玉門(mén)、民樂(lè)等地震前跨斷層形變異常及與定點(diǎn)前兆觀測(cè)的相互印證①

李瑞莎，張 希，唐紅濤，賈 鵬

（中國(guó)地震局第二監(jiān)測(cè)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(dòng)強(qiáng)烈、強(qiáng)震頻發(fā)而跨斷層短水準(zhǔn)流動(dòng)形變觀測(cè)資料較為豐富的地區(qū)。中國(guó)地震局第二監(jiān)測(cè)中心在該區(qū)布設(shè)了50多處短水準(zhǔn)場(chǎng)地，20世紀(jì)80年代末起測(cè)并基本于每年的3、7和11月觀測(cè)三期，控制了祁連山—海原—六盤(pán)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(dòng)形變測(cè)值時(shí)序變化能夠直接反映觀測(cè)場(chǎng)地所控制斷層段落的運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程；由各場(chǎng)地形成的網(wǎng)絡(luò)也具有一定的空間場(chǎng)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(jí)、2000年景泰5．9級(jí)地震前曾觀測(cè)到顯著異常，成功填預(yù)報(bào)卡、時(shí)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(guó)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?chē)欢ǚ秶鷥?nèi)或多或少會(huì)出現(xiàn)定點(diǎn)前兆臺(tái)站觀測(cè)的異常變化［7－11］，手段、測(cè)項(xiàng)可能不同（形變［7－8］、地電［9－10］、流體［11］等），時(shí)間上可能同步或準(zhǔn)同步。不同類(lèi)觀測(cè)的物理意義有差異，如地電阻率觀測(cè)可能對(duì)地下介質(zhì)和結(jié)構(gòu)的非均勻變化反映敏感［10］；流體類(lèi)觀測(cè)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(lèi)觀測(cè)主要反映了與構(gòu)造活動(dòng)、地殼運(yùn)動(dòng)有關(guān)的信息［1－8］。鑒于震源區(qū)及其周邊應(yīng)力集中過(guò)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(cè)到，就會(huì)出現(xiàn)多類(lèi)、群體性異常，不排除一定的關(guān)聯(lián)性（“同源”）。故定點(diǎn)臺(tái)站可能觀測(cè)到地震前兆，而場(chǎng)地空間分布與其接近的跨斷層流動(dòng)形變異常對(duì)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(duì)提高異常識(shí)別的可信度有利。本文對(duì)近十年內(nèi)監(jiān)測(cè)區(qū)發(fā)生的2002年甘肅玉門(mén)5．9級(jí)、2003年民樂(lè)6．1與5．8級(jí)及岷縣5．2級(jí)（岷縣地震震級(jí)雖低，卻是甘肅東南部自1987年迭部5．8級(jí)、禮縣5．0級(jí)地震后，近二十多年來(lái)首次5級(jí)以上地震）地震前觀測(cè)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(duì)觀測(cè)曲線的分析僅涉及民樂(lè)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(duì)比分析。跨斷層場(chǎng)地和定點(diǎn)臺(tái)站異常的分布見(jiàn)圖1。

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

1 玉門(mén)震前跨斷層形變等異常分析

圖2 玉門(mén)震前祁連山斷裂帶跨斷層短水準(zhǔn)異常觀測(cè)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(mén)5．9級(jí)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(chǎng)地出現(xiàn)明顯尖點(diǎn)突跳或顯著突跳異常，場(chǎng)地圖和觀測(cè)曲線見(jiàn)圖2。主要反映了所在斷裂段的逆斷活動(dòng)減弱，應(yīng)力松弛。其中紅柳峽場(chǎng)地距震中約18km，震前數(shù)年呈逆斷活動(dòng)背景，震前不到1個(gè)月出現(xiàn)與以往活動(dòng)趨勢(shì)迥異的張性活動(dòng)，單期活動(dòng)量為1．5 mm，反映了斷裂周?chē)鷫盒詼p弱。紅柳峽水準(zhǔn)場(chǎng)地位于祁連山斷裂帶西段，基西←基南測(cè)段（箭頭連接表示該測(cè)段跨過(guò)斷裂，箭頭方向?yàn)橄卤P(pán)指向上盤(pán)）在1993年10月托勒6．0級(jí)地震后20天、2002年12月14日玉門(mén)5．9級(jí)震前的11月15日觀測(cè)到1．5 mm顯著張性活動(dòng)；1995－1996、1998－1999、2007－2008年初顯著張性活動(dòng)不排除與永登5．8級(jí)、景泰5．9級(jí)甚至汶川8．0級(jí)大震的關(guān)系（大區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)化擾動(dòng)影響）。大黃溝場(chǎng)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(cè)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(chǎng)地位于祁連山斷裂帶西段，A2←W測(cè)段（跨過(guò)斷裂）在1995年7月永登5．8級(jí)震前4個(gè)月、震后4個(gè)月尤其后者，2000年6月景泰5．9級(jí)震前1年零3個(gè)月，2002年12月玉門(mén)5．9級(jí)震前1年零5個(gè)月、震后3個(gè)月，2008年5月汶川8．0級(jí)大震前一年半出現(xiàn)過(guò)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(mén)5．9級(jí)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(shí)間為2002年3－10月；而嘉峪關(guān)地電場(chǎng)有兩個(gè)測(cè)道在玉門(mén)地震前出現(xiàn)波形畸變［13］，這些異常出現(xiàn)時(shí)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(tái)流體化學(xué)觀測(cè)曲線（據(jù)文獻(xiàn)［11］）Fig．3 The observation curves of hydrochemistry at Jiayuguan and Jiuquan stations．

