中條山北麓斷裂形變異常分析

王向陽，王洪峰，李 民，張文男，常 姣，徐愛慧

(1.山西省地震局夏縣中心地震臺，山西 夏縣 044400；2.太原大陸裂谷動力學國家野外科學觀測研究站，山西 太原 030025)

中條山北麓斷裂形變異常分析

王向陽1，2，王洪峰1，2，李 民1，2，張文男1，2，常 姣1，2，徐愛慧1，2

(1.山西省地震局夏縣中心地震臺，山西 夏縣 044400；2.太原大陸裂谷動力學國家野外科學觀測研究站，山西 太原 030025)

以運城盆地及周邊ML5.0以上地震活動，與盆地的主控構造中條山北麓斷裂的活動關系進行研究，表明地震與斷層(活構造)的活動有直接關系。目前，對活斷層進行形變測量和地球物理場的動態觀測是揭示地殼運動最為有效的手段。

地震；跨斷層水準測量；中條山北麓斷裂

0 引言

地震的孕育、發生伴隨地殼、斷層的形變是地殼應力場改變最直觀的表現方式，斷層形變存在于地震孕育發生的全過程。

文章通過研究中條山北麓斷裂活動的形變資料，發現運城盆地及周邊ML5.0以上地震活動與其形變異常存在較為密切的關系，表明地震與斷層(活構造)的活動有直接聯系，并對今后該地區的地震活動趨勢做出定量化判斷，具有一定的指導意義。

1 運城盆地地質構造及跨斷層場地布設的概況

運城盆地位于山西斷陷帶南端，北部有峨嵋嶺南緣活動斷裂，東南部為中條山北麓活動斷裂，境內還有兩條次一級隱伏活動斷裂，即北西走向的東郭—三路里和近東西向車盤—東郭隱伏活動斷裂，北中部有鳴條崗斷隆通過，至王范、北相隱伏地下，斷層活動總體上呈地區性剪切拉張運動。中條山北麓斷裂是盆地內的主要活動斷裂，長約175 km，總體走向NEE，兩端走向NE，是一條斷面傾向NW的高角度正斷層。該斷裂西南段南起首陽、北至蒲州以東山麓，長21 km，走向NE；中段由蒲州一帶至磨河，長76 km，走向NEE；北段由磨河穿過盆地北面的峨嵋臺地達臨汾盆地東界，長約78 km，走向NE。其中，中段解州至虞鄉一帶活動性最強，斷裂兩盤垂直差異升降運動幅度達6 000～7 000 m[1]。

夏縣南山底、永濟風伯峪跨斷層水準觀測場地分別布設在中條山北麓斷裂的北段中部夏縣瑤峰鎮南山底村、西南段的永濟虞鄉鎮風伯峪村(見第33頁圖1)。

2 震例分析

1998年以來，山西南部先后發生了1998年7月11日永濟臨猗ML5.0、2003年11月25日洪洞甘亭ML5.0、2010年1月24日河津ML5.2的3次5.0級以上地震(見第33頁圖2、表1)。震前，夏縣南山底流動水準、永濟風伯峪流動水準測項均出現異常變化。

文章采用原始值曲線法對該異常變化進行分段研究，在剔除年變趨勢的基礎上，采用異常參數R值進行分析，給出較為明確的異常判斷指標。

2.1 原始曲線法

2.1.1 1998年7月11日永濟ML5.0地震震前異常分析

永濟ML5.0地震震中分別距夏縣南山底、永濟風伯峪流動水準觀測場地59 km、14 km，震前，兩條測線跨斷層測段高差均出現明顯異常變化。

1994年以來，夏縣南山底水準測線跨斷層1～2測段數據呈固定的斜率變化，存在較明顯的年變形態。1997年3月至1998年3月，數據變化曲線明顯超出原有變化斜率范圍，數據下降幅度為46.02 mm，是1994至1996年年變率9.4 mm/a的4.9倍，而后逐漸回升。斷層活動由張性變成壓性，表現出中期異常。

