为监测山西裂谷带地壳运动并分析中强地震的活动趋势，山西省地震局于1995年沿山西带布设了由40个点(1个已被破坏)组成的GPS监测网。除少数几个点在土层上外，其他点位于基岩上。该监测网跨越了山西地区的主要断裂带，点位分布较为均匀，相邻点间的长度约为十余km至数十km不等。观测点均建成高度为1.2 m的水泥观测墩，观测墩顶部安装了三心一致的归心盘，仪器的安置误差在0.5 mm之内。文献[1]研究了应力场变化与地震的关系，文献[2]~[7]研究了形变变化与部分中强地震的关系。本文结合华北网资料就水平形变特征进行分析。

1 山西带地壳水平运动状态分析

为了更加直接地观察构造活动的性状，将常规运动结果分解成与断层平行和垂直的两个分量加以讨论。数据处理采用GAMIT10.40/GLOBK/QOCA软件。使用中国及周边地区10个IGS跟踪站的观测资料和中国大陆GPS连续观测资料生成H文件，采用IGS提供的精密星历，在ITRF2005全球框架下获得的平均运动去除整体漂移后化算为无旋转的运动结果。

图 1(单位mm/a)为平行于断裂带的构造运动的空间分布及速率等值线，由此可知断层或断裂带的走滑运动或剪切变形。该区整体走滑运动或剪切变形具有分区性，北段西侧运动的整体性及空间的渐变相对明显，体现了由西向东逐渐减小的右旋形变态势。虽然该区等值线的走向大体与断层走向平行，但分布比较宽缓，表明右旋形变较弱。北段东侧的情况比较复杂，一致性欠佳。沿断裂带出现了相对挤压的状态，在200 km的空间上挤压量为1 mm/a左右。兼顾西侧的运动可以看出，该区北部虽表现为右旋的运动方式，但形变强度不大，表现出形变处于亏损状态，局部区域等值线的走向也偏离了断裂的走向，说明运动的一致性不够好。南段的活动特征与北段不同，右旋活动主要发生在山西断陷带及周边区域，数值大于1.5 mm/a，其他区域(太行山地区)的变形则明显减弱。山西带南部地区等值线走向与断裂走向一致性较好，右旋形变也比较突出，在太行山脉形变陡减。总之，南部右旋活动的大小与空间分布符合地质历史上的趋势性构造活动，而北部地区的活动则有所偏离。

图 2(单位mm/a)为垂直于断裂带的构造运动的空间分布。可以看出，北部主要表现为近NW向的挤压形变，在100 km的空间上运动量超过1 mm/a，等值线分布相对密集，是形变较大的区域。等值线走向近EW向，反映出存在差异运动，而且是有序渐变的。中部地区的形变几乎无差异，运动的大小近于零；南部则为较显著的相对挤压，两个挤压主体为山西断裂带与太行山脉，最大挤压量超过2 mm/a。

图 3(单位mm/a)给出了走滑活动或剪切变形的空间分布。上一时段北部地区右旋剪切形变较弱，没有出现较明显的剪切形变带。本时段的右旋剪切形变非常清晰，且剪切形变主要集中在山西带及其与太行山之间的边界带上，右旋运动约1.5 mm/a，其他区域剪切形变不明显。南部右旋剪切形变集中在山西带及其与太行山的边界带内，右旋运动一般为1.0 mm/a左右，与地质构造活动相吻合。尽管汶川和东日本海大地震对该区产生了影响，但这种影响没有导致区域的异动，反而在时间域上的变化趋于正常。

图 4(单位mm/a)为垂直于断裂带走向的运动。该时段变化的有序性非常明显，为压性运动，平均为1.2 mm/a，一般在1.5 mm/a以内。这一结果与上一时段有一定的差异，尤其是在山西带北部，说明北部地区是当前构造活动动态变化较为突出的地区。构造活动有序性显示太行山脉与山西断陷盆地相对挤压，形变较大的部位为两个区域的交界部位，说明两个区域的构造活动有一定的差异，等值线的走向与断层走向基本一致，大体与断裂走向平行，但均在常态变化的范围内。

