陈阜超 塔 拉 陈聚忠

1 武汉大学测绘学院，武汉市珞喻路129号，430079 2 中国地震局第一监测中心，天津市耐火路7号，300180

山西断陷带是华北地区新构造活动较为强烈的地带［1－2］，历史上大震次数较多，现在中、小地震仍然频发，研究其现今活动性对地震危险性评估和强震预测有重要的意义。为了监测山西断陷带的现今活动性及地震危险性，布设4条水准观测剖面：蔚县水准剖面横跨蔚县盆地，山阴水准剖面横跨大同盆地，介休水准剖面横跨晋中盆地，临汾水准剖面横跨临汾盆地。4 条水准剖面自2006年开始施测，已积累6期水准资料。没有布设水准剖面的盆地，则根据2006、2013年两期大面积水准网观测资料，经平差结果切割穿过盆地的垂直形变速率剖面加以补充。点相对于起始点的距离，水准路线起止方向均为从西至东或从北至南；纵坐标为垂直形变速率，为各水准点相对于起始水准点（速率为0）的形变速率。

图1 山西断陷带地质构造Fig.1 Geographical location map of leveling profile

1 水准剖面变化特征

4条水准剖面实际长度都在60km 以上，全部跨越盆地并到达盆地的边界地带。第一期观测时间是2006年，其他几期观测时间分别为2009、2010、2011、2012和2013年。为弥补跨盆地水准剖面稀疏的不足，选择两期区域水准的平差计算结果，观测时间分别为2006、2013年，共切割了6条跨越盆地的水准剖面。所有水准剖面的地理位置见图1。

根据水准复测资料绘制的垂直形变曲线图，能够直观地反映研究区的垂直形变活动情况［3－7］。根据不同时段的垂直形变剖面图分析山西断陷带垂直形变特征和活动趋势，绘制的各时段垂直形变和速率曲线见图2～5。图中横坐标为各水准

1.1 蔚县水准剖面

蔚县水准剖面横跨蔚县盆地（图2），2006～2012年的各期形变曲线都位于0mm 以上，表明蔚县盆地以上升为主；2006～2013年的垂直形变曲线大部分地段在0mm 以下，盆地开始有所下降；2006～2009、2006～2010、2006～2011和2006～2012年垂直形变曲线逐年升高，反映盆地和山区处于上升阶段；2006～2013年的垂直形变曲线低于前述各期，并且大部分在0mm 以下，反映蔚县盆地出现下降变化。

蔚县水准剖面垂直形变速率曲线显示，2006～2009、2009～2010、2010～2011和2011～2012年各个时间段垂直形变速率曲线多数集中在0值线附近，离散性相对较小，活动程度比较一致。2012～2013年垂直形变速率则山区和盆地一起下降，速率达到－20mm／a。

蔚县剖面2006～2011年的多期垂直变化速率平均为4.06mm／a，2011～2012和2012～2013年速率增大，分别为7.91和19.67mm／a。

蔚县盆地南缘断裂北东东走向，倾向北北西。由剖面测线的水准点分为断层上盘和下盘两组，利用拟合计算得到蔚县盆地南缘断裂2006～2013年的垂直活动速率为－1.54mm／a，2012～2013年的活动速率为－4.54mm／a，均为正断活动，且近期活动速率相对增加。

图2 蔚县水准剖面曲线Fig.2 Weixian leveling profile

1.2 山阴水准剖面

山阴水准剖面从大同盆地南部通过（图3）。2012年以前各条垂直形变曲线主要在0 mm 以下，反映盆地以下降变化为主；2006～2013年的垂直形变曲线大部分在0mm 以上，说明盆地活动转为上升。就所有垂直形变剖面线而言，总体趋势均是北段形变量相对较小，南段形变量相对较大，剖面所在地区北段下降量小或者微弱上升，南段下降量相对较大，地壳向南倾斜下降。由图3（a）可见，2006～2012年主要在0 值线以下，并且逐年降低，2013年则大部分居于0值线以上，垂直形变曲线反映出2013年以前为下降变化，2013年开始转为上升变化。根据垂直形变曲线还可详细划分出2006～2010年为次上升阶段，2010～2012年为次下降变化阶段，2013年又出现反向上升变化。