永濟風伯峪測線1997年6月至8月跨斷層測段高差變化為2.12 mm，變化率為1994至1996年平均年變率1.53 mm/a的1.4倍，而后逐漸持平。斷層活動由張性變成壓性，表現出中期異常(見第33頁圖3)。

圖1 山西運城盆地區域地質構造及跨斷層場地布設示意圖Fig.1 Regional geological structure of Yuncheng basin and the site layout across the fault

圖2 1998年以來山西南部ML5.0以上地震分布圖Fig.2 Distribution of earthquakes with ML≥5.0 in southern Shanxi since 1998

序號日期(年?月?日)緯度(°)經度(°)震級(ML)震中位置風伯峪南山底震中距km震中距km11998?07?1134．95110．625．0永濟臨猗145922003?11?2536．17111．625．0洪洞甘亭17312232010?01?2435．57110．775．2河津萬榮8365

圖3 1994—1999年夏縣南山底、永濟風伯峪觀測曲線圖Fig.3 Observation curves of Nanshandi in Xiaxian and Fengboyu in Yongji from 1994 to 1999

2.1.2 2003年11月25日洪洞ML5.0地震震前異常分析

洪洞ML5.0地震震中分別距夏縣南山底、永濟風伯峪流動水準觀測場地為122 km、173 km，震前兩條測線跨斷層測段高差均出現明顯異常變化。

震前半年左右，兩條測線跨斷層測段高差曲線變化斜率明顯異于年變趨勢，上盤下降速率減緩，斷層活動逐漸由張性變成壓性，表現出中期異常(見第34頁圖4)。

圖4 1999—2004年夏縣南山底、永濟風伯峪觀測曲線圖Fig.4 Observation curves of Nanshandi in Xiaxian and Fengboyu in Yongji from 1999 to 2004

2.1.3 2010年1月24日河津萬榮ML5.2地震震前異常分析

河津萬榮ML5.2地震震中分別距夏縣南山底、永濟風伯峪流動水準觀測場地為65 km、83 km，震前兩條測線跨斷層測段高差均出現明顯異常變化。

2007年10月，夏縣南山底、永濟風伯峪流動水準測線跨斷層測段高差年變趨勢發生明顯改變，上盤下降速率減緩，斷層活動逐漸由張性變成壓性。2008年4月，兩測線高差又同步出現張性變化。2009年6月至8月，夏縣南山底、永濟風伯峪測線跨斷層測段高差分別下降19.16 mm、7.45 mm，呈現加速下降(張性)變化，表現出中期異常(見圖5)。

圖5 2005—2011年夏縣南山底、永濟風伯峪觀測曲線圖Fig.5 Observation curves of Nanshandi in Xiaxian and Fengboyu in Yongji from 2005 to 2011

綜上所述，中條山北麓斷裂上盤向運城盆地呈繼承性趨勢下降變化(張性)。當斷層上盤下降速率減慢且出現上升變化(壓性)，或出現加速下降(張性)運動時，運城盆地或周邊200 km范圍內會發生ML5.0以上地震。

2.2 異常參數法

運用跨斷層形變資料時，以斷層的下盤點為基準點統一各測線的高差。每月(雙月)的高差觀測值減去上一年同月份的觀測值，得到相應月份的形變年速率值，消除年變化影響。以平均速率加上其變化的中誤差為基準，將速率值與基準值比較，可得出異常參數，公式如下：

式中：hi、hi-12和hj、hj-12分別為間隔1 a的觀測高差值；n為計算出的速率總數量；i=1,2,3；j=1,2,3……n；異常參數R是一個無量綱的值，其值越大，說明斷層活動速率越大，形變異常也越大。

│R│≥0.5為異常；│R│≤0.5為正常變化；R=0.5～1.0時，存在一定的異常信息。異常參數R值增大時，地殼應力場在改變。相關文獻的研究結果表明，中條山北麓斷裂的活動速率在繼承性運動的基礎上出現持續加速變化，與研究區內ML≥4.2地震活動有較好的對應關系。對應的地震震級大小同異常的持續時間及變化幅度的關系，與王向陽等[2]提出的“震級大小和異常持續時間的長短、范圍大小有關，與異常的幅度大小沒有絕對關系”的結論較為一致。

