2017-08-08四川省阿坝州九寨沟县(33.20°N，103.82°E)发生M_S7.0地震。地震位于巴颜喀拉地块的北东界、甘肃与四川两省交界区，发震构造为东昆仑断裂带东端的一条分支，名为树正断裂，呈左旋走滑特性。同时，该地震也位于中国地震局第二监测中心运行管理的青藏块体东北缘跨断层短水准流动监测区南缘附近。

青藏块体东北缘发育有祁连山-海原-六盘山、西秦岭等构造断裂(图 1)，跨断层短水准场地密集分布，测线一般数百m，常规观测每年3月、7月、11月实施；2017年还在前1 a出现的异常场地中选取了20处于5月、9月加密观测，其观测值时序变化及各场地形成的网络能在一定程度上反映构造活动正、逆断时空动态变化。2003年民乐-山丹6.1级、2013年岷县漳县6.6级、2016年门源6.4级等强震前数月至1 a多时间内观测到加速、转折或突跳等异常变化，有较好的中短期-短期前兆意义^[1-7]。跨断层观测的物理意义明确，相对于区域水准、GPS手段，其复测周期短、跟踪性好。以往震例研究显示，6级左右地震前发震构造或相邻构造区300 km范围内前兆反映较好，300~400 km内部分场地有异常反映但无7级震例。

青藏块体东北缘测区内距九寨沟地震最近的即为甘肃东南部的西秦岭构造区，原布设16处跨断层短水准场地，但因修路等环境破坏导致场地减少，2017-07余14处场地。最近场地距九寨沟震中约103 km、最远场地距震中约235 km；加上附近的陕南测区5处场地，均位于以往震例研究且具有较好前兆反映的300 km范围内(图 1)。九寨沟地震前1 a多，西秦岭构造至其北东侧的六盘山构造区一直是青藏块体东北缘跨断层监测区内一个异常集中区(六盘山构造区各场地距九寨沟震中为323~365 km)；2017-05对西秦岭至六盘山构造区、祁连山构造带20处场地加密复测；2017-07对所有场地实施常规复测，九寨沟地震就发生在5月、7月短期异常增多的西秦岭构造区附近(图 1(a)~(c))。

为监视西秦岭构造区九寨沟震后异常发展，2017-08-10~08-18对该区14处场地加密复测，获得震后10 d内的观测结果；2017-09-01~09-17对西秦岭构造区9处、六盘山构造区5处、祁连山构造带6处共20处场地加密复测，同时对场地点位稳定性、仪器工作状况、环境或人为干扰等进行现场调查，仪器工作正常、观测规范，未发现点位不稳定或明显干扰问题，异常变化可信。本文在分析九寨沟地震前后跨断层短水准异常观测曲线、异常时空演化特征的基础上，提炼特征强度指标，对跨断层短水准观测可能反映的震前中短期-短期前兆异常及震后变化进行研究论证。

1 异常观测曲线及时空演化特征

在排除人为、环境干扰后，预报人员多将加速、转折、突跳及变化方向、形态、幅度的明显改变视为异常。但由于定量计算不够，异常识别通常带有人为、经验性。本文借助2倍均方差准则，结合观测曲线变化特性、测段是否跨断层、资料时间长短、以往映震效能来识别异常，判定A、B、C类异常强度(反映强、中、稍弱程度)。对某期观测之前的观测值序列：一是计算相邻两期观测差分值序列的均方差(称为差分值均方差)，以反映超出正常变化幅度的异常；二是若观测曲线总体上在某一范围内平稳振荡，计算观测值序列的均方差(称为观测值均方差)，以反映超出正常变化范围的异常；三是通过最小二乘配置^[8]给出拟合趋势曲线，在观测值序列扣除该趋势年变的基础上计算均方差(称为去趋势均方差)，以反映扰动性等异常。此外，跨断层异常从时间尺度上可能延续上期甚至前几期的变化特性；也可能是某期新出现的加速、转折或突跳，反映短期内快速变化，本文定义其为短期异常。以往对青藏块体东北缘测区跨断层资料与地震关系的研究认为，持续时间较长(通常为数月至1 a多)的异常集中区可能有地点预测意义；短期异常增多则可能在发震时间上有一定预测意义(多在3个月至半年左右时间内发震)^[2-7]，反映震前构造活动与应力应变状态变化、岩石微破裂或断层预滑及其扰动影响等^{[3-7, 9-10]}。下面依据图 2、图 3，对九寨沟地震前后西秦岭构造区及附近的陕南测区10处异常场地观测曲线(尽管九寨沟震后的8月对西秦岭构造区14处场地加密复测，限于篇幅，只展示震前或震后有异常的观测曲线)进行详细分析。

