中条山北麓断裂形变异常分析

王向阳，王洪峰，李 民，张文男，常 姣，徐爱慧

(1.山西省地震局夏县中心地震台，山西 夏县 044400；2.太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，山西 太原 030025)

中条山北麓断裂形变异常分析

王向阳1，2，王洪峰1，2，李 民1，2，张文男1，2，常 姣1，2，徐爱慧1，2

(1.山西省地震局夏县中心地震台，山西 夏县 044400；2.太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，山西 太原 030025)

以运城盆地及周边ML5.0以上地震活动，与盆地的主控构造中条山北麓断裂的活动关系进行研究，表明地震与断层(活构造)的活动有直接关系。目前，对活断层进行形变测量和地球物理场的动态观测是揭示地壳运动最为有效的手段。

地震；跨断层水准测量；中条山北麓断裂

0 引言

地震的孕育、发生伴随地壳、断层的形变是地壳应力场改变最直观的表现方式，断层形变存在于地震孕育发生的全过程。

文章通过研究中条山北麓断裂活动的形变资料，发现运城盆地及周边ML5.0以上地震活动与其形变异常存在较为密切的关系，表明地震与断层(活构造)的活动有直接联系，并对今后该地区的地震活动趋势做出定量化判断，具有一定的指导意义。

1 运城盆地地质构造及跨断层场地布设的概况

运城盆地位于山西断陷带南端，北部有峨嵋岭南缘活动断裂，东南部为中条山北麓活动断裂，境内还有两条次一级隐伏活动断裂，即北西走向的东郭—三路里和近东西向车盘—东郭隐伏活动断裂，北中部有鸣条岗断隆通过，至王范、北相隐伏地下，断层活动总体上呈地区性剪切拉张运动。中条山北麓断裂是盆地内的主要活动断裂，长约175 km，总体走向NEE，两端走向NE，是一条断面倾向NW的高角度正断层。该断裂西南段南起首阳、北至蒲州以东山麓，长21 km，走向NE；中段由蒲州一带至磨河，长76 km，走向NEE；北段由磨河穿过盆地北面的峨嵋台地达临汾盆地东界，长约78 km，走向NE。其中，中段解州至虞乡一带活动性最强，断裂两盘垂直差异升降运动幅度达6 000～7 000 m[1]。

夏县南山底、永济风伯峪跨断层水准观测场地分别布设在中条山北麓断裂的北段中部夏县瑶峰镇南山底村、西南段的永济虞乡镇风伯峪村(见第33页图1)。

2 震例分析

1998年以来，山西南部先后发生了1998年7月11日永济临猗ML5.0、2003年11月25日洪洞甘亭ML5.0、2010年1月24日河津ML5.2的3次5.0级以上地震(见第33页图2、表1)。震前，夏县南山底流动水准、永济风伯峪流动水准测项均出现异常变化。

文章采用原始值曲线法对该异常变化进行分段研究，在剔除年变趋势的基础上，采用异常参数R值进行分析，给出较为明确的异常判断指标。

2.1 原始曲线法

2.1.1 1998年7月11日永济ML5.0地震震前异常分析

永济ML5.0地震震中分别距夏县南山底、永济风伯峪流动水准观测场地59 km、14 km，震前，两条测线跨断层测段高差均出现明显异常变化。

1994年以来，夏县南山底水准测线跨断层1～2测段数据呈固定的斜率变化，存在较明显的年变形态。1997年3月至1998年3月，数据变化曲线明显超出原有变化斜率范围，数据下降幅度为46.02 mm，是1994至1996年年变率9.4 mm/a的4.9倍，而后逐渐回升。断层活动由张性变成压性，表现出中期异常。

永济风伯峪测线1997年6月至8月跨断层测段高差变化为2.12 mm，变化率为1994至1996年平均年变率1.53 mm/a的1.4倍，而后逐渐持平。断层活动由张性变成压性，表现出中期异常(见第33页图3)。

