断层形变异常的地震与无震判别*

张四新 刘立炜 薛富平 杨宏伟 焦利真

(中国地震局第二监测中心，西安 710054)

断层形变异常的地震与无震判别*

张四新 刘立炜 薛富平 杨宏伟 焦利真

(中国地震局第二监测中心，西安 710054)

针对断层形变异常的地震判别不确定性问题，以发生于青藏块体东北缘的3次典型中强地震为例，研究了地震前断层形变异常特征和相应时期与之关联的外部构造区域的地震活动状况。研究结果表明：如果区域断层形变异常满足地震发生前的异常特征判据，并且相应时期与之关联的外部构造区域地震活跃背景情况下，其反映地震的概率较大;否则反映无震的可能性较大。

断层形变异常;青藏块体东北缘;地震;无震;判别

1 引言

目前，在地形变预报地震中，多以形变异常的识别和提取方法研究为主［1-4］。但由于地震孕育的复杂性和地下构造的多样性，形变异常与地震之间并没有确定的对应关系。“形变异常”并不简单等同于“地震异常”，出现形变异常之后发生地震的例子有，但更多的却是出现形变异常后并无地震发生的例子，其不确定性也造成了目前地震预报中较为普遍的错报、虚报现象。因此，形变异常的地震与无震判别始终是分析预报工作中的一个难题，也是一个亟待探索和解决的问题。

2 研究思路、研究实例及结果分析

判断一个构造区域内是否会发生中强地震，首先取决于形变异常尤其是显著异常是否产生。但是，一个区域即使具备发震的条件，也出现了可能与地震有关的形变异常，但也不一定就会发生地震，可能还需要一定的触发因素［5，6］。

基于此，本文以发生于青藏块体东北缘的3次典型中强地震为例，研究地震前断层形变异常特征，以及相应时期与之关联的外部构造区域的地震活动状况，探究断层形变异常与地震的关系。

2.1 断层形变异常的定义

针对研究区域不同断层场地对区域应力场和局部应力条件变化的反映程度存在明显差异的客观情况，采用

计算异常判定指标。式中vi为断层场地当前形变速率，计算过程为当期观测值与上年同期观测值之差;vp为断层场地平均速率，计算为剔除个别异常变化速率之外的所有当前断层形变速率绝对值之和的平均数;rj定义为异常指标，为避免断层波动造成的影响，定义rj≥1.5为异常，rj≥2.0为显著异常。

2.2 地震前形变异常特征

1)1995年永登5.8级地震

1995年7月22日甘肃永登Ms5.8地震(36.5° N，103.0°E)，位于祁连山构造带的东南外缘。

从震前断层测点异常演化的时空分布看(图1 (a)～(c)、表1)，1994年11月(震前8个月)，断层异常主要分布在祁连山断裂带中东段、西秦岭断裂带，显著异常主要出现于祁连山断裂带中东段;1995年3月(震前近4个月)，断层异常数量明显增多，尤其是海原-六盘山断裂带、西秦岭断裂带显著异常增多最为明显;1995年7月(震前1～20天)，总的异常数量有所减少，但异常显著的场地仍有所增加。其中，祁连山断裂带中东段、海原-六盘山断裂带显著异常继续保持增多态势，西秦岭断裂带总体异常数虽明显减少，但是位于北部的显著异常数量变化不大。总体来看，这次地震前，断层形变异常尤其是显著异常在数量上有一个明显的增多过程，空间上首先出现在祁连山断裂带中东段，而后向西秦岭断裂带北部、海原-六盘山断裂带扩散，最后形成地震震中附近异常相对集中的有序变化过程。

图1 永登5.8级地震前形变异常空间分布Fig.1 Spacial distribution of anomalies of fault deformation before Yongdeng Ms5.8 earthquake

表1 1995年永登5.8级地震前主要断裂测点异常数Tab.1 Numbers of anomalous spots in main faults before Yongdeng Ms5.8 earthquake

分析单个异常场地的形变曲线(图2)，较为典型的如位于祁连山断裂带中段的扁都口水准(距震中约260 km)，在1994年11月7日出现4 mm左右的突变，形成台阶型异常，位于海原断裂带东段的六盘山水准(距震中约304 km)在1995年3月5日—7月6日则出现显著的尖点突跳异常;位于海原断裂带西段的窝子滩水准场地(距震中约146 km)、大水头场地(距震中约168 km)形变曲线在趋势性下降基础上，前者于1995年3月份出现显著加速现象，7月9日(地震前13天)出现反向;后者则于7月8日(地震前14天)出现显著加速现象，震后折返。从这些异常的时间进程来看，距离震中较远的扁都口水准场地要早于距离震中较近的窝子滩、大水头场地。