1) 图 2(a)、3(a)所示为盘古川场地，其(310-312)测段跨骆驼巷-四店-武山断裂，连续资料积累时间短，逆断下降的时间稍长，2013年岷县漳县6.6级震前曾出现先逆断、后正断、再逆断的突跳异常。2017-07相对2017-05变幅超出差分值2倍均方差，与前两期形成逆断性尖点突跳异常(强度中等，B类)；九寨沟震后的8、9两月显示转折回返(震中距约191 km)，异常基本结束，图 1(e)中取消。

2) 图 2(b)、3(b)所示为毛羽沟场地，其(3-2)测段跨临潭-岷县-宕昌断裂的新城子-岷县-凤凰梁-寺顶山断层，正常状态为平稳振荡。1995年永登5.8级地震前后曾正断上升；2013年岷县漳县6.6级地震前持续逆断下降，震后回升，2017-05超出以往正常范围；2017-07逆断转折，去趋势2倍均方差超限(强度中等，B类)；7.0级地震后的8~9月两次转折、变幅减小(震中距约111 km)，异常结束，图 1(e)中取消。

3) 图 2(c)、3(c)所示殿沟场地位于康县-武都断裂的西段，(5基-2基)水准测段未跨断层，2015年曾出现突跳异常，之后变化平稳；九寨沟7.0级地震后的08-15观测到突跳下降(观测值2倍均方差超限，说明超出了以往正常变化范围)，很可能反映该次地震影响(震中距最短, 约103 km)；9月未复测(5月、9月复测场地名2016年底已上报国家局，无法更改)。

4) 图 2(d)、3(d)所示柳家沟场地跨西秦岭北缘断裂的凤凰山断层，其(315-317)跨断层水准观测曲线显示逆断下降为主，1995年永登5.8级地震前后逆断加速，2000年景泰5.9级与2008年汶川8.0级地震后趋势变化方向改变。2015-11开始持续逆断下降，累积近4 mm，异常显著(A类)；九寨沟震后2 d加密观测，继续下降0.7 mm(震中距约217 km)；2017-09复测仅显示0.2 mm微弱回升(在青藏块体东北缘测区平均0.3 mm左右的观测误差内)，异常仍维持。

5) 图 2(e)、3(e)所示毛集场地跨西秦岭北缘断裂的上湾里-毛集断层，(7-1)跨断层水准观测曲线正、逆断优势不突出，1995年永登5.8级、2000年景泰5.9级、2013年岷县漳县6.6级地震前跳变加剧。2015-03~05观测到尖点突跳变化，差分值2倍均方差超限；之后变幅减小，但2016-07仍超出差分值的1.5倍均方差(由2015年的强异常A类降为中等的B类)，与岷县漳县震前3 a内异常形态相似。目前已对应九寨沟地震(震中距约235 km)，震后变幅更弱，异常恢复(图 1(d)中取消)。

6) 图 2(f)、3(f)所示黄家坝场地跨秦岭卵支褶皱与华力西褶皱带的分界断裂，其(212-213)跨断层水准观测曲线显示正、逆断阶段性变化，2000年景泰5.9级地震前、2008年汶川8.0级地震后、2013年岷县漳县6.6级地震前后出现尖点突跳变化；2015年突降，出现差分值2倍均方差超限逆断性突跳，之后强度减弱但未恢复至以往正常变化范围(2015年为A类强异常，之后异常减弱，降为B类)；九寨沟震后的8月异常继续，9月则转折回返，异常结束(图 1(e)中取消)，震中距约200 km。

