陳阜超 塔 拉 陳聚忠

1 武漢大學(xué)測繪學(xué)院，武漢市珞喻路129號，430079 2 中國地震局第一監(jiān)測中心，天津市耐火路7號，300180

山西斷陷帶是華北地區(qū)新構(gòu)造活動較為強(qiáng)烈的地帶［1－2］，歷史上大震次數(shù)較多，現(xiàn)在中、小地震仍然頻發(fā)，研究其現(xiàn)今活動性對地震危險(xiǎn)性評估和強(qiáng)震預(yù)測有重要的意義。為了監(jiān)測山西斷陷帶的現(xiàn)今活動性及地震危險(xiǎn)性，布設(shè)4條水準(zhǔn)觀測剖面：蔚縣水準(zhǔn)剖面橫跨蔚縣盆地，山陰水準(zhǔn)剖面橫跨大同盆地，介休水準(zhǔn)剖面橫跨晉中盆地，臨汾水準(zhǔn)剖面橫跨臨汾盆地。4 條水準(zhǔn)剖面自2006年開始施測，已積累6期水準(zhǔn)資料。沒有布設(shè)水準(zhǔn)剖面的盆地，則根據(jù)2006、2013年兩期大面積水準(zhǔn)網(wǎng)觀測資料，經(jīng)平差結(jié)果切割穿過盆地的垂直形變速率剖面加以補(bǔ)充。點(diǎn)相對于起始點(diǎn)的距離，水準(zhǔn)路線起止方向均為從西至東或從北至南；縱坐標(biāo)為垂直形變速率，為各水準(zhǔn)點(diǎn)相對于起始水準(zhǔn)點(diǎn)（速率為0）的形變速率。

圖1 山西斷陷帶地質(zhì)構(gòu)造Fig.1 Geographical location map of leveling profile

1 水準(zhǔn)剖面變化特征

4條水準(zhǔn)剖面實(shí)際長度都在60km 以上，全部跨越盆地并到達(dá)盆地的邊界地帶。第一期觀測時(shí)間是2006年，其他幾期觀測時(shí)間分別為2009、2010、2011、2012和2013年。為彌補(bǔ)跨盆地水準(zhǔn)剖面稀疏的不足，選擇兩期區(qū)域水準(zhǔn)的平差計(jì)算結(jié)果，觀測時(shí)間分別為2006、2013年，共切割了6條跨越盆地的水準(zhǔn)剖面。所有水準(zhǔn)剖面的地理位置見圖1。

根據(jù)水準(zhǔn)復(fù)測資料繪制的垂直形變曲線圖，能夠直觀地反映研究區(qū)的垂直形變活動情況［3－7］。根據(jù)不同時(shí)段的垂直形變剖面圖分析山西斷陷帶垂直形變特征和活動趨勢，繪制的各時(shí)段垂直形變和速率曲線見圖2～5。圖中橫坐標(biāo)為各水準(zhǔn)

1.1 蔚縣水準(zhǔn)剖面

蔚縣水準(zhǔn)剖面橫跨蔚縣盆地（圖2），2006～2012年的各期形變曲線都位于0mm 以上，表明蔚縣盆地以上升為主；2006～2013年的垂直形變曲線大部分地段在0mm 以下，盆地開始有所下降；2006～2009、2006～2010、2006～2011和2006～2012年垂直形變曲線逐年升高，反映盆地和山區(qū)處于上升階段；2006～2013年的垂直形變曲線低于前述各期，并且大部分在0mm 以下，反映蔚縣盆地出現(xiàn)下降變化。

蔚縣水準(zhǔn)剖面垂直形變速率曲線顯示，2006～2009、2009～2010、2010～2011和2011～2012年各個(gè)時(shí)間段垂直形變速率曲線多數(shù)集中在0值線附近，離散性相對較小，活動程度比較一致。2012～2013年垂直形變速率則山區(qū)和盆地一起下降，速率達(dá)到－20mm／a。

蔚縣剖面2006～2011年的多期垂直變化速率平均為4.06mm／a，2011～2012和2012～2013年速率增大，分別為7.91和19.67mm／a。

蔚縣盆地南緣斷裂北東東走向，傾向北北西。由剖面測線的水準(zhǔn)點(diǎn)分為斷層上盤和下盤兩組，利用擬合計(jì)算得到蔚縣盆地南緣斷裂2006～2013年的垂直活動速率為－1.54mm／a，2012～2013年的活動速率為－4.54mm／a，均為正斷活動，且近期活動速率相對增加。

