合肥地震臺(tái)歷年水準(zhǔn)數(shù)據(jù)整理分析

孫 軍 曹志磊 葛計(jì)劃 于 磊周自強(qiáng) 孫伯樂

（中國安徽230031合肥地震臺(tái)）

0 引言

合肥形變臺(tái)作為安徽省內(nèi)唯一的定點(diǎn)短水準(zhǔn)觀測(cè)臺(tái)站，自1985年正式投入水準(zhǔn)觀測(cè)以來已經(jīng)積累了近30年的水準(zhǔn)觀測(cè)數(shù)據(jù)。近年來，臺(tái)站科技人員通過對(duì)臺(tái)站水準(zhǔn)觀測(cè)數(shù)據(jù)的整理分析，發(fā)現(xiàn)其與臺(tái)站附近及華東地區(qū)中小地震存在部分對(duì)應(yīng)關(guān)系，葛計(jì)劃等（2011）總結(jié)了合肥地震臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱合肥臺(tái)）短水準(zhǔn)異常與周圍地震的關(guān)系；洪德全等（2012）發(fā)現(xiàn)了安慶4.8級(jí)地震前合肥臺(tái)水準(zhǔn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象。本次研究系統(tǒng)整理分析合肥臺(tái)水準(zhǔn)線路自建成以來產(chǎn)生的各種觀測(cè)數(shù)據(jù)，為分析和研判區(qū)域內(nèi)的地震活動(dòng)特性提供一定參考意見。

1 水準(zhǔn)場(chǎng)地概況

合肥臺(tái)定點(diǎn)短水準(zhǔn)測(cè)量場(chǎng)地位于安徽省肥東縣橋頭集龍泉山西，B—A測(cè)線橫跨郯廬斷裂帶的一條主干斷層（池河—西山驛斷裂），斷層總體走向呈N20°R，傾向ES，傾角約70°。斷層下盤（斷層西側(cè)）為白堊系磚紅色砂巖，斷層上盤（斷層?xùn)|側(cè)）為下元古界片麻巖、大理巖。水準(zhǔn)場(chǎng)地南靠東關(guān)—橋頭集斷裂，西臨合肥盆地的次級(jí)凹陷——撮鎮(zhèn)凹陷，近EW向肥西—韓擺渡斷層與郯廬斷裂帶交而不匯。水準(zhǔn)觀測(cè)線路跨越地帶地形起伏較大，除測(cè)線兩端基巖出露外，斷層擠壓破碎帶寬達(dá)200 m，地質(zhì)背景較復(fù)雜。B—A水準(zhǔn)測(cè)線長(zhǎng)度為500 m，計(jì)14站，除兩端為鋼管基巖標(biāo)外，中間設(shè)有3座鋼管過渡標(biāo)，每天進(jìn)行往返觀測(cè)，成果準(zhǔn)確、連續(xù)、可靠。檢測(cè)線路D—C在B—A測(cè)線南約400 m處，長(zhǎng)約700 m，計(jì)16站，端點(diǎn)為普通基巖標(biāo)，每月復(fù)測(cè)一次。 合肥臺(tái)水準(zhǔn)線路場(chǎng)地見圖1。

2 水準(zhǔn)資料變化特征分析

2.1 水準(zhǔn)觀測(cè)數(shù)據(jù)總體變化

水準(zhǔn)線路B—A自1985投入觀測(cè)以來，高差變化可劃分為3個(gè)階段：①1985—1995年，數(shù)值呈上升趨勢(shì)，年變速率較大，反映出斷層上盤相對(duì)于下盤的上升；②1996—2005年，數(shù)值呈上升趨勢(shì)，但年變幅度有所減小，斷層活動(dòng)性質(zhì)表現(xiàn)為擠壓狀態(tài)；③2006—2013年，數(shù)值呈下降趨勢(shì)，表現(xiàn)為斷層上盤相對(duì)于下盤的下降，斷層活動(dòng)性質(zhì)處于拉張狀態(tài)。3介階段的變化見圖2。水準(zhǔn)數(shù)據(jù)的這種變化形態(tài)，反映出臺(tái)站所在區(qū)域的斷層處于活動(dòng)狀態(tài)。

