华北地区跨断层流动形变布测状况初步分析

陆明勇 李 宁 于海生 李志雄 宋彦云 李 杰 王秀文 寇建新 李岩峰 冯 军 高宴清 张金城

1 中国地震应急搜救中心，北京市玉泉西街1号，100049

2 山东省地震局，济南市文化东路20号，250014

3 山西省地震局，太原市晋祠路二段69号，030021

华北地区（北京、天津、河北、山西、河南、山东、江苏、安徽以及辽宁部分地区）建立跨断层流动形变监测网最早始于20世 纪60年代末［1－10］，覆盖了主要断裂活动带，包括张渤断裂带、山西断裂带和郯庐断裂带等（图1）。华北地区跨断层流动形变监测是由各监测单位自行建立、监测，布测状况未统一分析，但地震具有大时空特性，统一分析跨断层流动形变布测状况十分必要；其次，由于跨断层流动形变监测场地建立时间跨度达近50 a，在此期间地球科学技术的快速发展，特别是地质填图和地球物理探测等研究工作的进行，使我们对断裂（断层）活动性质有了新的认识。因此，搜集华北地区跨断层流动形变监测场地布测基础信息和该区地质构造研究成果，分析华北地区跨断层流动形变布测存在的问题，将有助于更好地开展华北地区跨断层流动形变监测工作以及为地震预测和科研服务。

1 跨断层流动形变监测场地

表1为华北地区跨断层流动形变监测场地布测状况信息统计表。该区跨断层流动形变监测场地在20世纪80年代末时最多达近100处，监测项达200余项，而目前华北地区跨断层流动形变监测场地只有74处（图1），监测180测项，其中中国地震搜救中心（下文简称搜索中心）有24处，占32.43%；山东省地震局有15处，占20.27%；山西省地震局有10 处，占13.51%；江苏省地震局有8处，占10.81%；安徽省地震局有8处，占10.81%；河北省地震局有4 处，占5.41%；辽宁省地震局有3 处，占4.05%；河南省地震局有2处，占2.70%。

2 跨断层流动形变监测布测状况分析

2.1 布测时间及监测周期

在华北地区74处跨断层流动形变监测场地中，搜救中心北京大灰厂跨断层流动形变监测场地布测时间最早（1967－10），山东省纪庄水准观测最晚（2010－01），绝大部分为20世纪60年代末到21世纪早期布测。除跨山西断裂带的流动形变监测场地外，其余跨主要断裂带的流动形变监测场地都是1月监测1次［1－10］。

2.2 监测场地所跨断裂特征

表1显示，只有搜救中心、山东省地震局和江苏省地震局等3 个监测单位监测场地跨了前Q断裂；除山西省地震监测场地未跨Q1－Q2 断裂外，其余监测单位监测场地不同程度地跨Q1－Q2断裂；Q3和Q4断裂是活动年代较新的断裂，特别是Q4断裂，是测量规范要求监测场地跨越的断裂。除河北省地震局监测场地未跨Q3 和Q4断裂外，其他监测单位的监测场地不同程度地跨越Q3和Q4断裂。因此，在华北地区74处跨断层流动形变监测场地中，有5处监测场地跨前Q断裂，占6.76%；29处跨 Q1－Q2断裂，占39.19%；23处跨Q3断裂，占31.08%；17处跨Q4断裂，占22.97%；即监测场地跨Q3活动以来断裂共40处，占54.05%。每个监测单位监测场地所跨断裂活动年代比例差别大，其中山西省地震局跨断层流动形变监测场地全部符合跨断裂年代要求规范，全为Q4断裂；其次是山东省地震局跨断层流动形变监测场地，较好地符合跨断裂年代规范要求。

表1 监测场地所跨断裂特征统计Tab.1 The characteristics statistics of across fault monitoring sites

华北地区跨断层流动形变监测场地所跨断裂走向主要为NE、NW 断裂，特别是NE 向断裂最多。在监测场地所跨断裂出露方面，除河南省地震局1处监测场地和搜救中心3处监测场地周围未出露断裂外（这些场地均分布在覆盖层厚的平原地区），其余监测单位的跨断层监测场地周围均不同程度地显示断裂出露（表1）。这为华北地区跨断层流动形变监测场地绝大部分跨过断层提供了地貌方面的保证。

