较好的反映。它们在航磁异常图上表现为NW 向磁场梯度带或者NW 向同步拐弯带（图1,图3a）。在45°一阶方向导数等值线图中（着重反映NW 向构造，图3d），NW 向等值线带性尤为明显，连接性好；在灰度图中则表现为NW 向斜列浓黑条带（图3l）。在其他方法成果图像中，NW 向断裂系也都有一定程度的反映（图3g,3h,3i)。这些NW 向断裂系在上延10 km 的图像中反映最为清楚，但上延20 km 以深，图像就变得很模糊了。由此可见，NW 向断裂总体上发育较浅（不深于10 km）。

4 断裂切割关系解释

断裂间的切割关系可以反映断裂的新老次序。本次航磁资料处理的许多图像都能在一定程度上反映3组断裂系的切割关系。

从图1 和图3a 明显可见，近EW 向断裂系横贯研究区，连续性好，等值线带性强，众多的NE 向和NW 向断裂都被它阻断。在0°一阶方向导数系列图中（图3c），明显可见EW 向佛冈-丰良断裂带（F1）、四会-增城断裂带（F2）间断了NE 向吴川-四会断裂带（F7）、广州-从化断裂带（F8）、增城-新会断裂带（F9），EW 向五桂山北麓断裂带（F5）、滨海断裂带（F6）间断了NE 向莲花山断裂带（F12）与镇海湾断裂带（F13），却很少见到NE、NW 向断裂切断近EW 向断裂的反映。在着重反映NW 向构造的45°一阶方向导数系列图中（图3d），仍然可见EW 向高要-惠来断裂带（F3）间断了NW 向白坭-沙湾断裂带（F16）、狮子洋断裂带（F17）、东莞-深圳断裂带（F18）、佛冈-惠州断裂带（F20），EW 向五桂山北麓断裂带（F5）间断了NW 向镇海湾断裂带（F13）、肇庆-广海湾断裂带（F14）、西江断裂带（F15）等。又如在45°一阶方向导数灰度图中（图3l），NW 向的黑影条带表现为短距离的近EW 向断头带或被拖拽转向EW 向，这都是NW 向断裂被近EW 向断裂切割的确切反映。同样，在着重反映NE 向构造的135°一阶方向导数系列图中（图3e,3k），随处可见近EW 向断裂切割NE 向断裂。由此可见，近EW 向断裂信息非常强大，远远高于其他两个方向的断裂。其他方法的航磁图像也显示，NE、NW 向断裂与EW 向断裂相交时，大多数被其间断（图3g,3h,3i）。以上充分说明了近EW 向断裂切割NE、NW方向断裂的频次最高、力度最强。

这里值得一提的是，近EW 向滨海断裂带（F6）阻截了所有NE 向断裂使其止于南海大陆架，但与不少NW 向断裂相互切割。这一方面说明了滨海断裂带（F6）规模巨大、活动性强，另一方面也说明了NW 向断裂与近EW 向断裂有可能是同期活动的，只是在珠江三角洲地区深度浅，活动性或弱一些。

另外，NW 向、NE向断裂切割近EW 断裂的现象也是存在的。如图3c 中吴川-四会断裂带（F7），在清远一带切割了EW 向佛冈-丰良断裂带（F1）；相似地，NE 向增城-新会断裂带（F9），在龙门西与EW 向佛冈-丰良断裂带（F1）互有切割。又如图3d中肇庆-广海湾断裂带（F14）、白坭-沙湾断裂带（F16）、狮子洋断裂带（F17）明显地切断或延伸过了滨海断裂带（F6），这至少反映了互相交切的状况。

至于NW 向与NE 向断裂间的切割关系，由于两个方向的断裂大体成直角相交，在一阶方向导数计算处理上相互屏蔽，两者很难在同一个图上同时得到反映，但是在其他方法图像中还是有一定程度的反映，如垂向二阶导数图（图3g）、水平总梯度模图（图3i）等。总体上看，NW 向断裂切割NE 向断裂的频次和力度都高一些，这在一定程度上反映了NW 向断裂较NE 向断裂活跃且活动年龄较新。

因此，综合各种方法航磁图像所反映的3组断裂间的切割关系来看，近EW 向断裂最为强大，是主要活动断裂，它与NW 向断裂都是发育比较新的构造，但NW 向断裂的活动性明显较EW 向断裂弱；至于NE 向断裂则相对较老，活动性次于前两组断裂。这一观点与文献［19-21］一致。

5 讨 论

任镇寰等［12］曾利用重力资料对珠江三角洲地区的深部断裂进行解释，与其相比较，本文所解释的主干断裂及其走向、空间展布、切割关系都是基本一致的，无论是著名的、研究程度高的断裂，如广州-从化断裂带（F8）、莲花山断裂带（F12），还是以往地质资料鲜见报导的断裂，如四会-增城断裂带（F2）、五桂山北麓断裂带（F5）。这说明了由航磁资料和重力资料解释的断裂是客观存在的。但是，与由重力资料得到的解释结果相比［12］，本文解释的断裂深度略有不一致之处。如本文经航磁资料解释的EW 向高要-惠来断裂带（F3）北分支深度≥30 km，南分支深度约为20 km，而经重力资料解释该断裂带南北两分支的深度均约10 km。又如NW 向肇庆-广海湾断裂带（F14）、西江断裂带（F15）、白坭-沙湾断裂带（F16）、增城-从化断裂带（F19）与佛冈-惠州断裂带（F20）在四会-增城断裂带（F2）以北的段落经航磁资料解释深度约为10 km，而经重力资料解释的深度约为20 km。考虑到重力测量的干扰因素较少，非断裂活动造成的异常更易被识别出来，而且结合近些年珠江口区域开展的三维地壳结构观测最新研究成果［22-23］，本文认为高要-惠来断裂带（F3）南北两分支的切割深度均可取10 km 左右，肇庆-广海湾断裂带（F14）、西江断裂带（F15）、白坭-沙湾断裂带（F16）、增城-从化断裂带（F19）与佛冈-惠州断裂带（F20）在四会-增城断裂带（F2）以北的段落其切割深度约为20 km，其他断裂的深度维持图2 的解释结果。