圖1 合肥臺(tái)水準(zhǔn)線路場(chǎng)地Fig.1 Distribution of the short leveling lines atHefei Seismic Station

圖2 B—A水準(zhǔn)觀測(cè)數(shù)據(jù)變化

2006年7月26日定遠(yuǎn)MS4.2地震發(fā)生在郯廬斷裂附近，且離臺(tái)站較近，震前，測(cè)段B—A數(shù)據(jù)變化總體呈現(xiàn)上升形態(tài)，反映出測(cè)線所跨斷層處于趨勢(shì)性擠壓活動(dòng)；震后，B—A數(shù)據(jù)變化形態(tài)出現(xiàn)一個(gè)拐點(diǎn)，此后數(shù)據(jù)表現(xiàn)為持續(xù)下降，反映出斷層多年的活動(dòng)趨勢(shì)被打破，由擠壓轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓘垼▓D2）。

2.2 斷層形變速率與地震的關(guān)系

由圖3可知，合肥臺(tái)歷年水準(zhǔn)月速率曲線在時(shí)間段上可以分成3個(gè)階段：①1985—1995年，臺(tái)站所處斷層活動(dòng)性質(zhì)基本成擠壓狀態(tài)，且斷層形變幅度（形變強(qiáng)度）較大，發(fā)生中強(qiáng)地震的頻率較為頻繁；②1996—2005年，斷層活動(dòng)總體里擠壓狀態(tài)，但活動(dòng)強(qiáng)度比前期弱，臺(tái)站周圍以及華東地區(qū)發(fā)生中強(qiáng)地震的頻率也相對(duì)較低；③2006—2013年，臺(tái)站所處斷層活動(dòng)性質(zhì)總體轉(zhuǎn)為拉張狀態(tài)，臺(tái)站周圍發(fā)生數(shù)次小震活動(dòng)，華東地區(qū)也有數(shù)次中強(qiáng)地震發(fā)生。

需要指出的是，2013年10月后B—A水準(zhǔn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)加速下降趨勢(shì)，月速率持續(xù)同一方向變化，幅度也較大，持續(xù)近半年時(shí)間，在2014年3月初水準(zhǔn)數(shù)據(jù)又呈現(xiàn)近乎“階躍式”上升反彈。此次B—A水準(zhǔn)數(shù)據(jù)調(diào)整前后正好處于安徽省中西部地區(qū)小震多發(fā)期，2014年3月17日合肥長(zhǎng)豐地區(qū)小震群，4月2日六安壽縣2.8級(jí)地震以及4月20日“霍山窗”地區(qū)發(fā)生的MS4.3地震等，似乎表明這一時(shí)期內(nèi)該區(qū)域斷層確實(shí)處于活躍狀態(tài)，這與B—A水準(zhǔn)數(shù)據(jù)近期的活動(dòng)特征有一定相似性。這表明：合肥臺(tái)水準(zhǔn)數(shù)據(jù)變化形態(tài)確實(shí)能在一定程度上反映區(qū)域內(nèi)地應(yīng)力場(chǎng)變化，需密切注意水準(zhǔn)月速率連續(xù)數(shù)月持續(xù)同一方向變化或突然改變運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的現(xiàn)象，通常預(yù)示著臺(tái)站周邊地區(qū)或鄰近約華東地區(qū)出現(xiàn)小震群或有感地震發(fā)生的可能性。

圖3 B—A水準(zhǔn)線路月速率與地震關(guān)系Fig. 3 The relationship between monthly rate and earthquake of leveling lines B-A

