引言

跨断层形变测量是在现今构造活动强烈的活断层主断面上进行的动态测量。其主要任务在于直接、精细地测定活动断层现今的运动方式、运动速率及断层随时间的演化过程(周硕愚,1994),以便探讨断层活动与地震的关系。目前,在利用跨断层形变观测资料分析断层运动异常变化与地震可能的对应关系方面已经取得了很多研究成果(龚鸿庆,1984;薄万举等,1994;1998;焦青等,1998;车兆宏等,2000;苏琴等,2005;BoWanju等,2011;张晶等,2011;刘冠中等,2013;李晓帆等,2015),为开展跨断层形变观测资料的深入研究奠定了重要的理论基础。

四川省地震局测绘工程院根据跨断层形变观测资料的异常信息,于2014年10月在“四川地壳形变监测及2015年度地震趋势预测会商报告”中提出:“雅江、道孚、康定、石棉、冕宁、美姑、西昌、九龙等县及所属地区所围成的区域,有发生7.0级左右地震的可能”。2014年11月22日,四川省甘孜州康定县发生了6.3级地震,地震就发生在预测区内。为了更深入地研究本次地震,笔者利用鲜水河断裂带2000年以来的跨断层形变观测资料,重点分析了老乾宁、折多塘场地在康定地震前的异常变化特征,探讨了这些变化特征与康定6.3级地震的对应关系,并讨论了跨断层形变观测资料应用于地震分析预测的现实意义。

1 场地背景资料

川西地区共布设有25处跨断层监测场地。在鲜水河断裂带上共布设了10个监测场地,其中水准、基线综合场地有:侏倭、格篓坝子、虚墟、沟普、龙灯坝、老乾宁、折多塘共7个;水准场地有:道孚、安顺场、田湾共3个。在安宁河-则木河断裂带上共布设了10个监测场地,其中水准场地有:棉蟹支线、叶坪、冕宁支线、荞窝、宁南支线、新汤家坪、西昌和尔乌共8个;水准、基线综合场地有汤家坪1个。在龙门山断裂带上共布设有:宝兴、灌县、映秀、雁门和双河5个水准监测场地。在蒲江-新津-成都-德阳断裂带上布设有蒲江1个水准监测场地。图1给出了上述监测场地的具体分布。

图 1 四川跨断层场地点位分布图 Fig. 1Location map of the monitoring sites cross faults
1.1 老乾宁跨断层短水准、基线场地

该场地始建于1979年8月,位于鲜水河断裂带中南段,1893年惠远寺6¾级地震的极震区内,跨越带内的老乾宁-康定断层。该断层全新世以来表现为以左旋走滑为主,兼具逆冲性质(熊探宇等,2010)。断裂带内的中谷-折多塘断层在场地北西与老乾宁-康定断层重接,形成平面上的“λ”字形。场地设G1、G2、G3、G4、G5五点,由G1、G3、G5三点组成闭合环,其中G1-G3、G5-G3测线跨越断层主断面,G1-G3与断层正交,G5-G3与断层斜交,如图2所示。1980年5月开始水准、基线同时观测。

1.2 折多塘跨断层短水准场地

该场地始建于1974年,位于鲜水河断裂带南段,1955年康定折多塘7.5级地震震中区内,跨越带内中谷-折多塘断层。该断层全新世以来表现为以左旋走滑为主,兼具逆冲性质。场地建设之初设四点,构成了两条基线、一闭合三角形水准环线及一条水准支线。1979年改造场地时增埋新点O,该点于2011年被破坏,2013年10月于原BO测线前进方向新建点E、F,同时废除A点。至此该场地改建为由C、B、E、F四点组成一水准测线,如图3所示。1974年8月1日开始进行水准测量,由于该场地经过多次改扩建,资料连续性不太好。

图 2 老乾宁短水准、基线场地示意图 Fig. 2Sketch map showing short leveling and based line in Laoqianning
图 3 折多塘短水准场地示意图 Fig. 3Sketch map showing short leveling in Zheduotang
2 跨断层形变异常
2.1 趋势异常

鲜水河断裂带的历史地震破裂研究成果表明,1900年以来强震破裂分段明显,近100年来发生的强震使鲜水河断裂带多数破裂贯通,目前仅在老乾宁-康定、磨西-石棉间尚存未破裂区。鲜水河断裂带中南段及附近区域存在强震发生的背景(易桂喜等,2000)。

四川省地震局测绘工程院在“2015年度地震趋势预测会商报告”中指出,2012年下半年伴随着则木河断裂张性活动的逐步减弱,鲜水河断裂带以格篓坝子、虚墟、老乾宁为代表的异常,显现出鲜水河断裂带断层活动性逐步增强,并出现群体短期活动特征;而共同组成川滇块体东边界带的安宁河断裂北段,多种观测资料均显示出断层的“闭锁”特性,出现明显的“源”兆特征,该带及其附近地区是未来强震发生的主体区域。尽管2013年4月在其附近的龙门山断裂带发生了芦山7.0级地震、2014年8月在川滇块体边界发生了鲁甸6.5级地震,但川滇块体东边界断层活动并未因此而“解锁”,强震发生的危险性继续增强。

