曹建平，張永奇，鄭增記，韓美濤，馮希杰，石軍

(陜西省地震局，陜西 西安 710068)

0 引 言

渭河斷陷盆地夾持于鄂爾多斯塊體與秦嶺造山帶兩個(gè)大地構(gòu)造單元之間，地質(zhì)構(gòu)造與盆地演化較為復(fù)雜。依據(jù)地球物理勘探和鉆探資料、活動(dòng)斷裂帶和地震分布以及構(gòu)造地貌特征等，渭河斷陷盆地可劃分為寶雞凸起、咸陽(yáng)凸起、蒲城凸起、驪山凸起、西安凹陷及固市凹陷等以掀斜運(yùn)動(dòng)為主的次一級(jí)斷塊。次級(jí)斷塊間往往以活動(dòng)斷裂帶為界，除北西走向的岐山―馬召斷裂帶具有左旋走滑兼正斷性質(zhì)外，其余斷裂帶均顯示為正斷活動(dòng)[1]。歷史上曾發(fā)生過(guò)1556年華縣8級(jí)大地震以及多次6～7級(jí)破壞性地震。為監(jiān)測(cè)斷裂帶活動(dòng)的垂直形變特征，1980年代以來(lái)，陜西省地震局相繼沿渭河盆地內(nèi)一些主要活動(dòng)斷裂帶布設(shè)了多處跨斷層水準(zhǔn)場(chǎng)地，目前已積累了10～30多年的觀測(cè)資料，這些資料較為真實(shí)地反映出斷裂帶活動(dòng)隨著區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)變化“正?！被蛘摺爱惓！钡倪^(guò)程。但自觀測(cè)以來(lái)，渭河盆地尚未發(fā)生過(guò)Ms5.0以上地震，難以在實(shí)際分析預(yù)測(cè)中對(duì)資料變化情況進(jìn)行解釋和檢驗(yàn)。2008年5月12日發(fā)生的汶川Ms8.0地震，給檢驗(yàn)渭河盆地水準(zhǔn)觀測(cè)資料提供了機(jī)會(huì)。

有關(guān)研究表明，陜西省在汶川地震中屬于震感強(qiáng)烈地區(qū)[2]，渭河盆地處于Ⅴ度影響區(qū)，而渭河盆地西部及中部局部地區(qū)處于地震烈度Ⅵ度影響區(qū)內(nèi)[3]。根據(jù)付虹等[4]的研究結(jié)果，一次Ms8.0地震的最大影響范圍可達(dá)2 910 km，而渭河盆地最遠(yuǎn)端距離汶川地震初始破裂點(diǎn)不超過(guò)850 km，也就是說(shuō)渭河盆地所有地域都處于汶川Ms8.0地震的孕震影響范圍內(nèi)。這為汶川地震前后渭河盆地跨斷層資料出現(xiàn)的形變異常變化解釋帶來(lái)了契機(jī)。對(duì)于實(shí)際的預(yù)測(cè)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，震前斷層活動(dòng)異常變化的識(shí)別尤為重要。本文基于陜西地區(qū)跨斷層形變資料，回顧性地分析了汶川地震前渭河盆地?cái)鄬踊顒?dòng)特征，探索這次地震孕育過(guò)程中的某些形變異常變化規(guī)律，以期為后續(xù)區(qū)域震情的分析預(yù)測(cè)提供參考。

1 資料選取與處理

汶川Ms8.0地震前，陜西省地震局在渭河盆地主要活動(dòng)斷裂帶上共布設(shè)有15處跨斷層水準(zhǔn)場(chǎng)地(圖1，表1)。用于分析的跨斷層測(cè)線長(zhǎng)度大多數(shù)在(0.4～1.5)km內(nèi)，絕大多數(shù)場(chǎng)地在每年3月、7月和11月觀測(cè)3期，偶有加測(cè)。其中，口鎮(zhèn)場(chǎng)地每月觀測(cè)1期，涇陽(yáng)臺(tái)場(chǎng)地選用環(huán)線資料，每月測(cè)量3期，為消除季節(jié)性干擾，換算為月均值進(jìn)行分析。為保持資料分析的統(tǒng)一，所有場(chǎng)地均選用1988年至2008年5月汶川地震之前的資料。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，歷年來(lái)實(shí)際觀測(cè)所得的觀測(cè)資料精度每 km高差往返測(cè)偶然中誤差優(yōu)于±0.37 mm，精度滿足觀測(cè)規(guī)范的要求。為便于研究，以布設(shè)在斷層上盤的測(cè)點(diǎn)作為參考基準(zhǔn)點(diǎn)來(lái)分析斷層的活動(dòng)特征，曲線向上為拉張、正斷，向下為擠壓、逆斷。為削弱年變或季節(jié)性變化干擾，突出觀測(cè)曲線的異常變化特征，使用K-L最佳直線擬合法對(duì)所有觀測(cè)資料進(jìn)行處理，提取相關(guān)信息后，進(jìn)行分析并保留原始觀測(cè)曲線進(jìn)行研究。結(jié)果表明，汶川地震前渭河盆地有9處跨斷層場(chǎng)地?cái)鄬踊顒?dòng)出現(xiàn)了遠(yuǎn)場(chǎng)形變異常[5]。

