華北地區(qū)跨斷層流動(dòng)形變布測(cè)狀況初步分析

陸明勇 李 寧 于海生 李志雄 宋彥云 李 杰 王秀文 寇建新 李巖峰 馮 軍 高宴清 張金城

1 中國(guó)地震應(yīng)急搜救中心，北京市玉泉西街1號(hào)，100049

2 山東省地震局，濟(jì)南市文化東路20號(hào)，250014

3 山西省地震局，太原市晉祠路二段69號(hào)，030021

華北地區(qū)（北京、天津、河北、山西、河南、山東、江蘇、安徽以及遼寧部分地區(qū)）建立跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)網(wǎng)最早始于20世 紀(jì)60年代末［1－10］，覆蓋了主要斷裂活動(dòng)帶，包括張渤斷裂帶、山西斷裂帶和郯廬斷裂帶等（圖1）。華北地區(qū)跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)是由各監(jiān)測(cè)單位自行建立、監(jiān)測(cè)，布測(cè)狀況未統(tǒng)一分析，但地震具有大時(shí)空特性，統(tǒng)一分析跨斷層流動(dòng)形變布測(cè)狀況十分必要；其次，由于跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)場(chǎng)地建立時(shí)間跨度達(dá)近50 a，在此期間地球科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，特別是地質(zhì)填圖和地球物理探測(cè)等研究工作的進(jìn)行，使我們對(duì)斷裂（斷層）活動(dòng)性質(zhì)有了新的認(rèn)識(shí)。因此，搜集華北地區(qū)跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)場(chǎng)地布測(cè)基礎(chǔ)信息和該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造研究成果，分析華北地區(qū)跨斷層流動(dòng)形變布測(cè)存在的問(wèn)題，將有助于更好地開展華北地區(qū)跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)工作以及為地震預(yù)測(cè)和科研服務(wù)。

1 跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)場(chǎng)地

表1為華北地區(qū)跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)場(chǎng)地布測(cè)狀況信息統(tǒng)計(jì)表。該區(qū)跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)場(chǎng)地在20世紀(jì)80年代末時(shí)最多達(dá)近100處，監(jiān)測(cè)項(xiàng)達(dá)200余項(xiàng)，而目前華北地區(qū)跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)場(chǎng)地只有74處（圖1），監(jiān)測(cè)180測(cè)項(xiàng)，其中中國(guó)地震搜救中心（下文簡(jiǎn)稱搜索中心）有24處，占32.43%；山東省地震局有15處，占20.27%；山西省地震局有10 處，占13.51%；江蘇省地震局有8處，占10.81%；安徽省地震局有8處，占10.81%；河北省地震局有4 處，占5.41%；遼寧省地震局有3 處，占4.05%；河南省地震局有2處，占2.70%。

2 跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)布測(cè)狀況分析

2.1 布測(cè)時(shí)間及監(jiān)測(cè)周期

在華北地區(qū)74處跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)場(chǎng)地中，搜救中心北京大灰廠跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)場(chǎng)地布測(cè)時(shí)間最早（1967－10），山東省紀(jì)莊水準(zhǔn)觀測(cè)最晚（2010－01），絕大部分為20世紀(jì)60年代末到21世紀(jì)早期布測(cè)。除跨山西斷裂帶的流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)場(chǎng)地外，其余跨主要斷裂帶的流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)場(chǎng)地都是1月監(jiān)測(cè)1次［1－10］。

