徐 凱，趙 鵬

(中國(guó)地震局第一監(jiān)測(cè)中心，天津 300180)

0 引言

晉冀蒙地區(qū)整體位于鄂爾多斯塊體及周緣地區(qū)，屬于青藏高原東北部，歐亞板塊和印度板塊匯聚、消減、相互作用的邊緣地帶。該區(qū)域北起呼和浩特-張北-延慶一線(xiàn)，南至興縣-太原-石家莊一線(xiàn)，西自呼和浩特-清水河-興縣一帶始，東至北京-石家莊一線(xiàn)，覆蓋了內(nèi)蒙古南部、山西北部、河北和北京的西部地區(qū)。區(qū)域內(nèi)展布許多走向不同的斷裂帶。概括起來(lái),大致有四組,即東西向斷裂帶、北東向斷裂帶、北北東向斷裂帶和北西向斷裂帶。其中，東西向斷裂帶形成于呂梁運(yùn)動(dòng)時(shí)期，分布于本區(qū)的北部；北東向斷裂帶主要形成于燕山運(yùn)動(dòng)時(shí)期，比較發(fā)育的北東向斷裂帶是控制本區(qū)新生代沉積盆地的邊界斷裂；北北東向斷裂帶形成于燕山運(yùn)動(dòng)時(shí)期；與上述三種斷裂帶相伴生的構(gòu)造形跡，便是散布在全區(qū)的北西向斷裂。近幾十年來(lái)，該區(qū)域內(nèi)發(fā)生過(guò)1976年4月6日和林格爾6.2級(jí)地震、1989年10月19日大同6.1級(jí)地震和1998年1月10日張北6.2級(jí)地震等多次中強(qiáng)地震。1970年以來(lái)的中等以上地震主要分布在內(nèi)蒙古和林格爾-山西大同-河北張北形成的三角形區(qū)域內(nèi)。據(jù)河北省數(shù)字遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定,僅2005年河北省及京津地區(qū)共發(fā)生地震926次，ML1.0以下136次；ML1.0～1.9有651次，ML2.0～2.9有127次，ML3.0～3.9有14次，無(wú)4級(jí)及以上地震[1-4]。

垂直形變場(chǎng)能夠直觀地反應(yīng)研究區(qū)域內(nèi)的垂直形變變化差異程度。崔篤信等[5]收集陜西中南部1970年以來(lái)的多期精密水準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)，用基于GPS 垂直運(yùn)動(dòng)速率約束的動(dòng)態(tài)平構(gòu)建垂直形變場(chǎng)對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行分析；宋尚武等[6]收集大別山及周邊區(qū)域1980、2005、2015年三期水準(zhǔn)復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)，構(gòu)建垂直運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)圖像對(duì)援救區(qū)域垂直形變特征進(jìn)行分析；劉立煒等[7]結(jié)合水準(zhǔn)與GPS數(shù)據(jù)對(duì)南北主要地震帶的垂直形變速率梯度進(jìn)行求解，分析地震與形變速率梯度的空間位置對(duì)應(yīng)關(guān)系。

該文在前人研究[8-12]的基礎(chǔ)上，收集整理6期晉冀蒙北部地區(qū)精密水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)該研究區(qū)域垂直形變的時(shí)空特征進(jìn)行分析。

1 研究區(qū)數(shù)據(jù)

收集整理研究區(qū)域1984、1987、2002、2006、2015、2018年共6期的水準(zhǔn)觀測(cè)數(shù)據(jù)。其中，2018年監(jiān)測(cè)任務(wù)包括化淶線(xiàn)、團(tuán)化線(xiàn)、團(tuán)張線(xiàn)等20條一等水準(zhǔn)觀測(cè)路線(xiàn)，總長(zhǎng)約1 980.7 km。觀測(cè)數(shù)據(jù)符合國(guó)家一等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范，每千米偶然中誤差小于0.45 mm。2018年水準(zhǔn)觀測(cè)范圍如第30頁(yè)圖1所示。