1998年7月11日永濟臨猗ML5.0、2003年11月25日洪洞甘亭ML5.0、2010年1月24日河津ML5.2地震前，永濟風伯峪、夏縣南山底測線跨斷層測段高差異常參數R值顯示出明顯異常變化(見第35頁圖6)，持續時間為1至14個月，發震時間在異常期間或異常結束后7個月內(見第35頁表2、表3)。兩條測線異常變化存在明顯同步性，說明中條山北麓斷裂各個部位活動存在整體性、一致性。

2011年以來，永濟風伯峪、夏縣南山底測線跨斷層測段高差R值顯示在0.5～1.0之間波動，因此，永濟風伯峪、夏縣南山底測線監測的中條山北麓斷裂存在趨勢異常，不存在近期發生ML5.0以上地震的危險。

圖6 永濟風伯峪、夏縣南山底水準測線R值分析圖Fig.6 Analysis of R values of leveling lines of Fengboyu in Yongji and Nanshandi in Xiaxian

地震起始時間(年?月)結束時間(年?月)持續時間發震時間在異常結束后永濟臨猗ML5．01997?101998?047個月3個月洪洞甘亭ML5．02003?022003?087個月3個月無震2005?082006?049個月無震河津萬榮ML5．22009?082009?081個月5個月無震2011?062011?083個月無震

3 存在的問題

跨斷層流動水準觀測手段測線布設受地質條件限制，因此，測點并非都設置在基巖點，監測斷層活動存在區域水位變化的影響，且應考慮降雨、氣候等變化因素，為資料的分析判斷帶來較大干擾，難以做出定量的判斷。

根據上述問題，應加強對中條山北麓斷裂原有測

表3 永濟風伯峪測線|R|≥1異常統計表

線所監測的活動斷層進行地下探測，搞清斷層的確切位置，為測線布設提供科學依據。在未探明斷層的準確位置時，對現有測線土層點進行改造，安裝鋼管標，深鉆至淺水位以下，盡可能減少區域水位下降的干擾。

4 結論

(1) 中條山北麓斷裂上盤向運城盆地呈繼承性趨勢下降(張性)變化。當斷層上盤下降(張性)速率減慢且出現上升(壓性)變化，或出現加速下降(張性)運動時，運城盆地或周邊200 km的范圍內會發生ML5.0以上的地震。

(2) 中條山北麓斷裂各個部位活動存在整體性、一致性。

(3) 2011年以來，永濟風伯峪、夏縣南山底測線跨斷層測段高差R值在0.5～1.0之間波動。因此，永濟風伯峪、夏縣南山底測線監測的中條山北麓斷裂存在趨勢異常，運城盆地及周邊200 km范圍暫不存在發生ML5.0以上地震的危險。

[1] 劉 巍，安衛平，趙新平，等.運城盆地的現今構造活動及現代地殼應力場的基本特征[J].山西地震,1996(2):9-13.

[2] 王向陽，張曉紅，黃春玲，等.中條山北麓斷裂形變異常的研究[J].山西地震,2004(1)：26-28.

Analysis of Abnormal Deformation of The Northern Zhongtiaoshan Fault

WANG Xiang-yang1,2, WANG Hong-feng1,2, LI Min1,2, ZHANG Wen-nan1,2, CHANG Jiao1,2, XU Ai-hui1,2

(1.Xiaxian Central Seismological Station of Earthquake Administration of Shanxi Province, Xiaxian, Shanxi 044400, China;2.State Key Observatory of Shanxi Rift System, Taiyuan, Shanxi 030025, China)

Study shows that the activity of earthquakes withML≥5.0 in Yuncheng basinand its periphery has a close relationship with the activity of the northern Zhongtiaoshan fault. It is proved that the earthquakesare directly related to the fault activity (active tectonics). It is the most effective means to measure the crustal movement by the deformation measurement and the dynamic observation of the geophysical field.

Earthquake; Leveling across the fault; Northern Zhongtiaoshan fault

1000-6265(2017)01-0032-04

2016-07-21

王向陽(1974— )，男，山西省夏縣人。2003年畢業于防災技術高等專科學校，工程師。

P315.2

A