汶川Ms8.0地震前后青藏块体东北缘的垂直形变*

张四新 王双绪 刘立炜

(中国地震局第二监测中心，西安 710054)

汶川Ms8.0地震前后青藏块体东北缘的垂直形变*

张四新 王双绪 刘立炜

(中国地震局第二监测中心，西安 710054)

利用区域水准、跨断裂水准资料，分析了2008年汶川8.0级地震前后青藏块体东北缘地壳垂直形变。结果表明：震前近10年，垂直形变具有明显的区域性和差异化特征。其中，祁连-河西地区垂直形变主要反映祁连山下沉、河西走廊相对抬升的逆继承性运动;西吉、海原、固原地区构造运动相对平稳;兰州、天水、漳县-武都以西的岷山隆起抬升速率明显增大并伴有形变高梯度带。这主要反映了震前青藏高原北向推挤作用相对减弱，东向挤压作用明显增强;震后，2008年8—10月的观测显示，垂直形变出现反向大幅变化;2006—2008年岷山隆起区相对临夏呈现逆继承性的快速下沉，反映由于地震的发生，导致青藏高原东向挤压运动减弱;2010年的监测表明，垂直形变幅度减小，2008—2010年合作相对临夏仍呈现反向下沉，但差异运动明显减弱，显示当前包括岷山隆起在内的区域构造活动已基本趋于稳定。

汶川8.0级地震;青藏块体东北缘;水准测量;垂直形变;岷山隆起

1 引言

研究表明，汶川8.0级地震发生在四川龙门山逆冲推覆构造带内是低滑动速率、长复发周期构造带上发生的一次高破坏强度的巨大地震［1］，震前没有明确的短临预报意见。的确，就这次大地震而言，想事前做出预报是很困难的。不过，未能预报并不代表没有异常。从震中附近的实际情况看，茂县经北川、安县至绵竹的水准剖面，1987—1997年跨越龙门山中央断裂附近还是出现了显著的阶段性形变异常［2］，只可惜后期停测，无从知道其后续的发展状况。那么，震中以外其他地区在大震前有无形变异常?为此，本文将利用水准资料，分析青藏块体东北缘尤其是西秦岭断裂带所在地区在汶川8.0地震前后的构造变形，藉以了解震源区以外大区域的形变时空演化。

2 区域垂直形变特征

2.1 青藏块体东北缘垂直形变特征

图1 青藏块体东北缘水准线路示意图Fig.1 Distribution of leveling lines in the northeastern Tibetan plateau

青藏块体东北缘(33°～41°N，96°～108°E)是我国主要地震活动区之一，是中国地震局第二监测中心的重点监测区(图1)。区域内布设有水准、GPS、重力和跨断层短测线等不同时间、空间尺度的形变监测手段。其中，水准观测历史悠久，且复测工作从未间断。我们利用青藏块体东北缘多年的水准资料(北祁连-河西地区、兰州、天水、武都(简称兰天武)地区、西吉、海原、固原(简称西海固)地区、宁夏北部地区)，在整体分段线性速率平差基础上，获得中心时间段(1990—1998年、1998—2006年)的平差结果，按最小二乘配置［3］建立相应时段的垂直运动速率场，并根据其速度场求得相应时段的速率梯度场(图2、3)。

从图2、3可知，1990—1998年间，随着1986年门源6.6级、1990年共和7.0级和1990年景泰6.2级等中强地震的发生，古浪、西宁以西的祁连山断裂带垂直形变出现异常变化，河西走廊(盆地)反向抬升，速率最大为1 mm/a(图2(a));古浪、西宁以东的广大区域垂直形变出现分化，西宁、临夏和迭部所在青藏高原东部以隆升为主，而海原、固原、同心、景泰等所在的黄土高原以及贺兰山、银川盆地整体以下沉为主，速率一般为-(2～5)mm/a;西秦岭断裂所在区域垂直形变表现出明显的分段差异性，陇西、武山以东至天水地区垂直运动微弱，仅为0～1 mm/a，但陇西、武山以西的临夏-迭部附近则出现隆起区，最大速率达4 mm/a。从速率梯度图(图2(b))可以清晰看出，临夏、迭部间的速率梯度量值最大，为0.10 mm/a km。

