丽江7_0级地震滇西实验场区跨断层短基线短水准测量的变化特征

丽江7_0级地震滇西实验场区跨断层短基线短水准测量的变化特征 中 国 地 震 ()第 14 卷 第 2 期 140,149 Vol . 14 No . 2 1998 年 6 月 EAR T HQUA KE R ESEARCH IN CHINA J un. 1998 丽江 710 级地震滇西实验场区跨断层 ? 短基线短水准测量的变化特征 李忠华 苏有锦 刘祖荫 ()中国昆明 650041 云南省地震局 摘要 通过对滇西实验场区跨断层短基线 、短水准测量的计算 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 表明 : 1996 年 2 月丽江 710 级地震前 ,滇西实验场区 5 个跨断层短基线 、短水准测量的测点中 ,只有位于程海断裂带上 (( ) 的永胜测点 震中距 82 km在震前 1 年左右出现巨变异常 ,而距震中最近的丽江测点 震中距 ) 42 km,震前并没有显著的异常变化 ,但却有很大的同震变化 。其它 3 个测点看不出与该次地 震有明显联系的变化 。尝试性地进行了两种计算 ,可能对孕震地区的判断有一定的参考价值 。 主题词 : 跨断层测量 丽江 710 级地震 滇西实验场 引言 板块学说和野外地质考察表明 ,地壳被一些大小不一的断裂分割成许多块体 ,地壳运动 表现为跨断层块体的相对运动 。当在某条断裂带附近孕育地震时 ,该断裂带将因受阻而减 缓其运动速率 ;当地震处于震前临界状态时 ,断层可能因预滑而增大运动速率 。因此 ,开展 跨断层短基线 、短水准测量是捕捉地震前兆的一种好方法 。 1 测点分布和观测资料 70 年代初 ,云南滇中地区就开展了跨断层测量工作 ,先后建立了 9 个测点 ,经 1981 年 筛选 、改建与新建 ,现共有 12 个测点 ,每个测点布设 2,3 条测边 。由于受高原山区地形的 限制 ,基线长度一般为 24,37 m ,短水准长度一般为 49,104 m 不等 。其中在滇西实验场区 有 5 个测点 ,其基本情况和点位如表 1 和图 1 所示 。 1982 年开始分别使用德国蔡司 004 、002 水准仪和苏 、德产的 24 m 线状因瓦基线尺 ,以每月或隔月同期 、同波段对这 12 个测点进行测量 。根据近 15 年的观测资料精度统计 ,短水 - 6 ( 准中误差小于 0104 mm ,每公里中误差小于 0129 mm ,短基线相对误差小于 10 张兴华等 , ) 1997。本文选取的是 1982 年 2 月至 1996 年 11 月滇西实验场区永胜 、丽江 、剑川 、漾濞和 下关等测点的短基线 、短水准测量资料 。 2 数据处理 滇西实验场区跨断层短基线 、短水准测量的测线短 ,累积误差小 ,观测精度高 ,为监测断 裂活动提供了可靠数据 。图 2 和图 3 给出短基线 、短水准测量值变化曲线 ,对图中漾濞测点 短基线 、短水准长期以来的巨大变化存在较大争议 ; 下关测点短基线测量呈趋势性变化形 ( ) ?于 1997 年 8 月收到本文初稿 ,1998 年 3 月收到修改稿 。本文属云南省应用基础研究基金资助课题 97D06。 图 1 滇西实验场区跨断层短基线短水准测量点位图 ? 下关 - 大理断裂带 ; ? 剑川断裂带 ; ? 程海 - 宾川断裂带 ; ? 中甸断裂带 ; ? 马登断裂 ; ? 丽江断裂 Fig. 1 The locatio n of cross fault short2baseline and short2range leveling in Western Yunnan Eart hquake Test Site ? Xiaguang2Dali fault zo ne ; ?J ianchuan fault zo ne ; ? Chenghai2Bingchuan fault zo ne ; ? Zho ngdian fault zo ne ; ? Madeng fault ; ?Lijiang fault 中 国 地 震 14 卷 142 表 1 滇西实验场区跨断层测量测点的基本情况( 张兴华等 , 1997) ψλ, 坐标 上盘岩性 测点名称 隶属断裂带 地质产状 近似高程下盘岩性 1001?714′, 2537?18′ 红河断裂带 石灰岩 下关 N40?W/ N E ?40? 