安徽及周边地区断层水准变化特征研究

王雪莹，李 杰，郑海刚，李军辉，何 康，陶月潮

(1.安徽省地震局，安徽合肥 230031；2.山东省地震局，山东济南 250011)

安徽及周边地区断层水准变化特征研究

王雪莹1，李 杰2，郑海刚1，李军辉1，何 康1，陶月潮1

(1.安徽省地震局，安徽合肥 230031；2.山东省地震局，山东济南 250011)

对安徽及周边地区断层水准观测资料分析认为，郯庐断裂带南段安徽和江苏境内的断层以继承性构造运动为主，伴有幅度较大的波动变化；中段山东境内的断层活动主要反映了季节性变化和构造活动。整体上看，研究区内断层活动速率不高，断层均处于正常活动状态。个别断层垂直形变变化趋势与地球自转有一定的相关性，与区域主压应力轴方位角变化比较一致，这种相关表明其垂直形变变化与区域应力变化有关。

断层水准；地球自转；应力场；地震活动

0 引言

近年来安徽及周边地区地震活动水平显著增强，中等地震及震群活动频繁。2011年以来先后发生了2011年1月19日安庆Ms4.8、4月8日江苏金湖 Ms3.6、2012年7月20日江苏高邮 Ms4.9、2014年4月20日安徽霍山Ms4.3地震序列和10月26日安徽金寨Ms3.4震群。

断层形变测量应用在地震观测上已有四十多年的历史，在多次大地震前监测到异常变化。芦山7.0级地震前，四川省跨断层形变出现显著的异常变化，应用断层形变资料对芦山7.0级地震做了较准确的预测预报[1]；1990年2月10日常熟5.1级[2]和1995年苍山5.2级地震[3]前也出现了断层形变前兆异常等。为跟踪分析研究区的震情发展，本文利用跨断层水准观测资料，结合华北及周边区域应力场有关研究结果，对研究区地壳运动状态及断层活动水平进行分析。

1 资料概况

本文分析的跨断层水准场地大部分位于郯庐断裂带南段及其分支断裂上，水准场地分布见图1。该地区跨断层水准观测包括定点水准和流动短水准观测，其中定点水准有2个观测台站，为每日观测；流动短水准有19条测线，为1个月或2个月观测。自观测以来，观测资料最长为36年，最短为21年。

图1 跨断层水准观测点分布图Fig.1 Distributionoffaultshortlevelingline

水准观测主要受地下水位、温度、降雨(干旱)和点位不稳的干扰影响。对经异常核实明确为点位不稳、抽水干扰的资料进行了预处理，去除了干扰段资料；地下水位和温度等通常不改变长期变化速率，因而未进行处理。有关资料、概况见表1。

表1 跨断层观测场地概况及断层活动状态Tab.1 Observationfieldprofilesacrossthefaultandthefaultactivitystate

续表1

2 断层垂直形变特征分析

在对研究区22条断层垂直形变观测资料预处理的基础上，采用年滑动周期滤波方法[4]计算了断层活动速率，计算结果见表1，可得出以下几点认识:

(1)郯庐带各断裂在不同阶段的受力状态有所不同。安徽、江苏境内多数测线观测资料在时间上呈张、压交替变化，波动幅度都较大，转折年份主要在1995、1999、2005、2010年前后。

(2)郯庐断裂带南段的垂直形变运动速率显著地大于位于山东境内的断裂活动速度。南段变化速率较大的场地有女山测点和合肥台。1999—2002年女山垂直形变速率为0.67 mm/a，呈张性变化；1996—2004年合肥垂直形变速率为0.85 mm/a，呈压性变化。南段速率多数分布约在0.3～0.8mm/a范围内。山东境内西冶、甘霖水准由于受干旱和点位不稳的影响，近年年变幅度增大，对速率变化影响较大，除此之外，多数分布在0.01～0.1mm/a范围内。

(3)霍山地区的测线跨越不同的小断层，其中跨越NE向的马家岭、大堰测线具有明显的分段活动特征，不同阶段受力和运动速率明显不同，2010年以来趋势转折为压性变化。

3 断层垂直形变与地球自转和地震活动的关系

地质力学分析认为，产生构造体系和构造形式的动力主要是地球自转角速度的变化引起的[5]。地球自转速率发生变化的时候，引起全球应力场改变，断层水准变化是应力场变化最直接的反映。有关研究表明:地球自转日长(或速率)变化与断层形变等观测资料间具有很好的动态相关性，且这种相关具有10年尺度相关性、方向依赖性和构造位置依赖性等特点。这一特点具有重要的地球动力学和地震预报意义，它揭示了核－幔耦合作用是地壳运动的重要驱动源之一[6]。

