基于構(gòu)造活動(dòng)的斷層氣汞異常探討

李冬梅 楊 靜 常 姣 李 麗

1）中國太原 030021 山西省地震局

2）中國山西 041000 山西省地震局臨汾地震監(jiān)測中心站

3）中國山西 044400 山西省地震局夏縣地震監(jiān)測中心站

4）中國太原 030025 山西省太原大陸裂谷動(dòng)力學(xué)國家野外科學(xué)觀測研究站

0 引言

汞元素有較高的電離勢、高揮發(fā)性和極強(qiáng)的穿透能力，極易在斷層和巖石裂隙中富集（Jin et al，1989）。在地下孔隙流體的攜帶和地壓梯度的作用下，汞元素可以沿著斷裂或巖石裂隙從深部遷移到地表（Zhang et al，2014；Cao et al，2017）。當(dāng)?shù)貧ど畈吭杏卣鸹驍嗔鸦顒?dòng)等使地殼介質(zhì)受力狀態(tài)、熱力條件等發(fā)生變化時(shí)，汞在斷裂帶等孔隙中的正常遷移狀態(tài)也會(huì)發(fā)生變化。根據(jù)汞元素的物理狀態(tài)和載體的不同，其在地下表現(xiàn)為氣汞和水汞2 種形態(tài)。相比于水汞，斷層中氣汞的移動(dòng)速度快，穿透能力更強(qiáng)，對(duì)周圍環(huán)境的變化也更加敏感。因此，在活動(dòng)斷裂帶或其他有利于汞遷移的部位觀測氣汞的動(dòng)態(tài)，可了解構(gòu)造活動(dòng)、地殼應(yīng)力應(yīng)變、熱動(dòng)力活動(dòng)等地殼運(yùn)動(dòng)信息。

斷層氣汞觀測已被廣泛用于地震的前兆異常監(jiān)測及預(yù)測工作中（張煒等，1989；李立平，1993；Liu，2006）。與其他斷層氣組分相比，斷層氣汞具有異常幅度大、曲線突出、易于識(shí)別等特征，在地震短臨預(yù)測中更有優(yōu)勢。對(duì)斷層中氣汞濃度的觀測可以用于地震的監(jiān)測預(yù)測（申春生等，1993；Wang et al，2018）及活動(dòng)斷層的探測（魏柏林等，1988；邵永新等，2007）等，進(jìn)而捕捉地震前兆信息，為地震預(yù)測提供依據(jù)。

夏縣地震臺(tái)氣汞觀測始于2008 年，觀測以來臺(tái)站周邊發(fā)生了多次中強(qiáng)震。但對(duì)異常機(jī)理，特別是對(duì)異常與構(gòu)造活動(dòng)間關(guān)系的研究工作尚未開展。本文基于山西縣地震臺(tái)2008—2017 年斷層氣汞濃度觀測數(shù)據(jù)，利用新的氣汞濃度數(shù)據(jù)處理方法，分析地震前氣汞濃度觀測數(shù)據(jù)的變化特征及斷層氣汞濃度異常與地震三要素之間的關(guān)系。根據(jù)氣汞濃度異常期間區(qū)域應(yīng)力場的變化特征，分析氣汞濃度異常是否反映了構(gòu)造活動(dòng)加劇所引起的區(qū)域應(yīng)力場和深部地球物理場的改變，進(jìn)而探究斷層氣汞濃度異常形成機(jī)理。

1 觀測臺(tái)站資料與數(shù)據(jù)處理

1.1 斷層氣汞觀測概況

夏縣地震臺(tái)位于山西南部運(yùn)城夏縣瑤峰鎮(zhèn)南山底村，斷層氣汞觀測點(diǎn)海拔高程為450 m。斷層氣汞觀測孔位于中條山山前大斷裂與NW 向隱伏斷裂交匯處的夏縣地震臺(tái)背后山洞硐口中（楊靜等，2019）。從構(gòu)造背景上看，夏縣地震臺(tái)位于鄂爾多斯塊體的東南緣和運(yùn)城盆地的東緣，同時(shí)也是連接華北克拉通西部和東部的重要通道，其構(gòu)造特征對(duì)于理解整個(gè)華北克拉通的形成和演化具有十分重要的意義（Li et al，2018）［圖1（a）］。

