玉門、民樂等地震前跨斷層形變異常及與定點(diǎn)前兆觀測的相互印證①

李瑞莎，張 希，唐紅濤，賈 鵬

（中國地震局第二監(jiān)測中心，陜西 西安 710054）

0 引言

甘肅及與青、寧、陜交界區(qū)是構(gòu)造活動強(qiáng)烈、強(qiáng)震頻發(fā)而跨斷層短水準(zhǔn)流動形變觀測資料較為豐富的地區(qū)。中國地震局第二監(jiān)測中心在該區(qū)布設(shè)了50多處短水準(zhǔn)場地，20世紀(jì)80年代末起測并基本于每年的3、7和11月觀測三期，控制了祁連山—海原—六盤山斷裂帶及西秦嶺構(gòu)造區(qū)（西秦嶺北緣斷裂、臨潭—宕昌斷裂等）［1］，2004－2008年曾加密為兩月一期。跨斷層流動形變測值時序變化能夠直接反映觀測場地所控制斷層段落的運(yùn)動變化過程；由各場地形成的網(wǎng)絡(luò)也具有一定的空間場控制能力，具有數(shù)月至1年尺度前兆意義。1995年永登5．8級、2000年景泰5．9級地震前曾觀測到顯著異常，成功填預(yù)報(bào)卡、時空強(qiáng)正確［1－3］。異常特征主要表現(xiàn)為加速、轉(zhuǎn)折、突跳、階躍等［1－6］。

我國大陸中強(qiáng)以上尤其強(qiáng)震前中短期－短臨階段，震區(qū)及其周圍一定范圍內(nèi)或多或少會出現(xiàn)定點(diǎn)前兆臺站觀測的異常變化［7－11］，手段、測項(xiàng)可能不同（形變［7－8］、地電［9－10］、流體［11］等），時間上可能同步或準(zhǔn)同步。不同類觀測的物理意義有差異，如地電阻率觀測可能對地下介質(zhì)和結(jié)構(gòu)的非均勻變化反映敏感［10］；流體類觀測可能反映震源區(qū)巖石變形引起的地層變化、或?qū)Φ貧?yīng)力應(yīng)變狀態(tài)的變化有所響應(yīng)［12］；形變類觀測主要反映了與構(gòu)造活動、地殼運(yùn)動有關(guān)的信息［1－8］。鑒于震源區(qū)及其周邊應(yīng)力集中過程中尤其臨震前地殼介質(zhì)密度、特性結(jié)構(gòu)等的改變以及巖石微破裂或斷裂失穩(wěn)預(yù)滑等都可能被同步、準(zhǔn)同步地觀測到，就會出現(xiàn)多類、群體性異常，不排除一定的關(guān)聯(lián)性（“同源”）。故定點(diǎn)臺站可能觀測到地震前兆，而場地空間分布與其接近的跨斷層流動形變異常對定點(diǎn)前兆異常則具補(bǔ)充或印證意義。多種異常綜合分析對提高異常識別的可信度有利。本文對近十年內(nèi)監(jiān)測區(qū)發(fā)生的2002年甘肅玉門5．9級、2003年民樂6．1與5．8級及岷縣5．2級（岷縣地震震級雖低，卻是甘肅東南部自1987年迭部5．8級、禮縣5．0級地震后，近二十多年來首次5級以上地震）地震前觀測到的可能與這些地震有關(guān)的跨斷層形變異常進(jìn)行全面總結(jié)（以往文獻(xiàn)［1－6］對觀測曲線的分析僅涉及民樂震例）。并將其與已發(fā)表文獻(xiàn)中的定點(diǎn)前兆異常進(jìn)行綜合對比分析?？鐢鄬訄龅睾投c(diǎn)臺站異常的分布見圖1。

圖1 異常分布圖Fig．1 Distribution of anomalies．

1 玉門震前跨斷層形變等異常分析

圖2 玉門震前祁連山斷裂帶跨斷層短水準(zhǔn)異常觀測曲線Fig．2 The observation curves of across－fault short leveling anomaly on Qilianshan fault zone before Yumen earthquake．