图1 山西运城盆地区域地质构造及跨断层场地布设示意图Fig.1 Regional geological structure of Yuncheng basin and the site layout across the fault

图2 1998年以来山西南部ML5.0以上地震分布图Fig.2 Distribution of earthquakes with ML≥5.0 in southern Shanxi since 1998

序号日期(年⁃月⁃日)纬度(°)经度(°)震级(ML)震中位置风伯峪南山底震中距km震中距km11998⁃07⁃1134．95110．625．0永济临猗145922003⁃11⁃2536．17111．625．0洪洞甘亭17312232010⁃01⁃2435．57110．775．2河津万荣8365

图3 1994—1999年夏县南山底、永济风伯峪观测曲线图Fig.3 Observation curves of Nanshandi in Xiaxian and Fengboyu in Yongji from 1994 to 1999

2.1.2 2003年11月25日洪洞ML5.0地震震前异常分析

洪洞ML5.0地震震中分别距夏县南山底、永济风伯峪流动水准观测场地为122 km、173 km，震前两条测线跨断层测段高差均出现明显异常变化。

震前半年左右，两条测线跨断层测段高差曲线变化斜率明显异于年变趋势，上盘下降速率减缓，断层活动逐渐由张性变成压性，表现出中期异常(见第34页图4)。

图4 1999—2004年夏县南山底、永济风伯峪观测曲线图Fig.4 Observation curves of Nanshandi in Xiaxian and Fengboyu in Yongji from 1999 to 2004

2.1.3 2010年1月24日河津万荣ML5.2地震震前异常分析

河津万荣ML5.2地震震中分别距夏县南山底、永济风伯峪流动水准观测场地为65 km、83 km，震前两条测线跨断层测段高差均出现明显异常变化。

2007年10月，夏县南山底、永济风伯峪流动水准测线跨断层测段高差年变趋势发生明显改变，上盘下降速率减缓，断层活动逐渐由张性变成压性。2008年4月，两测线高差又同步出现张性变化。2009年6月至8月，夏县南山底、永济风伯峪测线跨断层测段高差分别下降19.16 mm、7.45 mm，呈现加速下降(张性)变化，表现出中期异常(见图5)。

图5 2005—2011年夏县南山底、永济风伯峪观测曲线图Fig.5 Observation curves of Nanshandi in Xiaxian and Fengboyu in Yongji from 2005 to 2011

综上所述，中条山北麓断裂上盘向运城盆地呈继承性趋势下降变化(张性)。当断层上盘下降速率减慢且出现上升变化(压性)，或出现加速下降(张性)运动时，运城盆地或周边200 km范围内会发生ML5.0以上地震。

2.2 异常参数法

运用跨断层形变资料时，以断层的下盘点为基准点统一各测线的高差。每月(双月)的高差观测值减去上一年同月份的观测值，得到相应月份的形变年速率值，消除年变化影响。以平均速率加上其变化的中误差为基准，将速率值与基准值比较，可得出异常参数，公式如下：

式中：hi、hi-12和hj、hj-12分别为间隔1 a的观测高差值；n为计算出的速率总数量；i=1,2,3；j=1,2,3……n；异常参数R是一个无量纲的值，其值越大，说明断层活动速率越大，形变异常也越大。

│R│≥0.5为异常；│R│≤0.5为正常变化；R=0.5～1.0时，存在一定的异常信息。异常参数R值增大时，地壳应力场在改变。相关文献的研究结果表明，中条山北麓断裂的活动速率在继承性运动的基础上出现持续加速变化，与研究区内ML≥4.2地震活动有较好的对应关系。对应的地震震级大小同异常的持续时间及变化幅度的关系，与王向阳等[2]提出的“震级大小和异常持续时间的长短、范围大小有关，与异常的幅度大小没有绝对关系”的结论较为一致。

