跨断层形变观测：聆听地球脉动，度量地震脚步

彭丽媛 唐伟 罗宇 马伶俐

我国地处环太平洋地震带与欧亚地震带之间，是全球地震活动最为频繁的国家之一。受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压，我国大陆内部出现了许多具备强震发生能力的断裂带。多种因素的综合叠加使该区域的地震具有频次高、量级大、释放能量强、危害范围广等特点。近年来，汶川8.0级地震、芦山7.0级地震、玛多7.4级地震等，无不造成重大的经济损失，威胁着震区居民的人身安全，地震监测、地震预报、地震预警等工作的重要性日益凸显。

震害研究体系

为尽可能地减轻地震这一自然灾害造成的不良影响，我国早在20世纪50年代就初步建立了系统的地震研究工作委员会，从地壳形变监测、地磁地电异常、流体物化改变、地震活动性研究等多个方面着手，总结历次地震发生前的宏微观变化和统计学上异常指征的共性特点。得益于一代又一代地震工作者数十年如一日对监测数据的解析，加之其积极应用最新的观测手段与分析方法对历史数据抽丝剥茧般的解译，目前已有许多不同地震监测手段的强震临震指标应用到日常震情研判工作中，形成了我国特有的“边观测、边研究、边实践”循回式研究路线。在研究与实践的过程中不断修正对地震的认识，热忱地回应社会的关切与期盼。

跨断层形变监测

跨断层形变监测以直观可靠的监测方式、高精度的测量成果和观测量明确的物理意义被广泛应用于地震监测与分析中，是最典型的观测手段之一。为了捕捉活动断裂带在地震发生前出现的细微变化，从20世纪70年代初期开始，相关人员在具备强震发生风险的断裂带敏感位置开展了形式多样的跨断层形变监测工作。现存的观测手段包括跨断层GNSS观测、跨断层短水准观测、跨断层短基线观测和断层蠕变仪观测，观测精度最高达到了微米级，几乎是百分之一头发丝的粗细程度。高精度、连续的跨断层形变监测在微米尺度完整地记录了周边强震震前、同震和震后调整过程，为探索近断层连续地表形变与地震的内在关系提供了可能。不同尺度的观测基线从空间、时间和频率域的不同视角揭示地表形变的空间态势和时间演化特征。

形变监测与地震

地壳形变是地震中力学型的直接型前兆，是发震断层的直观反映。从长期的观测数据来看，定期采集分布断层两侧测点的高差、距离、方位等能了解断层地下活动在地表的具体表现，从而回溯地下断层的受力变化情况，为判断近期地震发生的概率与地震发生地点提供科学依据。我国四川与云南是大量推行跨断层观测工作的地区，也是地震高频发生区域，跨断层形变监测数据作为一种前兆观测手段，曾多次在强震发生前出现不同程度的异常变化，展现出良好的映震能力。由于监测的断层性质与形变监测场地的展布方式不同，观测曲线展现出临震加速失稳、非继承性线性改变、挤压应力积累等不同类型的非线性、微稳态的自组织临界变化。地震工作者通过进一步分析跨断层形变监测曲线形态与观测数据，作出多次较为成功的地震预报。

随着跨断层形变观测数据与震例的积累，越来越多未被发掘的微小形变被展示出来，更完整地呈现出地震孕育和发生过程中断层的分步变化，发现了板块内部无明显震源释放的慢地震、地震事件中塑性波的传播、失稳临界状态的预蠕滑等现象。这类新发现完善了地震发生机制，深化了对震源特征的理解，为探析地震的发生机理奠定了坚实的基础。

形变监测展望

源于地球深部的不可入性，地震预报一直以来都是尚未攻克的科学难题，但我国地震从业工作者始终不忘防震减灾的光荣使命，不断向当代世界性科学难题发起挑战。前路惘惘依然斗志昂扬，前沿的北斗卫星对地观测技术、“张衡一号”地震立体观测体系天基平台、日益成熟的陆态网监測陆续融入到地震形变监测工作中，夯实了断层数据采集的基础，将地壳形变监测的领域拓宽到从毫秒到百年的全时间观测和从近断层到全球的全尺度观测。

随着观测资料数据库的逐步建立和大数据思维的融入、多学科多源异质动态观测资料的融合与科学认知反馈的建立，我们有理由相信，通过正确认识地震发生机理、做好地震监测预报，我国地震风险定能得到有效化解，地震灾害也将逐步减少。

作者单位|四川省地震局地壳形变观测中心