氣汞濃度測點(diǎn)附近有地?zé)釡厝雎叮瑸橐痪植康責(zé)岙惓^(qū)，因此土壤氣富集，是理想的斷層氣汞觀測位置。氣汞觀測孔深度為8.6 m，直徑為800 mm，底部使用磚塊砌成漏斗狀收集氣體，導(dǎo)氣管采用PVC 管材。開挖槽內(nèi)放置2 根集氣管，并在底部2.5 m 以下留有若干集氣小孔，用于觀測不同的氣體組份。為保障盡可能多的氣體進(jìn)入集氣管，孔底以上2.0 m 處全部使用干磚砌成，后用原土壓實(shí)回填至孔口，從而可以收集到7.0 m 及更深處的氣體（圖1）。夏縣地震臺(tái)斷層氣汞濃度觀測采用RG—BQZ 型數(shù)字測汞儀，該儀器自2008 年1 月1 日起正式啟用，采樣間隔為1 h（常嬌等，2019）。

圖1 夏縣地震臺(tái)斷層氣觀測概況圖（a）夏縣地震臺(tái)氣汞觀測場地構(gòu)造簡圖；（b）斷層氣孔剖面圖Fig.1 The basic information of fault gas observation at Xiaxian Seismic Station

1.2 斷層氣汞干擾因素分析與數(shù)據(jù)處理方法

夏縣地震臺(tái)斷層氣汞自2008 年正式觀測以來的多年觀測數(shù)據(jù)顯示，汞測值較低，正常為0.005 ng/L 左右。儀器標(biāo)定、氣溫、氣壓對(duì)夏縣地震臺(tái)斷層氣汞濃度觀測曲線影響不太明顯，主要干擾：①夏季雷雨造成的汞濃度觀測數(shù)據(jù)突跳，雷電過后很快恢復(fù)正常，該干擾易于識(shí)別，數(shù)據(jù)分析中可直接剔除；②觀測系統(tǒng)干擾主要表現(xiàn)為更換主機(jī)會(huì)引起曲線按一定的斜率呈趨勢性下降變化，儀器穩(wěn)定時(shí)間較長，經(jīng)過幾十天后，數(shù)據(jù)緩慢恢復(fù)正常值，如2008—2017 年夏縣地震臺(tái)汞濃度觀測系統(tǒng)有3 次更換主機(jī)事件，觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)大幅突跳，并且這一突跳變化恢復(fù)期較長［圖2（a）—2（c）］。因該類干擾引起的數(shù)據(jù)變化規(guī)律較明顯，更換主機(jī)后觀測數(shù)據(jù)會(huì)產(chǎn)生較大突升，之后觀測曲線逐漸下降數(shù)周后基本恢復(fù)正常，但其對(duì)該時(shí)間內(nèi)的觀測數(shù)據(jù)造成的持續(xù)干擾不易識(shí)別，對(duì)異常判別造成一定的困難。為此，本文采用去斜率法對(duì)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，消除系統(tǒng)干擾因素引起的“假異常”信息，減弱儀器飄零影響因素，突出地震“真異常”特征。在數(shù)據(jù)處理時(shí)，主要根據(jù)觀測數(shù)據(jù)的變化特征和干擾的變化形態(tài)，利用地震專用數(shù)據(jù)處理軟件mapsis，按照背景值的大小分段對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行斜率去除干擾的定量計(jì)算，通過改變不同的滑動(dòng)參數(shù)，最終選定活動(dòng)系數(shù)為5 的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算后數(shù)據(jù)平穩(wěn)，與未經(jīng)處理的原始觀測數(shù)據(jù)可以無縫連接。擬合更換主機(jī)后異常時(shí)段的汞濃度觀測曲線在一定程度上去除了系統(tǒng)干擾的影響，從而提高了更換主機(jī)后斷層氣汞觀測的可信度。利用斜率法處理后的氣汞濃度測值如圖2（d）—2（f）所示，與圖2（a）—2（c）結(jié)果相比，明顯降低了更換主機(jī)后一段時(shí)間內(nèi)所帶來的系統(tǒng)誤差的影響，為氣汞濃度觀測值分析及異常判別提供了基礎(chǔ)依據(jù)。

圖2 夏縣地震臺(tái)斷層氣汞觀測系統(tǒng)干擾原始數(shù)據(jù)（a、c、e）和利用斜率校正法去除系統(tǒng)干擾后的數(shù)據(jù)（b、d、f）Fig.2 The original gas mercury data curve (a,c,e) and the curve after the slope correction to remove the systematic errors (b,d,f) of Xiaxian Seismic Station.