2.3 斷層形變累計(jì)率與地震的關(guān)系

斷層形變運(yùn)動(dòng)總體趨勢(shì)性通常可從時(shí)間變化序列曲線直觀表現(xiàn)出來，而斷層形變趨勢(shì)累計(jì)率（Dc值）可從數(shù)學(xué)上定量表達(dá)趨勢(shì)性程度。其中，yi（t）表示水準(zhǔn)觀測(cè)高差值，Vi（t）表示速率，Va表示趨勢(shì)變化速率，Vd表示趨勢(shì)變化幅度。Dc表示趨勢(shì)累計(jì)率，等于Va與Vd的比值。斷層形變一般可分為具有形變累計(jì)意義的趨勢(shì)性階段變化型形變和圍繞基值往復(fù)運(yùn)動(dòng)但無形變趨勢(shì)累計(jì)產(chǎn)生的波動(dòng)變化型形變（陳兵等，2000）。而斷層形變趨勢(shì)累計(jì)率可以有效區(qū)分它們，對(duì)于判斷形變活動(dòng)趨勢(shì)和性質(zhì)具有重要意義。

根據(jù)定義可知：①當(dāng)Dc=0,形變無趨勢(shì)，當(dāng)Dc=1，形變趨勢(shì)性最強(qiáng)，由于它具有歸一性，所以為不同變化程度的數(shù)據(jù)序列之間可比性提供了基礎(chǔ)；②當(dāng)Dc>0，表示斷層活動(dòng)為壓性，表示形變累計(jì)程度；③Dc<0，斷層活動(dòng)為張性，表示形變的松弛程度。

為了得到連續(xù)的斷層形變累積率變化，在此采用滑動(dòng)計(jì)算方法。本次數(shù)據(jù)分析取2年時(shí)間為窗長(zhǎng)，將每月觀測(cè)均值滑動(dòng)計(jì)算得斷層形變累計(jì)率，得到連續(xù)的斷層形變累計(jì)率的變化值時(shí)序曲線。B—A水準(zhǔn)線路斷層形變是針率連續(xù)曲線見圖4。

圖4 B—A水準(zhǔn)線路斷層形變累計(jì)率連續(xù)曲線Fig. 4 Cumulative percentage of cross-fault deformation of leveling lines B-A

從圖4可以發(fā)現(xiàn)，合肥臺(tái)B—A水準(zhǔn)線路所跨斷層形變累積率值，在華東地區(qū)尤其是郯廬沿線周圍的幾次中等規(guī)模地震發(fā)生前，均出現(xiàn)明顯的低值現(xiàn)象，地震發(fā)生后累計(jì)率值迅速升高，然后出現(xiàn)長(zhǎng)期的緩慢下降直至下次中強(qiáng)地震的發(fā)生。震例分析如下。

（1）1991年射陽4.7級(jí)地震發(fā)生前，出現(xiàn)近3年累計(jì)率低值現(xiàn)象，在此期間斷層活動(dòng)性質(zhì)為壓性，射陽地震臨近發(fā)生前，斷層活動(dòng)突然轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)折為張性活動(dòng)，震后緩慢恢復(fù)為壓性。

（2）1992年黃海地震前，累計(jì)率值一直處于低值狀態(tài)，地震發(fā)生前數(shù)值突然上升，比正常值高出近3倍，或許與該階段華東地區(qū)中強(qiáng)地震頻發(fā)有關(guān)，震后數(shù)值緩慢下降到正常狀態(tài)。

（3）2005年底九江5.7級(jí)地震發(fā)生前，形變累積率值同樣處于低值，震后數(shù)值上升為正常值的3倍左右，臺(tái)站所處斷層活動(dòng)性質(zhì)發(fā)生改變，長(zhǎng)趨勢(shì)由壓性轉(zhuǎn)換為張性，隨后發(fā)生的定遠(yuǎn)4.2級(jí)地震加速了這種趨勢(shì)的發(fā)展。

