福建地区跨断层场地特征研究

陈 光,李祖宁,林志彬,陈超贤,王紫燕,钟继茂,关玉梅

(1.福建省地震局,福州 350003;2.厦门地震勘测研究中心,福建厦门 361021)

福建地区跨断层场地特征研究

陈 光1,李祖宁1,林志彬2,陈超贤1,王紫燕1,钟继茂1,关玉梅1

(1.福建省地震局,福州 350003;2.厦门地震勘测研究中心,福建厦门 361021)

依据福建地区最新的跨断层资料,结合福建地区地震地质构造及历年来对福建地区跨断层场地的研究分析成果,对福建地区天马定点形变场地、17个流动跨断层场地及所有跨断层场地形变速率强度进行分析。研究表明,龙岩—厦门—东山区域、闽粤交界区域形变速率较大,值得进一步研究。

跨断层形变;地震地质构造;形变速率强度;地震预测

0 引言

在跨断层形变资料分析中,异常的识别和判定是一个重要环节。通常是采用数字滤波方法,在对单个场地的形变曲线消除噪声干扰、提取趋势线的基础上,按照一定的判定标准(如二倍均方差)识别误差。从理论上讲这种异常判定方法是可靠的。但是对大多数场地而言,形变趋势线的提取本身可能具有一定的不确定性;其次,由于受断层活动特点、场地布设点位以及各种非构造因素(包括人为因素)的干扰影响,导致不同场地测点对区域应力场和局部应力条件的变化有着不同的敏感度,常会出现地震前一些断层场地异常因不符合判定标准而淹没在所谓“噪声”之中,这在监测场地较多的青藏块体东北部表现尤为突出。因此,上述方法在实际应用中不可避免地具有一定局限性。

地震发生的前提是要经历一个孕育过程,期间,区域应力场的动态变化必然会导致一些断层测点活动的异常出现。一般来说,中小地震只是单个断裂或断层的活动行为,出现异常的场地断层数量少,而中强地震则可能涉及多个地块,出现异常的断层场地数量多。因此,如果能采用恰当的分析方法尽可能多地提取不同种类的断层测点及测点群体活动异常,分析其中的协调性和差异性,进行动态时空跟踪,可望提高地震预测的准确性。

1 福建地区地震地质构造特征

福建位于我国东南沿海,地处东南沿海地震带的北段。目前,控制着福建内陆主要地震活动的断裂带大致呈北东走向,由沿海至内陆依次为:长乐—诏安断裂带、政和—海丰断裂带和邵武—河源断裂带。历史上的多次中强地震均位于这些断裂带上。

在福建的近海地区,也展布着一条北东向的断裂,北起平潭海外的牛山岛东侧,向南经乌丘屿、金门岛东侧、东山海外的兄弟屿,向西南海域延伸,大致展布在相当于40～50m等深线附近。由于断裂发育在海域,故称之为滨海断裂。它是台湾海峡沉降带和武夷复式隆起带的边界断裂。断裂错断了晚第四纪至全新世晚期的地层,是一条活动年代很新的活断裂。这条断裂历史上发生了包括1604年12月29日泉州海外7.5级、1878年11月23日东山海外6.5级和1906年金门海外6.2级等多次中强地震。该断裂带对福建地区产生影响较大。

福建省北西向的断裂也比较明显,其分布范围和规模仅次于北东向断裂,由北往南依次分布着闽江下游断裂、沙县—南日岛断裂、永安—晋江断裂、九龙江下游断裂和上杭—诏安断裂。这些北西向的断裂和北东向的断裂将福建地区分割成了不同的差异活动地块。根据新构造运动的性质、幅度及其造成的变形特征在各地区的差异,在全国一、二级新构造区的基础上,结合福建大地构造特征、新构造期地壳运动的主要表现形式和区域构造特征、地貌发育的区域性差异及第四纪沉积物发育与分布特征的一致性、地震活动特征等,福建地区新构造又划分为5个三级新构造区和16个四级新构造区(表1)。