根据历年观测结果求解相邻两期的垂直形变速率，并绘制垂直形变速率曲线（图3（b））。2006～2012年各期速率曲线主要在0mm／a以下，曲线相对集中，地壳以下降活动为主。2012～2013年的速率曲线远高于0mm／a，反映出由2013年以前的下降变化转为强烈上升，尤其是南部反差强烈，速率最大达23.59 mm／a。山阴剖面2006～2012年的多期垂直速率平均为3.18 mm／a，2012～2013年水准点的速率平均为13.34mm／a。

山阴水准剖面跨口泉断裂和恒山北麓断裂。口泉断裂北北东走向，倾向南东东，2006～2013年垂直活动速率为－0.37mm／a，2012～2013年活动速率为2.18 mm／a。恒山北麓断裂北东走向，倾向北西，2006～2013年垂直活动速率为－0.84mm／a，2012～2013年活动速率为0.05 mm／a。这两条断裂长趋势变化均显示正断活动，2012～2013年短期变化均为逆断活动。长趋势变化恒山北麓断裂活动速率大于口泉断裂，短期变化则相反，口泉断裂活动速率明显大于恒山北麓断裂。

图3 山阴水准剖面曲线Fig.3 Shanyin leveling profile

1.3 介休水准剖面

介休水准剖面位于晋中盆地南部（图4）。垂直形变曲线显示，在孝义东南部出现下降漏斗，西北和东南两段形变量相对较小。2006～2013年中段下降量达－115 mm。中段各期变化均为漏斗区段，垂直形变曲线逐年降低。介休水准剖面西北和东南两段形变量在15 mm 以内。垂直形变表明，晋中盆地一直为下降变化。

介休水准剖面由相邻两期观测资料计算的垂直形变速率显示，本地区形变速率为±15mm／a，剖面西段2006～2008、2008～2009和2011～2012年下降速率相对较大，2009～2010、2010～2011和2012～2013年下降速率较小。剖面东段2006～2008、2008～2009、2009～2010和2011～2012年垂直形变速率小于0mm／a，表现为下降变化；2010～2011和2012～2013年垂直形变速率大于0mm／a，表现为上升变化。

介休水准剖面东南段跨太谷断裂。太谷断裂北东走向，倾向北西。水准剖面观测资料计算结果表明，太谷断裂2006～2013年垂直活动速率为－6.27mm／a，2012～2013年活动速率为－8.32 mm／a，无论长趋势活动，还是2012～2013年的短期活动都为正断，且后期2012～2013年变化有增大趋势。

图4 介休水准剖面曲线Fig.4 Jiexiu leveling profile

1.4 临汾水准剖面

临汾水准剖面通过临汾盆地中部（图5）。临汾剖面垂直形变曲线2006～2013年逐年升高，反映了临汾盆地2006～2013年为趋势性上升变化，平均上升量为70.18mm。

临汾垂直形变速率剖面曲线除2009～2010年为下降外，其他各时段均为上升变化。2012～2013年上升速率最大，平均为31.94mm／a；其次是2008～2009年，平均为13.58 mm／a；2009～2010年速率最小，平均为－1.80mm／a。无论是垂直形变曲线还是形变速率曲线，均表明临汾盆地以整体上升为主。

临汾水准测线东段跨太阳山断裂，太阳山断裂北北东走向，倾向北西西。2006～2013年活动速率为－0.75 mm／a，2012～2013年为3.90 mm／a。长趋势活动为正断，2012～2013年的活动为逆断，呈现反向活动。

1.5 区域水准剖面

用前述4条水准剖面测线分析山西断陷带活动性显得稀疏，因此利用大面积区域水准网2006～2013年复测资料平差结果绘制的垂直形变速率图，在盆地地段切割剖面，对山西断陷带的细部垂直形变特征进行补充分析。