利用一阶差分法计算出的各场地的高差和长度变化,根据场地测线与断层的几何关系,可求出各场地的水平扭动量。对于斜交基线,已知基线与断层夹角α、断层倾角β,测得两期观测期间基线长度变化ΔS和断层两盘高差变化Δh,则此期间断层的扭动量d可表示为:

d ì
î
ΔS+Δh sinα
tgβ
ü
þ
1
cosα

在此基础上计算出相应断裂带的扭动速率,可反映断裂带的整体活动水平。本文对鲜水河断裂带的扭动量进行了计算:先计算各场地扭动量,再取其绝对值的平均值作为断裂带的扭动量,只单纯地讨论断层的活动量级,不讨论断层的活动方式(活动方式采用其它方法进行计算)。采用这样的方法在断层没有明显能量积累的情况下,看不到明显的趋势性活动,也就是消弱了正常背景的趋势性变化。图4是鲜水河断裂带扭动量变化的曲线图,从图中可以看出:断层扭动量在2005、2009、2012年开始,分别表现为不同幅度的形变异常,并且都很好地对应了道孚4.7级、玉树7.1级和芦山7.0级地震。同时,通过以往的经验及分析可看出,断层及其两侧的地震往往发生在水平扭动量突然加速—转折之后的1—2年之内,且地震多发生在鲜水河断裂带及其附近区域。2014年9月,鲜水河断裂带中南段压性活动明显增强,出现了群体性异常特征。

2.2 中短期异常

(1)老乾宁场地特征

基线特征:该场地短基线观测资料多年来未监测到明显的断层活动,且年变比较突出。2009年下半年至2011年波动上升,幅度为2mm左右;2012年在高值上波动;2013年芦山7.0级地震发生后持续下降,2013年初至5月间有明显的趋势下降过程,随后转折上升,显现出此处断层有明显的张性活动,最大幅度为4mm左右,这是该场地有观测资料以来累计变幅最大的一次,且与正常年变相反,之后一直在高值上波动;2014年6月至7月两测边持续上升,8月开始转折。笔者认为2013年5月以来,鲜水河断裂带南段断层张性活动有所增强,短期略显压性。康定6.3级地震发生后,31、35测边有明显的调整活动。具体如图5(一)和图5(二)所示。

图 4 鲜水河断裂带水平扭动量曲线图 Fig. 4Plot of horizontal shear displacement along Xianshuihe fault

水准特征:该场地短水准观测资料多年来均未监测到明显的断层活动,年平均活动速率为0.09mm/a左右,且年变化比较突出。2008年9月两测线观测曲线同步地出现明显的下降变化,断层压性活动有所增强,随后曲线恢复到正常的变化形态。2014年7月至9月间水准观测曲线持续下降,出现1.2mm的异常变化。2014年11月康定6.3级地震发生后,13、53测边有明显的调整活动。具体如图5(三)和图5(四)所示。

图 5 老乾宁跨断层短水准、基线观测曲线图 Fig. 5Vertical displacement measured with short leveling in Laoqianning

(2)折多塘场地水准特征

该场地水准资料受季节干扰较大,曲线趋势变化明显。2000年至2003年间观测曲线呈趋势性下降,该时段在鲜水河断裂带上无强震发生,但在邻近断层发生了雅江6.0级地震。2004年至2009年间观测曲线呈趋势性上升,鲜水河断裂带上仍无强震发生,但在其邻近的龙门山断裂发生了汶川8.0级地震。2010年至2014年间观测曲线呈趋势性下降,2014年5月观测曲线加速下降,2014年7至9月间持续下降1.8mm,10月发生转折。2014年11月康定6.3级地震发生后,存在一定的调整活动。具体如图6所示。

图 6 折多塘跨断层短水准CF观测曲线图 Fig. 6Vertical displacement measured with short leveling cross fault in Zheduotang
3 震前异常核实

(1)老乾宁场地在2014年7至9月间持续下降1.2mm,出现异常。震前对该异常进行核实,未发现明显干扰,异常属实(苏琴等,2014)。

(2)折多塘水准在2014年7至9月间持续下降1.8mm。震前对该异常进行核实,发现折多塘短水准场地C点附近在2014年8至9月有修建行为。通过实地察看和分析各测段(图7)变化情况不难发现,CF曲线与BF曲线相比,异常形态十分相似,说明C点的变化没有影响曲线的异常形态;异常时段的4条曲线相比,只有EF曲线相差较大,其余3条曲线形态均比较一致,这3条曲线所包含的公共端恰恰是跨断层的BE段,说明曲线的形态异常主要是跨断层测段B、E两点之间高差的变化引起,即断层活动引起。表明与C点有关的CB测线的变化对整体的曲线异常无明显的影响,说明该异常不是C点影响所致,异常属实(苏琴等,2014)。

综上所述,笔者认为2014年7月至9月间,处于鲜水河断裂带南段的老乾宁、折多塘水准资料观测到了断层的压性加速活动现象,该断裂及附近强震发生的短期危险性进一步增强。

图 7 折多塘水准各测段变化曲线图 Fig. 7Variation of vertical displacement in different leveling lines in Zheduotang
4 结论

通过对鲜水河断裂带跨断层形变观测资料在2014年11月康定6.3级地震前出现的趋势性变化和短期异常的分析,可得出以下结论:

(1)鲜水河断裂南段在2010年前后出现明显的趋势异常。异常表现形态为曲线上升,断层的张性活动增强。

(2)康定6.3级地震前,短期异常以老乾宁和折多塘水准观测资料出现的持续性下降异常为主,表明震前在短期阶段鲜水河南段压性活动增强。由此认为,断层的压性活动对强震的短期预测具有一定的指示意义。

(3)异常核实工作的开展为强震短期预测提供了有力依据,故短期异常的核实是强震预测的重要阶段。

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