表1 福建省新构造分区表

2 福建地区断层场地分布现状

福建省跨断层场地包含定点跨断层与流动跨断层2部分。定点跨断层位于福建省厦门天马形变场内(图1),流动跨断层场地的分布则与福建省地质构造状况密切相关,基本上覆盖了北东向的长乐—诏安、政和—海丰、邵武—河源3条断裂带以及闽江断裂带和九龙江断裂带(图2)。厦门天马定点形变场地各测段短水准观测周期为日观测。通常情况下,短水准形变测量除了监测到地壳应力应变的变化外,还包括降雨、温度、气压、地下水、环境背景噪声的干扰以及人为观测误差的影响。形变观测数据是由一系列不同频率的周期成分和环境背景噪声叠加组成,规律性较明显。流动跨断层一年内复测2次,分别为4月和11月,主要用于对全省主要断层的监测与控制。通过对各断层水准数据的分析,类比多年数据的变化情况,判断该断层的异常情况。

图1 天马跨断层场地

图2 流动跨断层场地分布图

3 跨断层资料分析

3.1 天马定点跨断层资料分析

厦门天马定点跨断层场地位于厦门市同安区西柯镇洪塘头村,短水准测线跨越天马东塘边龟山断裂。每日观测的线路为 E-G、G-S、G-W-W2-M2-G,从1998年开始观测以来,其水准观测点映震效果较好。在日常数据分析中,笔者在 EIS2000下对其数据进行了整点值、日均值的绘制。通过其温度、雨量以及观测点位水准的变化,分析其变化规律,探寻其与地震之间的对应关系。经过多年数据与经验的累积,目前认为 E-G点映震效能较好。2007年以来福建省内相继发生了5次4级以上中强震,在历次地震中可以明显地看到,在 E-G点数据转折后发生地震的概率较大。2007年8月29日福建永春发生ML4.6地震,震前E-G点持续上升(图3),鉴于之前发生的顺昌、华安地震均是在上升过程中突然转折发震,笔者对其进行了2个月的跟踪,在8月26日转折后不久即发震。随后相继跟踪到了古田和长泰2次4级地震前的异常形态。为深入探讨其数据规律,剔除干扰等人为因素,采用小波分析方法对数据进一步处理。选取db4小波对短水准形变资料进行分析,尺度为7时的近似部分a7不仅具有较好的年周期特征,而且显示出数据的长期变化趋势。通过具体分析,发现在近几年的几次福建省内发生的中期地震前同样具有明显变化。目前 E-G点仍处于正常变化过程中,仍需持续关注其转折变化,寻求其内在的变化规律。

图3 E-G点曲线变化图

3.2 流动跨断层资料分析

福建流动跨断层短水准场地从1970年建成观测以来,至今共建立了17个跨断层短水准观测场地(表2),这些跨断层短水准场地基本覆盖福建省的主要活动断裂,大大提高了福建地区垂直形变的地震监测能力。本文运用跨断层观测资料做线性拟合分析,使用 EIS2000软件,采用一般多项式分段曲线拟合法对各测段垂直形变观测值做曲线拟合(拟合阶数取1,即做线性拟合,考虑到观测序列期数悬殊,自动分段系数分别取6和2),进而得到测点的垂直变化曲线(图4)。跨断层测段均自上盘至下盘,以上盘作为参考点。若曲线上升速率为正,表明下盘相对上升,受力性质为张性正断;若曲线下降速率为负,表明下盘相对下降,受力性质为压性逆断(表3)。此外,还可以得到该区域内部测点间的相对运动演化过程,更有利于分析地震的孕育、发展、发生过程和进行震后趋势判断。截止目前,17个跨断层短水准观测场地未发现大的异常变化。