針對(duì)多期精密水準(zhǔn)觀測(cè)數(shù)據(jù)，由于復(fù)測(cè)周期間隔較長(zhǎng)且同一期數(shù)據(jù)觀測(cè)時(shí)間相對(duì)較短，在復(fù)測(cè)周期間各水準(zhǔn)點(diǎn)的相對(duì)位移可以忽略不計(jì)。因此，以大同基巖點(diǎn)為起算參考點(diǎn)，對(duì)每期觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行靜態(tài)平差。以最新一期即2018年的水準(zhǔn)觀測(cè)數(shù)據(jù)范圍確定研究區(qū)域，對(duì)1984年以來(lái)該研究區(qū)域的垂直形變特征進(jìn)行分析。

圖1 2018年晉冀蒙區(qū)域水準(zhǔn)觀測(cè)路線(xiàn)Fig.1 The leveling observation route for the Jin-Ji-Meng region in 2018

由于復(fù)測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，部分水準(zhǔn)點(diǎn)存在丟失情況。經(jīng)過(guò)水準(zhǔn)數(shù)據(jù)平差與比對(duì)，不同復(fù)測(cè)年份相同水準(zhǔn)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)個(gè)數(shù)如表1所示。

表1 不同復(fù)測(cè)年份相同水準(zhǔn)點(diǎn)個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of the same level points in different retaking years

2 垂直形變特征統(tǒng)計(jì)與分析

為能夠更直觀地反應(yīng)垂直形變特征的變化情況，以5期不同復(fù)測(cè)年份的相同水準(zhǔn)點(diǎn)構(gòu)建垂直形變速率梯度場(chǎng)(見(jiàn)圖2至第31頁(yè)圖6)，對(duì)其年垂直形變速率進(jìn)行求解、內(nèi)插，以1.6 m為垂直形變等高線(xiàn)間隔，繪制垂直形變速率梯度場(chǎng)。對(duì)研究區(qū)域的垂直形變特征進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)異常區(qū)域進(jìn)行劃分、預(yù)警。

2.1 1984-1987年研究區(qū)垂直形變特征

通過(guò)空間統(tǒng)計(jì)結(jié)果圖2看出，1984-1987時(shí)段顯示研究區(qū)域內(nèi)除東北區(qū)域即張北區(qū)域外，整體呈現(xiàn)下沉狀態(tài)。其中呼和浩特盆地區(qū)域沉降差異明顯，應(yīng)是開(kāi)采地下水而形成的漏斗干擾區(qū)[13]，除此以外的山陰-大同盆地、陽(yáng)原盆地、蔚縣盆地和陽(yáng)原盆地受到北東東向恒山北斷裂、桑干河斷裂和北東向狼山等斷裂的控制，分別顯示不同程度的下沉狀態(tài)。其中山陰-大同盆地垂直形變速率梯度變化加劇，可能顯示了區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)增強(qiáng)，其后的1989年10月19日大同-陽(yáng)高6.1級(jí)地震，也證明了垂直形變速率梯度與地震的發(fā)生有一定的相關(guān)性。

圖2 1984-1987年年垂直形變速率Fig.2 Annual vertical deformation rate 1984-1987

2.2 1987-2002年研究區(qū)垂直形變特征

由圖3看出，垂直形變形成了以大同為中心的隆升、下沉區(qū)域。其中大同左側(cè)為下沉區(qū)域，年垂直形變速率為-11.2 mm/a;大同右側(cè)為上升區(qū)域，年垂直形變速率為6.4 mm/a。該區(qū)域的垂直形變異?？赡苁窃?989年10月19日大同-陽(yáng)高6.1 級(jí)地震的影響下形成，垂直形變速率梯度變化較好地顯示出同震形變特征。研究區(qū)域內(nèi)呼和浩特附近異常區(qū)仍是開(kāi)采地下水而形成的漏斗干擾，其他區(qū)域無(wú)明顯的沉降差異變化。

