福建地區(qū)跨斷層場(chǎng)地特征研究

陳 光,李祖寧,林志彬,陳超賢,王紫燕,鐘繼茂,關(guān)玉梅

(1.福建省地震局,福州 350003;2.廈門地震勘測(cè)研究中心,福建廈門 361021)

福建地區(qū)跨斷層場(chǎng)地特征研究

陳 光1,李祖寧1,林志彬2,陳超賢1,王紫燕1,鐘繼茂1,關(guān)玉梅1

(1.福建省地震局,福州 350003;2.廈門地震勘測(cè)研究中心,福建廈門 361021)

依據(jù)福建地區(qū)最新的跨斷層資料,結(jié)合福建地區(qū)地震地質(zhì)構(gòu)造及歷年來(lái)對(duì)福建地區(qū)跨斷層場(chǎng)地的研究分析成果,對(duì)福建地區(qū)天馬定點(diǎn)形變場(chǎng)地、17個(gè)流動(dòng)跨斷層場(chǎng)地及所有跨斷層場(chǎng)地形變速率強(qiáng)度進(jìn)行分析。研究表明,龍巖—廈門—東山區(qū)域、閩粵交界區(qū)域形變速率較大,值得進(jìn)一步研究。

跨斷層形變;地震地質(zhì)構(gòu)造;形變速率強(qiáng)度;地震預(yù)測(cè)

0 引言

在跨斷層形變資料分析中,異常的識(shí)別和判定是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。通常是采用數(shù)字濾波方法,在對(duì)單個(gè)場(chǎng)地的形變曲線消除噪聲干擾、提取趨勢(shì)線的基礎(chǔ)上,按照一定的判定標(biāo)準(zhǔn)(如二倍均方差)識(shí)別誤差。從理論上講這種異常判定方法是可靠的。但是對(duì)大多數(shù)場(chǎng)地而言,形變趨勢(shì)線的提取本身可能具有一定的不確定性;其次,由于受斷層活動(dòng)特點(diǎn)、場(chǎng)地布設(shè)點(diǎn)位以及各種非構(gòu)造因素(包括人為因素)的干擾影響,導(dǎo)致不同場(chǎng)地測(cè)點(diǎn)對(duì)區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)和局部應(yīng)力條件的變化有著不同的敏感度,常會(huì)出現(xiàn)地震前一些斷層場(chǎng)地異常因不符合判定標(biāo)準(zhǔn)而淹沒(méi)在所謂“噪聲”之中,這在監(jiān)測(cè)場(chǎng)地較多的青藏塊體東北部表現(xiàn)尤為突出。因此,上述方法在實(shí)際應(yīng)用中不可避免地具有一定局限性。

地震發(fā)生的前提是要經(jīng)歷一個(gè)孕育過(guò)程,期間,區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的動(dòng)態(tài)變化必然會(huì)導(dǎo)致一些斷層測(cè)點(diǎn)活動(dòng)的異常出現(xiàn)。一般來(lái)說(shuō),中小地震只是單個(gè)斷裂或斷層的活動(dòng)行為,出現(xiàn)異常的場(chǎng)地?cái)鄬訑?shù)量少,而中強(qiáng)地震則可能涉及多個(gè)地塊,出現(xiàn)異常的斷層場(chǎng)地?cái)?shù)量多。因此,如果能采用恰當(dāng)?shù)姆治龇椒ūM可能多地提取不同種類的斷層測(cè)點(diǎn)及測(cè)點(diǎn)群體活動(dòng)異常,分析其中的協(xié)調(diào)性和差異性,進(jìn)行動(dòng)態(tài)時(shí)空跟蹤,可望提高地震預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

1 福建地區(qū)地震地質(zhì)構(gòu)造特征

福建位于我國(guó)東南沿海,地處東南沿海地震帶的北段。目前,控制著福建內(nèi)陸主要地震活動(dòng)的斷裂帶大致呈北東走向,由沿海至內(nèi)陸依次為:長(zhǎng)樂(lè)—詔安斷裂帶、政和—海豐斷裂帶和邵武—河源斷裂帶。歷史上的多次中強(qiáng)地震均位于這些斷裂帶上。