2.2 監(jiān)測(cè)場(chǎng)地所跨斷裂特征

表1顯示，只有搜救中心、山東省地震局和江蘇省地震局等3 個(gè)監(jiān)測(cè)單位監(jiān)測(cè)場(chǎng)地跨了前Q斷裂；除山西省地震監(jiān)測(cè)場(chǎng)地未跨Q1－Q2 斷裂外，其余監(jiān)測(cè)單位監(jiān)測(cè)場(chǎng)地不同程度地跨Q1－Q2斷裂；Q3和Q4斷裂是活動(dòng)年代較新的斷裂，特別是Q4斷裂，是測(cè)量規(guī)范要求監(jiān)測(cè)場(chǎng)地跨越的斷裂。除河北省地震局監(jiān)測(cè)場(chǎng)地未跨Q3 和Q4斷裂外，其他監(jiān)測(cè)單位的監(jiān)測(cè)場(chǎng)地不同程度地跨越Q3和Q4斷裂。因此，在華北地區(qū)74處跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)場(chǎng)地中，有5處監(jiān)測(cè)場(chǎng)地跨前Q斷裂，占6.76%；29處跨 Q1－Q2斷裂，占39.19%；23處跨Q3斷裂，占31.08%；17處跨Q4斷裂，占22.97%；即監(jiān)測(cè)場(chǎng)地跨Q3活動(dòng)以來(lái)斷裂共40處，占54.05%。每個(gè)監(jiān)測(cè)單位監(jiān)測(cè)場(chǎng)地所跨斷裂活動(dòng)年代比例差別大，其中山西省地震局跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)場(chǎng)地全部符合跨斷裂年代要求規(guī)范，全為Q4斷裂；其次是山東省地震局跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)場(chǎng)地，較好地符合跨斷裂年代規(guī)范要求。

表1 監(jiān)測(cè)場(chǎng)地所跨斷裂特征統(tǒng)計(jì)Tab.1 The characteristics statistics of across fault monitoring sites

華北地區(qū)跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)場(chǎng)地所跨斷裂走向主要為NE、NW 斷裂，特別是NE 向斷裂最多。在監(jiān)測(cè)場(chǎng)地所跨斷裂出露方面，除河南省地震局1處監(jiān)測(cè)場(chǎng)地和搜救中心3處監(jiān)測(cè)場(chǎng)地周圍未出露斷裂外（這些場(chǎng)地均分布在覆蓋層厚的平原地區(qū)），其余監(jiān)測(cè)單位的跨斷層監(jiān)測(cè)場(chǎng)地周圍均不同程度地顯示斷裂出露（表1）。這為華北地區(qū)跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)場(chǎng)地絕大部分跨過(guò)斷層提供了地貌方面的保證。

2.3 監(jiān)測(cè)場(chǎng)地分布區(qū)域

圖1為華北地區(qū)跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)場(chǎng)地分布圖。從圖中看出，目前的跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)場(chǎng)地主要分布在北京及其鄰近地區(qū)、山西斷裂帶、郯廬斷裂帶中偏南地區(qū)、遼西地區(qū)、安徽霍山地區(qū)及其附近、華東的茅山東側(cè)斷裂等。空間分布極不均勻，首先存在很多監(jiān)測(cè)盲區(qū)，如河南省除北部一小區(qū)域有兩處跨斷層監(jiān)測(cè)場(chǎng)地外，其余廣大地區(qū)無(wú)跨斷層監(jiān)測(cè)場(chǎng)地；又如內(nèi)蒙古中南部地區(qū)屬于華北地區(qū)范疇，處于晉冀蒙交界地區(qū)，Q3和Q4斷裂多，但未布設(shè)跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)場(chǎng)地（圖1）。其次，一些控制性大斷裂未布設(shè)跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)場(chǎng)地，如山西晉城－獲鹿斷裂，該斷裂帶南起濟(jì)源北，向北經(jīng)晉城、高平、長(zhǎng)治到獲鹿，總長(zhǎng)350km。該斷裂帶是山西隆起上一條重要的構(gòu)造，在高平以北為晚更新世活動(dòng)斷裂，以南為早、中更新世斷裂，沿?cái)嗔褞е袕?qiáng)地震較活躍，歷史上多次發(fā)生5 級(jí)左右地震，現(xiàn)今小震亦時(shí)有發(fā)生。最后，從規(guī)范要求跨斷層流動(dòng)形變跨斷裂的活動(dòng)年代看［11－12］，很多Q3和Q4斷裂未有跨斷層監(jiān)測(cè)場(chǎng)地，這些斷裂在歷史上曾經(jīng)發(fā)生過(guò)多次地震，如聊城－蘭考斷裂是一條晚更新世－全新世早期活動(dòng)的斷裂，全長(zhǎng)約360km，沿?cái)嗔寻l(fā)生過(guò)多次中強(qiáng)地震，1937年斷裂附近還發(fā)生過(guò)菏澤7.0級(jí)地震①中國(guó)地震局地球物理勘探中心鄭州基礎(chǔ)工程勘察研究院，北京吉奧星地震工程勘測(cè)研究院.鄭州市城市快速軌道一號(hào)線工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)［R］.2007－12，但未布設(shè)跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)場(chǎng)地（圖1）。