1998—2006年间的垂直形变与上一时段相比，下沉区范围进一步扩大(图3(a))。由于2002年玉门5.9级、2003年得令哈6.6级以及2003年民乐-山丹6.1级地震的先后发生，包括祁连、门源、古浪等祁连山一侧区域以逆继承性下沉为主，尤以祁连、民乐和玉门附近区域下沉最为剧烈;海原、固原、同心、景泰等所在的黄土高原以及银川盆地整体仍呈下沉状态，但速率有所减小，一般为0～-3 mm/a。值得注意的是，西秦岭断裂所在区域垂直形变分段差异性仍然存在且有加剧态势，陇西、武山以东至天水地区以下沉为主，速率增大至-(3～6)mm/a;而陇西、武山以西的临夏-迭部附近的隆起区仍然存在，范围向南收缩，最大速率增大至9 mm/a，区域升降差异运动高达15 mm/a。从反映区域应变状态的速率梯度图(图3(b))可以清晰看出，虽然速率梯度高值区分布较为分散，但临夏-迭部的高值区量值最大由上一时段的0.10 mm/akm增大至0.20 mm/a km，表明这一区域应变能积累有增大趋势。

图2 青藏块体东北缘垂直形变速率及速率梯度图(1990—1998年)Fig.2 Isograms of the vertical deformation rate and the gradient of the vertical deformation velocity in the northeastern Tibetan plateau(1990-1998)

图3 青藏块体东北缘垂直形变速率及速率梯度图(1998—2006年)Fig.3 Isograms of the vertical deformation rate and the gradient of the vertical deformation velocity in the northeastern Tibetan plateau(1998-2006)

2.2 区域垂直形变特征

如果将研究区域细分，分析每个具体构造区域的垂直形变特征，可以发现：虽然由于研究区域由大到小，平差基准变化导致速率等值线的量值有所不同，但反映的各地质构造单元之间的相对运动特征是一致的(图4)。

从图4可以看出，北祁连-河西地区在2000—2005年间，以民乐、俄博附近为界的河西走廊拗陷带以西广大区域为下沉区;分界线以东的区域则为相对隆起区，不过在上升的背景下仍可以分辨出：武威、古浪等盆地呈上升态势，祁连山一侧的俄博、西宁等以逆继承性下沉为主。这表明由于2002年玉门5.9级、2003年民乐-山丹6.1级等地震的相继发生，区域应力场调整，造成这一时期祁连山抬升、河西走廊拗陷带下沉的继承性升降差异运动减弱，局部地区甚至出现逆继承性运动。

图4 北祁连-河西地区2000—2005年垂直形变速率等值线图Fig.4 Isograms of the vercital deformation rate in the northern Qilian mountain-Hexi corridor area

西海固地区，1998—2006年期间速率等值线呈现北部地区上升，南部地区下沉的态势(图5)。靠近鄂尔多斯块体一侧的海原、同心等盆地相对上升，速率为1～4 mm/a，而六盘山以西的静宁、会宁等陇西黄土高原以-(1～4)mm/a的速率相对下沉。这一时期，六盘山、南西华山的上升均不明显，甚至出现相对下沉现象。

图5 西(吉)海(原)固(原)1998—2006年垂直形变速率等值线图Fig.5 Isograms of the vercital deformation rates in Xiji-Haiyuan-Guyuan area

图6 兰(州)天(水)武(都)1999—2006年垂直形变速率等值线图Fig.6 Isograms of the vercital deformation rates in Lanzhou-Tianshui-Wudu area

兰天武地区(图6)，1999—2006年间垂直形变速率等值线走向出现东西分化，分界线正好位于岷山与秦岭之间的漳县-武都差异带［4］。分界线以西的速率等值线呈NNW-NWW向展布，其中岷县、宕昌和合作地区所在的岷山隆起区以大幅度上升为主，速率高达4～14mm/a，并沿西秦岭等NWW向断裂分布。临夏-合作、岷县-漳县等地为垂直形变高梯度带分布区，2003—2004年发生的岷县5.2级、5.0级地震就位于形变高梯度带上;分界线以东的速率等值线整体呈近EW走向，其中西秦岭、黄土高原交汇部位的陇西、武山等上升速率相对较小，速率为1～5 mm/a，秦安和甘谷、天水等地甚至呈下沉状态，速率为-(1～2)mm/a。这一时期整个区域垂直形变场呈西高东低态势，升降差异运动异常剧烈，漳县-武都以西的岷山隆起地区抬升速率要明显大于以东的秦岭地区。