2.3 监测场地分布区域

图1为华北地区跨断层流动形变监测场地分布图。从图中看出，目前的跨断层流动形变监测场地主要分布在北京及其邻近地区、山西断裂带、郯庐断裂带中偏南地区、辽西地区、安徽霍山地区及其附近、华东的茅山东侧断裂等。空间分布极不均匀，首先存在很多监测盲区，如河南省除北部一小区域有两处跨断层监测场地外，其余广大地区无跨断层监测场地；又如内蒙古中南部地区属于华北地区范畴，处于晋冀蒙交界地区，Q3和Q4断裂多，但未布设跨断层流动形变监测场地（图1）。其次，一些控制性大断裂未布设跨断层流动形变监测场地，如山西晋城－获鹿断裂，该断裂带南起济源北，向北经晋城、高平、长治到获鹿，总长350km。该断裂带是山西隆起上一条重要的构造，在高平以北为晚更新世活动断裂，以南为早、中更新世断裂，沿断裂带中强地震较活跃，历史上多次发生5 级左右地震，现今小震亦时有发生。最后，从规范要求跨断层流动形变跨断裂的活动年代看［11－12］，很多Q3和Q4断裂未有跨断层监测场地，这些断裂在历史上曾经发生过多次地震，如聊城－兰考断裂是一条晚更新世－全新世早期活动的断裂，全长约360km，沿断裂发生过多次中强地震，1937年断裂附近还发生过菏泽7.0级地震①中国地震局地球物理勘探中心郑州基础工程勘察研究院，北京吉奥星地震工程勘测研究院.郑州市城市快速轨道一号线工程场地地震安全性评价［R］.2007－12，但未布设跨断层流动形变监测场地（图1）。

由此可见，目前华北地区跨断层流动形变监测场地不能很好地控制华北地区断裂活动，存在很多监测盲区②陆明勇等.华北地区跨断层流动形变监测场地与监测网优化研究（XH14057）报告（草稿）［R］.2015－10［13］，有待于完善。

图1 华北地区跨断层流动形变监测场地分布① 陈文彬.华北地区断裂分布图［M］.2014－06Fig.1 The distribution of cross－fault flow deformation monitoring field in North China①

2.4 监测类型及测桩类型

监测类型是指监测内容，分为水准和基线。在华北地区74处跨断层流动形变监测场地中，每个监测场地都进行水准监测，占100%；有11 处跨断层流动形变监测场地还进行基线监测，占14.86%，布测在首都圈地区②陆明勇等.华北地区跨断层流动形变监测场地与监测网优化研究（XH14057）报告（草稿）［R］.2015－10［1－10］。

测桩类型是指监测设施标志类型，分基岩、土层、基岩土层混合等类型。如果一个监测场地全为基岩端点，则测桩类型为基岩类型；如果全为土层端点，则测桩类型为土层类型；否则为基岩土层混合类型。在74处跨断层流动形变监测场地中，基岩土层混合测桩类型有23处，占31.08%；土层测桩类型5 处，占6.76%；基岩测桩类型46处，占62.16%（表2）。从表2中进一步分析可以发现，河南省地震局所监测的跨断层流动形变监测桩50.00%为土层测桩，所占比例最高，可能与该省跨断层流动形变监测场地少有关；山东省地震局所监测的跨断层流动形变监测桩93.33%为基岩测桩，所占比例最高；辽宁省地震局所监测的跨断层流动形变3 处场地全为基岩土层混合测桩；土层测桩只有搜救中心和河南省地震局所监测场地具有。总体而言，土层测桩主要分布于平原地区，基岩测桩主要分布于山区或丘陵地区，基岩土层测桩主要分布于丘陵和盆山交汇地区。

表2 监测场地测桩类型统计Tab.2 The statistics of measuring pile type at monitoring sites

3 结 语

华北地区74处跨断层流动形变监测场地由8家单位监测，各监测单位布测状况差异极大，存在需要完善的地方。

1）华北地区跨断层流动形变监测场地布测时间、监测周期无统一要求。跨断层流动形变监测场地布测时间最早是1967－10，最晚是2010－01，绝大多数观测场地于20世纪70～80年代布测。在监测场地监测周期方面，1月监测1 次占54.05%，2月监测1次占37.84%，3月监测1次占8.11%，除跨山西断裂带监测场地外，其余跨主要断裂带监测场地均为1月监测1次，应适当增加跨山西断裂带监测场地监测次数。

2）在华北地区74处跨断层流动形变监测场地中，有5处监测场地跨前Q 断裂（占6.76%），29处监测场地跨Q1－Q2 断裂（占39.19%），23处监测场地 跨Q3 断 裂（占31.08%），17 处 监 测场地跨Q4断裂（占22.97%），即监测场地跨Q3活动以来断裂共40 处（占54.05%）。每个监测单位监测场地所跨断裂活动年代比例差别大，其中山西省地震局跨断层流动形变监测场地全部符合跨断裂年代规范要求，全为Q4 断裂。监测场地所跨断裂走向主要为NE、NW，特别是NE 向断裂最多，除河南省地震局和搜救中心存在一小部分监测场地在其周围未有出露断裂外，其余监测单位跨断层监测场地周围均不同程度地出露断裂。