1980 m 洱海断裂 紫色砂岩 9956?12′, 2547?10′ 通甸 - 巍山断裂带 苍山变质砂岩千枚石 漾濞 N W/ N ?40? 1740 m 脉地断裂 三迭系砂岩 9956?12′, 2637?16′ EW 龙蟠 - 乔后断裂带 第三系砂岩火山角砾岩 剑川 2345 m N10E?/ SW ?75?剑川断裂 石灰系灰岩 1001?412′, 2653?17′ 丽江 - 剑川裂带 丽江角砾岩 丽江 N10W?/ SW ?70? 2590 m 黑龙潭断层 丽江角砂岩 1004?318′, 2642?13′ 程海断裂带 泥盆系石灰岩 永胜 N15W?/ W ?40? 2160 m 程海断裂 三迭系页岩 态 ,短水准变化形态复杂 ;剑川测点基线 ?- ?边和水准 2 - 1 边在 1995 年都出现低值 ; 丽 江测点短水准 2 - 1 边 1986 年突然下降 ,一直持续到震前 ,震后却大幅上升 ,基线 ?- ?边在 1995 年出现低值 ;永胜测点基线 ?- ?边在 1983 年出现一段高值 , ?- ?边在 1988 年 图 2 跨断层短基线测量值变化曲线 Fig. 2 The curve of cross fault short2baseline measurement value 图 3 跨断层短水准测量值变化曲线 Fig. 3 The curve of cross fault short2range leveling measurement value 8 月出现低值 ,基线两测边和水准从 1994 年后都出现了大幅度变化 。 从图 2 和图 3 可以看出 ,震前除永胜测点变化形态较清晰外 ,其它测点变化形态都较复 杂 ,为了反映各测量值的变化趋势 ,有必要对数据做进一步处理 ,在这里进行两种尝试 。 211 各测点多条测边组成的三角形的面积变化 每个测点都是由至少 3 个基线测点构成的跨断层三角形 ,断层的运动将导致该三角形3 个顶点相对位置的变化 ,反映为基线各边长度发生变化 ,为了把基线各边长度的变化统一 为一个量 ,尝试计算上述各三角形的面积 ,该面积的变化 ,可以反映相应测点处的断层滑动 和张压性的综合效应 。 滇西实验场区短基线测量 ,除剑川是测量 3 条边外 ,其它测点只测量跨断层的两条边 , 在断层同一盘的边不测量 。在数据处理中认为该边长度不变 ,该边长度可从 1982 年 2 月的 测量数据和测线走向计算得到 ,每一期测量给出另两条边的长度 ,从而可得到该三角形的面 积 ( ) ( ) ( )( ) 1 P P - aP - bP - cS = a + b + c 式中 P = 是三角形的半周长 , a 、b 和 c 是三角形的 3 条边的长度 。2 每一期测量值得到的面积与 1982 年 2 月的面积相减 , 再除以 1982 年 2 月的面积 , 得到 该三角形面积的变化值 , 为一无量纲值 。同时采用滑动平均值法计算该值的中长趋势 , 步长 中 国 地 震 14 卷 144 ( ) 为一年 , 主要反映变化周期在一年以上的慢变作用因素的变化情况 周硕愚 , 1988。图 4 给 出该无量纲值及其中长趋势图 , 还给出置平后的中长趋势图 , 此图是在中长趋势图的基础 ( 上 , 对数据进行最小二乘直线拟合 , 所得值再与原值相减得到的 , 试图除去线性变化成份 图 ) 4。下关和漾濞测点面积变化不明显 , 剑川测点也不易辨认 , 丽江测点从 1989 年中期至震 前出现面积从增大到减小的过程 , 永胜测点震前面积变化很明显 。 