1998年7月11日永济临猗ML5.0、2003年11月25日洪洞甘亭ML5.0、2010年1月24日河津ML5.2地震前，永济风伯峪、夏县南山底测线跨断层测段高差异常参数R值显示出明显异常变化(见第35页图6)，持续时间为1至14个月，发震时间在异常期间或异常结束后7个月内(见第35页表2、表3)。两条测线异常变化存在明显同步性，说明中条山北麓断裂各个部位活动存在整体性、一致性。

2011年以来，永济风伯峪、夏县南山底测线跨断层测段高差R值显示在0.5～1.0之间波动，因此，永济风伯峪、夏县南山底测线监测的中条山北麓断裂存在趋势异常，不存在近期发生ML5.0以上地震的危险。

图6 永济风伯峪、夏县南山底水准测线R值分析图Fig.6 Analysis of R values of leveling lines of Fengboyu in Yongji and Nanshandi in Xiaxian

地震起始时间(年⁃月)结束时间(年⁃月)持续时间发震时间在异常结束后永济临猗ML5．01997⁃101998⁃047个月3个月洪洞甘亭ML5．02003⁃022003⁃087个月3个月无震2005⁃082006⁃049个月无震河津万荣ML5．22009⁃082009⁃081个月5个月无震2011⁃062011⁃083个月无震

3 存在的问题

跨断层流动水准观测手段测线布设受地质条件限制，因此，测点并非都设置在基岩点，监测断层活动存在区域水位变化的影响，且应考虑降雨、气候等变化因素，为资料的分析判断带来较大干扰，难以做出定量的判断。

根据上述问题，应加强对中条山北麓断裂原有测

表3 永济风伯峪测线|R|≥1异常统计表

线所监测的活动断层进行地下探测，搞清断层的确切位置，为测线布设提供科学依据。在未探明断层的准确位置时，对现有测线土层点进行改造，安装钢管标，深钻至浅水位以下，尽可能减少区域水位下降的干扰。

4 结论

(1) 中条山北麓断裂上盘向运城盆地呈继承性趋势下降(张性)变化。当断层上盘下降(张性)速率减慢且出现上升(压性)变化，或出现加速下降(张性)运动时，运城盆地或周边200 km的范围内会发生ML5.0以上的地震。

(2) 中条山北麓断裂各个部位活动存在整体性、一致性。

(3) 2011年以来，永济风伯峪、夏县南山底测线跨断层测段高差R值在0.5～1.0之间波动。因此，永济风伯峪、夏县南山底测线监测的中条山北麓断裂存在趋势异常，运城盆地及周边200 km范围暂不存在发生ML5.0以上地震的危险。

[1] 刘 巍，安卫平，赵新平，等.运城盆地的现今构造活动及现代地壳应力场的基本特征[J].山西地震,1996(2):9-13.

[2] 王向阳，张晓红，黄春玲，等.中条山北麓断裂形变异常的研究[J].山西地震,2004(1)：26-28.

Analysis of Abnormal Deformation of The Northern Zhongtiaoshan Fault

WANG Xiang-yang1,2, WANG Hong-feng1,2, LI Min1,2, ZHANG Wen-nan1,2, CHANG Jiao1,2, XU Ai-hui1,2

(1.Xiaxian Central Seismological Station of Earthquake Administration of Shanxi Province, Xiaxian, Shanxi 044400, China;2.State Key Observatory of Shanxi Rift System, Taiyuan, Shanxi 030025, China)

Study shows that the activity of earthquakes withML≥5.0 in Yuncheng basinand its periphery has a close relationship with the activity of the northern Zhongtiaoshan fault. It is proved that the earthquakesare directly related to the fault activity (active tectonics). It is the most effective means to measure the crustal movement by the deformation measurement and the dynamic observation of the geophysical field.

Earthquake; Leveling across the fault; Northern Zhongtiaoshan fault

1000-6265(2017)01-0032-04

2016-07-21

王向阳(1974— )，男，山西省夏县人。2003年毕业于防灾技术高等专科学校，工程师。

P315.2

A