断层作为地壳形变的薄弱地带，强地震的孕育及发生往往伴随显著的断层变化（王永安等，2003），而断层活动反应敏感的观测手段之一是跨断层测量，其能够直接反映场地所控制断层段落的运动变化过程，特别是布设在一些特殊地质构造节点上的跨断层测量点（即所谓块体边缘的某些“敏感点”），可以获得与发震断裂相关、相邻的地质构造单元在震前不同时段、不同尺度的运动与变形状态，可在某种程度上反映构造应力应变场的变化。

印度洋板块在整体北向推挤过程中，引发整个青藏活动地块及周边区域一系列大地震的发生，地处祁连带西段的红柳峡跨断层水准测点，自观测以来多次出现由张性转压性的较规律变化，且周边区域在变化期间发生一系列中强地震，国内学者根据该测项时序曲线变化与地震的关系，做了大量研究及讨论工作，证明该跨断层场地在多次地震前出现较为突出的异常变化，如：李瑞莎等（2012）就红柳峡基西←基南测段大幅变化与托勒6.0级、玉门5.9级、永登5.8级、景泰5.9级等地震进行对应分析，认为震前1个月内出现与以往趋势运动迥异的活动；李宁等（2016）计算断层运动速率与基准值之比，结果显示红柳峡在玉门5.9级地震前出现高值异常。以上研究多基于红柳峡跨断层场地水准变化与周边地震的对应关系展开论述，未能结合周边构造板块应力变化与该测项的大幅转折变化进行分析。因此，文中以红柳峡跨基西←基南测段水准场地为切入点，探讨该场地跨水准出现的转折变化与祁连山断裂带上多个观测场地出现异常变化的时间及频率的关系，并通过5级地震出现的高频时间及空间分布等结果，分析研究区构造应力变化特征，进而探讨红柳峡场地水准的张压变化与周边地震的关系。

祁连山地区作为青藏高原NE向推挤的前缘地区之一，发育多条大型走滑型及逆冲型断裂带[图 1(a)]，GPS速度场结果显示，该区域位移矢量由南向北逐渐减小，而EW分量则由西向东逐渐增大，此外，GPS速度场运动方向在该区域发生明显顺时针偏转，说明该区域存在明显的挤压变形（江在森等, 2001, 2003）。而祁连山断裂带北端近EW向的红柳峡断裂构造[图 1(b)中F₃]与NEE向阿尔金断裂[图 1(b)中F₁]构造相接（王萍等，2006），作为青藏高原北缘的一条主要控制边界断裂，阿尔金断裂是吸收、调整青藏高原物质向北推移、缩短加厚和向东挤出运动的通道，其大规模的走滑位移被高原内部一系列挤压逆冲断裂带转换吸收（Yin et al，2002），与之相连的红柳峡断裂更容易通过照壁山旋转构造吸收和传递周边断裂带来的形变。

图 1(Fig. 1)

图 1 研究区及红柳峡断裂地质构造（改自王萍等，2006） Fig.1 Geological structure of the study area and Hongliuxia fault (cited from Wang Ping et al, 2006)

为监测祁连山地区地表变形，中国地震局第二监测中心自20世纪70年代起，陆续在该区布设多条跨断层流动水准、基线等监测站点（陈兵等，1998），为后续地表形变研究积累了大量数据资料。在跨断层数据资料中，尤以位于祁连山断裂带西北端与阿尔金断裂带交汇部位的红柳峡测站[图 1中红色圆]水准变化引人关注。跨断层水准中基西←基南测线、基东←基南测线，自1990年以来多次出现“压缩—拉张—压缩”的规律性变化，说明在此时段内存在多次应力增强后的减弱变化。

红柳峡跨断层短水准场地位于红柳峡断裂分支断层上，其场地站点分布见图 2，其中基南测点位于断层上盘，基东和基西测点位于断层下盘。红柳峡场地水准自1979年开始测量，最初测量周期为1次/年，1989—2003年测量周期改为3次/年，2004—2008年测量周期加密至6次/年，2009后测量周期再次改为3次/年（每年的3月、7月、11月进行）。文章选取数据测量周期在3次/年以上的1988年至2017年8月红柳峡跨断层短水准测量数据（基东←基南测段观测时间较短，以基西←基南测段为主），针对流动跨断层水准测量时段特点，为保证数据连续性及可靠性，进行缺省值等筛查处理，绘制短水准时序曲线，见图 3，可见：①红柳峡断层出现7次显著的拉张—压缩变化，见图中圈码数字标注；②基东←基南、基西←基南测段短水准变化趋势基本保持一致，说明2测段发生的变化应由位于断层上盘的基南号基岩点变化引起。