2 斷層氣汞濃度異常與地震間關(guān)系

2.1 氣汞濃度動(dòng)態(tài)變化特征

利用斜率校正法對(duì)2008年1月至2017年5月夏縣地震臺(tái)汞濃度觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，得到斷層氣汞濃度隨時(shí)間的變化曲線（圖3）。由圖3 可以看出，2010 年以來，夏縣地震臺(tái)斷層氣汞濃度表現(xiàn)為“階梯式”變化，按照氣汞濃度變化幅度大致可劃分為3 個(gè)階段，第1 階段：2010 年10 月至2011 年7 月；第2 階段：2013 年3—12 月；第3 階段：2015 年1 月至2017 年5 月，每個(gè)階段的平均氣汞濃度都有顯著的高值變化。

圖3 2008 年1 月至2017 年5 月夏縣地震臺(tái)斷層氣汞濃度Fig.3 Changes in fault gas mercury concentration at Xiaxian Seismic Station in Shanxi from January 2008 to May 2017

2.2 氣汞濃度異常與地震間的關(guān)系

根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，斷層氣汞濃度高值異常與周邊中等地震間有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。根據(jù)震例總結(jié)的4 級(jí)左右地震前異常范圍約為200 km 的特征（張肇誠等，2013），對(duì)2010 年以來測點(diǎn)周圍200 km 范圍內(nèi)的地震進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在16 次4 級(jí)左右地震中，有9 次地震前夏縣地震臺(tái)氣汞濃度出現(xiàn)高值異常（圖4），特別是2016 年3 月12 日運(yùn)城ML4.9地震前氣汞濃度測值持續(xù)高值異常，震兆特征顯著。異常具體形態(tài)特征詳述如下。

第1 時(shí)段（2010 年5 月至2011 年7 月）：在該時(shí)間段內(nèi)氣汞觀測濃度的平均背景值約為0.01 ng/L，觀測曲線出現(xiàn)了2 次明顯的突跳升高。其中，第1 次在2010 年10 月末至2010 年12 月中旬，汞濃度測值呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢，特別是在2010 年12 月12 日氣汞濃度達(dá)到了0.067 ng/L 的峰值，約為背景值的6 倍，突升變化后在距測點(diǎn)約20 km 處發(fā)生2010 年12 月14 日聞喜ML3.8 地震，在距測點(diǎn)約50 km 處發(fā)生2011 年1 月15 日河津ML4.1地震。第2次為2011年3—4月，氣汞濃度再次出現(xiàn)高值突跳，最大幅度為0.112 ng/L，異常出現(xiàn)1 個(gè)月左右，在距測點(diǎn)約200 km 的山西長治發(fā)生ML3.7 地震（圖5）。

圖5 2010 年10 月至2011 年7 月汞測值與典型地震對(duì)應(yīng)Fig.5 The gas mercury concentration curve from October 2010 to July 2011 corresponds to typical earthquakes

第2 階段（2013 年3—12 月）：與第1 階段的氣汞濃度相比，該階段出現(xiàn)測值顯著升高現(xiàn)象，氣汞濃度背景平均值也上升到0.08 ng/L，為第1 階段的8 倍。2013 年3—8 月，氣汞濃度一直處于高值波動(dòng)異常狀態(tài)，在此期間，在距臺(tái)站70 km 范圍內(nèi)發(fā)生一系列強(qiáng)有感地震，其中，最大震級(jí)地震為2013 年4 月4 日山西垣曲ML4.0 地震（圖6）。