由此可見，目前華北地區(qū)跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)場(chǎng)地不能很好地控制華北地區(qū)斷裂活動(dòng)，存在很多監(jiān)測(cè)盲區(qū)②陸明勇等.華北地區(qū)跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)場(chǎng)地與監(jiān)測(cè)網(wǎng)優(yōu)化研究（XH14057）報(bào)告（草稿）［R］.2015－10［13］，有待于完善。

圖1 華北地區(qū)跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)場(chǎng)地分布① 陳文彬.華北地區(qū)斷裂分布圖［M］.2014－06Fig.1 The distribution of cross－fault flow deformation monitoring field in North China①

2.4 監(jiān)測(cè)類型及測(cè)樁類型

監(jiān)測(cè)類型是指監(jiān)測(cè)內(nèi)容，分為水準(zhǔn)和基線。在華北地區(qū)74處跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)場(chǎng)地中，每個(gè)監(jiān)測(cè)場(chǎng)地都進(jìn)行水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，占100%；有11 處跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)場(chǎng)地還進(jìn)行基線監(jiān)測(cè)，占14.86%，布測(cè)在首都圈地區(qū)②陸明勇等.華北地區(qū)跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)場(chǎng)地與監(jiān)測(cè)網(wǎng)優(yōu)化研究（XH14057）報(bào)告（草稿）［R］.2015－10［1－10］。

測(cè)樁類型是指監(jiān)測(cè)設(shè)施標(biāo)志類型，分基巖、土層、基巖土層混合等類型。如果一個(gè)監(jiān)測(cè)場(chǎng)地全為基巖端點(diǎn)，則測(cè)樁類型為基巖類型；如果全為土層端點(diǎn)，則測(cè)樁類型為土層類型；否則為基巖土層混合類型。在74處跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)場(chǎng)地中，基巖土層混合測(cè)樁類型有23處，占31.08%；土層測(cè)樁類型5 處，占6.76%；基巖測(cè)樁類型46處，占62.16%（表2）。從表2中進(jìn)一步分析可以發(fā)現(xiàn)，河南省地震局所監(jiān)測(cè)的跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)樁50.00%為土層測(cè)樁，所占比例最高，可能與該省跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)場(chǎng)地少有關(guān)；山東省地震局所監(jiān)測(cè)的跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)樁93.33%為基巖測(cè)樁，所占比例最高；遼寧省地震局所監(jiān)測(cè)的跨斷層流動(dòng)形變3 處場(chǎng)地全為基巖土層混合測(cè)樁；土層測(cè)樁只有搜救中心和河南省地震局所監(jiān)測(cè)場(chǎng)地具有。總體而言，土層測(cè)樁主要分布于平原地區(qū)，基巖測(cè)樁主要分布于山區(qū)或丘陵地區(qū)，基巖土層測(cè)樁主要分布于丘陵和盆山交匯地區(qū)。

表2 監(jiān)測(cè)場(chǎng)地測(cè)樁類型統(tǒng)計(jì)Tab.2 The statistics of measuring pile type at monitoring sites

3 結(jié) 語(yǔ)

華北地區(qū)74處跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)場(chǎng)地由8家單位監(jiān)測(cè)，各監(jiān)測(cè)單位布測(cè)狀況差異極大，存在需要完善的地方。

1）華北地區(qū)跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)場(chǎng)地布測(cè)時(shí)間、監(jiān)測(cè)周期無(wú)統(tǒng)一要求。跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)場(chǎng)地布測(cè)時(shí)間最早是1967－10，最晚是2010－01，絕大多數(shù)觀測(cè)場(chǎng)地于20世紀(jì)70～80年代布測(cè)。在監(jiān)測(cè)場(chǎng)地監(jiān)測(cè)周期方面，1月監(jiān)測(cè)1 次占54.05%，2月監(jiān)測(cè)1次占37.84%，3月監(jiān)測(cè)1次占8.11%，除跨山西斷裂帶監(jiān)測(cè)場(chǎng)地外，其余跨主要斷裂帶監(jiān)測(cè)場(chǎng)地均為1月監(jiān)測(cè)1次，應(yīng)適當(dāng)增加跨山西斷裂帶監(jiān)測(cè)場(chǎng)地監(jiān)測(cè)次數(shù)。