在福建的近海地區(qū),也展布著一條北東向的斷裂,北起平潭海外的牛山島東側(cè),向南經(jīng)烏丘嶼、金門島東側(cè)、東山海外的兄弟嶼,向西南海域延伸,大致展布在相當(dāng)于40～50m等深線附近。由于斷裂發(fā)育在海域,故稱之為濱海斷裂。它是臺(tái)灣海峽沉降帶和武夷復(fù)式隆起帶的邊界斷裂。斷裂錯(cuò)斷了晚第四紀(jì)至全新世晚期的地層,是一條活動(dòng)年代很新的活斷裂。這條斷裂歷史上發(fā)生了包括1604年12月29日泉州海外7.5級(jí)、1878年11月23日東山海外6.5級(jí)和1906年金門海外6.2級(jí)等多次中強(qiáng)地震。該斷裂帶對(duì)福建地區(qū)產(chǎn)生影響較大。

福建省北西向的斷裂也比較明顯,其分布范圍和規(guī)模僅次于北東向斷裂,由北往南依次分布著閩江下游斷裂、沙縣—南日島斷裂、永安—晉江斷裂、九龍江下游斷裂和上杭—詔安斷裂。這些北西向的斷裂和北東向的斷裂將福建地區(qū)分割成了不同的差異活動(dòng)地塊。根據(jù)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)、幅度及其造成的變形特征在各地區(qū)的差異,在全國(guó)一、二級(jí)新構(gòu)造區(qū)的基礎(chǔ)上,結(jié)合福建大地構(gòu)造特征、新構(gòu)造期地殼運(yùn)動(dòng)的主要表現(xiàn)形式和區(qū)域構(gòu)造特征、地貌發(fā)育的區(qū)域性差異及第四紀(jì)沉積物發(fā)育與分布特征的一致性、地震活動(dòng)特征等,福建地區(qū)新構(gòu)造又劃分為5個(gè)三級(jí)新構(gòu)造區(qū)和16個(gè)四級(jí)新構(gòu)造區(qū)(表1)。

表1 福建省新構(gòu)造分區(qū)表

2 福建地區(qū)斷層場(chǎng)地分布現(xiàn)狀

福建省跨斷層場(chǎng)地包含定點(diǎn)跨斷層與流動(dòng)跨斷層2部分。定點(diǎn)跨斷層位于福建省廈門天馬形變場(chǎng)內(nèi)(圖1),流動(dòng)跨斷層場(chǎng)地的分布則與福建省地質(zhì)構(gòu)造狀況密切相關(guān),基本上覆蓋了北東向的長(zhǎng)樂(lè)—詔安、政和—海豐、邵武—河源3條斷裂帶以及閩江斷裂帶和九龍江斷裂帶(圖2)。廈門天馬定點(diǎn)形變場(chǎng)地各測(cè)段短水準(zhǔn)觀測(cè)周期為日觀測(cè)。通常情況下,短水準(zhǔn)形變測(cè)量除了監(jiān)測(cè)到地殼應(yīng)力應(yīng)變的變化外,還包括降雨、溫度、氣壓、地下水、環(huán)境背景噪聲的干擾以及人為觀測(cè)誤差的影響。形變觀測(cè)數(shù)據(jù)是由一系列不同頻率的周期成分和環(huán)境背景噪聲疊加組成,規(guī)律性較明顯。流動(dòng)跨斷層一年內(nèi)復(fù)測(cè)2次,分別為4月和11月,主要用于對(duì)全省主要斷層的監(jiān)測(cè)與控制。通過(guò)對(duì)各斷層水準(zhǔn)數(shù)據(jù)的分析,類比多年數(shù)據(jù)的變化情況,判斷該斷層的異常情況。