圖6 2013 年3—12 月汞測值曲線與典型地震對(duì)應(yīng)Fig.6 The gas mercury concentration curve from March 2013 to October 2013 corresponds to typical earthquakes

第3階段（2016年1月至2017年5月）：該階段氣汞濃度背景值上升到0.6 ng/L，與第1、2 階段相比，測值顯著增大，為第1 階段的60 倍、第2 階段的7.5 倍。在此期間，在距測點(diǎn)200 km 范圍內(nèi)連續(xù)發(fā)生6 次ML≥3.5 地震，這表明測點(diǎn)周邊應(yīng)力加速釋放現(xiàn)象明顯，汞濃度測值達(dá)到18 ng/L 后，在距測點(diǎn)約20 km 處發(fā)生運(yùn)城鹽湖ML4.9 地震（圖7）。

圖7 2016 年1 月至2017 年5 月氣汞濃度與典型地震間的對(duì)應(yīng)Fig.7 The gas mercury concentration curve from January 2016 to May 2017 corresponds to typical earthquakes

2.3 氣汞濃度與震源參數(shù)之間的關(guān)系

為了定量研究地震發(fā)生時(shí)震源參數(shù)與汞濃度間的關(guān)系，將前述3 個(gè)階段中與地震對(duì)應(yīng)的氣汞濃度提取出來，繪制氣汞濃度與不同震源參數(shù)的關(guān)系圖（圖8）。在提取不同地震對(duì)應(yīng)的氣汞濃度時(shí)，考慮地震的發(fā)生對(duì)氣汞濃度的影響并不是即時(shí)的，而是地震發(fā)生后1 周時(shí)間內(nèi)斷層氣汞濃度所達(dá)到的峰值，為此，采用多項(xiàng)式擬合法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。圖8 中的直線即為由多項(xiàng)式擬合得到的曲線，曲線附近的區(qū)域?yàn)槔胋ootstrap 方法求取的65%的置信區(qū)間（Davidson et al，2020）。

圖8 氣汞濃度與震中距、震級(jí)間的相關(guān)性分析Fig.8 Correlation analysis between gas mercury concentration and earthquake epicentral distance and magnitude

通過求取橫、縱坐標(biāo)的相關(guān)系數(shù)（correlation coefficient，以下簡稱為corr），發(fā)現(xiàn)斷層氣汞濃度與震中距間表現(xiàn)為微弱的負(fù)相關(guān)（corr=-0.25），即震中距越大通常對(duì)應(yīng)著氣汞濃度峰值的降低。與此相對(duì)應(yīng)，斷層氣汞濃度與震級(jí)間表現(xiàn)為較強(qiáng)的正相關(guān)（corr=0.61），表明震級(jí)較大的地震通常對(duì)應(yīng)著較高的氣汞濃度峰值［圖8（b）］。為了進(jìn)一步驗(yàn)證震中距和震級(jí)對(duì)斷層氣汞濃度的影響，將圖8（c）橫坐標(biāo)設(shè)置為震級(jí)與震中距的比值，此時(shí)氣汞濃度與該比值間表現(xiàn)為正相關(guān)（corr=0.34），表明震級(jí)和震中距對(duì)氣汞濃度有一定的影響。

3 斷層氣汞濃度異常與構(gòu)造活動(dòng)間的關(guān)系

眾所周知，區(qū)域應(yīng)力場變化與構(gòu)造活動(dòng)密切相關(guān)，而震源機(jī)制解、庫侖應(yīng)力、GPS 基線等則是區(qū)域應(yīng)力場的直觀表現(xiàn)。如前所述，夏縣地震臺(tái)斷層氣汞自觀測以來，濃度背景平均值呈逐年上升態(tài)勢，其間出現(xiàn)多組高值突跳異常與測點(diǎn)附近的中等地震活動(dòng)有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。那么，夏縣地震臺(tái)氣汞濃度的趨勢性上升和突跳變化是否與構(gòu)造活動(dòng)加劇引起區(qū)域應(yīng)力場變化有關(guān)，本文將從以下幾方面進(jìn)行分析。

3.1 震源機(jī)制解一致性參數(shù)