圖1 渭河盆地次級(jí)塊體構(gòu)造及跨斷層場(chǎng)地分布

2 震前形變異常特征及機(jī)理分析

2.1 震前形變異常特征

(1)大塬場(chǎng)地?？鐢鄬訙y(cè)線長(zhǎng)度1.0 km。由圖2(a)可見(jiàn)，2005年整體變化平緩，至2006年3月出現(xiàn)一個(gè)幅度2.57 mm的擠壓變化，其后轉(zhuǎn)折為急速拉張變化，2007年7月到達(dá)相對(duì)高點(diǎn)，變化幅度6.86 mm，與該次地震相關(guān)的異常時(shí)段長(zhǎng)達(dá)20個(gè)月左右。2007年7月～2008年3月期間變化平緩，其后發(fā)震。

(2)南大同場(chǎng)地?？鐢鄬訙y(cè)線長(zhǎng)度0.4 km。由圖2(b)可見(jiàn)，2006年11月～2007年7月，出現(xiàn)急速擠壓變化，變化幅度為3.53 mm。2007年7～11月，轉(zhuǎn)為急速拉張變化，變化幅度2.07 mm，與該次地震有關(guān)的異常時(shí)段持續(xù)12個(gè)月左右。2007年11月～2008年3月期間變化相對(duì)平緩，其后發(fā)震。

(3)口鎮(zhèn)場(chǎng)地?？鐢鄬訙y(cè)線長(zhǎng)度0.6 km。由圖2(c)可見(jiàn)，2007年1～10月，出現(xiàn)急速拉張變化，變化幅度7.83 mm，其后反轉(zhuǎn)為急速擠壓變化，至2008年2月，變化幅度8.37 mm，與該次地震有關(guān)的異常時(shí)段持續(xù)13個(gè)月。緩慢恢復(fù)拉張變化約3個(gè)月左右發(fā)震。

(4)涇陽(yáng)臺(tái)場(chǎng)地?？鐢鄬訙y(cè)線長(zhǎng)度0.5 km。由圖2(d)可見(jiàn)，2007年5月～2008年2月，出現(xiàn)拉張上升變化，變化幅度1.39 mm，其后轉(zhuǎn)為急速擠壓變化，至2008年4月，到達(dá)相對(duì)低點(diǎn)，變化幅度1.78 mm，與該次地震有關(guān)的異常時(shí)段持續(xù)9個(gè)月左右。開(kāi)始恢復(fù)約1個(gè)月后發(fā)震。

(5)康村場(chǎng)地。跨斷層測(cè)線長(zhǎng)度0.7 km。由圖2(e)可看出，震前該處異常不明顯。2007年11月～2008年3月，出現(xiàn)小幅拉張變化，變化幅度2.11 mm，異常持續(xù)約4個(gè)月。

表1 跨斷層水準(zhǔn)場(chǎng)地和活動(dòng)斷裂帶概況

圖2 跨斷層異常場(chǎng)地的時(shí)序變化曲線

(6)王莊場(chǎng)地。跨斷層測(cè)線長(zhǎng)度0.8 km。由圖2(f)可見(jiàn)，2007年3～7月，出現(xiàn)急速的擠壓變化，變化幅度4.93 mm，年周變規(guī)律被徹底改變。2007年7～11月，出現(xiàn)急速的拉張變化，變化幅度3.09 mm，但沒(méi)有恢復(fù)到原有的形態(tài)上，與該次地震有關(guān)的異常持續(xù)約8個(gè)月。2007年11月～2008年3月，觀測(cè)結(jié)果顯示變化平緩，其后發(fā)震。

(7)清河口場(chǎng)地。跨斷層測(cè)線長(zhǎng)度0.4 km。由圖2(g)可看出，2006年3～7月，急速拉張變化，變化幅度1.24 mm。2006年7～11月，出現(xiàn)反向轉(zhuǎn)折急速擠壓變化，變化幅度1.30 mm，短暫恢復(fù)后，2007年7～11月，再次急速擠壓變化，變化幅度1.56 mm。2007年11月～2008年3月，轉(zhuǎn)為急速拉張變化，變化幅度1.77 mm。與該次地震有關(guān)的異常持續(xù)24個(gè)月。