由航磁资料图像所反映的深部断裂可看出，珠江三角洲地区存在近EW 向、NE 向、NW 向3 组深部断裂系统，其中近EW 向断裂是深部主控断裂，在航磁图像显示的规模最大，基本上都是自西向东横贯全区，切割深度很大，在解释出的6条主干断裂中，除了佛冈-丰良断裂带（F1）、高要-惠来断裂带（F3）的深度不超过20 km 外，其余断裂均为30 km 以上，这是NE、NW 向断裂无法比拟的，其活动性也比较强。这与一些学者认为的NEE 向（近EW 向）构造是南海北缘（华南地区）的主要活动构造的观点是一致的［24-26］。而NE 向断裂虽然地表规模很大，但它们在航磁图像上反映除了广州-从化断裂带（F8）深达30 km 外，其余NE向断裂的深度均不超过20 km，而且不少断裂的一些段落仅有10 km深度（图2），活动性较弱。这有别于传统认为的NE 向断裂是华南地区的主要深部断裂，活动性最强的观点。NW 向断裂在航磁图像上反映的深度也较浅，除镇海湾断裂带（F13）以及肇庆-广海湾断裂带（F14）、西江断裂带（F15）、白坭-沙湾断裂带（F16）、增城-从化断裂带（F19）与佛冈-惠州断裂带（F20）在四会-增城断裂带（F2）以北的段落能深达20 km 外，其余断裂（或段落）仅深约10 km，甚至有些段落不足10 km。这与大多数学者认为的NW 向断裂规模小，深度浅是相吻合的。

上述断裂的规模、切割深度、活动性与传统的认识有一些差异。以往普遍认为，近EW 向佛冈-丰良断裂带（F1）、高要-惠来断裂带（F3），NE向吴川-四会断裂带（F7）、河源-邵武断裂带（F10）、紫金-博罗断裂带（F11）、莲花山断裂带（F12），NW 向西江断裂带（F15）、狮子洋断裂带（F17）是深部断裂［27］，但本次航磁资料解释结果显示，它们当中最深者约20 km，大多数只有10 km左右，并非是深及30 km 以上的大断裂。以往文献鲜有论述的EW 向的四会-增城断裂带（F2）、五桂山北麓断裂带（F5）则是深达30 km 以上的断裂，其中五桂山北麓断裂带（F5）正是珠江三角洲地区南北磁场区的分界线，也是正负磁异常的分界线。

这种构造格局的改变我们认为应从地质构造史的角度来分析。以往文献中的“深部断裂”多指地表出露规模很大，长度达数百公里以上，深度常切穿基底甚至地壳的断裂，它们通常是根据大型断陷盆地、山脉、火山、岩体等地质地貌标志而确定的。这些标志是历次构造运动、多期地质时代的产物。而本文所采用的航磁资料反映的是最新一次构造运动（新构造运动）后地壳物质的成分及结构状态。在新构造运动时期，地壳物质运动会对前期构造物质进行改造，地壳物质结构改变了，特别是深部物质成分及其结构被改造了，不再维持地质史时期原有深大断裂的物质结构，只保留部分浅部物质结构，所以它们的切割深度变浅了，不再是深部断裂了。同样，在新构造运动中，新的深部物质运动可以形成新的深大断裂，也可以继承原来深部断裂或改浅为深的断裂。这自然会在重磁场鲜明反映处理。这就是本文航磁资料解释深部断裂构造格局与传统认识有较大差别的物理基础。因此，本文的深部断裂是指新构造期深部断裂。这一概念的提出，对研究新构造、地震地质、地质灾害等或有理论意义和实用价值。

6 结 论

本文分析了珠江三角洲地区的航磁异常场特征，并用多种方法对航磁数据进行系统处理、综合分析，解译了该地区的深部断裂，得出以下结论：

1）珠江三角洲地区航磁异常场具有明显的分区性，并且在以近EW 向为主体的磁场背景下，同时存在NE、NW向磁场。

2）珠江三角洲地区地壳深部存在近EW 向、NW 向、NE 向3 组断裂。近EW 向断裂是主要断裂，大部分深及30 km 以上。NW 向断裂较发育，但切割深度较浅，大部分在10 km 左右。NE 向断裂的切割深度也不大，特别是一些以往被称为是深部断裂者大多数只有10 km左右，不超过20 km。

3）近EW 向、NW 向、NE 向3 组断裂 间 相互切割，但近EW 向与NW 向断裂活动性较强、活动时代较新。

4）本文基于航磁资料解释的珠江三角洲地区深部断裂格局与传统的认识有较大改变，提出了“新构造期深部断裂”的新概念和理论。