震源機(jī)制一致性參數(shù)可用來描述應(yīng)力場的空間均勻程度，通常使用震源機(jī)制一致性參數(shù)作為衡量地震震源釋放應(yīng)力場與區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場一致性程度的定量指標(biāo)（Michael，1987a，1987b，1991），該參數(shù)也是判斷地震危險(xiǎn)性的一個(gè)常用判據(jù)（李金等，2015）。應(yīng)力張量方差可以表征震源機(jī)制一致性，其被定義為misfit 角度（單個(gè)地震的滑動(dòng)矢量與在假設(shè)應(yīng)力張量作用下產(chǎn)生的理論滑動(dòng)矢量之間的夾角）與其平均數(shù)之差的平方和的平均數(shù)（Michael et al，1990）。若大量地震震源機(jī)制解與平均構(gòu)造應(yīng)力場差異較小，即表現(xiàn)為應(yīng)力張量方差較小，則認(rèn)為震源機(jī)制具有較好的一致性，反映震源區(qū)應(yīng)力水平升高（張致偉等，2015；李金等，2015）；反之，則認(rèn)為震源機(jī)制趨于散亂，震源區(qū)應(yīng)力水平降低（Wiemer，2001）。

利用2008—2017 年山西地區(qū)260 余個(gè)ML≥2.5 地震震源機(jī)制解結(jié)果，采用Zmap軟件包（Wiemer，2001）集成的應(yīng)力場反演方法得到了山西地區(qū)應(yīng)力張量方差空間分布圖（圖8），由圖8 可見，2014—2015 年夏縣斷層氣汞測點(diǎn)所在的山西南部運(yùn)城盆地應(yīng)力張量存在顯著低值區(qū)域，斷層氣汞的趨勢性上升和多組高值突跳則出現(xiàn)在震源機(jī)制一致性參數(shù)低值異常時(shí)段（圖9、10），這表明斷層氣汞測值趨勢性上升和高值突跳變化可能與區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場作用增強(qiáng)有關(guān)。

圖9 2008—2017 年山西地區(qū)應(yīng)力張量一致性的空間分布Fig.9 Spatial distribution of stress tensor consistency in Shanxi from 2008 to 2017

3.2 累積庫侖應(yīng)力

利用庫侖破裂應(yīng)力來研究強(qiáng)震之間的應(yīng)力觸發(fā)以及強(qiáng)震對(duì)周邊斷層地震危險(xiǎn)性的影響等是目前的研究熱點(diǎn)。石富強(qiáng)等（2017）基于有限斷層模型并考慮震后粘彈性松弛及震間構(gòu)造應(yīng)力加載作用，計(jì)算了華北地區(qū)第三活躍期以來的歷史強(qiáng)震對(duì)鄂爾多斯塊體周緣主要活動(dòng)斷裂的庫侖應(yīng)力加／卸載效應(yīng)。同震、震后、震間3 個(gè)方面效應(yīng)引起的累積庫侖應(yīng)力計(jì)算結(jié)果顯示（石富強(qiáng)等，2017），臨汾— 運(yùn)城盆地庫侖應(yīng)力累積顯著（圖11）。夏縣地震臺(tái)斷層氣汞濃度背景值的趨勢性上升及多組高值突跳異常是在庫侖應(yīng)力積累的背景下產(chǎn)生的，可能與構(gòu)造活動(dòng)有關(guān)。

圖10 2007—2017 年山西南部運(yùn)城盆地及其附近應(yīng)力張量方差時(shí)序變化Fig.10 Time series variance of stress tensor in Yuncheng Basin and its vicinity in southern Shanxi from 2007 to 2017

圖11 臨汾—運(yùn)城盆地庫侖應(yīng)力累積顯著（修改自石富強(qiáng)等，2017）Fig.11 Accumulation of Coulomb stress in the Linfen-Yuncheng Basin,modified from Shi et al (2017)