3 跨断裂水准形变特征

3.1 跨断裂水准剖面

由区域形变分析可知，汶川8.0级地震前，陇西、武都以西的岷山隆起抬升速率要明显大于以东的秦岭地区。如果单独研究这一区域的跨断裂水准剖面，并把时间段进一步细分就会发现：1993—1999年，地处岷山附近的夏河、合作相对于临夏隆起不明显;但是，1999—2002年、2003—2006年，夏河、合作相对于临夏隆升速率明显加快，尤以1999—2002年为甚，最高接近10 mm/a(图7(a))，之后测线东侧附近在2003年11月发生岷县5.2级地震。

汶川地震后的2008年8—10月，监测范围向北延伸，兰州-永靖-临夏-合作的跨断裂水准观测(图7 (b))结果显示：2006—2008年，兰州至永靖、临夏所在的陇西黄土高原主要以下沉为主，但形变波动幅度较大(4～-24 mm/a)。垂直差异运动最为剧烈的区域主要在临夏-合作段，合作相对临夏由前两个时段的快速上升转变为快速下降，最高速率达-17 mm/a;2010年8月的监测表明：2008—2010年，兰州至永靖、临夏所在的陇西黄土高原虽仍以下沉为主，但波动幅度明显减弱(2～-5 mm/a)。合作相对临夏仍呈现为反向下沉，但差异运动也明显减弱，形变速率减小至-10 mm/a左右。

3.2 跨断裂综合场地监测结果分析

为持续跟踪祁连山断裂带、海原断裂带的活动变化，自2005年以后对布设在祁连山断裂带中段的民乐场地、东段的华藏寺场地和位于海原断裂带西北段的沙沟河场地连续进行了水准、GPS、重力联合观测(图8)。

图9为为跨断裂综合场地水准年变化量时序图。从图9可以看出，自2006年以来，民乐场地所控制的祁连山断裂带中段、沙沟河场地所控制的海原断裂带西北段地壳垂直运动相对平稳，年变化量绝对值分别在0.6～8.3mm和0.8～5.4mm，而华藏寺场地所控制的祁连山断裂带东段附近年变化量绝对值则高达2.2～20.9 mm(地壳波动相对剧烈)。汶川地震前(2007年)，仅华藏寺场地水准变化量较大，其余场地变化不大;汶川地震后，民乐、沙沟河以及华藏寺场地3个综合场地2008年水准变化量均有所增大，之后的2009年、2010年变化量减小且趋于稳定，反映目前综合场地所控制之断裂活动已趋于正常。

图7 跨西秦岭断裂垂直形变与地形剖面图Fig.7 Section of the vercital deformation and sectional elevation crossing the western Qinlin fault zone

图8 跨断裂综合场地布设示意图Fig.8 Sketch of leveling survey of multiform cross-fault deformation surveying sites

图9 跨断裂综合场地水准年变化量时序图Fig.9 Time series of annual leveling survey of multiform cross-fault deformation surveying sites

4 青藏块体东北缘垂直形变演化与汶川8.0级地震

分析可知，汶川8.0级地震前近10年，青藏块体东北缘垂直形变具有明显的区域性和差异化特征。其中，祁连-河西地区由于2003年民乐-山丹6.1级等地震的发生，垂直形变主要反映祁连山下沉、河西走廊盆地相对抬升的逆继承性运动;西海固地区构造运动相对平稳;兰天武地区则是继承性运动明显增强并伴有形变高梯度带。这种形变特征与以往对南北地震带及青藏块体东部大地形变研究总结出的各分区形变场在空间上呈非均匀分布，但在时间演化上却具有同时段的宏观相似性、协同性特征［5］是明显不同的。那么，造成这种现象的原因是什么?

