地壳形变观测发展史

日本是研究地壳形变与地震关系最早的国家.从1883一1906年就对覆盖日本列岛的一等三角测量网进行第一期地壳水平形变观侧。同时,在1883年开始对东京清周围进行一等水准网的地壳垂直形变观测。到1930年又建立了地壳形变的连续观测方法。日本在积累近百年观测资料基础上,地震学家坪井忠二(C.Touboi),于1933年研究了

多次地震时地壳的不连续应变变化值,得出结论,如果地震后地壳的应变能盆完全被释放出来,则临震前地壳积累的应变极限值为万分之一量级。

美国是非常重视地壳形变与地震关系研究的国家之一。自1851一1860年就在著名的圣安德烈斯断层上布设一条跨断层基线,开始观测断层的水平运动。在1874一1892年间对该断层基线复测时,发现基线已呈右旋弯曲。到1906年又一次对原基线复测结果表明,断层两侧相对位移增大很快。就在1906年4月28日沿该断层中的一段突然错动,发生8.3级大地震(即旧金山地震),震后的1907年再一次复测,原基线被错开约6m左右。

前苏联也是一个多地震的国家,他们一直把地壳形变观测手段放在重要位置上.1948年在阿什哈巴德发生7.6级地震,事后分析,地震前曾出现地面隆起.到1949年国家认为有必要大力扩展并在组织上加强地震观测工作。因此,在欧洲部分和西伯利亚进行大规模水准测量和复测,探索区域性地壳运动速率之差异,作为地震危险区划的重要标志。到50年代建立了地球物理试验场,进行地壳倾斜和地应变的观测,从而发现了一系列地震之前的地壳形变异常现象。

我国地壳形变观侧工作始于1962年,当时广东省新丰江水库地区发生6.1级地震(即1962年3月19日河源地震),为研究和监测库区的地壳运动,在该库区周围建立了一个高精度的监测网。1966年邢台地区发生7.2级地震和6.2级强余展后,开始地震综合预测研究工作 。

地球内部的力量使岩石逐渐发生不引人注目的形变，但这种变化可以通过仪器测量观察到，如用激光测量地表标志之间的距离变化；用水准仪测量地面固定点之间的高差变化等。在构造活动区内，通过对地震活动断层的形变测量，可以为预测地震提供重要依据。

由全球卫星定位系统（GPS）发展而来的地壳运动观测技术，已成功地用于中国大陆几个地震区的检测之中，据此可以获得大陆地块的相对运动速率，并获得大范围的地壳形变运动图像。此外还有大面积水准、断层形变和地倾斜、重力、洞体应变与钻孔应变等观测 。

(1)依据传统的区域大地测量和现代的空间大地测里方法所进行的重复观测,捕捉趋势性的大范围地壳活动信息,为中、长期地震预测提供依据;

(2)用地壳形变连续观测方法以补充传统大地测盆方法的观测精度和复测周期等方面的不足,从而获得高精度的地壳应变的、倾斜的连续观测数据；

(3)建立台站型的连续观侧方法以监测几天至几秒为周期的地展地壳形变的前兆,为突破短临期地震预测关提供依据；

(4)应用地壳形变连续观测方法观测地震前后地壳形变的特征,为研究地震机制、展源物理、建立理论模型提供外部约束;

(5)应用地壳形变连续观测方法所观测到的固体潮、地脉动、应变阶跃、地倾斜现象,为其它学科服务。

地震必然伴随有地壳形变的现象已被确认无疑了。但地壳形变与地震的关系,特别是与地展前的地壳形变在时空上有着怎样的联系,虽然经过不少大地震孕育过程中地壳形变变化的研究,至今尚未认识清楚.不过,根据我国和其它国家的观测和地震工作者多年来探索的结果,可以提出以下的一些基本认识。

(1)从已观察到的大地震震区地壳形变的演变过程得知,与地震有关的地壳形变有明显的阶段性。大致可分为长期缓慢形变、震前快速形变、震时突变和震后调整四个阶段,相应地反映了应变能量的积累、集中、释放和调整

过程。

(2)在我国大陆内部各大地震震区的大面积形变的持续时间、范围、速率、梯度等相差较大。实例证明,板内地震地壳形变异常的速率和幅度比板块边缘地震的要小,这可以看作是板内地展与地壳形变的关系特征之一。

(3)通过定点地壳形变观测到的形变异常,大都在展中外围地区,即表现出在空间上有相对集中性,在时间上有明显同步性,在强度上和图像上有相对的复杂性。

(4)从区域构造的大范围来看,地壳形变场的变化用带有粘滑机制的弹性回跳来描述比较适合。因为浅源构造地展与地壳中已有的断裂有着密切关系,它们往往是这些断裂的扩展或再活动。

(5)在地震区既出现垂直地壳形变,也出现水平地壳形变。这是由于地壳深部岩石层的弹性决定了地壳形变对应力变化的依赖性。当应力变化时,就可产生张、压、扭性的地表形变,其位移值越大,地震越强,越靠近震中。