(8)澗峪口場(chǎng)地?？鐢鄬訙y(cè)線長(zhǎng)度0.6 km。由圖2(h)可見(jiàn)，澗峪口場(chǎng)地處斷裂活動(dòng)總體平緩。2007年7～11月，急速拉張變化，變化幅度3.64 mm。2007年11月～2008年3月，出現(xiàn)反轉(zhuǎn)變化，急速擠壓變化幅度2.64 mm，其幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出正常年變的波動(dòng)范圍。與該次地震有關(guān)的異常持續(xù)約8個(gè)月。

(9)麻街場(chǎng)地?？鐢鄬訙y(cè)線長(zhǎng)度0.4 km。由圖2(i)可以看出，自2006年11月～2007年7月，出現(xiàn)急速拉張變化，變化幅度5.04 mm，其后轉(zhuǎn)折為急速擠壓。2007年7月～2008年3月，變化幅度3.84 mm。與該次地震有關(guān)的異常持續(xù)約16個(gè)月。

以上分析表明，汶川地震前，渭河盆地遠(yuǎn)場(chǎng)形變異常主要出現(xiàn)在鄂爾多斯塊體西南緣—南緣—東南緣與渭河盆地交界處的活動(dòng)斷裂帶、盆地內(nèi)近北東走向的活動(dòng)斷裂帶及北西走向岐山—馬召斷裂帶上的南大同場(chǎng)地處。盆地內(nèi)近東西向斷裂帶活動(dòng)基本上沒(méi)有出現(xiàn)形變異常。震前異常持續(xù)時(shí)間約在4個(gè)月～2年之間，對(duì)于未來(lái)地震的發(fā)生時(shí)間具有一定的指示意義。

2.2 形變異常機(jī)理探討

有關(guān)研究表明[6-8]，汶川地震孕育發(fā)生的驅(qū)動(dòng)力主要來(lái)自青藏高原，即印度板塊對(duì)歐亞板塊的推擠力。具體而言，汶川Ms8.0地震的發(fā)生，主要是由印度板塊對(duì)青藏塊體的向北推擠、產(chǎn)生側(cè)向運(yùn)動(dòng)，致使龍門山斷裂帶遭受擠壓產(chǎn)生能量積累所致，是四川盆地西緣的龍門山斷裂帶受到其西側(cè)巴顏喀拉地塊推擠導(dǎo)致大尺度、長(zhǎng)時(shí)期、緩慢的地殼應(yīng)變積累的結(jié)果。同時(shí)，印度板塊和歐亞板塊的碰撞，使得青藏塊體在持續(xù)隆起的同時(shí)，產(chǎn)生了向東側(cè)的滑移，其派生的水平擠壓應(yīng)力場(chǎng)受到了鄂爾多斯剛性塊體的強(qiáng)烈阻擋，在促進(jìn)渭河斷陷帶形成、發(fā)展和演化的基礎(chǔ)上，也構(gòu)成了影響渭河盆地?cái)嗔褞Щ顒?dòng)主要的動(dòng)力學(xué)因素[9]。地質(zhì)與構(gòu)造活動(dòng)調(diào)查和地震震源機(jī)制解分析結(jié)果表明[1，10]，鄂爾多斯塊體西南緣地區(qū)主要受到北東東—南西西向水平擠壓應(yīng)力場(chǎng)作用，渭河盆地內(nèi)北西向岐山—馬召斷裂帶活動(dòng)表現(xiàn)為以左旋走滑運(yùn)動(dòng)為主兼具正斷特征。