表2 福建地区流动跨断层短水准场地分布情况

4 跨断层形变速率强度分析

图4 东山前楼流动跨断层场地变化曲线图

表3 东山前楼流动跨断层场地受力状态一览表

断层形变是在区域构造应力场作用下产生的,地应力变化时断层形变速率也随之变化,因此断层速率改变反映了地应力场的变化。活动断层对地应力变化反应敏感,是了解地应力变化的“窗口”。跨断层形变速率累积强度反映了广义应变的累积速率趋势强度,是一种以测点所在的场地测线形变速率正常变化幅度为基准的比值,为无量纲信息。它消除了测量场地图形尺度和正常变化量等差异的影响,属于与应力应变场有关的应变类信息。

跨断层形变速率强度计算公式如下:

其中:Vi=Hi-Hi-12;Vi为断层形变速率,Hi为第i期跨断层观测值,Hi-12为上一年同月份跨断层观测值。n为每个时间段内的速率总个数i=1、2、3…n;Qi为断层形变速率累积强度(即形变趋势累积率),变化范围为0～1。

用上式计算了福建地区跨断层形变测点2005—2006年、2007—2008年、2009—2010年 3期的Qi值,并用双三次三角曲面光滑插值方法进行处理,得到跨断层形变速率强度空间分布图像(图5)。

对比图5中3个时段的跨断层形变速率强度空间分布,可以看出:

(1)2005—2006年政和—海丰断裂带与永安晋江断裂带交界处属于形变速率强度高值区域,以该区域为中心向四周减小;2007—2008年长乐—诏安断裂带与永安晋江断裂带交界处、政和—海丰断裂带与沙县南日岛交界处这2个区域形成的东西向长条形区域为形变速率强度高值区域,并以此为中心,向东西2个方向递减;2009—2010年政和—海丰断裂带与沙县南日岛交界处、上杭—诏安断裂带与政和—海丰断裂带、长乐—诏安断裂带交界处形成了2个形变速率强度高值区域。

(2)政和—海丰断裂带与沙县南日岛断裂带交界处,特别是水口水库区域属于形变速率强度较高的区域。

图5 跨断层形变速率强度空间分布

(3)龙岩—厦门—东山区域、闽粤交界区域2009—2010年形变速率明显增强,且强度较高,应该引起关注。

5 结语

本文研究了福建地区不同跨断层场地的断层活动情况,分析了福建地区地震地质构造特征,在综合分析各种因素后提出了值得关注的区域。但是,由于断层观测资料的复杂性,按上述思路分析得到的异常,并不一定都是孕震异常,也有可能反映了局部或者区域应力场的某种短暂变化或扰动,因此,在实际应用中只有密切结合区域形变场、地震活动等背景资料,才有可能准确及时地捕捉到前兆异常信息。

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Study on Cross-fault Sites in Fujian Area

CHEN Guang1,LI Zu-ning1,LIN Zhi-bin2,CHEN Chao-xian1,WANG Zi-yan1,ZHONGJi-mao1,GUAN Yu-mei1
(1.Earthquake Administration of Fujian Province,Fuzhou 350003;
2.Xiamen Research Centre of Earthquake Surveying,Xiamen 361021)

On basis of latest cross-fault observation data,combining with seismic-geological structure,this article studied the fixed cross-fault deformation sites,17mobile cross-fault deformation sites and the deformation rate in Fujian area.The results indicate that the crustal deformation rate in Longyan-Xiamen-Dongshan area and the junction area of Fujian and Guangdong is much higher and worth further study.

across fault deformation;earthquake geologic constitution;deformation rate intensity;earthquake prediction

P315.5

A

1003-1375(2011)03-0052-05

2010-10-26

2009年度福建省地震局青年科技基金资助项目

陈光(1980-),男(汉族),陕西咸阳人,工程师,现主要从事地震预报、GPS大地测量与地震波应用的研究工作.E-mail:chenguang0912@163.com