图 4 三角形面积及其中长趋势和置平的中长趋势值变化曲线 Fig. 4 The curve of t riangle area value and it s medium2lo ng tendency value , as well as flated medium2lo ng tendency value () 在此有必要对上述计算进行误差分析 ,将 1式两边取自然对数再微分得 d S 1 d a + d b + d c d b + d c - d a d a + d c - d b d a + d b - d c 一 度 ( )= + + + 2 S 2 a + b + c b + c - a a + c - b a + b - c 该式给出面积的相对误差 ,因为设 c 边长度不变 , 上式简化为 d S 1 d a + d b d b - d a d a - d b d a + d b ( )小的 永胜 = + + + 3 , S 2 a + b + c b + c - a a + c - b a + b - c - 6 () 将各测点各边的测量值和误差代入 3式 ,得到面积的相对误差均小于 10 ,因此计算结果 是可信的 。 212 三角形平面的法线方向变化 每测点都给出了构成三角形的 3 点的同期相对水准高程数 据 ,基于各测点的基线测量值和水准测量值 ,可以得到各测点处 由 3 点构成的平面的单位法线矢量 ,该矢量反映基线长度和相 对水准高程变化的综合效应 ,反映各测点所处局部地表的倾斜 方向和倾斜角度 , 由于是相对水准 , 因而不能反映整体抬升和 下降 。 建立三维直角坐标系图 5 ,并设位于断层同一侧的边在 x oz 图 5 计算坐标系 ( ) ( ) Fig. 5 The calculative 平面内 ,则此 3 点的坐标为 1 点 0 ,0 ,0、2 点 x , 0 , z 和 3 点2 2 coordinate system ( ) x , y, z ,由三角形的基线测量数据可得到各测边的长度3 3 3 2 2 2d= x + y + z 133 3 3 2 2x + z d= 12 2 2 2 2 2 Y翈 聥 3年) ( ) ( z = x - x + y+ z -d3 3 2 3 2 23 ( )5 平面过该 3 点的方程为 x - y - y z - z x 111 y z y- z - x - x 11( )2 2 = 0 6 2 1 y- z - 3 3 x - x y z 3 111 其中 x 、y 、z 和 y 均为 0 , 则上式为 1 1 1 2 ) ( ( )y z x + x z - x z y - 7 x y z = 0 3 2 2 3 3 2 2 3 该平面的单位法线矢量的方向余弦分别为 y z 3 2 α co s= 2 2 2 2 2 ( ) yz + x z - x z + x z 3 2 2 3 3 2 2 3 x z - x z 2 3 3 2 β co s= 2 2 2 2 2 y( ) z + x z - x z + x z 3 2 2 3 3 2 2 3 - x y 2 3 γ co s= 区与2 2 2 2 2 ) ( yz + x z - x z + x z 3 2 2 3 3 2 2 3 中 国 地 震 14 卷 146 由于平面方程没有常数项 ,这里就必须定义法线的方向 。设法线指向 z 方向为正 , 由 γ 坐标系代表的物理意义知 , x 恒取正值 , x 由算式确定 , 如果 y取正值 , co s将为负值 ,这 2 3 3 表示平面反转 ,但这是不可能的 ,因而平面方程两边应乘以负号才与定义的法线方向意义一 致 ,从而方向余弦各分量也要乘以负号 ,这才是正确的单位法线矢量 。图 6 给出按此定义的 各测点的方向余弦 ,可以看出 ,漾濞测点是继承性的趋势变化 ,无明显反映 ;下关测点震前方 向余弦各分量有小幅的形态变化 ; 剑川测点的坐标系是以基线 ?- ?边为 x 轴 , ?点为坐 βγ标原点 ,该测点方向余弦只有 co s和 co s两分量在震前有所变化 ;丽江测点震前方向余弦 各分量都有一年多时间的小幅形态变化 ,震后却大幅变化 ;永胜测点震前方向余弦各分量都 经历一次大幅的反复 ,到发震后又经历一次大幅的反复 ,形态和幅值均较明显 。 图 6 三角形所在平面单位法线方向余弦变化曲线 Fig. 6 The curve of directio n variatio n for t he t riangle′s unit normal line 3 滇西实验场区跨断层测量与丽江地震的关系 从上述分析可以看出 :滇西实验场区跨断层短基线 、短水准测量 ,不论实测值还是经处 理的数值的变化 ,似乎距离震中较近的测点在丽江地震前有一定程度的反映 ,但幅值并不跟 震中距成正比 。