中强地震发生前后，震中一定范围内的断层会出现不同程度的活动，表现为断层运动速率、断层受力方式出现异常变化。断层形变异常能最直接地将地震孕育、发生过程中的地壳受力状态表现出来^[1-5]，因此，跨断层形变观测是对地震中短期异常响应较好的前兆手段之一。

2009-11-05西安市临潼区和高陵县交界处发生M4.4地震，震中位置34.5°N、109.2°E，震源深度6 km，震源机制为正断性质，节面走向为东西向。对历史上发生过8级大震而近几十年无强震发生的渭河盆地而言，系统总结跨断层形变与地震的关系，有助于跨断层观测资料在陕西地区未来地震趋势预测中的应用。基于此，本文利用震中周缘跨断层水准点的观测资料，对高陵地震前后的断裂垂直形变特征进行综合分析。

1 跨断层测点和观测资料概况

地震异常的空间分布特征与震中位置和测点分布有密切关系。李杰等^[1]的研究表明，4~5级地震的异常空间分布主要集中在距离震中100 km以内，特别是距离震中20~100 km范围内。结合高陵M4.4地震震中的空间位置、周缘活动断裂的空间展布及现有跨断层水准测点的分布情况，最终选取震中周缘100 km范围内的11处跨断层水准测点进行分析。水准测点、活动断裂与地震震中的分布关系见图 1、表 1。

采用各测点2000年后的观测结果。其中，泾阳台测点在2011年前每月观测3期，为消除季节性干扰，将其均归算为月均值；麻街测点因修公路遭整体破坏，资料截止到2011-07。历年来各测点所有观测资料年度每km观测高差偶然中误差均小于±0.37 mm，精度满足观测规范的要求。为突出观测曲线的异常变化特征，减少年变或季节性变化干扰，对所有观测资料均利用K-L法进行最佳直线拟合处理，经分析后保留原始观测曲线进行研究。各测点基本情况见表 2。

2 地震前后的垂直形变特征

沣峪口测点反映出秦岭北麓断裂的活动。由图 2(a)可见，其观测资料年周变明显：2001-11~2009-11，为继承性拉张变化，活动速率约0.7 mm/a；2010-03后，原有运动形态被打破，出现加速拉张变化，活动速率增大为2.2 mm/a。

麻街测点反映出临潼-长安断裂的活动。由图 2(b)可见，季节性干扰造成观测资料波动较大，2003年前的变化反映了断层活动和水准标墩滑移的混合影响；汶川地震前呈微弱挤压变化，2008-03后年均活动速率约0.34 mm/a，无明显异常。

零口、马峪测点反映出渭南塬前断裂的活动。由图 2(c)可见，零口测点季节性干扰所产生的变化幅度可达1.3 mm以上，从2003年初至2009-07，断裂活动速率约0.21 mm/a。2009-11-09震后复测没有检测到明显的形变变化，但2010-03-08复测时观测高差变化达5.09 mm，去除年变影响后出现约3 mm的拉张变化。从2010~2014年观测曲线看出，断层活动平缓，其活动速率约-0.1 mm/a，显示为微弱的挤压变化。由图 2(d)可见，马峪测点季节性干扰造成的观测值波动可达3 mm以上。2005~2013-07断层活动趋势较为一致，活动速率约0.31 mm/a，地震前后无明显异常；2013-07后出现急速拉张的趋势性变化，其成因有待分析。

口镇、泾阳台、康村测点反映出口镇-关山断裂的活动。由图 2(e)可见，口镇测点季节性变化造成月观测结果波动幅度超过5 mm。2004~2007年总体以拉张变化为主，2007-10~11出现幅度为9.6 mm的挤压变化，超过季节性干扰，汶川地震发生在反向拉张恢复过程中。高陵地震前后波动加剧，变化被干扰掩盖，应该含有一定的震后效应，异常难以分辨。从另一个角度看，口镇曲线在地震前后较长时段内高频成分明显，说明形变信息存在一定的频谱异常；目前高频成分有所减少，但和2004年以前相比仍有一定差异。由图 2(f)可见，泾阳台S1-N1测线观测结果受季节性干扰影响较大，2000~2010年断层运动总体以拉张为主，年均活动速率约0.22 mm/a；2007-04~2008-09汶川地震前后出现拉张-挤压-拉张的N型中短期异常变化，高陵地震前后断层活动平缓。由图 2(g)可见，康村测点观测期间季节性干扰造成的波动较大，2001~2006年总体以缓慢的挤压变化为主，年均活动速率约-0.35 mm/a，汶川地震前后出现一个拉张突跳异常；高陵地震后，先急速挤压再转为拉张变化，从2013年起出现大幅拉张的趋势性异常，其成因有待分析。

清河口、涧峪口、石堤峪、蒲峪测点反映出华山山前断裂的活动。由图 2(h)可见，清河口测点2005年前断层活动变化平缓，2006-03~2008-07在汶川地震前后出现拉张-挤压-拉张的N型中短期异常；高陵地震前后异常不显著，2010年后的年均活动速率约为0.30 mm/a。由图 2(i)可见，涧峪口测点观测资料年周变规律明显，断层活动总体以缓慢的继承性运动为主，年均活动速率约0.10 mm/a，在汶川地震前有一个幅度超过年变干扰的尖点突跳异常。由图 2(j)可见，石堤峪测点2001~2012年间观测资料年变规律明显，年均活动速率约0.24 mm/a，异常不明显；2013年后，出现急速拉张的趋势性变化，其成因有待分析。由图 2(k)可见，蒲峪测点观测资料年周变规律明显，年均活动速率约0.10 mm/a，异常不明显。