圖1 天馬跨斷層場(chǎng)地

圖2 流動(dòng)跨斷層場(chǎng)地分布圖

3 跨斷層資料分析

3.1 天馬定點(diǎn)跨斷層資料分析

廈門天馬定點(diǎn)跨斷層場(chǎng)地位于廈門市同安區(qū)西柯鎮(zhèn)洪塘頭村,短水準(zhǔn)測(cè)線跨越天馬東塘邊龜山斷裂。每日觀測(cè)的線路為 E-G、G-S、G-W-W2-M2-G,從1998年開(kāi)始觀測(cè)以來(lái),其水準(zhǔn)觀測(cè)點(diǎn)映震效果較好。在日常數(shù)據(jù)分析中,筆者在 EIS2000下對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行了整點(diǎn)值、日均值的繪制。通過(guò)其溫度、雨量以及觀測(cè)點(diǎn)位水準(zhǔn)的變化,分析其變化規(guī)律,探尋其與地震之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。經(jīng)過(guò)多年數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)的累積,目前認(rèn)為 E-G點(diǎn)映震效能較好。2007年以來(lái)福建省內(nèi)相繼發(fā)生了5次4級(jí)以上中強(qiáng)震,在歷次地震中可以明顯地看到,在 E-G點(diǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)折后發(fā)生地震的概率較大。2007年8月29日福建永春發(fā)生ML4.6地震,震前E-G點(diǎn)持續(xù)上升(圖3),鑒于之前發(fā)生的順昌、華安地震均是在上升過(guò)程中突然轉(zhuǎn)折發(fā)震,筆者對(duì)其進(jìn)行了2個(gè)月的跟蹤,在8月26日轉(zhuǎn)折后不久即發(fā)震。隨后相繼跟蹤到了古田和長(zhǎng)泰2次4級(jí)地震前的異常形態(tài)。為深入探討其數(shù)據(jù)規(guī)律,剔除干擾等人為因素,采用小波分析方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理。選取db4小波對(duì)短水準(zhǔn)形變資料進(jìn)行分析,尺度為7時(shí)的近似部分a7不僅具有較好的年周期特征,而且顯示出數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)。通過(guò)具體分析,發(fā)現(xiàn)在近幾年的幾次福建省內(nèi)發(fā)生的中期地震前同樣具有明顯變化。目前 E-G點(diǎn)仍處于正常變化過(guò)程中,仍需持續(xù)關(guān)注其轉(zhuǎn)折變化,尋求其內(nèi)在的變化規(guī)律。

圖3 E-G點(diǎn)曲線變化圖

3.2 流動(dòng)跨斷層資料分析

福建流動(dòng)跨斷層短水準(zhǔn)場(chǎng)地從1970年建成觀測(cè)以來(lái),至今共建立了17個(gè)跨斷層短水準(zhǔn)觀測(cè)場(chǎng)地(表2),這些跨斷層短水準(zhǔn)場(chǎng)地基本覆蓋福建省的主要活動(dòng)斷裂,大大提高了福建地區(qū)垂直形變的地震監(jiān)測(cè)能力。本文運(yùn)用跨斷層觀測(cè)資料做線性擬合分析,使用 EIS2000軟件,采用一般多項(xiàng)式分段曲線擬合法對(duì)各測(cè)段垂直形變觀測(cè)值做曲線擬合(擬合階數(shù)取1,即做線性擬合,考慮到觀測(cè)序列期數(shù)懸殊,自動(dòng)分段系數(shù)分別取6和2),進(jìn)而得到測(cè)點(diǎn)的垂直變化曲線(圖4)?？鐢鄬訙y(cè)段均自上盤至下盤,以上盤作為參考點(diǎn)。若曲線上升速率為正,表明下盤相對(duì)上升,受力性質(zhì)為張性正斷;若曲線下降速率為負(fù),表明下盤相對(duì)下降,受力性質(zhì)為壓性逆斷(表3)。此外,還可以得到該區(qū)域內(nèi)部測(cè)點(diǎn)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)演化過(guò)程,更有利于分析地震的孕育、發(fā)展、發(fā)生過(guò)程和進(jìn)行震后趨勢(shì)判斷。截止目前,17個(gè)跨斷層短水準(zhǔn)觀測(cè)場(chǎng)地未發(fā)現(xiàn)大的異常變化。

表2 福建地區(qū)流動(dòng)跨斷層短水準(zhǔn)場(chǎng)地分布情況

4 跨斷層形變速率強(qiáng)度分析

圖4 東山前樓流動(dòng)跨斷層場(chǎng)地變化曲線圖

表3 東山前樓流動(dòng)跨斷層場(chǎng)地受力狀態(tài)一覽表

斷層形變是在區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)作用下產(chǎn)生的,地應(yīng)力變化時(shí)斷層形變速率也隨之變化,因此斷層速率改變反映了地應(yīng)力場(chǎng)的變化?；顒?dòng)斷層對(duì)地應(yīng)力變化反應(yīng)敏感,是了解地應(yīng)力變化的“窗口”?？鐢鄬有巫兯俾世鄯e強(qiáng)度反映了廣義應(yīng)變的累積速率趨勢(shì)強(qiáng)度,是一種以測(cè)點(diǎn)所在的場(chǎng)地測(cè)線形變速率正常變化幅度為基準(zhǔn)的比值,為無(wú)量綱信息。它消除了測(cè)量場(chǎng)地圖形尺度和正常變化量等差異的影響,屬于與應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)有關(guān)的應(yīng)變類信息。