圖3 1987-2002年年垂直形變速率Fig.3 Annual vertical deformation rate from 1987 to 2002

2.3 2002-2006年研究區(qū)垂直形變特征

通過(guò)空間統(tǒng)計(jì)結(jié)果圖4看出，研究區(qū)域仍是以繼承活動(dòng)為主，呈現(xiàn)盆地下沉、山體隆升的情況，顯示受構(gòu)造影響不顯著，說(shuō)明地殼活動(dòng)較弱。圖中顯示清水河縣、涼城縣為弱上升區(qū)，形變速率為4.8 mm/a，大同-懷仁-山陰地帶為下降變化，形變速率變化為-8至-11.2 mm/a。研究區(qū)南部為局部強(qiáng)烈下沉，是過(guò)度開(kāi)采地下水形成漏斗干擾[14]。

圖4 2002-2006年年垂直形變速率Fig.4 Annual vertical deformation rate from 2002 to 2006

2.4 2006-2015年研究區(qū)垂直形變特征

圖5顯示 2006-2015時(shí)段中，研究區(qū)內(nèi)整體呈現(xiàn)上升情況，其中呂梁地區(qū)上升速率比較明顯，達(dá)到8 mm/a，顯示呂梁山地塊邊緣與盆地交匯地帶的活動(dòng)性明顯，應(yīng)變較大。研究區(qū)域內(nèi)，大同與呼和浩特區(qū)域垂直形變速率梯度變化劇烈，比對(duì)前人相關(guān)研究結(jié)果[15-16]，上述兩地區(qū)漏斗沉降區(qū)域的生成是地下水的過(guò)度開(kāi)采所致。

圖5 2006-2015年年垂直形變速率Fig.5 Annual vertical deformation rate from 2006 to 2015

2.5 2015-2018年研究區(qū)垂直形變特征

圖6顯示2015-2018時(shí)段大同區(qū)域仍是漏斗式下沉，主要原因仍如上述的地下水開(kāi)采。研究區(qū)東側(cè)太行山及山陰區(qū)域呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；西北部呼和浩特區(qū)域附近、東南部蔚縣盆地和五臺(tái)山北麓斷裂附近出現(xiàn)差異升降變化，表明該區(qū)域具有潛在的地震危險(xiǎn)性，應(yīng)注意潛在的與地震有關(guān)的拉張或者沉降區(qū)的出現(xiàn)。2020年3月30日，內(nèi)蒙古呼和浩特市和林格爾縣發(fā)生4.0級(jí)地震，可能與該區(qū)域垂直形變差異有關(guān)。懷仁-山陰縣連線(xiàn)區(qū)域垂直形變速率梯度場(chǎng)存在較大差異，同樣具有潛在的地震危險(xiǎn)性。研究區(qū)域內(nèi)其他區(qū)域仍是以山區(qū)隆盛、盆地下降的繼承性活動(dòng)為主。

圖6 2015-2018年年垂直形變速率Fig.6 Annual vertical deformation rate from 2015 to 2018

3 結(jié)論

收集整理1984年以來(lái)歷年晉冀蒙地區(qū)精密水準(zhǔn)復(fù)測(cè)觀測(cè)數(shù)據(jù)，比對(duì)相鄰復(fù)測(cè)年份相同水準(zhǔn)點(diǎn)的高差值，構(gòu)建垂直形變速率梯度場(chǎng)進(jìn)行分析。通過(guò)分析結(jié)果看出，1984-1987年垂直形變速率梯度變化圖顯示山陰-大同盆地變化加劇，其后發(fā)生1989年10月19日大同-陽(yáng)高6.1級(jí)地震；2015-2018年分析結(jié)果顯示呼和浩特區(qū)域附近變化大的區(qū)域與2020年3月30日和林格爾縣4.0級(jí)地震的發(fā)生可能存在一定的關(guān)系。

根據(jù)最新復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)分析，研究區(qū)域內(nèi)以繼承性活動(dòng)為主，即山區(qū)隆升、盆地下降。呼和浩特區(qū)域附近垂直形變速率梯度場(chǎng)升降差異變化明顯，蔚縣盆地和五臺(tái)山北麓斷裂附近出現(xiàn)差異升降變化，懷仁縣-山陰縣的垂直形變速率梯度變化等，表明這些區(qū)域具有潛在的地震危險(xiǎn)性。