2 民樂(lè)震前跨斷層形變等異常分析

圖4 民樂(lè)震前祁連山斷裂帶及海原斷裂跨斷層短水準(zhǔn)異常觀測(cè)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(lè)6．1、5．8級(jí)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(yíng)水這4個(gè)跨斷層短水準(zhǔn)場(chǎng)地出現(xiàn)明顯異常。場(chǎng)地圖和觀測(cè)曲線見(jiàn)圖4。距震中最近的場(chǎng)地是石灰窯口，約30km；最遠(yuǎn)的是大營(yíng)水場(chǎng)地，約350km。主要表現(xiàn)為以往長(zhǎng)趨勢(shì)變化背景下的加速異常，震后恢復(fù)或趨勢(shì)轉(zhuǎn)平，只有紅寺湖場(chǎng)地反映擾動(dòng)型突跳異常。石灰窯口場(chǎng)地位于祁連山斷裂帶中段，B←水西測(cè)段（跨過(guò)斷裂）在1993年10月托勒6．0級(jí)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(jí)地震的關(guān)系；2003年10月民樂(lè)6．1級(jí)震前1年零3個(gè)月觀測(cè)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(chǎng)地位于海原斷裂西段，B－C測(cè)段（短線連接表示測(cè)段不跨斷裂）2003年10月民樂(lè)震前1年零3個(gè)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(lái)總體呈恢復(fù)下降的趨勢(shì)、但速度緩慢。大營(yíng)水場(chǎng)地位于海原斷裂西段，2←4測(cè)段（跨過(guò)斷裂）1990年景泰6．2級(jí)震前、1995年永登5．8級(jí)震后與1996年天祝5．4級(jí)震前加速；2000年景泰5．9級(jí)震前趨勢(shì)轉(zhuǎn)向；2003年民樂(lè)震前一年加速突跳張性活動(dòng)，反映斷裂在民樂(lè)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(chǎng)地（B－C）測(cè)段（不跨斷裂）2002年3－7月出現(xiàn)大幅跳變。民樂(lè)地震前的斷層形變異常基本開(kāi)始于2002年，與該次地震前山丹地電阻率高值異常［14］開(kāi)始時(shí)間基本同步，比其它定點(diǎn)臺(tái)站異常略早。高臺(tái)水位與地?zé)帷⒚C南長(zhǎng)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(jiàn)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(cè)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(cè)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(jí)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(gè)跨斷層短水準(zhǔn)場(chǎng)地出現(xiàn)異常。異常觀測(cè)曲線見(jiàn)圖5，主要表現(xiàn)為與以往變化趨勢(shì)不同的擾動(dòng)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(chǎng)地2－3測(cè)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(chǎng)地6←4測(cè)段（跨過(guò)斷裂）1995年7月永登5．8級(jí)、2000年6月景泰5．9級(jí)地震前出現(xiàn)過(guò)加速突跳異常，2003年10月1日加密觀測(cè)時(shí)觀測(cè)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(chǎng)地所在斷裂出現(xiàn)先壓性增強(qiáng)后松弛的變化過(guò)程。黃家壩場(chǎng)地213←212測(cè)段（跨過(guò)斷層）2000年6月景泰5．9級(jí)地震前出現(xiàn)過(guò)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(guò)程。從異常空間分布和開(kāi)始時(shí)間（2003年3－11月）上看，與徐輝等2007年［9］給出的蘭州臺(tái)電位與電阻率、天水臺(tái)電阻率與電位、通渭臺(tái)電阻率、武都臺(tái)電位（見(jiàn)圖6）異常出現(xiàn)時(shí)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(dòng)變化，具短期預(yù)測(cè)意義。斷層形變和定點(diǎn)前兆出現(xiàn)時(shí)間均為2003年3－11月，故可以互相印證。

圖6 武都臺(tái)EW、NE道電位觀測(cè)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(duì)近十年來(lái)發(fā)生在甘肅地區(qū)的2002年玉門(mén)5．9級(jí)、2003年民樂(lè)6．1與5．8級(jí)及岷縣5．2級(jí)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(duì)比。結(jié)果表明：玉門(mén)5．9級(jí)、民樂(lè)6．1與5．8級(jí)、岷縣5．2級(jí)地震前，震區(qū)周?chē)畮字炼⑷俟锓秶鷥?nèi)觀測(cè)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(guò)程；震級(jí)越大、異常范圍可能越大；具中期背景或短期前兆意義；其異常空間分布與定點(diǎn)前兆異常空間分布接近、異常出現(xiàn)時(shí)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(cè)（跟蹤識(shí)別異常－預(yù)測(cè)地震）具有較好的相互印證關(guān)系。本文僅對(duì)玉門(mén)、民樂(lè)、岷縣震前跨斷層形變異常特征及與定點(diǎn)前兆觀測(cè)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(guò)程，在轉(zhuǎn)折松弛時(shí)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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