從空間分布特征來(lái)看，震前形變異常主要分布在鄂爾多斯塊體西南緣—南緣—東南緣與渭河盆地交界處的活動(dòng)斷裂帶及盆地內(nèi)部近北東走向的活動(dòng)斷裂帶上。這可能與鄂爾多斯塊體自身對(duì)來(lái)自汶川地震驅(qū)動(dòng)力阻擋及該驅(qū)動(dòng)力導(dǎo)致以北東向活動(dòng)斷裂帶為界的次級(jí)塊體兩側(cè)受力不均衡有關(guān)。因相距澗峪口場(chǎng)地直線距離約14 km的石堤峪場(chǎng)地沒(méi)有出現(xiàn)異常，控制汶川地震孕育發(fā)生的區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)對(duì)華山山前斷裂帶北東走向段的顯著影響可能只到達(dá)澗峪口場(chǎng)地附近。而位于盆地內(nèi)部北西走向岐山—馬召斷裂帶上的南大同場(chǎng)地也出現(xiàn)形變異常，可能與其位于汶川地震的Ⅵ度影響區(qū)，易于感受到區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的變化有關(guān)。盆地內(nèi)部近東西向斷裂帶在汶川地震前基本沒(méi)有出現(xiàn)異常變化。從異常形態(tài)表現(xiàn)形式上看，大塬、南大同及王莊場(chǎng)地表現(xiàn)為“V”型的“急速擠壓—反轉(zhuǎn)急速拉張—恢復(fù)后發(fā)震”的模式，原有的年周變形態(tài)被打破?？阪?zhèn)和涇陽(yáng)臺(tái)場(chǎng)地表現(xiàn)為“倒V”型的“急速拉張—反向急速擠壓—基本恢復(fù)后發(fā)震”的模式，其形態(tài)與變動(dòng)幅度有異于正常時(shí)段的波動(dòng)。清河口場(chǎng)地表現(xiàn)為“N”型的“急速拉張—反向急速擠壓—再轉(zhuǎn)折拉張”的模式，其變動(dòng)幅度遠(yuǎn)超正常時(shí)段的波動(dòng)范圍，當(dāng)觀測(cè)值基本恢復(fù)至正常年周變范圍時(shí)發(fā)震。澗峪口、麻街場(chǎng)地表現(xiàn)為“倒V”型的“急速拉張—反轉(zhuǎn)急速擠壓”，但沒(méi)有觀測(cè)到恢復(fù)期即發(fā)震的模式。康村場(chǎng)地表現(xiàn)為小幅度拉張變化，僅從震前變化來(lái)看異常特征并不明顯。但曹建平等[11]的研究結(jié)果表明，康村場(chǎng)地處斷裂帶活動(dòng)在汶川地震后存在尖點(diǎn)突跳異常。一方面，這可能與該場(chǎng)地觀測(cè)周期較長(zhǎng)，不能及時(shí)檢測(cè)出臨震前可能出現(xiàn)的異常有關(guān)；另一方面，汶川地震孕育發(fā)生的驅(qū)動(dòng)力對(duì)渭河盆地內(nèi)東西向斷裂帶活動(dòng)的影響較小，震前可能也沒(méi)有異常出現(xiàn)，震后出現(xiàn)的突跳異常是由于區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)調(diào)整所引起的。

3 結(jié)論和討論

汶川地震前，渭河盆地發(fā)生的遠(yuǎn)場(chǎng)形變異常主要出現(xiàn)在鄂爾多斯塊體西南緣、南緣、東南緣與渭河盆地交界處的活動(dòng)斷裂帶及作為渭河盆地內(nèi)部次級(jí)塊體邊界北東走向的活動(dòng)斷裂帶上。渭河盆地內(nèi)部北西走向的岐山馬召斷裂帶上的南大同場(chǎng)地處斷層活動(dòng)也出現(xiàn)遠(yuǎn)場(chǎng)形變異常，可能與其位于汶川地震的烈度Ⅵ度影響區(qū)有關(guān)。渭河盆地內(nèi)近東西走向的活動(dòng)斷裂帶，如秦嶺北麓斷裂帶、渭南塬前斷裂帶基本上沒(méi)有出現(xiàn)形變異常。震前形變異常存在“V”型、“倒V”型、“N”型等多種形態(tài)，體現(xiàn)出不同塊體或次級(jí)塊體對(duì)來(lái)自于汶川地震孕育發(fā)生的驅(qū)動(dòng)力作用方式響應(yīng)的差異，有助于研究區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)變化的動(dòng)力學(xué)特征。震前異常持續(xù)時(shí)間約在4個(gè)月～2年之間，對(duì)于未來(lái)地震的發(fā)生時(shí)間具有一定的指示意義。

汶川地震前出現(xiàn)在渭河盆地的斷層形變異常都屬于遠(yuǎn)場(chǎng)形變異常，據(jù)此來(lái)預(yù)測(cè)地震的發(fā)生地點(diǎn)似乎還不現(xiàn)實(shí)。但可以對(duì)大區(qū)域的斷層形變異常出現(xiàn)的時(shí)間和地點(diǎn)進(jìn)行綜合研究，從全國(guó)跨斷層形變學(xué)科的角度進(jìn)行統(tǒng)一的預(yù)測(cè)也許行之有效。對(duì)陜西地區(qū)來(lái)說(shuō)，認(rèn)真總結(jié)汶川地震前后的斷層形變異常變化特征，建立起形變異常與地震的聯(lián)系，也可為今后強(qiáng)震發(fā)生前對(duì)本地區(qū)震情趨勢(shì)進(jìn)行研判提供一定的借鑒。