蘇 琴,向和平,邱桂蘭,馬伶俐

(四川省地震局測(cè)繪工程院,四川雅安 625000)

跨斷層水準(zhǔn)與汶川 8.0級(jí)地震強(qiáng)余震監(jiān)視＊

蘇 琴,向和平,邱桂蘭,馬伶俐

(四川省地震局測(cè)繪工程院,四川雅安 625000)

汶川 8.0級(jí)地震后,根據(jù)中國(guó)地震局和四川省地震局的安排,四川省地震局測(cè)繪工程院完成了龍門(mén)山斷裂帶及附近的 5個(gè)跨斷層短水準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)急觀測(cè)任務(wù),其中雙河是汶川地震后復(fù)測(cè)次數(shù)最多的場(chǎng)地。通過(guò)對(duì)雙河跨斷層短水準(zhǔn)應(yīng)急觀測(cè)資料的分析,提取汶川余震監(jiān)視期內(nèi)出現(xiàn)的異常情況及與中強(qiáng)余震的關(guān)系進(jìn)行討論,為今后強(qiáng)余震的預(yù)報(bào)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。分析結(jié)果認(rèn)為:雙河跨斷層短水準(zhǔn)定點(diǎn)觀測(cè)反映了強(qiáng)震發(fā)生后斷層的蠕滑特性,較好地描述了中強(qiáng)余震發(fā)生前跨斷層垂直形變異常形態(tài),為余震的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)積累了一些經(jīng)驗(yàn)。

汶川 8.0級(jí)地震;強(qiáng)余震;雙河;跨斷層水準(zhǔn)

0 引言

2008年5月 12日,四川省汶川縣發(fā)生了震驚世界的 8.0級(jí)地震。地震發(fā)生后,四川省地震局根據(jù)中國(guó)地震局的應(yīng)急安排很快對(duì)地處龍門(mén)山前山斷裂帶南段震中距為 42 km的雙河跨斷層短水準(zhǔn)場(chǎng)地進(jìn)行了震后第一期應(yīng)急監(jiān)測(cè),通過(guò)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)該場(chǎng)地受汶川強(qiáng)震影響非常明顯。

為監(jiān)視強(qiáng)余震的發(fā)生和震后斷層的活動(dòng)特性,觀測(cè)人員于 2008年5月 22日開(kāi)始對(duì)雙河場(chǎng)地進(jìn)行每天兩個(gè)往返定點(diǎn)水準(zhǔn)測(cè)量和近半年的應(yīng)急觀測(cè)。觀測(cè)發(fā)現(xiàn),該場(chǎng)地短水準(zhǔn)資料反映了該處斷層在汶川地震的強(qiáng)余震發(fā)生前,有較好的前兆異常出現(xiàn),為強(qiáng)余震的判定和了解龍門(mén)山斷裂帶震后的活動(dòng)提供了非常寶貴的資料。本文對(duì)該場(chǎng)地在汶川 8.0級(jí)地震的強(qiáng)余震監(jiān)視情況進(jìn)行分析總結(jié),以期為今后強(qiáng)余震的監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)提供一些信息和經(jīng)驗(yàn)。

1 雙河場(chǎng)地概況

雙河跨斷層短水準(zhǔn)場(chǎng)地位于四川省大邑縣雙河鄉(xiāng),場(chǎng)地跨越龍門(mén)山斷裂帶中安縣—灌縣斷層中段的雙河斷層(周如品等,1986;張永久等,2007)。該斷層總體走向 N35°E,垂直斷距達(dá) 500 m,是一個(gè)區(qū)域性大斷層,是龍門(mén)山褶斷帶與成都凹陷盆地的分界線,地質(zhì)史上有著明顯的控制性,大致形成于印支運(yùn)動(dòng)晚期。場(chǎng)地跨越處斷層產(chǎn)狀N35°E/NW∠70°, 走向 N30°～40°E,三迭系上統(tǒng)須家河組(T3X)灰?guī)r(上盤(pán))逆沖于侏羅系沙溪廟組(J2S)砂巖(下盤(pán))之上。斷層通過(guò)之處,巖石擠壓劇烈,由構(gòu)造角礫巖、壓碎巖和擠壓片理等構(gòu)成寬達(dá)百米的破碎帶。斷層具有壓性特征,有強(qiáng)烈的新活動(dòng)性,在近代曾發(fā)生過(guò)多次中強(qiáng)地震。