2)景泰5.9级地震

2000年6月6日景泰5.9级地震(37.1°N，104.0°E)位于海原断裂带西段，发震断层为毛毛山-老虎山断裂。

分析地震前断层测点异常演化的时空分布(表2、图3(a)～(c))，1999年11月(震前7个月)，异常呈明显的非均匀分布，其中，祁连山断裂带异常数量较少，而海原-六盘山断裂带、西秦岭断裂带相对较多，显著异常主要集中于此区域;2000年3月(震前3个月)断层异常急剧增多，尤其是显著异常。其中海原-六盘山断裂带显著异常最多也最为集中。不难看出，地震前，断层形变异常尤其是显著异常在数量上有一个急剧增多的过程，空间上也多出现在震中所在断裂附近。

表2 2000年景泰5.9级地震前主要断裂测点异常数Tab.2 Numbers of anomalous spots in main faults before Jingtai Ms5.9 earthquake，2000

图2 中强地震前典型跨断层场地形变曲线Fig.2 Typical deformation curves of the cross fault site before moderate-strong earthquakes

图3 景泰5.9级地震前形变异常的空间分布Fig.3 Spacial distribution of anomalies of fault deformation before Jingtai Ms5.9 earthquake

从单个异常场地的形变曲线来看(图2)，较为典型的有海原断裂带西段的甘沟窑水准(距震中约295 km)，六盘山水准(距震中约255 km)在1999年11月—2000年5月出现显著的尖点突跳异常;之后，位于海原断裂带西段的窝子滩(距震中约56 km)形变曲线在趋势性下降基础上，于2000年3月再次出现加速下降，震前16天(5月20日)出现折返，后于6月6日发生地震。从这些典型异常出现的时间进程来看，距离震中较远的甘沟窑、六盘山场地异常出现要早于距离震中较近的窝子滩场地。

3)民乐-山丹6.1级地震

2003年10月25日甘肃省民乐、山丹6.1级地震(38.4°N，101.2°E)，震中位于祁连山北缘断裂带与走廊北侧断裂带之间。

从震前断层测点异常演化的时空分布看(表3、图4(a)～(c)，2003年3月(震前7个月)，除西秦岭断裂带、六盘山断裂带外，祁连山断裂带、海原断裂带异常较少;7月(震前3个月)，断层异常数量明显增多，祁连山断裂带中东段、海原-六盘山断裂带异常急剧增多，后者尤为明显;9—10月(震前半个月)，总的异常数量有所减少，异常范围主要集中于祁连山断裂带中东段和西秦岭断裂带两个区域。总的来看，这次地震前，祁连山、海原-六盘山断裂带的断层异常数量有一个明显增多的过程，空间分布也有一个向地震震中附近相对集中的过程。相对而言，西秦岭断裂带断层异常时空分布相对稳定和集中，这一区域随后在2003年11月14日也发生了岷县5.2级地震。

根据单个异常场地的形变曲线的分析(图2)，较为典型的如位于海原断裂带东段的甘沟窑水准(距震中约580 km)形变曲线在2002年11月向下出现6.2 mm的大幅阶跃后，2003年3—9月维持小幅波动，震后11月出现大幅折返。位于祁连山断裂带中段的石灰窑口水准(距2002年玉门5.9级地震震中359 km，距2003年民乐地震震中约31 km)形变曲线在趋势性下降基础上，于2002年7月出现明显加速现象，而后缓慢折返。2003年10月1日再次出现加速后发震。从这些典型异常出现的时间进程分析，尽管有玉门5.9级地震的叠加影响，仍可以看出距离震中较远的甘沟窑场地异常出现要早于距离震中较近的石灰窑口水准场地。

2.3 地震前外部构造块体地震活动状况

图4 民乐-山丹6.1级地震前形变异常空间分布Fig.4 Spacial distribution of abnormity of fault deformation before Minle-Shandan Ms6.1 earthquake

表3 2003年民乐-山丹6.1级地震前主要断裂测点异常数Tab.3 Numbers of anomalous spots in main faults before Minle-Shandan Ms6.1 earthquake

青藏块体东北缘地处青藏高原地震区和南北地震带的复合部位，因此，区域地震活动的强弱与这两个区域的地震活动状况密切关联。通过对青藏高原北部地区、南北地震带30多年所发生地震和研究区域响应地震的对比研究(表4)发现，研究区域内近20次中强地震发生前，青藏高原北部地区或南北地震带中南段都有中强地震发生，而且区域外与区域内的中强地震之间存在一定的呼应迁移现象。从监测区内3次典型中强地震的发生来看，外部构造块体在震前均有显著的中强地震发生。这表明，在区域应变能积累到一定程度并导致形变异常产生情况下，与之关联的外部构造块体中强地震的活跃可对区域地震的发生起到一定的催化和触发作用。

表4 外部构造块体地震活动及区域响应地震(Ms≥5.0)Tab.4 Seismic activities of correlative outer tectonic region and regional response earthquakes(Ms≥5.0)