2002年12月14日甘肅玉門5．9級地震前，祁連山斷裂帶西段的紅柳峽、大黃溝跨斷層短水準(zhǔn)場地出現(xiàn)明顯尖點(diǎn)突跳或顯著突跳異常，場地圖和觀測曲線見圖2。主要反映了所在斷裂段的逆斷活動減弱，應(yīng)力松弛。其中紅柳峽場地距震中約18km，震前數(shù)年呈逆斷活動背景，震前不到1個月出現(xiàn)與以往活動趨勢迥異的張性活動，單期活動量為1．5 mm，反映了斷裂周圍壓性減弱。紅柳峽水準(zhǔn)場地位于祁連山斷裂帶西段，基西←基南測段（箭頭連接表示該測段跨過斷裂，箭頭方向?yàn)橄卤P指向上盤）在1993年10月托勒6．0級地震后20天、2002年12月14日玉門5．9級震前的11月15日觀測到1．5 mm顯著張性活動；1995－1996、1998－1999、2007－2008年初顯著張性活動不排除與永登5．8級、景泰5．9級甚至汶川8．0級大震的關(guān)系（大區(qū)域應(yīng)力場強(qiáng)化擾動影響）。大黃溝場地震中距約65km，異常出現(xiàn)于2001年7－11月，有中期及短臨預(yù)測意義。異常特征為尖點(diǎn)突跳，反映斷裂先逆斷增強(qiáng)后松弛。大黃溝水準(zhǔn)場地位于祁連山斷裂帶西段，A2←W測段（跨過斷裂）在1995年7月永登5．8級震前4個月、震后4個月尤其后者，2000年6月景泰5．9級震前1年零3個月，2002年12月玉門5．9級震前1年零5個月、震后3個月，2008年5月汶川8．0級大震前一年半出現(xiàn)過不同程度的加速突跳、尖點(diǎn)突跳、階躍異常變化，反映了斷裂在震前或震后存在壓性減弱。

玉門5．9級地震前嘉峪關(guān)氣氡、酒泉水氡均出現(xiàn)破年變異常（圖3）［11］，異常時間為2002年3－10月；而嘉峪關(guān)地電場有兩個測道在玉門地震前出現(xiàn)波形畸變［13］，這些異常出現(xiàn)時間在大黃溝形變異常之后，更具短期意義。異常特征主要表現(xiàn)為破年變的突跳變化，與跨斷層形變異常形態(tài)有一定程度的相似性。

圖3 嘉峪關(guān)和酒泉臺流體化學(xué)觀測曲線（據(jù)文獻(xiàn)［11］）Fig．3 The observation curves of hydrochemistry at Jiayuguan and Jiuquan stations．

2 民樂震前跨斷層形變等異常分析

圖4 民樂震前祁連山斷裂帶及海原斷裂跨斷層短水準(zhǔn)異常觀測曲線Fig．4 The observation curves of across－fault short leveling anomaly on Qilianshan faults zone and Haiyuan fault before Minle earthquake．

2003年10月25日甘肅民樂6．1、5．8級地震前，祁連山斷裂帶及相鄰的海原斷裂西段的石灰窯口、紅寺湖、三塘、大營水這4個跨斷層短水準(zhǔn)場地出現(xiàn)明顯異常。場地圖和觀測曲線見圖4。距震中最近的場地是石灰窯口，約30km；最遠(yuǎn)的是大營水場地，約350km。主要表現(xiàn)為以往長趨勢變化背景下的加速異常，震后恢復(fù)或趨勢轉(zhuǎn)平，只有紅寺湖場地反映擾動型突跳異常。石灰窯口場地位于祁連山斷裂帶中段，B←水西測段（跨過斷裂）在1993年10月托勒6．0級震后出現(xiàn)反向尖點(diǎn)突跳、持續(xù)近兩年，反映震后影響，也不排除與1995年永登5．8級地震的關(guān)系；2003年10月民樂6．1級震前1年零3個月觀測到顯著加速－轉(zhuǎn)折異常，之后轉(zhuǎn)平，反映震前斷裂出現(xiàn)先逆斷增強(qiáng)后松弛現(xiàn)象。三塘場地位于海原斷裂西段，B－C測段（短線連接表示測段不跨斷裂）2003年10月民樂震前1年零3個月加速上升、震后轉(zhuǎn)平；2007年先下降后加速上升、平穩(wěn)打破，汶川震后基本轉(zhuǎn)平；近年來總體呈恢復(fù)下降的趨勢、但速度緩慢。大營水場地位于海原斷裂西段，2←4測段（跨過斷裂）1990年景泰6．2級震前、1995年永登5．8級震后與1996年天祝5．4級震前加速；2000年景泰5．9級震前趨勢轉(zhuǎn)向；2003年民樂震前一年加速突跳張性活動，反映斷裂在民樂地震前后出現(xiàn)壓性減弱。位于祁連山斷裂帶中西段的紅寺湖場地（B－C）測段（不跨斷裂）2002年3－7月出現(xiàn)大幅跳變。民樂地震前的斷層形變異?；鹃_始于2002年，與該次地震前山丹地電阻率高值異常［14］開始時間基本同步，比其它定點(diǎn)臺站異常略早。高臺水位與地?zé)帷⒚C南長水管傾斜、武威地電阻率、張掖水氡等異常特征以破年變的加速、突跳、轉(zhuǎn)折為主（異常特征詳細(xì)描述見相關(guān)參考文獻(xiàn)），斷層形變中期背景較為明顯，而定點(diǎn)前兆異常更具短期甚至短臨預(yù)測意義。

