合肥地震台历年水准数据整理分析

2015-12-19曹志磊葛计划磊周自强孙伯乐

地震地磁观测与研究 2015年1期

孙军曹志磊葛计划于磊周自强孙伯乐

（中国安徽230031合肥地震台）

0 引言

合肥形变台作为安徽省内唯一的定点短水准观测台站，自1985年正式投入水准观测以来已经积累了近30年的水准观测数据。近年来，台站科技人员通过对台站水准观测数据的整理分析，发现其与台站附近及华东地区中小地震存在部分对应关系，葛计划等（2011）总结了合肥地震台（以下简称合肥台）短水准异常与周围地震的关系；洪德全等（2012）发现了安庆4.8级地震前合肥台水准数据出现的异常现象。本次研究系统整理分析合肥台水准线路自建成以来产生的各种观测数据，为分析和研判区域内的地震活动特性提供一定参考意见。

1 水准场地概况

合肥台定点短水准测量场地位于安徽省肥东县桥头集龙泉山西，B—A测线横跨郯庐断裂带的一条主干断层（池河—西山驿断裂），断层总体走向呈N20°R，倾向ES，倾角约70°。断层下盘（断层西侧）为白垩系砖红色砂岩，断层上盘（断层东侧）为下元古界片麻岩、大理岩。水准场地南靠东关—桥头集断裂，西临合肥盆地的次级凹陷——撮镇凹陷，近EW向肥西—韩摆渡断层与郯庐断裂带交而不汇。水准观测线路跨越地带地形起伏较大，除测线两端基岩出露外，断层挤压破碎带宽达200 m，地质背景较复杂。B—A水准测线长度为500 m，计14站，除两端为钢管基岩标外，中间设有3座钢管过渡标，每天进行往返观测，成果准确、连续、可靠。检测线路D—C在B—A测线南约400 m处，长约700 m，计16站，端点为普通基岩标，每月复测一次。合肥台水准线路场地见图1。

2 水准资料变化特征分析

2.1 水准观测数据总体变化

水准线路B—A自1985投入观测以来，高差变化可划分为3个阶段：①1985—1995年，数值呈上升趋势，年变速率较大，反映出断层上盘相对于下盘的上升；②1996—2005年，数值呈上升趋势，但年变幅度有所减小，断层活动性质表现为挤压状态；③2006—2013年，数值呈下降趋势，表现为断层上盘相对于下盘的下降，断层活动性质处于拉张状态。3介阶段的变化见图2。水准数据的这种变化形态，反映出台站所在区域的断层处于活动状态。

图1 合肥台水准线路场地Fig.1 Distribution of the short leveling lines atHefei Seismic Station

图2 B—A水准观测数据变化

2006年7月26日定远MS4.2地震发生在郯庐断裂附近，且离台站较近，震前，测段B—A数据变化总体呈现上升形态，反映出测线所跨断层处于趋势性挤压活动；震后，B—A数据变化形态出现一个拐点，此后数据表现为持续下降，反映出断层多年的活动趋势被打破，由挤压转变为拉张（图2）。

2.2 断层形变速率与地震的关系

由图3可知，合肥台历年水准月速率曲线在时间段上可以分成3个阶段：①1985—1995年，台站所处断层活动性质基本成挤压状态，且断层形变幅度（形变强度）较大，发生中强地震的频率较为频繁；②1996—2005年，断层活动总体里挤压状态，但活动强度比前期弱，台站周围以及华东地区发生中强地震的频率也相对较低；③2006—2013年，台站所处断层活动性质总体转为拉张状态，台站周围发生数次小震活动，华东地区也有数次中强地震发生。

需要指出的是，2013年10月后B—A水准数据出现加速下降趋势，月速率持续同一方向变化，幅度也较大，持续近半年时间，在2014年3月初水准数据又呈现近乎“阶跃式”上升反弹。此次B—A水准数据调整前后正好处于安徽省中西部地区小震多发期，2014年3月17日合肥长丰地区小震群，4月2日六安寿县2.8级地震以及4月20日“霍山窗”地区发生的MS4.3地震等，似乎表明这一时期内该区域断层确实处于活跃状态，这与B—A水准数据近期的活动特征有一定相似性。这表明：合肥台水准数据变化形态确实能在一定程度上反映区域内地应力场变化，需密切注意水准月速率连续数月持续同一方向变化或突然改变运动性质的现象，通常预示着台站周边地区或邻近约华东地区出现小震群或有感地震发生的可能性。