3.3 山西臨汾—山西夏縣GPS 基線

GPS 觀測是監(jiān)測地殼運(yùn)動(dòng)的重要手段，通過計(jì)算2 個(gè)GPS 測站間的基線長度，可以削弱數(shù)據(jù)解算過程中共模誤差的影響。基線長度變化主要反映了測站之間距離的變化，揭示出所跨區(qū)域水平拉張或擠壓等形變特征，也可以用于描述所跨直交斷裂帶的拉張、擠壓、走滑等特性。2014 年5 月以來，山西南部的SXLF—SXXX（山西臨汾—山西夏縣）基線出現(xiàn)縮短，2015 年以來先后出現(xiàn)轉(zhuǎn)折（圖11），表明山西南部區(qū)域南北向的壓縮區(qū)域總體呈受壓狀態(tài)；從區(qū)域應(yīng)變角度來看，區(qū)域主壓應(yīng)變和最大剪應(yīng)變2010 年以來持續(xù)增大（圖12、13、14），2016 年年初出現(xiàn)大幅轉(zhuǎn)折變化，在此狀態(tài)下發(fā)生了2016 年3 月運(yùn)城鹽湖ML4.9地震。而鹽湖地震前1周，夏縣地震臺(tái)斷層氣汞濃度突跳幅度達(dá)到觀測以來最高點(diǎn)，約為18.223 ng/L，是背景平均值的30.4 倍。斷層氣汞濃度大幅突跳變化時(shí)間與GPS 基線轉(zhuǎn)折時(shí)間具有準(zhǔn)同步性，這種現(xiàn)象有可能與構(gòu)造活動(dòng)加劇引起區(qū)域應(yīng)力場改變有關(guān)。

圖12 臨汾—夏縣GPS 基線時(shí)序變化Fig.12 GPS baseline time series curve of SXLF-SXXX (Shanxi Linfen—Shanxi Xiaxian)

圖13 臨汾—夏縣GPS 主壓應(yīng)變時(shí)序變化Fig.13 Time series curve of GPS principal compressive strain in Linfen—Xiaxian

圖14 臨汾—夏縣GPS 最大剪應(yīng)變時(shí)序變化Fig.14 Time series curve of GPS maximum shear strain in Linfen—Xiaxian

綜上所述，夏縣地震臺(tái)斷層氣汞濃度自觀測以來趨勢性上升和多組高值突跳變化與震源機(jī)制一致性參數(shù)高值時(shí)段、庫侖應(yīng)力積累時(shí)段、GPS 壓性作用增強(qiáng)、轉(zhuǎn)折時(shí)段等具有較好的同步性，在空間上也較吻合，特別是2016 年3 月運(yùn)城鹽湖ML4.9 地震時(shí)的高值突跳和GPS 壓性作用轉(zhuǎn)折時(shí)間的高度一致性，表明斷層氣汞濃度異常與構(gòu)造活動(dòng)有關(guān)。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

通過對(duì)夏縣地震臺(tái)斷層氣汞濃度測值異常與構(gòu)造活動(dòng)之間關(guān)系進(jìn)行分析后，得到如下結(jié)論。

（1）夏縣地震臺(tái)斷層氣汞濃度觀測數(shù)據(jù)按照背景值變化幅度可分為3 個(gè)階段。不同階段氣汞濃度背景平均值相差較大，第2 階段是第1 階段的8 倍，第3 階段是第1 階段的60 倍。

（2）對(duì)夏縣地震臺(tái)斷層氣汞濃度測值異常與距測點(diǎn)200 km 范圍內(nèi)4 級(jí)左右地震之間關(guān)系分析結(jié)果表明，研究范圍內(nèi)多數(shù)中強(qiáng)地震的發(fā)生都伴隨著氣汞濃度的上升，上升幅度一般會(huì)高出平均背景值幾至幾十倍。

（3）氣汞濃度趨勢性上升和多組高值突跳變化期間，震源機(jī)制一致性參數(shù)、庫侖應(yīng)力積累、GPS 壓性作用增強(qiáng)和轉(zhuǎn)折等可反映構(gòu)造活動(dòng)增強(qiáng)所引起的區(qū)域應(yīng)力場要素發(fā)生了顯著改變。氣汞濃度異常與構(gòu)造活動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)象在時(shí)間上具有準(zhǔn)同步性（2014—2016 年），空間上也較吻合（山西臨汾—運(yùn)城盆地），特別是2016 年3 月運(yùn)城鹽湖ML4.9 地震時(shí)的高值突跳和GPS 壓性作用轉(zhuǎn)折時(shí)間的高度一致性，表明斷層氣汞濃度異常是在區(qū)域應(yīng)力場增強(qiáng)的背景下產(chǎn)生的，與構(gòu)造活動(dòng)有關(guān)。