分析青藏块体东北缘1990—1998年、1998—2006年2个时间段大区域的垂直形变演化，尽管隆起区和下沉区范围有所变化，但合作、迭部附近的隆起区始终存在且1998—2006年隆起速率明显增大，反映了汶川地震前川西高原块体的南东向挤压运动增强，致使岷山地区的隆起速度增大。这一现象也可以从兰天武地区1999—2006年垂直形变图上得到更为清晰反映。

若对岷山隆起区域的形变特征作进一步分析，可以发现，1993—1999年，夏和、合作所在的岷山隆起区相对临夏所处的黄土高原上升并不明显，但在1999—2002年期间，隆起速率明显增大，其中缘由可能与2001年昆仑山口西8.1级地震的孕育、发生有关。昆仑山口西大地震作为较大尺度的地块活动行为［6］引起青藏高原向北东方向作用增强。2002年大范围的跨断裂水准剖面观测表明：昆仑山口西8.1级地震后青藏块体东北缘断裂活动出现不同程度的增强态势，空间上呈“西强东弱”态势，尤以距离震中较近的祁连山断裂中西段、日月山-拉脊山断裂和西秦岭断裂带西段最为明显［7］，显示这些边界带是大震后应力快速增强与集中之地，发生地震的危险性增大。随着2002年12月14日玉门5.9级地震、2003年4月17日德令哈6.6级地震和10月25日民乐5.8、6.1级地震以及11月13日岷县5.2级地震自西向东相继发生，上述的一些边界带集中的应变能得到集中释放，直接导致祁连-河西地区2000—2005年垂直形变呈现山区上升、河西走廊盆地相对抬升的逆继承性运动。与之形成对照的是，虽然2003年11月13日在临夏-夏河-合作跨断裂水准测线的东南侧附近发生了岷县5.2级地震，但从水准剖面的演化过程看，2002—2006年，夏和、合作所在的岷山隆起区相对临夏所处的黄土高原仍呈现继承性隆起，速率相对1993—1999年只是略有减小。这表明昆仑山口西8.1级大震后期，青藏高原在向东北方向的运动的过程中，东北部由于2002—2003年期间一系列中强地震的陆续发生，导致向北的作用挤压减弱，但向东的挤压作用持续增强。由于西秦岭东缘相对稳定，岷山地区处于持续的隆起速度增大态势。在四川盆地一带受到华南活动地块的强烈阻挡，使得应力在龙门山推覆构造带上高度积累，在挤压逐年增大情况下，首先在这一地区薄弱的地段破裂，相继发生了2003年岷县5.2级、2006年文县5.0级地震［8］。

汶川地震后，2008年8—10月的观测表明：2006—2008年，夏和、合作所在的岷山隆起区相对临夏呈现反继承性的快速下沉，反映由于地震的发生，导致川西高原块体的南东向挤压运动减弱;民乐、沙沟河以及华藏寺场地3个综合场地2008年水准变化量均有所增大且出现形变反向，反应震后地震影响主要沿龙门山断裂带向北东方向扩展［2］。2008—2010年，合作相对临夏仍呈现为反向下沉，但差异运动明显减弱，显示当前岷山隆起区活动已趋于稳定;而民乐、沙沟河以及华藏寺场地3个综合场地2009年、2010年变化量减小且趋于稳定，表明目前综合场地所控制的断裂附近活动也趋于正常，这表明由于汶川地震的发生而导致的大范围区域应力场的调整已基本结束。

5 结论

1)汶川8.0级地震前近10年，青藏块体东北缘垂直形变具有明显的区域性和差异化特征。其中，祁连-河西地区由于2003年民乐-山丹6.1级等地震的发生，垂直形变主要反映祁连山下沉、走廊盆地相对抬升的逆继承性运动;西海固地区构造运动相对平稳;兰天武地区则是漳县-武都以西的岷山隆起抬升速率明显增大并伴有形变高梯度带。

2)汶川8.0级地震后，2008年8—10月的观测结果显示，青藏块体东北缘垂直形变出现一定程度反向大幅变化;2006—2008年，夏和、合作所在的岷山隆起区相对临夏呈现反继承性的快速下沉;2010年最新监测表明，垂直形变幅度减小，合作相对临夏2008—2010年仍呈现为反向下沉，但差异运动明显减弱，显示当前包括岷山隆起在内的区域构造活动已基本趋于稳定。