上述分析表明，高陵地震前震中周缘100 km范围内断层活动没有明显的形变异常。对于零口测点震后出现的显著形变，为防止水准标墩不稳定造成分析偏差，使用上盘相距160 m的5^#点、6^#点和下盘相距100 m的1^#点、2^#点(断层在2^#点和5^#点之间)组成不同的跨断层观测组合。由图 3可见，在2010-03之前的两期复测期间，该处断层确实产生了显著垂直形变。经实地调查，6^#点因当地村民在点位附近盖房、修路导致地形变化，东侧30 m处农用灌溉机井不定期抽水可能产生的影响以及未知的其他干扰，其稳定性较差，造成同盘5-6测段高差变化很大，不适合作为跨断层分析的端点。根据陕西省地震台网中心编目结果，高陵M4.4地震后至2009-12-30，余震达157次，最大余震为2009-11-20的M3.0，说明主震发生后因震级小并没有产生同震形变，但主震可能促使断层失稳，在后续余震的持续作用下断层蠕滑加剧并最终造成不可恢复的永久形变。

3 地震机理和发震断裂构造 3.1 地震机理分析

从大地构造环境特征来看，印度板块和欧亚板块的碰撞使得青藏块体在持续隆起的同时，产生向东侧的滑移，其派生的水平挤压应力场受到鄂尔多斯刚性块体的坚强抵抗，在促进渭河断陷带形成、发展和演化的基础上，也构成了影响渭河盆地断裂活动的主要动力学因素，而受到太平洋板块运动推挤的华北块体所产生的水平挤压应力场对渭河盆地产生的影响相对较小^[6]，这与江在森等^[7]利用GPS观测数据所取得的结果基本一致。从区域地质构造特征来看，高陵地震发生在渭河盆地内与西安凹陷、固市凹陷、骊山凸起、咸阳凸起交接的临潼凸起上，处于不同断块交接复合的部位，断块运动的差异性易于导致区域应力场的变化。从活动断裂的空间分布特征来看，高陵地震发生在渭河断裂、临潼-长安断裂、骊山北麓断裂和渭南塬前断裂的交接部位，处在区域应力场变化敏感地区，有利于应变能量的积累与释放。从跨断层测点垂直形变变化特征来看(图 2)，口镇、泾阳台、康村、清河口和涧峪口测点在汶川地震前后出现了远场形变异常，说明大区域应力场对那一时段渭河盆地的影响作用明显，其可能掩盖了高陵地震的形变前兆异常。汶川地震发生后，渭河盆地内区域应力场原有的平衡状态被打破，震后区域应力场的恢复与调整是诱发高陵地震的主要因素。零口测点产生3 mm左右的永久垂直形变，说明高陵地震是由活动断裂的正断拉张引起的，与高陵地震震源机制解计算结果基本吻合。

3.2 发震断裂构造特征

王平等^[8]的研究表明，高陵地震的发震断裂主要为渭河盆地内部的泾阳-渭南断裂，该断裂西起泾阳县城北，经永乐镇、高陵县城南、渭南北、华县北向东延伸，断裂走向近东西，地面无露头，为隐伏断裂，全长80 km，断层倾向北，推测为高角度正断层，晚更新世以来仍有很强的活动性。从渭河盆地活动断裂分布图可以得出，高陵地震震中位于泾阳-渭南断裂的南侧，二者相距有一定距离。根据陕西省地震台网中心编目结果，高陵地震的震源深度分布在5~8 km范围内，主震及主要余震的震源深度分布在6~7 km范围内；位于震中南侧的渭南塬前断裂，西起临潼、东到渭南，呈东西走向^[6]，如果不考虑地表地形的起伏变化，从高陵地震震中到渭南塬前断裂地表的水平距离在2.5~3.5 km之间。据此可以算出，渭南塬前断裂北倾的倾角在59.7°~70.3°之间，与李永善等^[9]给出的结果基本一致，说明高陵地震发生在渭南塬前断裂北倾的地下部分。由于零口测点距离震源区较近，恰好处在断裂蠕滑影响区内，检测到3 mm左右的永久性垂直形变。

4 结语

1) 口镇、泾阳台、康村、清河口、涧峪口测点在汶川地震前后出现远场形变异常。高陵地震前，震中周缘100 km范围内断裂活动没有明显垂直形变异常，但汶川地震可能打破了渭河盆地区域应力场原有的平衡，区域应力场的恢复与调整是诱发高陵地震的主要因素。

2) 高陵主震没有产生同震形变，但导致了断层失稳，在余震的持续作用下断层蠕滑加剧，最终使得距震中较近的零口测点处断层产生3 mm左右的永久垂直形变，推测本次地震发生在渭南塬前断裂北倾的地下部分，属于正断拉张型地震。

3) 由于渭河盆地特殊的地质构造，跨断层测点中土层水准标墩较多，观测资料中环境干扰影响较大，需要积累较为长期的观测资料才能识别干扰，突出异常变化。同时由于观测周期间隔时间较长，强震发生前难以突显短临异常，从历史资料来看，观测周期定为2个月较为合适。

致谢: 感谢陕西省地震局冯希杰研究员、石军高级工程师提供渭河盆地断块构造分布图。