4.2 討論

（1）如前所述，夏縣地震臺(tái)氣汞濃度在2010 年—2017 年3 個(gè)階梯變化過程中，不同階段的斷層氣汞濃度背景值均出現(xiàn)量級(jí)上的差異。根據(jù)3 個(gè)階段斷層氣汞濃度大小，可把3 個(gè)階段命名為“穩(wěn)定期”“積累期”“爆發(fā)期”，氣汞濃度在不同階段所表現(xiàn)的特征可能與測點(diǎn)附近構(gòu)造活動(dòng)的強(qiáng)弱有一定的關(guān)系。因地殼淺部應(yīng)力場的變化是影響氣汞濃度的主要因素，在區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力積累過程中必定會(huì)導(dǎo)致裂隙和斷層中氣汞濃度的升高。夏縣地震臺(tái)斷層氣汞濃度在“平靜期”出現(xiàn)的高于背景值的突跳變化，可能與汶川MS8.0 地震之后，山西斷陷帶地殼形變與構(gòu)造應(yīng)力場發(fā)生變化（劉峽等，2013）、山西帶南端顯著地表位移（楊國華等，2009）、庫侖應(yīng)力延遲觸發(fā)（朱艾斕等，2010）等有關(guān)；在斷層氣汞濃度背景值發(fā)生改變的“積累期”，測點(diǎn)所在的夏縣地震臺(tái)及附近出現(xiàn)了低波速比、高視應(yīng)力、重力梯度帶、地磁高值區(qū)等趨勢性異常（宋美琴等，2013），顯示了應(yīng)力持續(xù)積累過程；在夏縣地震臺(tái)斷層氣汞濃度的“爆發(fā)期”階段，震源機(jī)制一致參數(shù)、庫侖應(yīng)力、GPS 等先后出現(xiàn)不同程度的異常，特別是運(yùn)城鹽湖ML4.9 地震前臨汾—夏縣GPS 基線快速轉(zhuǎn)折變化與斷層氣汞濃度高值異常時(shí)間的高度吻合，表明夏縣地震臺(tái)斷層氣汞濃度“爆發(fā)期”階段出現(xiàn)高值異常與山西南部區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)的加劇有關(guān)。由于夏縣地震臺(tái)地處鄂爾多斯塊體東南緣，位于中條山斷裂上并與華北克拉通東部相連，區(qū)域擠壓應(yīng)力場的增強(qiáng)必將造成區(qū)域內(nèi)巖石的破裂和斷層的活動(dòng)，汞運(yùn)移速率增大，運(yùn)移通道增多，從而使得氣汞濃度從“積累期”進(jìn)入了“爆發(fā)期”。

（2）因夏縣地震臺(tái)斷層氣汞濃度變化與區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)之間有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這對(duì)山西南部地區(qū)強(qiáng)有感地震有較好的預(yù)測意義，建議將其作為山西中南部地區(qū)強(qiáng)有感地震發(fā)生的短臨預(yù)測指標(biāo)。

（3）斷層氣汞濃度觀測作為一種有效的地震前兆和短臨預(yù)測手段，已越來越多地被應(yīng)用于短臨預(yù)測工作中。然而，目前對(duì)于斷層氣汞濃度的觀測和研究僅局限于氣汞濃度突跳與地震間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并沒有對(duì)斷層氣汞濃度的具體影響因素進(jìn)行探討。但實(shí)際情況是影響斷層氣汞濃度的因素還有很多，除了震源參數(shù)外，還有斷層走向、氣溫、氣壓、巖石巖相等諸多因素。對(duì)于斷層氣汞濃度的定量分析雖初步進(jìn)行了嘗試，但還需要更多的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，以得到影響斷層氣汞濃度的物理經(jīng)驗(yàn)公式。