合肥地震臺歷年水準數據整理分析

孫 軍 曹志磊 葛計劃 于 磊周自強 孫伯樂

（中國安徽230031合肥地震臺）

0 引言

合肥形變臺作為安徽省內唯一的定點短水準觀測臺站，自1985年正式投入水準觀測以來已經積累了近30年的水準觀測數據。近年來，臺站科技人員通過對臺站水準觀測數據的整理分析，發現其與臺站附近及華東地區中小地震存在部分對應關系，葛計劃等（2011）總結了合肥地震臺（以下簡稱合肥臺）短水準異常與周圍地震的關系；洪德全等（2012）發現了安慶4.8級地震前合肥臺水準數據出現的異常現象。本次研究系統整理分析合肥臺水準線路自建成以來產生的各種觀測數據，為分析和研判區域內的地震活動特性提供一定參考意見。

1 水準場地概況

合肥臺定點短水準測量場地位于安徽省肥東縣橋頭集龍泉山西，B—A測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）為白堊系磚紅色砂巖，斷層上盤（斷層東側）為下元古界片麻巖、大理巖。水準場地南靠東關—橋頭集斷裂，西臨合肥盆地的次級凹陷——撮鎮凹陷，近EW向肥西—韓擺渡斷層與郯廬斷裂帶交而不匯。水準觀測線路跨越地帶地形起伏較大，除測線兩端基巖出露外，斷層擠壓破碎帶寬達200 m，地質背景較復雜。B—A水準測線長度為500 m，計14站，除兩端為鋼管基巖標外，中間設有3座鋼管過渡標，每天進行往返觀測，成果準確、連續、可靠。檢測線路D—C在B—A測線南約400 m處，長約700 m，計16站，端點為普通基巖標，每月復測一次。 合肥臺水準線路場地見圖1。

2 水準資料變化特征分析

2.1 水準觀測數據總體變化

水準線路B—A自1985投入觀測以來，高差變化可劃分為3個階段：①1985—1995年，數值呈上升趨勢，年變速率較大，反映出斷層上盤相對于下盤的上升；②1996—2005年，數值呈上升趨勢，但年變幅度有所減小，斷層活動性質表現為擠壓狀態；③2006—2013年，數值呈下降趨勢，表現為斷層上盤相對于下盤的下降，斷層活動性質處于拉張狀態。3介階段的變化見圖2。水準數據的這種變化形態，反映出臺站所在區域的斷層處于活動狀態。

圖1 合肥臺水準線路場地Fig.1 Distribution of the short leveling lines atHefei Seismic Station

圖2 B—A水準觀測數據變化

2006年7月26日定遠MS4.2地震發生在郯廬斷裂附近，且離臺站較近，震前，測段B—A數據變化總體呈現上升形態，反映出測線所跨斷層處于趨勢性擠壓活動；震后，B—A數據變化形態出現一個拐點，此后數據表現為持續下降，反映出斷層多年的活動趨勢被打破，由擠壓轉變為拉張（圖2）。

2.2 斷層形變速率與地震的關系

由圖3可知，合肥臺歷年水準月速率曲線在時間段上可以分成3個階段：①1985—1995年，臺站所處斷層活動性質基本成擠壓狀態，且斷層形變幅度（形變強度）較大，發生中強地震的頻率較為頻繁；②1996—2005年，斷層活動總體里擠壓狀態，但活動強度比前期弱，臺站周圍以及華東地區發生中強地震的頻率也相對較低；③2006—2013年，臺站所處斷層活動性質總體轉為拉張狀態，臺站周圍發生數次小震活動，華東地區也有數次中強地震發生。

需要指出的是，2013年10月后B—A水準數據出現加速下降趨勢，月速率持續同一方向變化，幅度也較大，持續近半年時間，在2014年3月初水準數據又呈現近乎“階躍式”上升反彈。此次B—A水準數據調整前后正好處于安徽省中西部地區小震多發期，2014年3月17日合肥長豐地區小震群，4月2日六安壽縣2.8級地震以及4月20日“霍山窗”地區發生的MS4.3地震等，似乎表明這一時期內該區域斷層確實處于活躍狀態，這與B—A水準數據近期的活動特征有一定相似性。這表明：合肥臺水準數據變化形態確實能在一定程度上反映區域內地應力場變化，需密切注意水準月速率連續數月持續同一方向變化或突然改變運動性質的現象，通常預示著臺站周邊地區或鄰近約華東地區出現小震群或有感地震發生的可能性。