圖2 蔚縣水準(zhǔn)剖面曲線Fig.2 Weixian leveling profile

1.2 山陰水準(zhǔn)剖面

山陰水準(zhǔn)剖面從大同盆地南部通過（圖3）。2012年以前各條垂直形變曲線主要在0 mm 以下，反映盆地以下降變化為主；2006～2013年的垂直形變曲線大部分在0mm 以上，說明盆地活動轉(zhuǎn)為上升。就所有垂直形變剖面線而言，總體趨勢均是北段形變量相對較小，南段形變量相對較大，剖面所在地區(qū)北段下降量小或者微弱上升，南段下降量相對較大，地殼向南傾斜下降。由圖3（a）可見，2006～2012年主要在0 值線以下，并且逐年降低，2013年則大部分居于0值線以上，垂直形變曲線反映出2013年以前為下降變化，2013年開始轉(zhuǎn)為上升變化。根據(jù)垂直形變曲線還可詳細(xì)劃分出2006～2010年為次上升階段，2010～2012年為次下降變化階段，2013年又出現(xiàn)反向上升變化。

根據(jù)歷年觀測結(jié)果求解相鄰兩期的垂直形變速率，并繪制垂直形變速率曲線（圖3（b））。2006～2012年各期速率曲線主要在0mm／a以下，曲線相對集中，地殼以下降活動為主。2012～2013年的速率曲線遠(yuǎn)高于0mm／a，反映出由2013年以前的下降變化轉(zhuǎn)為強(qiáng)烈上升，尤其是南部反差強(qiáng)烈，速率最大達(dá)23.59 mm／a。山陰剖面2006～2012年的多期垂直速率平均為3.18 mm／a，2012～2013年水準(zhǔn)點(diǎn)的速率平均為13.34mm／a。

山陰水準(zhǔn)剖面跨口泉斷裂和恒山北麓斷裂。口泉斷裂北北東走向，傾向南東東，2006～2013年垂直活動速率為－0.37mm／a，2012～2013年活動速率為2.18 mm／a。恒山北麓斷裂北東走向，傾向北西，2006～2013年垂直活動速率為－0.84mm／a，2012～2013年活動速率為0.05 mm／a。這兩條斷裂長趨勢變化均顯示正斷活動，2012～2013年短期變化均為逆斷活動。長趨勢變化恒山北麓斷裂活動速率大于口泉斷裂，短期變化則相反，口泉斷裂活動速率明顯大于恒山北麓斷裂。

圖3 山陰水準(zhǔn)剖面曲線Fig.3 Shanyin leveling profile

1.3 介休水準(zhǔn)剖面

介休水準(zhǔn)剖面位于晉中盆地南部（圖4）。垂直形變曲線顯示，在孝義東南部出現(xiàn)下降漏斗，西北和東南兩段形變量相對較小。2006～2013年中段下降量達(dá)－115 mm。中段各期變化均為漏斗區(qū)段，垂直形變曲線逐年降低。介休水準(zhǔn)剖面西北和東南兩段形變量在15 mm 以內(nèi)。垂直形變表明，晉中盆地一直為下降變化。

介休水準(zhǔn)剖面由相鄰兩期觀測資料計(jì)算的垂直形變速率顯示，本地區(qū)形變速率為±15mm／a，剖面西段2006～2008、2008～2009和2011～2012年下降速率相對較大，2009～2010、2010～2011和2012～2013年下降速率較小。剖面東段2006～2008、2008～2009、2009～2010和2011～2012年垂直形變速率小于0mm／a，表現(xiàn)為下降變化；2010～2011和2012～2013年垂直形變速率大于0mm／a，表現(xiàn)為上升變化。

介休水準(zhǔn)剖面東南段跨太谷斷裂。太谷斷裂北東走向，傾向北西。水準(zhǔn)剖面觀測資料計(jì)算結(jié)果表明，太谷斷裂2006～2013年垂直活動速率為－6.27mm／a，2012～2013年活動速率為－8.32 mm／a，無論長趨勢活動，還是2012～2013年的短期活動都為正斷，且后期2012～2013年變化有增大趨勢。

圖4 介休水準(zhǔn)剖面曲線Fig.4 Jiexiu leveling profile

1.4 臨汾水準(zhǔn)剖面

臨汾水準(zhǔn)剖面通過臨汾盆地中部（圖5）。臨汾剖面垂直形變曲線2006～2013年逐年升高，反映了臨汾盆地2006～2013年為趨勢性上升變化，平均上升量為70.18mm。

臨汾垂直形變速率剖面曲線除2009～2010年為下降外，其他各時(shí)段均為上升變化。2012～2013年上升速率最大，平均為31.94mm／a；其次是2008～2009年，平均為13.58 mm／a；2009～2010年速率最小，平均為－1.80mm／a。無論是垂直形變曲線還是形變速率曲線，均表明臨汾盆地以整體上升為主。

臨汾水準(zhǔn)測線東段跨太陽山斷裂，太陽山斷裂北北東走向，傾向北西西。2006～2013年活動速率為－0.75 mm／a，2012～2013年為3.90 mm／a。長趨勢活動為正斷，2012～2013年的活動為逆斷，呈現(xiàn)反向活動。

1.5 區(qū)域水準(zhǔn)剖面

用前述4條水準(zhǔn)剖面測線分析山西斷陷帶活動性顯得稀疏，因此利用大面積區(qū)域水準(zhǔn)網(wǎng)2006～2013年復(fù)測資料平差結(jié)果繪制的垂直形變速率圖，在盆地地段切割剖面，對山西斷陷帶的細(xì)部垂直形變特征進(jìn)行補(bǔ)充分析。

