宁夏跨断层水准测量资料震前异常指标分析

2013-12-27李福利

防灾减灾学报 2013年3期

李福利

（银川基准地震台，宁夏银川 750001）

0 引言

银川盆地是我国西部地震活动的主要场所之一，1739年曾发生过8级大震，其构造发育和地震活动均很典型，多年来，一直被地质和地震学家们所关注，为了配合研究，宁夏地震局在盆地西侧跨贺兰山东麓断裂带布设了2个跨断层水准测量场地，分别位于红果子和苏峪口附近，以监测该断裂带的活动情况，场地位置如图1、2所示。

1 观测场地及其资料介绍

红果子测点位于石嘴山红果子沟附近，海拔1227m左右。场区横跨贺兰山东麓断裂带北段的红果子断层。该断层走向NNE，倾向SE，倾角70°，发育在晚更新世洪积扇上，为一条全新世张扭性断层。场区由8个基本水准点组成，形成1条支测线（BM0—BM7）和1个闭合测环，总长度1040m。其中支测线、测环Ⅱ、Ⅴ测段与断层正交（图1）。苏峪口测点位于贺兰山东麓断裂苏峪口外，海拔1220m。场区横跨贺兰山东麓断裂带中段苏峪口外断层。该断层总体走向35°，倾向SE，倾角60～70°，平面上为折线状延伸，全新世活动强烈，亦具张性特征。场区由6个基本水准点组成，形成1个闭合测环，总长540m。其中测环Ⅱ、Ⅴ测段与断层正交（图2）。红果子场地支测线资料从1980年1月开始，测环资料1从1985年1月开始，至1993年3月观测周期为每年12次。苏峪口场地观测资料与红果子测环一致，均从1985年1月开始，观测周期为每年12次。1993年3月以后两场地观测周期均改为每年4次，每季度1次，多年资料显示，两场地观测资料均有较好的年变形态，体现为夏低冬高的年变规律。

2 观测资料分析处理及其与地震的对应关系

2.1 资料分析处理

1980年以来，宁夏及邻区先后发生了多次中强地震，几次地震前红果子、苏峪口短水准资料出现了程度不同的异常变化。因1985年以前只有红果子支测线资料，因此本文将资料分为三个时段：1980—1984年、1985—1992年、1993—2012年。

图1 红果子跨断层场地布设示意图Fig.1 Schematic diagram of the site layout of Hongguozi cross－fault

2.2 地震对应

2.2.1 1980—1984年

1980—1982年，红果子支线资料变化平稳，年变幅度平均约为0.8mm。1983年起资料一直处于下降状态，至8月份降到最低点，幅度为1.59mm，之后恢复上升，年底达最高值，幅度为1.72mm，打破正常情况下的年变形态，显示了震前的异常变化。1984年异常结束，于当年11月23日发生灵武5.4级地震（图3）。从1983年6月资料下降至1984年11月23日地震发生，异常出现时间为震前17个多月。

图3 红果子支线实测曲线（1980.01—1984.12）Fig.3 Measured curves of Hongguozi branch

2.2.2 1985—1992年

图2 苏峪口跨断层场地布设示意图Fig.2 Schematic diagram of the site layout of Suyukou cross－fault

1984年灵武Ms5.4级地震后，红果子支线观测资料出现缓慢上升的变化趋势，年变幅度也开始增大，表明断层两盘开始活动，断层周围应力的集中。1986年1—4月期间，红果子支线和测环第Ⅱ侧段，先后出现高值异常，测环第Ⅴ侧段，存在低值异常，幅度超出均值2倍均方差。苏峪口资料在1986年5—11月期间测环第Ⅱ侧段存在低值波动异常，测环Ⅴ侧段存在高值波动异常，幅度超出均值2倍的均方差。1987年8月10日灵武发生5.5级地震。从1986年1月资料出现异常，到地震发生，亦有17个多月时间。1990年3—5月期间红果子支线存在高值异常，5月后快速下降，7月出现低值异常。测环第Ⅴ侧段1989年11月—1990年1月存在低值异常，变化幅度超出均值2倍均方差，1990年10月20日景泰发生6.2级地震。异常出现时间为震前6个多月（图4、5）。

图4 红果子支线、苏峪口实测曲线（1985.01—1992.12）Fig.4 Measured curves of Hongguozi branch and Suyukou（1985.01—1992.12）

图5 红果子支线图二倍均方差图（1985.01—1992.12）Fig.5 Twice mean square error of Hongguozi branch（1985.01—1992.12）

2.2.3 1993—2012年

1993年以来，红果子、苏峪口两场地短水准观测周期均改为每年4次，每季度1次，资料反馈地壳活动的信息量减少。但测量结果仍具有很高的分析价值，仍可以从年变形态、年变幅度和趋势变化上分析断层周围地区的地壳活动的剧烈程度。1996年12月红果子测线和测环两侧段均出现异常，幅度超出均值2倍均方差，1997年10月21日杭锦后旗发生5.1级地震。此期间发生的中强以上地震距离测区偏远，观测资料异常形态不明显，只在1996年包头Ms6.4级地震地震前出现快速变化，2001年昆仑山口西Ms8.1级地震后出现震后效应。2003年9月，红果子、苏峪口场地实测值背离年变出现上升变化，12月开始出现连续下降，与历年同期变化明显不同，2004年12月测值恢复。2005至2012年资料变化正常。宁夏地区无5.0级以上的地震发生，邻近区也无中强地震发生（图6、 7）。

图6 红果子支线、苏峪口实测曲线（1993.01—2005.12）Fig.6 Measured curves of Hongguozi branch and Suyukou（1993.01—2005.12）

图7 红果子支线二倍均方差图（1993.01—1998.12）Fig.7 Twice mean square error of Hongguozi branch（1993.01—1998.12）

3 贺兰山东麓断裂带活动性分析

宁夏跨断层测量在贺兰山东麓断裂带布设了二个测量场地：苏峪口和红果子测量场，两场地直线相距约85公里。红果子支线跨断层资料从1980至2012年，积累了33年，分析历年资料的年变趋势和形态，可以大致了解贺兰山东麓断裂带北段的活动情况：总体呈上升趋势，年均上升幅度在0.07毫米左右。苏峪口场环线Ⅱ（BM2—BM3）计算 1985—2012年观测资料，年均上升幅度在0.075毫米左右，与红果子支线的年变化幅度相当。

在区内及邻区有较强地震发生时，两场地观测资料均不同程度反映出破坏趋势的变化：首先出现高值，然后快速下降到最低值，恢复过程中发生地震，或恢复后一段时间发生地震；也有在出现高值时发生地震，时间可提前半年到1.5年，对国内强远震有震后效应。

贺兰山东麓断裂带总体呈稳定状态，资料显示总体年变速率≤0.75毫米。对区内及邻区发生的强地震震前有所反映（图8）。