該場(chǎng)地由兩點(diǎn)構(gòu)成單一水準(zhǔn)測(cè)線,1號(hào)點(diǎn)位于斷層上盤(pán),2號(hào)點(diǎn)位于斷層下盤(pán),場(chǎng)地布設(shè)情況詳見(jiàn)圖 1。

圖1 雙河短水準(zhǔn)觀測(cè)場(chǎng)地布設(shè)圖Fig.1 The distribution of the short-line leveling points at Shuanghe site

雙河場(chǎng)地建于 1977年6月,1977年7月 15日開(kāi)始觀測(cè)。至今已積累了 30多年的觀測(cè)成果,但因種種原因,資料連續(xù)性不好,觀測(cè)周期也較少,正常情況下,每年應(yīng)進(jìn)行 3個(gè)周期的跨斷層水準(zhǔn)重復(fù)測(cè)量。

2 汶川地震前后資料情況

1977年始測(cè)以來(lái)水準(zhǔn)資料在 2 mm范圍內(nèi)波動(dòng)變化。由于 1991年以前的觀測(cè)周期不固定,因此看不出明顯年變形態(tài),1993年后監(jiān)測(cè)周期相對(duì)固定,并時(shí)有加密監(jiān)測(cè)。1977～1994年間為 0.06 mm/a的張性變化,1994～2008年間為 0.14 mm/a壓性變化。觀測(cè)資料表明汶川 8.0級(jí)地震后該處斷層上盤(pán)相對(duì)下降,達(dá) 7.76 mm,突現(xiàn)了此處斷層受汶川 8.0級(jí)地震影響的張性活動(dòng)特性(圖 2)。這與汶川 8.0級(jí)逆沖型地震的形變特征相矛盾,分析其原因,筆者認(rèn)為汶川地震雖是逆沖型地震,其破裂位置主要發(fā)生在龍門(mén)山斷裂的中央斷裂和前山斷裂中北段區(qū)域(徐錫偉等,2008),而跨斷層場(chǎng)地附近均沒(méi)有明顯的地表破裂現(xiàn)象發(fā)生(蘇琴等,2009)。在汶川 8.0級(jí)地震擠出破裂的同時(shí),雙河場(chǎng)地?cái)鄬赢a(chǎn)生張性活動(dòng),發(fā)生同震變化。

圖2 雙河短水準(zhǔn)汶川 8.0級(jí)地震前后觀測(cè)曲線圖Fig.2 The observation curves of short-line leveling pre and after theMS8.0 Wenchuan Earthquake at Shuanghe site

3 雙河短水準(zhǔn)應(yīng)急觀測(cè)資料與汶川8.0級(jí)地震強(qiáng)余震監(jiān)視

汶川 8.0級(jí)地震發(fā)生后,四川省地震局測(cè)繪工程院于 2008年5月 18日進(jìn)行了震后雙河測(cè)點(diǎn)跨斷層水準(zhǔn)第一期監(jiān)測(cè)工作。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示汶川地震導(dǎo)致該場(chǎng)地?cái)鄬佑?7.6 mm的變化。2008年5月 22日開(kāi)始對(duì)雙河場(chǎng)地進(jìn)行每天兩個(gè)周期的定點(diǎn)監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè) 40多天后,由于余震已慢慢衰減,又改為每7天監(jiān)測(cè)兩個(gè)周期,直到 2008年12月 30日結(jié)束應(yīng)急強(qiáng)化觀測(cè)。至此該場(chǎng)地震后跨斷層短水準(zhǔn)就有兩種形式的資料:一是定點(diǎn)定時(shí)觀測(cè)資料,二是流動(dòng)定點(diǎn)不定時(shí)觀測(cè)資料。下面分兩個(gè)階段討論這兩種資料在汶川 8.0級(jí)地震余震監(jiān)視中的作用。

3.1 汶川 8.0級(jí)強(qiáng)余震監(jiān)視的第一階段資料及異常情況

為監(jiān)視斷層在強(qiáng)震后的活動(dòng)情況,為汶川大震的強(qiáng)余震的預(yù)測(cè)提供依據(jù),雙河跨斷層短水準(zhǔn)震后應(yīng)急觀測(cè)第一階段任務(wù)是定點(diǎn)觀測(cè),每天上、下午各進(jìn)行一次往返測(cè)量,共完成 91期監(jiān)測(cè)任務(wù)。