2006～2013年延慶盆地和懷來盆地都表現(xiàn)為上升，并且由東南向西北傾斜，呈現(xiàn)傾斜性上升活動（圖6），垂直形變速率為0～1.2 mm／a。陽原盆地和蔚縣盆地的垂直形變速率剖面曲線顯示，陽原盆地2006～2013年下降，最大下降速率為－1.62mm／a。蔚縣盆地上升，最大上升速率為2.46 mm／a，總體上由東南向西北呈掀斜活動。大同垂直形變速率剖面曲線表明，大同盆地最大下降速率為－4.62mm／a。大同盆地南部和代縣盆地的垂直形變速率剖面曲線顯示，大同盆地和代縣盆地下降，大同盆地下降速率在－1.50 mm／a左右，代縣盆地下降速率在－2.00 mm／a左右，中間恒山地區(qū)上升。定襄盆地的垂直形變速率剖面曲線顯示，定襄盆地以上升變化為主，變化速率在－0.9～1.11mm／a，東南部的系舟山地區(qū)則顯著下降。

2 山西斷陷帶垂直形變

1）水準(zhǔn)剖面垂直形變和形變速率曲線變化反映出，2006～2013年延慶盆地、懷來盆地和蔚縣盆地為傾斜上升活動，陽原盆地和大同盆地為下降活動，代縣盆地和定襄盆地為傾斜下降活動，晉中盆地呈現(xiàn)上下波動，臨汾盆地為上升活動。山西斷陷帶活動具有較明顯的分段性，根據(jù)垂直形變揭示的垂直活動可分為：延慶－懷來－蔚縣為傾斜上升地段，陽原－大同－代縣－定襄為下降地段，晉中－介休為波動地段，臨汾為上升地段。

圖5 臨汾水準(zhǔn)剖面曲線Fig.5 Linfenleveling profile

圖6 區(qū)域水準(zhǔn)剖面垂直形變速率Fig.6 Regional leveling profile vertical deformation rate

2）水準(zhǔn)剖面垂直形變速率曲線揭示，蔚縣盆地2006～2012年為上升時(shí)段，2012～2013年為下降時(shí)段；大同盆地2006～2009年和2010～2012年為下降時(shí)段，2009～2010年和2012～2013年為上升時(shí)段；晉中盆地2006～2009年為下降時(shí)段，2009～2011年為上升時(shí)段，2011～2012年為下降時(shí)段，2012～2013年為上升時(shí)段；臨汾盆地2006～2010年為下降時(shí)段，2010～2013年為上升時(shí)段。不同盆地的活動性有一定差異，上升和下降活動不同步，活動強(qiáng)度亦不相同。

3）各盆地的地震活動頻度和強(qiáng)度有明顯差別［8－9］。2006～2013年山西斷陷帶共發(fā)生M≥4級的地震8次（表1），其中大同盆地2次，代縣盆地1次，定襄盆地1次，臨汾盆地4次。大同5級地震（2010－04－04）發(fā)生在2006～2012年相對上升速率最大的時(shí)段，4.1級地震（2013－02－22）發(fā)生在大同盆地由下降變化轉(zhuǎn)為上升變化的時(shí)段。臨汾盆地4次地震有兩次發(fā)生在2010年，另兩次發(fā)生在2011年，這些地震都是發(fā)生在垂直形變速率較小的時(shí)段中。

表1 2006年以來山西斷陷帶4級以上地震統(tǒng)計(jì)Tab.1 More than magnitude－4earthquakes since 2006

3 結(jié) 語

跨山西斷陷帶的水準(zhǔn)剖面曲線變化揭示，山西斷陷帶現(xiàn)今活動可分為延懷盆地－蔚縣盆地活動段、陽原盆地－大同盆地－代縣定襄盆地活動段、晉中盆地活動段、臨汾盆地活動段。水準(zhǔn)剖面形變曲線揭示，不同時(shí)段各盆地運(yùn)動變化差別顯著，蔚縣盆地2006～2012年為上升活動，2012～2013年為下降活動。大同盆地2006～2012年為下降活動，2012～2013年為上升活動。晉中盆地以下降活動為主，臨汾盆地以上升活動為主。延懷盆地2006～2013年為傾斜上升活動，陽原盆地為下降活動，代縣盆地為傾斜下降活動，定襄盆地呈微弱上升。大同盆地的地震主要發(fā)生在大同盆地上升活動時(shí)段，臨汾盆地的地震主要發(fā)生在上升速率較小時(shí)段。

2012～2013年各條剖面垂直形變速率明顯增大，而且2013年的形變和以前相反，是轉(zhuǎn)折的開端。垂直形變剖面揭示，山西斷陷帶活動的應(yīng)變應(yīng)力場在2012～2013年發(fā)生顯著變化，其改變的意義和構(gòu)造活動新動態(tài)應(yīng)給予特別注意。

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