7) 图 2(g)、3(g)所示四店场地跨骆驼巷-四店-武山断裂，其(414-411)跨断层水准观测曲线显示正、逆断阶段性变化，1995年永登5.8级、2000年景泰5.9级、2013年岷县漳县6.6级地震前观测到逆断加速或突跳异常。2015-11~2016-07形成凹形突跳，2016-07变幅超出差分值的2倍均方差(强度中等，为B类异常)；之后异常减弱但未结束(异常强度降为C类)。2017-07~08，414点因修路被埋而未测，其他测段无异常(观测曲线图略)。故已对应九寨沟7.0级地震，震后无新异常(震中距约198 km)，异常也可取消。

8) 图 2(h)、3(h)所示巴沙沟场地跨临潭-岷县-宕昌断裂，其(423-422)跨断层水准在岷县漳县6.6级地震前缓慢逆断下降；震后的2014年起转为正断上升为主，2017-05曾出现短暂的去趋势逆断下降变化。截至9月份该异常继续(强度中等，为B类)，未显示九寨沟7.0级地震明显影响(震中距约113 km)。

9) 图 2(i)、3(i)所示武都东场地跨白龙江南岸断层，其(2-3)非跨断层水准观测曲线以往变化平稳。2016-11突降0.8 mm，差分值2倍均方差超限；2017-03继续下降，B类异常；7月转折，变幅比2016-07以前大。九寨沟震后的8~9月变化微弱(震中距约108 km)，异常未结束(需继续跟踪)。

10) 前述9处场地位于西秦岭构造区，而图 2(j)、3(j)所示硖口驿场地跨硖口驿断裂，位于陕南测区，汶川8.0级地震后始建。其(1-7)跨断层水准观测曲线显示，2017-07相对2017-03差分值2倍均方差超限，与前2期观测形成逆断性尖点突跳变化。从长期变化形态来看，异常程度不高，定为C类；九寨沟震后的8~9月未加密观测(震中距约240 km)。

九寨沟地震北侧300 km范围内震前9条异常曲线，逆断性突跳或尖点突跳占多数，与西秦岭构造及陕南测区地质资料显示的垂向方向逆断特性一致，反映构造活动总体增强。进而从图 1所示2017-03、05、07即九寨沟震前青藏块体东北缘地区跨断层短水准异常动态分布来看，西秦岭至六盘山构造区是测区东部的一个异常集中区，异常强度以较强的A类、B类为主；5月、7月两期观测显示，西秦岭构造区及附近陕南测区(震区周边300 km范围内)短期异常由0处增为2处、4处(图 1蓝色横杠标注)，六盘山构造区却无此现象，其中7月整个青藏块体东北缘测区的东部短期异常明显增多。

2017-08-10~08-18对西秦岭构造区14处场地实施九寨沟震后应急加密复测，异常由2017-07的8处减为7处，3处短期变化显示，以往异常基础上的转折(盘古川、毛羽沟2场地)或新的突跳(殿沟场地距震中最近，震后出现新突跳变化)很可能反映该次大震同震影响与震后调整转折；毛集、四店2场地异常恢复。2017-09-04~09-09对西秦岭构造区9处场地再次复测，柳家沟、巴沙沟、武都东3处场地仍维持震前异常形态，盘古川、黄家坝2场地异常恢复，见图 1、图 2。截至9月，多数异常调整恢复。

此外，鉴于本次地震为M_S7.0，明显高于以往最高M_S6.6的震例水平，故稍远的六盘山构造区(震中距大于300 km)近年来的异常变化也不排除反映该次地震前兆的可能，但图 1(a)~(c)显示以持续数期的背景异常为主，震后的9月份虽对6处异常场地中的5处加密复测，却只有1处场地显示转折回返、异常减弱，多数异常仍维持(图 1(e)，限于篇幅，观测曲线图略)，是否与九寨沟地震有前兆关联，还需继续跟踪观测。而祁连山构造带异常场地距九寨沟震中均在500 km外、最远952 km，距离较远、构造关联性弱；九寨沟地震前的7月份有7处场地有异常，震后的9月对其中5处即多数异常场地加密复测，异常均维持，与该次地震的前兆关联可能更弱。