位于程海断裂的永胜测点 ,距震中 82 km ,震前幅值变化最大 ;丽江测点位于 丽江 - 剑川断裂带的黑龙潭断裂 ,距震中 42 km ,震前幅值变化并不大 ,震后却较大 ,但震前 面积和法线方向余弦在变化形态方面却有较明显的改变 ; 距震中 80 km 的剑川测点观测值 βγ变化形态复杂 ,方向余弦中 co s和 co s两分量的变化形态在震前有较明显变化 ;漾濞测点 看不出明显变化 ;下关测点方向余弦在震前似乎也有所变化 ,但幅值很小 ,时间很短 。由此 看来 ,丽江地震前断层的活动导致了局部地表的倾斜 。而对 1988 年 11 月的澜沧 - 耿马地 震 ,永胜测点基线 ?- ?边在 1988 年 8 月出现低值 ,基线 ?- ?边和水准在澜沧 - 耿马地 震前没有明显变化 。丽江水准 2 - 1 边在 1986 年出现低值 ,但此低值一直持续到丽江地震 。 其它测点的测值曲线变化形态复杂 ,从图 4 和图 6 看 ,1988 年 11 月前各测点的方向余弦和 面积的变化在澜沧 - 耿马地震前均不明显 ,这似乎显示了这种处理方法可以较清楚的看出 丽江 710 级地震前 ,滇西实验场区跨断层短基线 、短水准测量能够观测到与丽江地震有关的 局部地壳变化 ,这可能对孕震地区的判断有一定的参考价值 。 滇西实验场区跨断层短基线 、短水准测点布设分散 ,由于受地形影响 ,测线长度有限 ,因 此据有限的“点”的变化得出上述结论给人以牵强之感 。1981,1992 年滇西实验场区有 4 ( ) 期沿公路的大地水准测量数据 。1996 年丽江地震后 ,晏枫桐等 1998给出滇西实验场区大 地水准测量的变化情况 ,1981,1985 年时段垂直形变速率在丽江与永胜之间出现巨大的地 壳垂直差异变化 ,永胜地区地壳抬升 ,丽江地区下降 ,其中丽江盆地下降幅度最大 ; 1985, 1992 年时段 ,垂直形变速率显示 ,滇西北垂直形变整体趋于平缓 ,平均看此时段的地壳垂直 ( 构造运动似乎处于停顿或反向 ;1992 年直到丽江地震后的 1996 年 5 月复测了牛街 洱源与 ) 剑川之间- 剑川 - 丽江 - 永胜段 ,从牛街 - 剑川至丽江长达 30 km 的范围内垂直形变均处 于变化极小的平稳状态 ,但在跨越丽江 - 剑川断裂以南直到永胜较大范围出现达 50 mm 的 抬升 ,该值可能包含了同震变化量 。从大地水准测量得出 :丽江盆地及跨越丽江 - 剑川断裂 向南直到永胜 ,始终处于地壳形变动态变化最剧烈的部位 。 - 8 滇西实验场区及附近布设有 4 个精度达 10 的 FSQ 浮子水管倾斜仪 ,分别是永胜台 、 (() )云龙台 9922?13′E ,2553?11′N ,高程 1700 m、弥渡台 10029?16′E ,2521?101′N ,高程 1660 m () 和楚雄台 10132?11′E ,2501?17′N ,高程 1840 m,图 7 给出此 4 台站各分量测值的月均值变 ( ) 化曲线 ,永胜台 EW 向于 1995 年 11 月出现一低值 ,云龙台 震中距 170 kmEW 向从 1995 (() ) 年起 ,出现小幅形态变化 ,弥渡台 震中距 220 km和楚雄台 震中距 270 km无明显变化 。固 定台站高精度连续形变观测表明 ,似乎距震中较近的测点在此次地震前有所反映 。 滇西实验场区大地水准测量显示 ,1981,1992 年丽江地区从下沉区变为抬升区 ,垂直 () 形变差异达 109 mm 左右 张兴华等 ,1997,图 4 中丽江台的变化似乎与此有关 ,1992,1996 年大地水准测量显示的跨越丽江 - 剑川断裂以南直到永胜的较大范围出现达 50 mm 的抬 升 ,图 4 中永胜台三角形面积的变化和图 7 中永胜台 EW 向的变化似乎与此有关 。 