2）在華北地區(qū)74處跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)場(chǎng)地中，有5處監(jiān)測(cè)場(chǎng)地跨前Q 斷裂（占6.76%），29處監(jiān)測(cè)場(chǎng)地跨Q1－Q2 斷裂（占39.19%），23處監(jiān)測(cè)場(chǎng)地 跨Q3 斷 裂（占31.08%），17 處 監(jiān) 測(cè)場(chǎng)地跨Q4斷裂（占22.97%），即監(jiān)測(cè)場(chǎng)地跨Q3活動(dòng)以來(lái)斷裂共40 處（占54.05%）。每個(gè)監(jiān)測(cè)單位監(jiān)測(cè)場(chǎng)地所跨斷裂活動(dòng)年代比例差別大，其中山西省地震局跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)場(chǎng)地全部符合跨斷裂年代規(guī)范要求，全為Q4 斷裂。監(jiān)測(cè)場(chǎng)地所跨斷裂走向主要為NE、NW，特別是NE 向斷裂最多，除河南省地震局和搜救中心存在一小部分監(jiān)測(cè)場(chǎng)地在其周圍未有出露斷裂外，其余監(jiān)測(cè)單位跨斷層監(jiān)測(cè)場(chǎng)地周圍均不同程度地出露斷裂。

3）華北地區(qū)跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)場(chǎng)地主要分布在北京及其鄰近地區(qū)、山西斷裂帶、郯廬斷裂帶中偏南地區(qū)、遼西地區(qū)、安徽霍山地區(qū)及其附近、華東茅山東側(cè)斷裂等。在空間上分布極不均勻，存在很多監(jiān)測(cè)盲區(qū)，一些控制性大斷裂和很多Q3和Q4斷裂未布測(cè)跨斷層監(jiān)測(cè)場(chǎng)地，不能很好地控制華北地區(qū)主要斷裂活動(dòng)。

4）華北地區(qū)74處跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)場(chǎng)地中，只有搜救中心在首都圈地區(qū)布設(shè)了11處既有水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)又有基線監(jiān)測(cè)的綜合場(chǎng)地。地震孕育是三維的，而華北地區(qū)斷裂水平活動(dòng)大于垂直活動(dòng)且該地區(qū)以走滑型地震為主。因此，目前華北地區(qū)跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)類型影響華北地區(qū)斷裂活動(dòng)特征和規(guī)律的揭示。

因此，華北地區(qū)大部分跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)場(chǎng)地監(jiān)測(cè)類型單一，存在監(jiān)測(cè)盲區(qū)，一些控制性大斷裂和很多Q3、Q4斷裂未布測(cè)跨斷層監(jiān)測(cè)場(chǎng)地，一些主要活動(dòng)斷裂帶監(jiān)測(cè)周期過(guò)長(zhǎng)，應(yīng)該予以優(yōu)化。

［1］中國(guó)地震局綜合觀測(cè)中心.中國(guó)地震局綜合觀測(cè)中心地震監(jiān)測(cè)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］中國(guó)地震局地殼應(yīng)力研究所.中國(guó)地震局地殼應(yīng)力研究所地震監(jiān)測(cè)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］山東省地震局.山東省地震局地震監(jiān)測(cè)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.山西省地震局地震監(jiān)測(cè)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］江蘇省地震局.江蘇省地震局地震監(jiān)測(cè)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.安徽省地震局地震監(jiān)測(cè)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.河北省地震局地震監(jiān)測(cè)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］遼寧省地震局.遼寧省地震局地震監(jiān)測(cè)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.河南省地震局地震監(jiān)測(cè)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］陸明勇，黃寶森，劉天海，等.首都圈跨斷層流動(dòng)形變觀測(cè)資料映震能力及場(chǎng)地監(jiān)測(cè)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］國(guó)家地震局.跨斷層測(cè)量規(guī)范［S］.北京：地震出版社，1991（State Seismological Bureau.Cross－Fault Measurement Standard［S］.Beijing：Seismological Press，1991）

［12］中國(guó)地震局.DB／T47－2012 中華人民共和國(guó)地震行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：地震地殼形變觀測(cè)方法－跨斷層位移測(cè)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］陸明勇，牛安福，黃寶森，等.首都圈地區(qū)跨斷層流動(dòng)形變監(jiān)測(cè)場(chǎng)地優(yōu)化布設(shè)探討［J］.大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)，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）