3)岷山地区的隆起与下沉与汶川8.0地震的孕育和发生有着密切关系。震前，青藏高原在向东北方向的运动的过程中，其东北部地区由于在2002—2003年期间陆续发生玉门5.9级、德令哈6.6级等一系列的中强地震，导致向北的挤压作用减弱，而向东的挤压作用持续增强。由于西秦岭东缘相对稳定，岷山地区处于持续的继承性隆起速度增大态势;震后，随着应变能的快速释放，青藏高原向东挤压作用的减弱，岷山隆起区也就呈现出逆继承性的下沉态势。

4)昆仑山口西8.1级大震可能对汶川8.0级地震的发生有促进作用。汶川地震前，虽然岷山地区处于持续的继承性隆起状态，但速率明显增大则主要始于1999—2002年，反映昆仑山口西大地震作为较大尺度的地块活动行为［6］导致青藏高原向东挤压作用增强。

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6 江在森，等.昆仑山口西Ms8.1级地震前区域构造变形背景［J］.中国科学(D辑)，2003，33(增刊)：163-172.(Jiang Zaisen，et al.Regional tectonlic deformation background before Ms8.1 earthquake on the west of Kunlun mountain pass［J］.Science in China(Series D)，2003，33 (B04)：163-172)

7 张四新，等.跨断裂水准剖面观测在地震监测中的应用［J］.地震地磁观测与研究，2005，26(4)：22-28.(Zhang Sixin，et al.The application of leveling survey crossing fractures to earthquake monitoring［J］.Seismological and Geomagnetic Observation and Research，2005，26(4)：22-28)

8 高曙德，等.汶川8.0级地震前后电磁场的变化特征［J］.地球物理学报，2010，53(3)：512-525.(Gao Shude，et al.The change characteristics of electromagnetic field before to after Wenchuan Ms8.0 earthquake［J］.Chinese Journal of Geophysics，2010，53(3)：512-525)

ANALYSIS OF VERTICAL CRUST DEFORMATION OF NORTHEAST MARGIN OF QINGHAI-TIBET BLOCK BEFORE AND AFTER WENCHUAN Ms8.0 EARTHQUAKE

Zhang Sixin，Wang Shuangxu and Liu Liwei
(Second Crust Monitoring and Application Center，CEA，Xi’an 710054)

The vertical crust deformation of northeast margin of Qinghai-Tibet block before and after Wenchuan Ms8.0 earthquake has been analyzed with the regional leveling and fault-crossing leveling data.The results show that within 10 years before the earthquake the regional vertical deformation has a certain diversity with regional feature.In detail，that the tectogenesis for degressive Qilian mountain and anabatic aisle-basin in Hexi area reflected by the vertical deformation is counter-inheritance motion;that the tectogenesis in Xiji-Haiyuan-Guyuan area reflected by the vertical deformation is balanced motion，and on the west to Zhangxian-Wudu of Lanzhou-Tianshui-Wudu area，Minshan’s rise is obviously increasing and accompanied with high gradient belt.It could be inferred that the pressure from the Tibetan plateau is relatively weakened in the north direction and clearly increased in the east direction.Monitoring data show that the vertical deformation of northeast margin of Qinghai-Tibet has an extensive inverted variation from Aug.to Oct.in 2008 after Wenchuan Ms8.0 earthquake.The Xiahe and Hezuo area of Minshan uplift shows rapid counter-inheritance sinking relative to Linxia from 2006-2008.It could be inferred that the pressure eastward from the Tibetan plateau is weakened due to Wenchuan Ms8.0 earthquake.The monitoring data in 2010 show that the crustal vertical deformation of northeast margin of Qinghai-Tibet is decresing，and that Hezuo area is counter-inheritance sinking relative to Linxia from 2008-2010，nevertheless，the differential morement between Hezuo and Linxia is decreasing.It could be inferred that regional tectogenesis reflected by the vertical deformation，including Minshan uplift，has been to stable state.

Wenchuan Ms8.0 earthquake;northeast margin of Qinghai-Tibet;leveling;vertical deformation;Minshan uplift

1671-5942(2011)06-0025-07

2011-04-15

中国地震局：南北地震带北段大震危险性强化跟踪研究专项

张四新，男，1967年生，高级工程师，主要从事大地形变与现今地壳运动及地球动力学研究.E-mail：zsx12002@yahoo.com.cn

P315.72+5

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