总之 ,从大地水准测量得出的区域垂直 形 变 的 变 化 到 跨 断 层 短 基 线 、短 水 准 测 量 和 中 国 地 震 14 卷 148 图 7 浮子水管倾斜仪测量值变化曲线 Fig. 7 The curve of float water t ube tilt inst rument measurement value FSQ 浮子水管倾斜仪得到的局部变化 ,似乎都显示了丽江地震前丽江盆地及跨越丽江 - 剑 川断裂以南直到永胜始终处于地壳形变动态变化最剧烈的部位 ,而跨断层测量能够观测到 这种局部变化 ,通过本文的处理方法可以较清楚地表现出来 ,这可能对孕震地区的判断有一 定的参考价值 。 参考文献 姜 葵 ,1993 ,1988 年云南澜沧 - 耿马地震 ,172,180 ,昆明 :云南大学出版社 。 晏枫桐 、刘祖荫 ,1998 ,1996 丽江地震 ,93,111 ,北京 :地震出版社 。 张兴华 、宋金玲 、王琼伟 、邵德盛 ,1997 ,云南地壳形变与丽江 710 地震 ,地震研究 ,Vol . 20 ,No . 1 ,72,82 。 周硕愚 ,1988 ,系统科学导引 ,185,201 ,北京 :地震出版社 。 Characters of the Variat ion of Cross Fa ult Short2ba sel ine an d Short2 range Level ing in Western Yunnan Earthqua ke Test Site Bef ore L ij iang Earthqua ke ( M = 710) L i Zhon gh u a S h u Y uj i n g L i u Zh u yi n ( )Seismological Bureau of Yunnan Province , Kunming 650041 ,China Abstract By analysis of variatio n of cro ss f ault sho rt2baseline and sho rt2range leveling in West2 ( ) er n Yunnan Eart hquake Test Site W YE TS,t he result s showed t hat : amo ng five o bservatio n point s of cro ss f ault sho rt2baseline and sho rt2range leveling in W YE TS befo re Lijiang eart h2 ( ) ( ) quake M = 710,o nly Yo ngsheng o bservatio n point epicent ral distance : 82 kmw hich is lo2 cated at Chenghai f ault appeared great variatio ns abo ut o ne year befo re t he eart hquake . And t he ( ) nearest point2Lijiang o bservatio n point epicent ral distance : 42 kmp resented great co seismic variatio n ,but did not p resent o bvio usly ano malo us variatio n befo re t he eart hquake . There were no significant variatio ns related to t he eart hquake at ot her t hree o bservatio n point s. Two met h2 o ds had been used in t he p rocess of o bservatio n data analysis and so me valuable result s had been o btained. Key words :Cross fa ult mea surement ,L ij iang earthqua ke ( M = 710) , Western Yunnan Earth2 qua ke Test Site 作者简介 :李忠华 ,男 ,1965 年 1 月生 ,1986 年国防科技大学应用物理系毕业 ,助理研究员 。一直在滇西实 验场从事地震前兆资料的分析处理和课题研究 。