跨斷層形變速率強(qiáng)度計(jì)算公式如下:

其中:Vi=Hi-Hi-12;Vi為斷層形變速率,Hi為第i期跨斷層觀測(cè)值,Hi-12為上一年同月份跨斷層觀測(cè)值。n為每個(gè)時(shí)間段內(nèi)的速率總個(gè)數(shù)i=1、2、3…n;Qi為斷層形變速率累積強(qiáng)度(即形變趨勢(shì)累積率),變化范圍為0～1。

用上式計(jì)算了福建地區(qū)跨斷層形變測(cè)點(diǎn)2005—2006年、2007—2008年、2009—2010年 3期的Qi值,并用雙三次三角曲面光滑插值方法進(jìn)行處理,得到跨斷層形變速率強(qiáng)度空間分布圖像(圖5)。

對(duì)比圖5中3個(gè)時(shí)段的跨斷層形變速率強(qiáng)度空間分布,可以看出:

(1)2005—2006年政和—海豐斷裂帶與永安晉江斷裂帶交界處屬于形變速率強(qiáng)度高值區(qū)域,以該區(qū)域?yàn)橹行南蛩闹軠p小;2007—2008年長(zhǎng)樂(lè)—詔安斷裂帶與永安晉江斷裂帶交界處、政和—海豐斷裂帶與沙縣南日島交界處這2個(gè)區(qū)域形成的東西向長(zhǎng)條形區(qū)域?yàn)樾巫兯俾蕪?qiáng)度高值區(qū)域,并以此為中心,向東西2個(gè)方向遞減;2009—2010年政和—海豐斷裂帶與沙縣南日島交界處、上杭—詔安斷裂帶與政和—海豐斷裂帶、長(zhǎng)樂(lè)—詔安斷裂帶交界處形成了2個(gè)形變速率強(qiáng)度高值區(qū)域。

(2)政和—海豐斷裂帶與沙縣南日島斷裂帶交界處,特別是水口水庫(kù)區(qū)域?qū)儆谛巫兯俾蕪?qiáng)度較高的區(qū)域。

圖5 跨斷層形變速率強(qiáng)度空間分布

(3)龍巖—廈門—東山區(qū)域、閩粵交界區(qū)域2009—2010年形變速率明顯增強(qiáng),且強(qiáng)度較高,應(yīng)該引起關(guān)注。

5 結(jié)語(yǔ)

本文研究了福建地區(qū)不同跨斷層場(chǎng)地的斷層活動(dòng)情況,分析了福建地區(qū)地震地質(zhì)構(gòu)造特征,在綜合分析各種因素后提出了值得關(guān)注的區(qū)域。但是,由于斷層觀測(cè)資料的復(fù)雜性,按上述思路分析得到的異常,并不一定都是孕震異常,也有可能反映了局部或者區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的某種短暫變化或擾動(dòng),因此,在實(shí)際應(yīng)用中只有密切結(jié)合區(qū)域形變場(chǎng)、地震活動(dòng)等背景資料,才有可能準(zhǔn)確及時(shí)地捕捉到前兆異常信息。

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Study on Cross-fault Sites in Fujian Area

CHEN Guang1,LI Zu-ning1,LIN Zhi-bin2,CHEN Chao-xian1,WANG Zi-yan1,ZHONGJi-mao1,GUAN Yu-mei1
(1.Earthquake Administration of Fujian Province,Fuzhou 350003;
2.Xiamen Research Centre of Earthquake Surveying,Xiamen 361021)

On basis of latest cross-fault observation data,combining with seismic-geological structure,this article studied the fixed cross-fault deformation sites,17mobile cross-fault deformation sites and the deformation rate in Fujian area.The results indicate that the crustal deformation rate in Longyan-Xiamen-Dongshan area and the junction area of Fujian and Guangdong is much higher and worth further study.

across fault deformation;earthquake geologic constitution;deformation rate intensity;earthquake prediction

P315.5

A

1003-1375(2011)03-0052-05

2010-10-26

2009年度福建省地震局青年科技基金資助項(xiàng)目

陳光(1980-),男(漢族),陜西咸陽(yáng)人,工程師,現(xiàn)主要從事地震預(yù)報(bào)、GPS大地測(cè)量與地震波應(yīng)用的研究工作.E-mail:chenguang0912@163.com