圖3 雙河短水準(zhǔn)汶川 8.0級(jí)震后應(yīng)急定點(diǎn)觀測(cè)曲線圖Fig.3 The emergency observation curves of short-line leveling after theMS8.0 Wenchuan Earthquake at Shuanghe site

圖3是汶川 8.0級(jí)強(qiáng)震后第一階段觀測(cè)資料變化曲線圖。表 1是在汶川 8.0級(jí)強(qiáng)震后雙河跨斷層短水準(zhǔn)第一階段監(jiān)測(cè)時(shí)出現(xiàn)的異常以及對(duì)應(yīng)的中強(qiáng)震情況。從圖 3和表 1中可清楚地看出:

(1)雙河跨斷層定點(diǎn)水準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)有較明顯的日變規(guī)律,其觀測(cè)曲線變化形態(tài)為上午上升、下午下降,正常情況下上升—下降幅度為 0.2～0.3 mm左右。

(2)雙河測(cè)點(diǎn)跨斷層短水準(zhǔn)定點(diǎn)觀測(cè)曲線在余震區(qū)發(fā)生 4.5級(jí)以上地震前均有較明顯的前兆異常出現(xiàn),異常持續(xù)時(shí)間為 1～3天,異常持續(xù)時(shí)間與震級(jí)大小沒(méi)有明確的關(guān)系。

(3)異常表現(xiàn)形勢(shì)主要分為兩種情況:第一種是日變反向型,即上午上升、下午下降的規(guī)律被打破,曲線表現(xiàn)為應(yīng)上升時(shí)下降,應(yīng)下降時(shí)則上升,這種情況在主震發(fā)生一個(gè)月后出現(xiàn)的頻率較高,如2008年6月 17日～2008年7月 5日,余震區(qū)共發(fā)生了 5次≥4.5級(jí)地震;第二種情況是日變消失型,即曲線不上升也不下降,而是穩(wěn)定在一定量值上微弱波動(dòng)。這種情況在強(qiáng)震后一個(gè)月內(nèi)比較明顯,且出現(xiàn)異常后大多對(duì)應(yīng) 5.0級(jí)以上強(qiáng)余震。如 2008年5月 26日～2008年6月 12日發(fā)生的 6次強(qiáng)余震中就有 4次異常表現(xiàn)為日變消失,且大多是 5.0級(jí)以上強(qiáng)余震,只有一次 4.5級(jí)地震。

(4)雙河測(cè)點(diǎn)跨斷層短水準(zhǔn)定點(diǎn)觀測(cè)出現(xiàn)異常所對(duì)應(yīng)的地震空間分布規(guī)律性不太好。余震區(qū)不管是北段發(fā)生強(qiáng)余震還是南段發(fā)生強(qiáng)余震,雙河定點(diǎn)觀測(cè)資料均會(huì)出現(xiàn)明顯的異常,但很難就異常特征來(lái)判定未來(lái)發(fā)生強(qiáng)余震的準(zhǔn)確地點(diǎn)。

表1 雙河跨斷層短水準(zhǔn)定點(diǎn)觀測(cè)異常情況統(tǒng)計(jì)表Tab.1 The observational abnormal cases at Shuanghe cross-fault short-line leveling site

3.2 汶川 8.0級(jí)地震強(qiáng)余震監(jiān)視的第二階段資料及異常情況

汶川 8.0級(jí)地震后,雙河跨斷層短水準(zhǔn)應(yīng)急觀測(cè)第二階段任務(wù)從 2008年7月 9日開(kāi)始至 12月 30日結(jié)束。該時(shí)段內(nèi)每周進(jìn)行兩次(約每 3～4天一次)往返重復(fù)測(cè)量,共完成 51期監(jiān)測(cè)任務(wù),目的是監(jiān)視斷層在特大地震發(fā)生后一個(gè)月至半年的時(shí)間內(nèi)的活動(dòng)情況,為強(qiáng)余震的預(yù)測(cè)提供前兆依據(jù)。

圖4是汶川地震后第二階段觀測(cè)資料變化曲線圖。表 2是雙河跨斷層短水準(zhǔn)在汶川地震后第二階段監(jiān)測(cè)時(shí)段出現(xiàn)的異常及對(duì)應(yīng)的 4.5級(jí)以上中強(qiáng)地震情況。分析表 2和圖 4可得出如下結(jié)論:

圖4 雙河短水準(zhǔn) 12汶川 8.0級(jí)震后應(yīng)急觀測(cè)變化曲線Fig.4 The variation of the emergency observation curves in Shuanghe short-range leveling site after theWenchuanMS8.0 Earthquake