(6)通过长期地壳形变连续观测显示的地壳应力变化特别缓慢和均衡。在大多数地震前出现地壳倾斜异常,且有延续性和形态及数值等方面不同的特点。2100433B

水库地壳形变观测为确定水库所在地区的地壳形变量，以评价、预测区域构造稳定性和水库地震可能性等所进行的测量工作。水库地壳形变观测是变形观测之一。这种地壳形变是多种因素综合作用的结果。例如地壳内部应力的变化，外界气象条件的变更，水库水位升降对地壳压力的改变等。这些作用力或以时间为函数作周期性的变化，或随时间的推移而增减、消失，而由此引起的地壳形变量在以日、月或年为单位的时间内一般是很微小的，故水库地壳形变观测通常需要进行长期的、高精度的重复测量。为了对比水库蓄水前后对地壳稳定性的影响，应尽可能在水库蓄水前开始进行系统的观测，精准记录之前对比之后就可以了。

包括地壳水平形变、地壳垂直形变和地面倾斜等观测；水库地壳水平形变观测的传统方法是进行高精度的测角三角网测量。20世纪70年代以来，随着高精度中短程电磁波测距仪的日趋完善和电子计算机平差计算技术的发展，已越来越多地采用经过优化设计的高精度边角网或测边三角网。水库地壳垂直形变观测一直沿用精密水准测量，一般都以最高精度等级的水准测量方法及仪器进行；观测水平位移的观测墩和观测垂直位移的水准标石，都要求埋设在非淹没区的基岩上，以避免移位和沉降，并保证其在水库蓄水后能够继续使用。作为沉降观测基准的水准基点，应尽可能设在可封闭的岩洞内建成洞室恒温标,或者采用双金属标、测温钢管标,以消除温度变化对标志高程的影响。双金属标由膨胀系数不同的两根金属管组成，可根据两管长度变化的差数修正管顶的高程。测温钢管标的钢管中置有电阻温度计，用以计算高程改正数。地面倾斜观测一般以精密水准仪或地面倾斜仪进行。此外，为研究断层活动性，可布设高精度的小（微）三角网进行绝对的和相对的水平、垂直地壳形变观测，或布设短基线、短水准进行相对的形变观测，后者可直接取得高精度的成果。2100433B

为了研究地壳运动，以监视地震活动，地形变测量工作主要是在活动构造带、多震地区和具有一定潜在地震危险的重点地区，以及大型水库区等要害地区进行的。其测量周期远比大地测量周期短，并经常视需要进行加密观测，还特别注意大地震前后的及时测量。

地壳形变观测工作主要从如下几方面进行：

（1）垂直形变测量

垂直形变测量的目的，是测定地壳的升降运动，其主要方法是精密水准测量。在地形变监测区按一定计划布点，在每个观测点将水准标石（水准点）牢固地埋在地下或出露于地表的基岩上，从而组成垂直形变网。定期测量各条水准线上水准点之间的高差，经过适当处理就可以确定地壳是否发生了垂直形变。

垂直形变监测网应布设在以活断层为主的构造带，大城市、大厂矿、大水库和交通枢纽为主的重点保卫区，以及地震活动区和地形变异常区。根据上述原则，中国已先后建立了20个垂直形变监测网，覆盖面积达178万平方公里。各监测网定期进行复测，复测周期在一般监视区为五年，在重点监视区为2-3年，加强监视区为1年。

（2）水平形变测量

中国近年来的几次大震资料表明，绝大多数浅源地震震源区均以水平错动为主，水平位移的幅度往往比垂直位移大。因此，研究水平形变也和垂直形变一样具有重要意义，且对探讨区域构造应力场有其特殊的意义。

地壳的水平运动是通过测定地面上一些点的平面位置变化来描述的。为此需要布设水平形变观测网。构成水平形网的基本图形是三角形，所以也称三角网。按照观测元素的不同，可以分为测角网、测边网和边角同测网。测网的布设原则和复测周期与垂直形变网的要求相同。

（3）跨断层测量

自从地震的断层成因说提出以来，断层位移与地震的关系受到了地学工作者的特别关注。为了了解产生地震的断层力学过程，捕捉地震前兆，布置了各种跨断层测量。跨断层测量获得断层两测点之间的产状、断层运动方式、两侧岩体力学性质及测点距断层面和距离有关。测值中还包含某些干扰因素的影响，应予以排除。

中国大陆断层位移测量的布局有两类情况。一类是布设在块体边界的主要活动断裂带上，这些断裂是发生大地震的场所；通过测量，可了解断裂带的应变积累和释放状况，判断未来大震的危险地段，捕捉中短期地震前兆，研究地震的断层力学过程。另一类则布设在块体内部规模较小的活动断层上，这些活动断层本身很少产生大地震，但其活动可以灵敏地反映区域构造活动和应力场的变化；在附近发生大地震前，这些小断层往往出现异常活动，有可能作为预报地震依据。

（4）定点形变测量

为监测邢台地震后的余震活动，1968年，地震测量队在震区建立了3个定点地形变台站；以后在各重点监视区也陆续兴建了一批地形变台站。到1983年，中国已建立地形变台站43个。

地形变台站主要进行短水准和短基线观测。前者是用精密水准测量方法测定地面的垂直运动；后者则是用精密测距方法测定地面之间的水平位移。它们一般布设在活动断裂带上以监视断层活动。一般每时日观测一次，长期连续观测。 2100433B