2 特征强度指标计算分析

为进一步佐证西秦岭构造区跨断层形变异常与九寨沟地震的前兆关联，本节采用已有的特征强度指标^{[7, 11]}，在兼顾观测曲线长期的正-逆断变化特性、资料稳定性的前提下，提炼断裂带各段整体性正-逆断动态变化，从回溯总结的角度，分析断层活动变化与测区内及其附近6级及以上地震的可能关系。首先，设某断裂段上有m处场地，每处场地只取跨断层测段观测数据(去掉干扰较大或季节性变化显著的测段，剩下的测段若2条以上则取均值)，统一为下盘相对上盘变化值序列h_i^k, i=1, 2，…, n，k=1, 2，…, m，这里n为总观测期数。对每处场地，定义其单期观测相对上期观测变化量与平均变幅之比，即

$ S_i^k = \frac{{h_i^k - h_{i - 1}^k}}{{\frac{1}{{n - 1}}\mathop \sum \limits_{j = 2}^n \left| {h_j^k - h_{j - 1}^k} \right|}} $

结果为负反映逆断变化，为正则反映正断变化。

进而，为反映观测曲线的趋势性^[2](与构造活动背景一致的趋势性变化越明显，可能反映应变积累的时间越长或强度越高)和稳定性(量值越小，资料稳定性越好)，计算各场地趋势因子${\sigma _k} = |\mathop \sum \limits_{i = 2}^n (h_i^k - h_{i - 1}^k)|/|\mathop \sum \limits_{i = 2}^n h_i^k - h_{i - 1}^k| $, 稳定因子$ {\omega _k} = \sqrt {\frac{1}{{n - 1}}\left[ {\mathop \sum \limits_{i = 2}^n {{(|h_i^k - h_{i - 1}^k| - \frac{1}{{n - 1}}\mathop \sum \limits_{j = 2}^n |h_j^k - h_{j - 1}^k|)}^2}} \right]} $。最后，将$ \frac{{{\sigma _k}}}{{{\omega _k}}}$作为每个场地特征强度的权值，计算该断裂段特征强度值$\mathop \sum \limits_{k = 1}^m \frac{{{\sigma _k}}}{{{\omega _k}}}S_i^k/\mathop \sum \limits_{k = 1}^m \frac{{{\sigma _k}}}{{{\omega _k}}} $。

图 4为西秦岭构造区特征强度时序曲线。图中有3条水平虚线，中间是零值线，上面是正的特征强度值均值的1.3倍，下面是负的特征强度值均值的1.3倍，即视超过均值的30%为异常(用红色标注逆断性异常、蓝色标注正断性异常^{[7, 11]})。图 4对最近场地距震中300 km范围内的永登5.8级、景泰5.9级、岷县漳县6.6级地震有中短期-短期前兆反映，震前1 a内出现逆断或先逆断、后正断异常，逆断特性与地质资料一致；2004~2005年初正断性异常虽出现在汶川8.0级大震前，但接近发震的2~3 a反而无异常，无论与汶川大震是否有关，至少无中短期前兆意义。2015年底至2017年初出现两次显著逆断性异常，尤其第2次(2016-11~2017年初)的逆断性异常距九寨沟地震发震时间仅9个月，与永登、景泰震前异常形态有些类似，可能反映该次7级地震前兆。震后8月份的复测结果仍显示逆断性异常、强度减弱，包含震后影响；而9月份正断转折、且未超出异常阈值，显示恢复特性。综合图 1、图 2、图 4即地震前后异常变化形态与时空分布来看，与九寨沟地震发震构造相邻、距震中300 km内的西秦岭构造区及其附近跨断层形变异常应反映九寨沟地震前兆，震后多数异常调整恢复。

3 结语

九寨沟M_S7.0地震前1 a多，其北侧的西秦岭构造至六盘山构造区异常比较集中；2017-05、07西秦岭构造区及其附近短期异常增多，异常场地距震中在300 km范围内，异常特性以逆断性突跳为主，与地质资料一致；震后1个多月内两期复测结果显示，西秦岭构造区多数异常调整恢复，其震前异常应反映该次地震中短期-短期前兆。