3 岷縣震前跨斷層形變等異常分析

圖5 岷縣震前甘東南地區(qū)跨斷層短水準(zhǔn)異常觀測曲線Fig．5 The observation curves of across－fault short leveling anomaly in southeastern area of Gansu province before Minxian earthquake．

2003年11月13日甘肅岷縣5．2級地震前甘東南西秦嶺構(gòu)造區(qū)武都東、黃家壩、毛集這3個跨斷層短水準(zhǔn)場地出現(xiàn)異常。異常觀測曲線見圖5，主要表現(xiàn)為與以往變化趨勢不同的擾動型尖點(diǎn)突跳異常，震后基本恢復(fù)。毛集距震中最近，約為175km，黃家壩距震中最遠(yuǎn)，約為198km。武都東場地2－3測段（不跨斷裂）1998年7月大幅階躍原因不明，可能為干擾所致；2003年3月、7月連續(xù)下降共0．5 mm，與以往變化形態(tài)、范圍迥異；10月折返，形成尖點(diǎn)突跳異常。毛集場地6←4測段（跨過斷裂）1995年7月永登5．8級、2000年6月景泰5．9級地震前出現(xiàn)過加速突跳異常，2003年10月1日加密觀測時觀測到0．9mm加速下降、之后折返，形成尖點(diǎn)異常，反映震前跨斷層場地所在斷裂出現(xiàn)先壓性增強(qiáng)后松弛的變化過程。黃家壩場地213←212測段（跨過斷層）2000年6月景泰5．9級地震前出現(xiàn)過尖點(diǎn)突跳異常，2003年3月加速下降1．5mm、之后折返，形成尖點(diǎn)異常，與景泰震前異常形態(tài)相似，反映震前斷層出現(xiàn)先壓性增強(qiáng)后松弛的變化過程。從異?？臻g分布和開始時間（2003年3－11月）上看，與徐輝等2007年［9］給出的蘭州臺電位與電阻率、天水臺電阻率與電位、通渭臺電阻率、武都臺電位（見圖6）異常出現(xiàn)時間（2003年3－11月）同步或準(zhǔn)同步，定點(diǎn)前兆主要表現(xiàn)為快速上升、下降或破年變的回返波動變化，具短期預(yù)測意義。斷層形變和定點(diǎn)前兆出現(xiàn)時間均為2003年3－11月，故可以互相印證。

圖6 武都臺EW、NE道電位觀測曲線（據(jù)文獻(xiàn)［9］）Fig．6 EW，NE potential observation curves at Wudu station．

4 結(jié)論與討論

本文對近十年來發(fā)生在甘肅地區(qū)的2002年玉門5．9級、2003年民樂6．1與5．8級及岷縣5．2級地震前跨斷層形變異常進(jìn)行提煉總結(jié)，并與相應(yīng)的定點(diǎn)前兆異常分析文獻(xiàn)作綜合對比。結(jié)果表明：玉門5．9級、民樂6．1與5．8級、岷縣5．2級地震前，震區(qū)周圍十幾至二、三百公里范圍內(nèi)觀測到一定數(shù)量跨斷層短水準(zhǔn)形變異常，其異常形態(tài)以加速、突跳或尖點(diǎn)突跳為主；多數(shù)異常反映震前斷裂出現(xiàn)先壓性增強(qiáng)后松弛的過程；震級越大、異常范圍可能越大；具中期背景或短期前兆意義；其異?？臻g分布與定點(diǎn)前兆異常空間分布接近、異常出現(xiàn)時間同步或準(zhǔn)同步，異常形態(tài)也不排除一定的相似性（破年變基礎(chǔ)上的加速、轉(zhuǎn)折、突跳），與定點(diǎn)前兆觀測（跟蹤識別異常－預(yù)測地震）具有較好的相互印證關(guān)系。本文僅對玉門、民樂、岷縣震前跨斷層形變異常特征及與定點(diǎn)前兆觀測的相互印證關(guān)系進(jìn)行了分析，關(guān)于震前斷裂出現(xiàn)先逆斷增強(qiáng)后松弛的變化過程，在轉(zhuǎn)折松弛時段易發(fā)生地震的物理和力學(xué)機(jī)制及斷層走向、傾向與震源機(jī)制之間的關(guān)系等有待進(jìn)一步研究。

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