从“基于GIS的地震分析预报系统”MAPSIS软件下载的1962年以来地球自转资料数据曲线可见，地球自转存在明显的周期变化特征，1985—1994年，地球自转日长幅度呈趋势上升，1995—2004年呈趋势下降，2005—2014年总体上呈上升趋势。比较该研究区内断层水准形变观测与地球自转角速度变化发现，合肥定点水准观测资料变化与地球自转、地震活动的关联性较好(见图2)。分析认为，地球自转在1995年—1999年，2003年—2005年，2010年—2014年，都是属于周期转折和速率变化阶段，这种周期转折和速率变化在形变资料中不同程度有所反应；地球自转速率变化和水准同步转折变化的年份，也是东部发生地震较多的年份[7－8]。1995—1999年地球自转速率发生转折，跨郯庐断裂带的水准观测有合肥形变台、江苏马陵、晓店水准测线同步出现变化(图3)，期间郯庐带上发生了1995年苍山5.2级地震，苏鲁皖附近发生了1996年黄海6.1级地震。2005年江苏茅山断裂的芳山、竹矿水准测线，跨郯庐的晓店水准测线、合肥形变台出现趋势转折(图4)与地球自转日长变化趋势转折基本同步，期间郯庐断裂带中南段发生了2005年九江5.7级地和2006年定远4.2级地震。2010年前后，安徽女山、大堰、马家岭及江苏部分水准测线出现趋势转折变化，郯庐带南段2011年发生了安庆4.8级地震和瑞昌阳新的4.6级地震。

图2 合肥形变台B－3段资料与地球自转速率变化对比Fig.2 B－3dataofHefeideformationstationandcomparisonwithearthrotationrate

图3 苏鲁皖三省跨断层水准资料出现同步异常的测线Fig.3 Themeasuringlineofdeformationdataof synchronouschanginginJiangsu，ShangdongandAnhui

图4 2005年前后出现同步转折的部分测线Fig.4 Themeasuringlineofsynchronous turningbeforeandafterthe2005

可见，地球自转速度变化与断层形变具有一定的相关性。当断层形变变化与地球自转变化具有短期同步现象时，研究区通常有中强地震发生，这一特征对于判定未来地震发生的时间具有参考意义。

4 断层垂直形变与区域主压应力轴方位角变化的关系

利用地震的震源机制解资料，得到应力张量在地理坐标系下的表达式，进而可计算平均应力张量[9]。通过求平均应力张量的本征向量，即可得到其主轴方向，并由此推断区域应力场方向[10－12]。采用东大别山地区近219次地震的震源机制解资料，作1年滑动处理得到了该地区σ1方位角随时间的变化曲线(图5)。比较合肥台水准变化与区域主压应力轴方位角变化，不难发现两者之间具有一定的同步性。特别在1995年前后、2005年前后及2010年前后，转折变化较为同步。这一结果表明，跨断层水准变化与区域构造应力场及地球自转等都有一定的相关性。

图5 合肥形变台资料与区域主压应力轴方位角变化对比图Fig.5 ThedataofHefeideformationstationandcomparisonwithregionalprincipal compressivestressaxisanglechanges

5 结论和讨论

安徽及周边地区跨断层水准测量资料分析显示，研究区断层活动速率水平不高，断层均处于正常活动状态。郯庐断裂带南段安徽和江苏境内的断层活动以继承性构造运动为主，伴有幅度较大的波动变化；中段山东境内的断层活动主要反映了季节性变化。

对比个别场地跨断层水准与地球自转速率及区域应力场的变化的资料发现，三者转折变化具有一定的同步性，合肥形变台地处华北块体、秦岭—大别断裂褶带和下扬子断块区三区搭界位置，构造上有利于响应地球自转速率变化引起的应力和变形，该台水准观测资料与地球自转速率、区域主压应力轴方位角有一定的关联性，能够反映地球物理场的一些信息，可为进一步深入研究震情跟踪等相关工作提供参考。

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Research on Characteristics of Fault Leveling Deform ation in Anhui and Its Surrounding A rea

Wang Xueying1，Li Jie2，Zheng Haigang1，Li Junhui1，He kang1，Tao Yuechao1
(1.Earthquake Administration ofAnhui Province，Hefei，Anhui230031；(2.Earthquake Administration of Shandong Province，Jinan，Shandong 250011)

This paper has analyzed the fault leveling deformation data of Anhui and its surrounding area.The result shows that inherited tectonic is themain change in the Southern Tanlu Fault Zone of Anhui province.And the fault activity in midd le Shandong Province mainly reflects the change of season and tectonic activity.Overall，the fault activity rate is low and the fault is in normal state.The individual fault vertical deformation trend has certain correlation with the rotation of the earth，and the regional principal compressive stress axis azimuth is relatively consistent，this correlation shows that，the vertical deformation relates to the changes of regional stress changes.

fault leveling；earth rotation；tectonic stress field；seismic activity

P

:A

:1673－8047(2015)02－0022－06

2014－06－06

安徽省地震局重点基金项目(20140201)

王雪莹(1967—)，女，本科，高级工程师，主要从事地震监测预报工作。