圖3 B—A水準線路月速率與地震關系Fig. 3 The relationship between monthly rate and earthquake of leveling lines B-A

2.3 斷層形變累計率與地震的關系

斷層形變運動總體趨勢性通常可從時間變化序列曲線直觀表現出來，而斷層形變趨勢累計率（Dc值）可從數學上定量表達趨勢性程度。其中，yi（t）表示水準觀測高差值，Vi（t）表示速率，Va表示趨勢變化速率，Vd表示趨勢變化幅度。Dc表示趨勢累計率，等于Va與Vd的比值。斷層形變一般可分為具有形變累計意義的趨勢性階段變化型形變和圍繞基值往復運動但無形變趨勢累計產生的波動變化型形變（陳兵等，2000）。而斷層形變趨勢累計率可以有效區分它們，對于判斷形變活動趨勢和性質具有重要意義。

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

為了得到連續的斷層形變累積率變化，在此采用滑動計算方法。本次數據分析取2年時間為窗長，將每月觀測均值滑動計算得斷層形變累計率，得到連續的斷層形變累計率的變化值時序曲線。B—A水準線路斷層形變是針率連續曲線見圖4。

圖4 B—A水準線路斷層形變累計率連續曲線Fig. 4 Cumulative percentage of cross-fault deformation of leveling lines B-A

從圖4可以發現，合肥臺B—A水準線路所跨斷層形變累積率值，在華東地區尤其是郯廬沿線周圍的幾次中等規模地震發生前，均出現明顯的低值現象，地震發生后累計率值迅速升高，然后出現長期的緩慢下降直至下次中強地震的發生。震例分析如下。

（1）1991年射陽4.7級地震發生前，出現近3年累計率低值現象，在此期間斷層活動性質為壓性，射陽地震臨近發生前，斷層活動突然轉向，轉折為張性活動，震后緩慢恢復為壓性。

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

（3）2005年底九江5.7級地震發生前，形變累積率值同樣處于低值，震后數值上升為正常值的3倍左右，臺站所處斷層活動性質發生改變，長趨勢由壓性轉換為張性，隨后發生的定遠4.2級地震加速了這種趨勢的發展。

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

（5）2011年安慶地震后，合肥臺所處斷層形變累積率值處于低值震蕩狀態，趨勢性變化不明顯，在2013年底出現小幅波動，數值突然下降接近0值，霍山4.3級地震發生在此時期。

推斷認為，2011—2013年底，形變累積率的低值狀態或許是斷層活動處于“閉鎖”狀態的表現，斷層活動不強，但累積的形變釋放能量不斷集聚。縱觀歷史數據發現，2011年安慶地震后形變累計率值并沒有迅速增加，或許斷層能量并沒有得到完全釋放，或許預示著后期該區域或鄰近地區依然存在有感地震發生的可能性。

從地震的孕育過程分析，一個中強地震的孕育首先要有持續的構造應力作用，這種作用使區域內的斷層發生持續性的形變，而斷層形變累積率值較低，一方面表現為斷層做持續性張壓交替往復運動，另一種是斷層幾乎不運動（“閉鎖”），反映斷層的絕對運動量小，有利于斷層能量的集聚，并形成震源體（王永安等，2004，2011）。合肥臺水準資料顯示近3年的累計率低值狀態，直接反映了郯廬斷裂帶肥東段斷層能量集聚的事實。因此，后期累計率值變化形態趨勢的跟蹤研究是分析的關鍵所在。

3 結論

（1）合肥臺歷年水準數據總體變化形態反映出臺站所處區域斷層一直處于活動狀態。

（2）合肥臺水準數據月速率變化形態能一定程度反映區域內地應力場的變化，需密切注意水準月速率連續數月持續同一方向變化或突然改變運動性質的情況。

（3）斷層形變累計率分析認為，合肥臺水準資料顯示將近3年的累計率低值狀態，反映了郯廬斷裂帶肥東段斷層能量集聚的事實，也許預示著后期該區域或鄰近地區依然存在有感地震發生的可能性。

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

葛計劃，熊英，孫軍，等. 合肥地震臺短水準異常與周邊地震活動分析[J]. 地震地磁觀測與研究，2011，32（5）：78-82.

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

王永安，劉強，王世芹. 麗江7.0級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. 跨斷層形變累積率的變化特征與云南地區強震[J].地震研究，2011，32（2）：136-140.