3）华北地区跨断层流动形变监测场地主要分布在北京及其邻近地区、山西断裂带、郯庐断裂带中偏南地区、辽西地区、安徽霍山地区及其附近、华东茅山东侧断裂等。在空间上分布极不均匀，存在很多监测盲区，一些控制性大断裂和很多Q3和Q4断裂未布测跨断层监测场地，不能很好地控制华北地区主要断裂活动。

4）华北地区74处跨断层流动形变监测场地中，只有搜救中心在首都圈地区布设了11处既有水准监测又有基线监测的综合场地。地震孕育是三维的，而华北地区断裂水平活动大于垂直活动且该地区以走滑型地震为主。因此，目前华北地区跨断层流动形变监测类型影响华北地区断裂活动特征和规律的揭示。

因此，华北地区大部分跨断层流动形变监测场地监测类型单一，存在监测盲区，一些控制性大断裂和很多Q3、Q4断裂未布测跨断层监测场地，一些主要活动断裂带监测周期过长，应该予以优化。

［1］中国地震局综合观测中心.中国地震局综合观测中心地震监测志［M］.北京：地震出版社，2007（Center for Analysis and Prediction，CEA.Seismic Monitoring Annals of Center for Analysis and Prediction，CEA［M］.Beijing：Seismological Press，2007）

［2］中国地震局地壳应力研究所.中国地震局地壳应力研究所地震监测志［M］.北京：地震出版社，2005（Institute of Crustal Dynamics，CEA.Seismic Monitoring Annals of Institute of Crustal Dynamics，CEA［M］.Beijing：Seismological Press，2005）

［3］山东省地震局.山东省地震局地震监测志［M］.北京：地震出 版 社，2008（Earthquake Administration of Shandong Province.Seismic Monitoring Annals of Earthquake Administration of Shandong Province［M］.Beijing：Seismological Press，2008）

［4］山西省地震局.山西省地震局地震监测志［M］.北京：地震出版社，2006（Earthquake Administration of Shanxi Province.Seismic Monitoring Annals of Earthquake Administration of Shanxi Province［M］.Beijing：Seismological Press，2006）

［5］江苏省地震局.江苏省地震局地震监测志［M］.北京：地震出版社，2008（Earthquake Administration of Jiangsu Province.Seismic Monitoring Annals of Earthquake Administration of Jiangsu Province［M］.Beijing：Seismological Press，2008）

［6］安徽省地震局.安徽省地震局地震监测志［M］.北京：地震出版 社，2004（Earthquake Administration of Anhui Province.Seismic Monitoring Annals of Earthquake Administration of Anhui Province［M］.Beijing：Seismological Press，2004）

［7］河北省地震局.河北省地震局地震监测志［M］.北京：地震出版社，2005（Earthquake Administration of Hebei Province.Seismic Monitoring Annals of Earthquake Administration of Hebei Province［M］.Beijing：Seismological Press，2005）

［8］辽宁省地震局.辽宁省地震局地震监测志［M］.北京：地震出版社，2004（Earthquake Administration of Liaoning Province.Seismic Monitoring Annals of Earthquake Administration of Liaoning Province［M］.Beijing：Seismological Press，2004）

［9］河南省地震局.河南省地震局地震监测志［M］.北京：地震出版社，2005（Earthquake Administration of Henan Province.Seismic Monitoring Annals of Earthquake Administration of Henan Province［M］.Beijing：Seismological Press，2005）

［10］陆明勇，黄宝森，刘天海，等.首都圈跨断层流动形变观测资料映震能力及场地监测能力分析［J］.地震，2011，31（3）：121－134（Lu Mingyong，Huang Baosen，Liu Tianhai，et al.Analysis on Earthquake Reflecting Ability of Cross－Fault Observation Data and Monitoring Capability of Sites in the Capital Area of China［J］.Earthquake，2011，31（3）：121－134）

［11］国家地震局.跨断层测量规范［S］.北京：地震出版社，1991（State Seismological Bureau.Cross－Fault Measurement Standard［S］.Beijing：Seismological Press，1991）

［12］中国地震局.DB／T47－2012 中华人民共和国地震行业标准：地震地壳形变观测方法－跨断层位移测量［S］.北京：地震出版社，2012.（China Earthquake Administration.DB／T47－2012 The Seismic Industry Standard for the Method of Earthquake－Related Crust Monitoring－Fault－Crossing Displacement Measurement in People’s Republic of China［S］.Beijing：Seismological Press，2012）

［13］陆明勇，牛安福，黄宝森，等.首都圈地区跨断层流动形变监测场地优化布设探讨［J］.大地测量与地球动力学，2013，33（增刊1）：1－4（Lu Mingyong，Niu Anfu，Huang Baosen，et al.Optimization Layout for Cross－Fault Mobile Deformation Monitoring Site in Capital Circle Area of China［J］.Journal of Geodesy and Geodynamics，2013，33（Supp 1）：1－4）