图3 B—A水准线路月速率与地震关系Fig. 3 The relationship between monthly rate and earthquake of leveling lines B-A

2.3 断层形变累计率与地震的关系

断层形变运动总体趋势性通常可从时间变化序列曲线直观表现出来，而断层形变趋势累计率（Dc值）可从数学上定量表达趋势性程度。其中，yi（t）表示水准观测高差值，Vi（t）表示速率，Va表示趋势变化速率，Vd表示趋势变化幅度。Dc表示趋势累计率，等于Va与Vd的比值。断层形变一般可分为具有形变累计意义的趋势性阶段变化型形变和围绕基值往复运动但无形变趋势累计产生的波动变化型形变（陈兵等，2000）。而断层形变趋势累计率可以有效区分它们，对于判断形变活动趋势和性质具有重要意义。

根据定义可知：①当Dc=0,形变无趋势，当Dc=1，形变趋势性最强，由于它具有归一性，所以为不同变化程度的数据序列之间可比性提供了基础；②当Dc>0，表示断层活动为压性，表示形变累计程度；③Dc<0，断层活动为张性，表示形变的松弛程度。

为了得到连续的断层形变累积率变化，在此采用滑动计算方法。本次数据分析取2年时间为窗长，将每月观测均值滑动计算得断层形变累计率，得到连续的断层形变累计率的变化值时序曲线。B—A水准线路断层形变是针率连续曲线见图4。

图4 B—A水准线路断层形变累计率连续曲线Fig. 4 Cumulative percentage of cross-fault deformation of leveling lines B-A

从图4可以发现，合肥台B—A水准线路所跨断层形变累积率值，在华东地区尤其是郯庐沿线周围的几次中等规模地震发生前，均出现明显的低值现象，地震发生后累计率值迅速升高，然后出现长期的缓慢下降直至下次中强地震的发生。震例分析如下。

（1）1991年射阳4.7级地震发生前，出现近3年累计率低值现象，在此期间断层活动性质为压性，射阳地震临近发生前，断层活动突然转向，转折为张性活动，震后缓慢恢复为压性。

（2）1992年黄海地震前，累计率值一直处于低值状态，地震发生前数值突然上升，比正常值高出近3倍，或许与该阶段华东地区中强地震频发有关，震后数值缓慢下降到正常状态。

（3）2005年底九江5.7级地震发生前，形变累积率值同样处于低值，震后数值上升为正常值的3倍左右，台站所处断层活动性质发生改变，长趋势由压性转换为张性，随后发生的定远4.2级地震加速了这种趋势的发展。

（4） 2011年初安庆4.8级地震前，累计率值处于正常状态，地震发生后数值明显偏低，接近0值状态。表明此次地震后，断层能量得到释放，断层活动能力水平变低。

（5）2011年安庆地震后，合肥台所处断层形变累积率值处于低值震荡状态，趋势性变化不明显，在2013年底出现小幅波动，数值突然下降接近0值，霍山4.3级地震发生在此时期。

推断认为，2011—2013年底，形变累积率的低值状态或许是断层活动处于“闭锁”状态的表现，断层活动不强，但累积的形变释放能量不断集聚。纵观历史数据发现，2011年安庆地震后形变累计率值并没有迅速增加，或许断层能量并没有得到完全释放，或许预示着后期该区域或邻近地区依然存在有感地震发生的可能性。

从地震的孕育过程分析，一个中强地震的孕育首先要有持续的构造应力作用，这种作用使区域内的断层发生持续性的形变，而断层形变累积率值较低，一方面表现为断层做持续性张压交替往复运动，另一种是断层几乎不运动（“闭锁”），反映断层的绝对运动量小，有利于断层能量的集聚，并形成震源体（王永安等，2004，2011）。合肥台水准资料显示近3年的累计率低值状态，直接反映了郯庐断裂带肥东段断层能量集聚的事实。因此，后期累计率值变化形态趋势的跟踪研究是分析的关键所在。