（4） 2011年初安慶4.8級(jí)地震前，累計(jì)率值處于正常狀態(tài)，地震發(fā)生后數(shù)值明顯偏低，接近0值狀態(tài)。表明此次地震后，斷層能量得到釋放，斷層活動(dòng)能力水平變低。

（5）2011年安慶地震后，合肥臺(tái)所處斷層形變累積率值處于低值震蕩狀態(tài)，趨勢(shì)性變化不明顯，在2013年底出現(xiàn)小幅波動(dòng)，數(shù)值突然下降接近0值，霍山4.3級(jí)地震發(fā)生在此時(shí)期。

推斷認(rèn)為，2011—2013年底，形變累積率的低值狀態(tài)或許是斷層活動(dòng)處于“閉鎖”狀態(tài)的表現(xiàn)，斷層活動(dòng)不強(qiáng)，但累積的形變釋放能量不斷集聚?？v觀歷史數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，2011年安慶地震后形變累計(jì)率值并沒有迅速增加，或許斷層能量并沒有得到完全釋放，或許預(yù)示著后期該區(qū)域或鄰近地區(qū)依然存在有感地震發(fā)生的可能性。

從地震的孕育過程分析，一個(gè)中強(qiáng)地震的孕育首先要有持續(xù)的構(gòu)造應(yīng)力作用，這種作用使區(qū)域內(nèi)的斷層發(fā)生持續(xù)性的形變，而斷層形變累積率值較低，一方面表現(xiàn)為斷層做持續(xù)性張壓交替往復(fù)運(yùn)動(dòng)，另一種是斷層幾乎不運(yùn)動(dòng)（“閉鎖”），反映斷層的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)量小，有利于斷層能量的集聚，并形成震源體（王永安等，2004，2011）。合肥臺(tái)水準(zhǔn)資料顯示近3年的累計(jì)率低值狀態(tài)，直接反映了郯廬斷裂帶肥東段斷層能量集聚的事實(shí)。因此，后期累計(jì)率值變化形態(tài)趨勢(shì)的跟蹤研究是分析的關(guān)鍵所在。

3 結(jié)論

（1）合肥臺(tái)歷年水準(zhǔn)數(shù)據(jù)總體變化形態(tài)反映出臺(tái)站所處區(qū)域斷層一直處于活動(dòng)狀態(tài)。

（2）合肥臺(tái)水準(zhǔn)數(shù)據(jù)月速率變化形態(tài)能一定程度反映區(qū)域內(nèi)地應(yīng)力場(chǎng)的變化，需密切注意水準(zhǔn)月速率連續(xù)數(shù)月持續(xù)同一方向變化或突然改變運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的情況。

（3）斷層形變累計(jì)率分析認(rèn)為，合肥臺(tái)水準(zhǔn)資料顯示將近3年的累計(jì)率低值狀態(tài)，反映了郯廬斷裂帶肥東段斷層能量集聚的事實(shí)，也許預(yù)示著后期該區(qū)域或鄰近地區(qū)依然存在有感地震發(fā)生的可能性。

陳兵，江在森，胡斌. 斷層形變趨勢(shì)變化研究——垂直形變趨勢(shì)累積D-C值[J]. 地震地磁觀測(cè)與研究，2000，21（1）：50-55.

葛計(jì)劃，熊英，孫軍，等. 合肥地震臺(tái)短水準(zhǔn)異常與周邊地震活動(dòng)分析[J]. 地震地磁觀測(cè)與研究，2011，32（5）：78-82.

洪德全，王雪瑩，王行舟，等. 安慶Ms4.8地震前肥東定點(diǎn)短水準(zhǔn)異常提取[J]. 地震研究，2012，35（1）：6-11.

王永安，劉強(qiáng)，王世芹. 麗江7.0級(jí)地震前跨斷層形變累積率的變化特征[J]. 地震研究，2004，27（1）：62-65.

王永安，李瓊，劉強(qiáng). 跨斷層形變累積率的變化特征與云南地區(qū)強(qiáng)震[J].地震研究，2011，32（2）：136-140.