2006～2013年延庆盆地和怀来盆地都表现为上升，并且由东南向西北倾斜，呈现倾斜性上升活动（图6），垂直形变速率为0～1.2 mm／a。阳原盆地和蔚县盆地的垂直形变速率剖面曲线显示，阳原盆地2006～2013年下降，最大下降速率为－1.62mm／a。蔚县盆地上升，最大上升速率为2.46 mm／a，总体上由东南向西北呈掀斜活动。大同垂直形变速率剖面曲线表明，大同盆地最大下降速率为－4.62mm／a。大同盆地南部和代县盆地的垂直形变速率剖面曲线显示，大同盆地和代县盆地下降，大同盆地下降速率在－1.50 mm／a左右，代县盆地下降速率在－2.00 mm／a左右，中间恒山地区上升。定襄盆地的垂直形变速率剖面曲线显示，定襄盆地以上升变化为主，变化速率在－0.9～1.11mm／a，东南部的系舟山地区则显著下降。

2 山西断陷带垂直形变

1）水准剖面垂直形变和形变速率曲线变化反映出，2006～2013年延庆盆地、怀来盆地和蔚县盆地为倾斜上升活动，阳原盆地和大同盆地为下降活动，代县盆地和定襄盆地为倾斜下降活动，晋中盆地呈现上下波动，临汾盆地为上升活动。山西断陷带活动具有较明显的分段性，根据垂直形变揭示的垂直活动可分为：延庆－怀来－蔚县为倾斜上升地段，阳原－大同－代县－定襄为下降地段，晋中－介休为波动地段，临汾为上升地段。

图5 临汾水准剖面曲线Fig.5 Linfenleveling profile

图6 区域水准剖面垂直形变速率Fig.6 Regional leveling profile vertical deformation rate

2）水准剖面垂直形变速率曲线揭示，蔚县盆地2006～2012年为上升时段，2012～2013年为下降时段；大同盆地2006～2009年和2010～2012年为下降时段，2009～2010年和2012～2013年为上升时段；晋中盆地2006～2009年为下降时段，2009～2011年为上升时段，2011～2012年为下降时段，2012～2013年为上升时段；临汾盆地2006～2010年为下降时段，2010～2013年为上升时段。不同盆地的活动性有一定差异，上升和下降活动不同步，活动强度亦不相同。

3）各盆地的地震活动频度和强度有明显差别［8－9］。2006～2013年山西断陷带共发生M≥4级的地震8次（表1），其中大同盆地2次，代县盆地1次，定襄盆地1次，临汾盆地4次。大同5级地震（2010－04－04）发生在2006～2012年相对上升速率最大的时段，4.1级地震（2013－02－22）发生在大同盆地由下降变化转为上升变化的时段。临汾盆地4次地震有两次发生在2010年，另两次发生在2011年，这些地震都是发生在垂直形变速率较小的时段中。

表1 2006年以来山西断陷带4级以上地震统计Tab.1 More than magnitude－4earthquakes since 2006

3 结 语

跨山西断陷带的水准剖面曲线变化揭示，山西断陷带现今活动可分为延怀盆地－蔚县盆地活动段、阳原盆地－大同盆地－代县定襄盆地活动段、晋中盆地活动段、临汾盆地活动段。水准剖面形变曲线揭示，不同时段各盆地运动变化差别显著，蔚县盆地2006～2012年为上升活动，2012～2013年为下降活动。大同盆地2006～2012年为下降活动，2012～2013年为上升活动。晋中盆地以下降活动为主，临汾盆地以上升活动为主。延怀盆地2006～2013年为倾斜上升活动，阳原盆地为下降活动，代县盆地为倾斜下降活动，定襄盆地呈微弱上升。大同盆地的地震主要发生在大同盆地上升活动时段，临汾盆地的地震主要发生在上升速率较小时段。

2012～2013年各条剖面垂直形变速率明显增大，而且2013年的形变和以前相反，是转折的开端。垂直形变剖面揭示，山西断陷带活动的应变应力场在2012～2013年发生显著变化，其改变的意义和构造活动新动态应给予特别注意。

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