(1)汶川 8.0級(jí)地震后,在余震區(qū)每次發(fā)生4.5級(jí)以上中強(qiáng)余震前,雙河短水準(zhǔn)應(yīng)急觀測(cè)變化曲線均會(huì)出現(xiàn)異常。異常持續(xù)時(shí)間與地震大小有一定的關(guān)系。異常持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),震級(jí)就大,反之持續(xù)時(shí)間短則震級(jí)相對(duì)較小。一般來(lái)說(shuō),在主震后 50～180天時(shí)間內(nèi),異常持續(xù) 3～4天發(fā)生的地震在 4.5～4.9級(jí)間,而 5.0級(jí)以上地震則大多發(fā)生在異常持續(xù) 6～14天時(shí)間內(nèi)。

(2)一般情況下出現(xiàn)異常后均有 4.5級(jí)以上地震發(fā)生,如果出現(xiàn)異常卻沒(méi)有發(fā)生 4.5級(jí)以上地震,那么之后將連續(xù)發(fā)生多次 4～4.4級(jí)地震。

(3)異常表現(xiàn)形式大多為曲線維持在一定量級(jí)上作蠕動(dòng)變化。強(qiáng)震發(fā)生后,每期跨斷層觀測(cè)資料理論上都應(yīng)監(jiān)測(cè)到斷層的即時(shí)活動(dòng)性或因氣象、誤差等產(chǎn)生的變化,而當(dāng)斷層蠕滑活動(dòng)時(shí),傳遞到地表監(jiān)測(cè)的信息為觀測(cè)值無(wú)正常的活動(dòng)變化,當(dāng)這種正常的變化連續(xù)消失時(shí),即判定為蠕滑。

(4)異常特征與余震的準(zhǔn)確地點(diǎn)相關(guān)性不太好。根據(jù)異常特征判定準(zhǔn)確的發(fā)震地點(diǎn)比較困難,但大多能判定余震區(qū)將發(fā)生中強(qiáng)震。發(fā)震地點(diǎn)的不確定性為汶川 8.0級(jí)強(qiáng)余震的預(yù)報(bào)工作帶來(lái)了相當(dāng)大的難度。

表2 雙河跨斷層短水準(zhǔn)應(yīng)急觀測(cè)異常情況統(tǒng)計(jì)表Tab.2 The emergency observational abnor mal cases at Shuanghe cross-fault short-line leveling site

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

4.1 結(jié)論

雙河跨斷層短水準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)較好地反映了汶川 8.0級(jí)強(qiáng)震發(fā)生后斷層的垂直形變活動(dòng)特征,描述了余震區(qū)發(fā)生中強(qiáng)余震前跨斷層短水準(zhǔn)資料的異常特性。

(1)第一階段定點(diǎn)連續(xù)觀測(cè)與第二階段應(yīng)急流動(dòng)觀測(cè)成果均反映出:在汶川主震的中強(qiáng)余震發(fā)生前觀測(cè)資料出現(xiàn)了明顯且直觀的異常,異常表現(xiàn)形態(tài)大多為觀測(cè)曲線日變消失(連續(xù)定點(diǎn)觀測(cè))或蠕動(dòng)變化(流動(dòng)應(yīng)急觀測(cè)),表明在主震發(fā)生后 45天內(nèi),斷層破日變后伴生中強(qiáng)余震,主震發(fā)生后 50～180天時(shí)間段內(nèi)斷層垂直活動(dòng)停止滑動(dòng)后伴生中強(qiáng)余震,且斷層的垂直活動(dòng)停滯時(shí)間與震級(jí)有一定的聯(lián)系。

(2)兩種觀測(cè)方式均反映出跨斷層垂直形變異常特征與中強(qiáng)余震的發(fā)生地點(diǎn)沒(méi)有太大的相關(guān)性,要解決這個(gè)問(wèn)題還需要結(jié)合其它方法來(lái)進(jìn)行認(rèn)真的綜合分析和研究。