华北三省——晋冀蒙交界地区一直是关注的重点，该区虽然位于张渤带西部，但其构造活动与张渤带不同。该区域断裂带的走向为NE向，展布着多条断裂带，断裂带之间多为大小不等的盆地或裂陷带。盆地两侧构造活动应是张性活动，西北部张性活动相对强一些，东南部相对弱一些。平行于断裂带的运动不存在走滑。这可能说明该区域受控于来自SE向的挤压力, 最大量值为2.4 mm/a(图 5)。

从图 6可以看出，由于在该时段或附近发生了2次大地震(2008年汶川8.0级和2011年东日本海9.0级地震)，区域环境应力场会出现扰动。整体上已不同于1999~2007年的结果，主要体现在垂直于断层的运动分量上。晋冀蒙交界地区存在障碍体，在该处运动明显受阻，说明该地区地震危险性在增强。

2 从GPS资料分析山西带未来地震危险性

通过对震例的研究发现，有的地震震前大面积形变明显增大，如大同-阳高6.1级地震；有的地震震前几年内却异常平静，即低于正常的形变，如唐山和海城地震。这是由介质条件、地质环境、断层分布和应力场的方向、强度和作用时间等所决定的。对于山西带这样一个断层多、走向各异、介质条件差别大的情况，对应力场的强度变化较为敏感，分析该带的差异运动对地震趋势预测具有重要的意义。大同-阳高地震的孕育经历了“常态运动-异态加速运动-源区僵化、源外区运动明显加大-发震”的过程^[2-6]。对于介质条件复杂的地区，不但前兆现象较为丰富，而且孕震过程的一些阶段特征也较突出，对于分析山西带强震的活动是有意义的。

GPS测量资料显示，山西带不同时间段的运动特征具有差异性。1996~1997年运动相对平稳；1997~1998年量级加大；1998~1999年相对于上一年几乎是反向的，而1999年大同-阳高5.6级地震就是在该过程之后发生的，该地震位于位移和应变较大的大同东南部^[2]。

近期测量结果表明，山西带受控于NWW-SEE向的压应力场、NNE-SSW向的张应力场，在该带上出现了几处剪切应变较大的区域，如晋冀蒙交界、忻定盆地和临汾周围地区等。一般来说，剪切应变越大则发生地震的危险性越大，但强度则与面膨胀和面压缩有关，若高剪切值位于面膨胀区，则发生地震的强度可能要弱些，反之则要强一些。而该区较高剪切应变值恰好位于面膨胀值较高的区域，因此发生强震的可能性不大^[3]。

图 7是表征动力特征的主应变场。1999~2004年南北向存在比较一致的压应变，而东西向的主应变则张、压均有所显现。这表明山西带内的断层活动维持在较弱的水平上，体现着能量的缓慢积累，看不出强震即将发生的孕育特征。

3 结语

针对断裂带的构造活动，从形变场的角度来展现其活动性质、大小及空间的分布状态是较为可行和有效的，尤其对具有弥散形变性质的构造带更是如此，可以更加直观地确定断层张、压和走滑(剪切)活动的性态。

山西带及其周围地区资料的处理结果表明，不同时段运动存在着一定的差别，尤其在北部，表明区域应力场存在动态变化。近年的水平形变在太行山脉以右旋(NNE向构造活动)兼压性变形为主，山西带内以弱张性的形变为主，右旋形变主要在山西带及其太行山脉的西侧，活动水平为1.5 mm/a以内。1999~2007年的结果反映了该区的同步性活动稍差，主要是北部形变较弱，构造形变表现为亏损，是一种异常现象，可能与汶川8.0级和东日本海9.0级地震的孕育有关。