[科普中国]-地壳形变观测

简介

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。

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2。

目的(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。

在地震科学研究中的作用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。