3 认识与结论

1)通过对研究区域内3次地震发生前的断层形变异常特征分析发现：①从异常形态上看，地震前大致会出现阶跃、尖点突跳以及趋势积累-加速-转折两类异常现象。前者通常会出现在震源区外围;而后者则出现在震源区周围。②从异常出现的时间过程看，具有明显的阶段性特征。地震前是距离震中较远的断层场地最先出现阶跃、尖点突跳类异常，且往往有相对本底存在大幅甚至巨幅形变的显著异常出现。之后，随着地震的临近，震源区周围开始有趋势积累-加速或趋势积累-加速-转折特征的形变异常出现。在此过程中，断层形变异常数量尤其是显著异常有一个急剧的增多过程。③从异常格局看，地震前形变异常分布一般经历了从外围向震中附近逐渐集中，从无序到有序的时空演化过程。

2)通过对青藏高原北部地区、南北地震带30多年发生地震和研究区域响应地震的对比研究发现，研究区地震活动强弱与这两个区域的地震活动状况密切关联，监测区内3次典型中强地震发生前，青藏高原北部地区或南北地震带在震前均有显著中强地震发生。这也表明，在判别区域断层形变异常是否属于地震前兆时，与之关联的外部构造块体中强地震活跃与否也是必须考虑的因素之一。

3)从研究可知，要做好断层形变异常的地震与无震的判别工作，一是需要判断区域断层形变异常(包括异常的形态、时间过程、空间分布过程等)是否满足地震发生前所出现的异常特征;二是需要注意分析与之关联的相关地震带的地震活动情况。从已有的震例看，在同时满足以上两个条件情况下，断层形变异常反映地震的概率较大;反之可能性就较小。如2008年汶川8.0级地震后，接连发生海西6.3级、6.4级以及玉树7.1级地震，但研究区内并无响应地震发生，原因就在于区域断层形变异常不满足地震发生前的异常特征判据。

1 巩守文.门源、江口地震的断层形变前兆分析［J］.地震，1992，12(1)：34-39.(Gong Shouwen.Analysis of fault deformation precursors of Menyuan and Jiangkou earthquakes［J］.Earthquake，1992，12(1)：34-39)

2 郭良迁，等.张北6.2级地震的断层形变速率异常［J］.地壳形变与地震，2001，(1)：79-84.(Guo Liangqian，et al.Anomaly of fault deformation rate related to Zhangbei earthquake of 6.2［J］.Crustal Deformation and Earthquake，2001，(1)：79-84)

3 张四新，等.地震前后断层测点群体活动的量化指标［J］.大地测量与地球动力学，2006，(2)：53-57.(Zhang Sixin，et al.Quantized index of swarm movement of observation sites in faults before and after earthquake［J］.Journal of Geodesy and Geodynamics，2006，(2)：53-57)

4 焦青，等.汶川8.0级地震前后龙门山断裂活动场所特征浅析［J］.大地测量与地球动力学，2008，(4)：7-37.(Jiao Qing，et al.Preliminary study on motion characteristics of Longmenshan fault before and after Ms8.0 Wenchuan earthquake［J］.Journal of Geodesy and Geodynamics，2008，(4)：7-37)

5 马宗晋.华北地区的多(应力集中)点场与地震［J］.地震地质，1980，2(1)：39-47.(Ma Zongjin.Multipoints(concentrated)stress field and earthquakes in north china crust［J］.Seismology and Geology，1980，2(1)：39-47)

6 张国民，等.构造块体成组孕震模型和前兆场某些特征分析［J］.地震学报，1995，17(1)：1-10.(Zhang Guoming，et al.Seismogenic model of earthquakes in groups in tectonic block and analysis for some features of earthquake precursory field［J］.Acta Seismologica Sinica，1995，17 (1)：1-10)

DISCRIMINATION OF EARTHQUAKE AND NO EARTHQUAKE ACCORDING TO ANOMALY OF FAULT DEFORMATION

Zhang Sixin，Liu Liwei，Xue Fuping，Yang Hongwei and Jiao Lizhen
(Second Crust Monitoring and Application Center，CEA，Xi’an 710054)

Aiming at the uncertainty of earthquake discrimination by using anomaly of fault deformation，3 strong earthquakes in the northeast margin of Qinghai-Tibet block as typical examples were analyzed.In addition，the abnormal characteristics(modality、time series、spatial distributing)of fault deformation before the earthquake，the seismic activity of correlative outer tectonic region were analyzed.From these analyses the following conclusions are drawn.If the anomaly of fault deformation satisfies the criterion of abnormal characteristics before earthquake and the seismic activity of correlative outer tectonic region is strong，the possibility of an earthquake is big;otherwise little possibility of an earthquake.

anomaly of fault deformation;northeastern margin of Qinghai-Tibet block;earthquake;no earthquake; discrimination

1671-5942(2011)05-0065-06

2011-03-04

中国地震局“地震监测、预报、科研三结合”课题

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

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