(3)隨著汶川地震的余震逐步衰減,跨斷層短水準(zhǔn)觀測(cè)資料表現(xiàn)出來(lái)的異常形態(tài)發(fā)生較明顯的變化。定點(diǎn)形變觀測(cè)在震后一個(gè)半月內(nèi)具有較好的前兆預(yù)測(cè)意義,其預(yù)測(cè)概率為 0.69;應(yīng)急觀測(cè)(7天 /2周期)在主震后 50～180天內(nèi)具有較好的前兆預(yù)測(cè)意義,其預(yù)測(cè)概率為 0.56;強(qiáng)震發(fā)生半年后,主震區(qū)余震逐漸減少,跨斷層垂直形變觀測(cè)曲線則逐步恢復(fù)到正常的斷層活動(dòng)形態(tài),但震時(shí)產(chǎn)生的永久性形變?nèi)匀焕^續(xù)存在(這里的正常年變只是相對(duì)震前的年變化形態(tài)而言)。

4.2 認(rèn)識(shí)

由前面的分析可以看出強(qiáng)余震的發(fā)生與斷裂活動(dòng)有著緊密的聯(lián)系。一次強(qiáng)震發(fā)生后,震中能量的釋放觸動(dòng)了斷層的滑動(dòng)。它和余震是一種共生現(xiàn)象,是大震之后應(yīng)力調(diào)整過(guò)程中的兩種應(yīng)變釋放形式(劉玉權(quán)等,1988;李杰,趙金花,2001)。

跨斷裂地形變測(cè)量結(jié)果反映地面斷層活動(dòng)特征?？梢栽O(shè)想它是由斷裂深處首先破裂面向上傳播的結(jié)果,即斷裂活動(dòng)是地震的續(xù)發(fā)現(xiàn)象。汶川8.0級(jí)強(qiáng)震后,強(qiáng)大的能量致使距震中 42 km的處于龍門(mén)山前山斷裂尾端的雙河斷層產(chǎn)生 7.76 mm的同震變化,其上盤(pán)明顯下降,但該處斷層沒(méi)有產(chǎn)生破裂,且與震中位置不在同一破裂段上。雙河斷層受力方式的差異致使其與逆沖型強(qiáng)震的斷層活動(dòng)形態(tài)不同。強(qiáng)震破裂段的逆沖力傳遞到該處轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓘埩?迫使斷層在瞬間產(chǎn)生張性變化。隨著余震逐步衰減,斷層也隨之調(diào)整,斷層在調(diào)整過(guò)程中會(huì)以余震的形式釋放能量,在主震區(qū)附近發(fā)生余震前,斷裂深部的能量逐漸傳播,到達(dá)雙河場(chǎng)地時(shí)即表現(xiàn)為一定時(shí)間段的蠕滑,蠕滑后即釋放能量,此時(shí)發(fā)生一系列中強(qiáng)余震。而隨著余震逐步衰減,該場(chǎng)地表現(xiàn)出的異常也相對(duì)減弱,直至逐步恢復(fù)到震前的年變化形態(tài),完成了強(qiáng)震引發(fā)斷層的調(diào)整活動(dòng)過(guò)程。

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Cross-faultLevel and 8.0 Earthquake AftershockM on itoring

SU Q in,X IANG He-ping,Q IU Gui-lan,MA L ing-li
(Earthquake Adm inistration of Sichuan Province,Surveying and M apping Engineering Institute,Ya'an625000,Sichuan,China)

A fter the W enchuan8.0earthquake,in accordance w ith national and provincial seism ological bureau arrangem ent,Sichuan Seism ologicalB ureau of Surveying andM apping Engineering Institute and the completion of the Longm en Shan fault zone near the5cross-fault standard of m easurem ent points short of em ergency observation tasks,in w hich pairs of R iver is m easured again after the earthquake the highest num ber of venues.This w ill be short on cross-fault standard of em ergency Shuanghe observation data analysis,extraction m onitoring aftershocks inW enchuan anom alies that have em erged during the period and w ith the discussion of the relationship betw een strong aftershocks,aftershocks ofthe forecast for future lessonslearned.A nalysis concluded that:Shuanghe cross-fault short observation reflects the level of fixed-point after the earthquake fault creep characteristics,better describes the occurrence of strong aftershocks in the vertical fault deform ation anom aly before the cross-shape,as the aftershocks have accum ulated som e experience in m onitoring and forecasting.

strong aftershock of W enchuan8.0Earthquake,Shuanghe,cross fault leveling

P315.72+7

A

1000-0666(2010)04-0269-05

2009-12-17.

2010年三結(jié)合課題(2010020909)資助 .

致謝:本文編寫(xiě)過(guò)程中得到李愛(ài)霞工程師、宗萍助理工程師等在資料收集和處理方面的大力支持,在此謹(jǐn)表謝忱!