图 2(Fig. 2)

图 2 红柳峡断层运动示意 (a)应力增强下断层运动示意(b)应力减弱下断层运动示意 Fig.2 Schematic of Hongliuxia fault movement

图 3(Fig. 3)

图 3 红柳峡跨断层短水准时序曲线 Fig.3 Sequence of Hongliuxia fault-crossing short-level

自1988年以来，红柳峡跨断层短水准测量结果（图 3）显示，该断层共出现7次较为显著的拉张—压缩变化，继而对应多次应力减弱—增强变化，断层运动示意见图 2。对比图 3可知，红柳峡水准在一个压缩—拉张的变化周期内，断层位移高值基本一致，说明区域应力增强—减弱过程中，断层上下盘的活动逐渐恢复至断层初始状态。而红柳峡断裂所处特殊的地质构造条件表明，该断裂易受周边板块运动调整的影响，为红柳峡跨断层短水准变化与周边块体强震的关系带来更多可能性。

针对红柳峡跨断层短水准出现的规律性变化，通过对比其与祁连山断裂带异常跨断层场地同步性，并结合青藏高原地区5级以上地震高频时空分布特征，分析研究区构造应力变化与红柳峡跨断层水准大幅变化关系，进而探讨红柳峡场地水准的张压变化与周边地震的关系。

为分析判断红柳峡跨断层场地转折变化是否与祁连山断裂带上其他异常同步发生变化，参考张希等（2016）总结的祁连山断裂带跨断层水准短期异常时空分布特征，得到红柳峡跨断层短水准与祁连山断裂带跨断层水准短期异常场地数量及时空对比关系图（图 4），分析红柳峡跨断层水准变化是否具有群体性特征。

图 4(Fig. 4)

图 4 红柳峡跨断层短水准与祁连山断裂带跨断层短期异常场地数量及时空对比 (a)红柳峡跨断层短水准与祁连山断裂带跨断层水准短期异常场地数量对比； (b)红柳峡场地与祁连山断裂带其他跨断层异常场地时空对比 Fig.4 Comparison of the number, the spatial and temporal distribution between Hongliuxia fault-crossing short-level and the short-term abnormal sites in Qilian mountain fault zone

由图 4可见：①图 4(a)显示，祁连山断裂带上跨断层异常场地数量在时间上具有明显的分段特性，而在红柳峡跨断层短水准转折变化前后，祁连山断裂带跨断层水准短期异常场地数量同步增多，证明该区构造应力增强，引发祁连山断裂带一系列跨断层水准场地出现转折、突跳等变化；②图 4(b)显示，红柳峡跨断层短水准7次规律性大幅转折变化，多与祁连山断裂带上其他场地异常同步出现，证明红柳峡断层运动与祁连山断裂带运动具有较好的关联性，且随着时间的迁移，同步异常场地具有由祁连山西段逐步向中东段迁移现象。

综合以上分析，认为地处特殊构造节点的红柳峡场地出现的异常并非单点变化，与祁连山断裂带其他跨断层场地异常变化在时间上具有较好的一致性，说明整个祁连山断裂带在区域构造应力场出现增强或减弱时，在断层处出现相应调整变化，而红柳峡跨断层水准规律性转折变化是对周边块体调整运动的较好反应。

为进一步研究红柳峡跨断层短水准在正断张性活动背景下出现压缩变化时，研究区域是否存在应力增强变化，以开始出现压缩变化的时间点为起始时间，统计7次大幅转折变化的开始时间，分别为1993年7月、1998年7月、2002年7月、2007年3月、2009年7月、2013年3月及2016年7月，与同时段青藏高原地区5级地震发生频度进行对比分析，分析跨断层短水准变化与地震频度的关系。1988年1月至2017年8月红柳峡断层短水准变化与青藏高原5级地震频度对应关系见图 5。

图 5(Fig. 5)

图 5 红柳峡跨断层短水准与青藏高原5级地震频度关系 Fig.5 The relationship between the short-level of the Hongliuxia fault and the frequency of M5 in the Qinghai-Tibet Plateau

基于1988年1月至2017年8月青藏高原地区[图 1(a)中黄色划线区域]5级地震频度（与跨断层测量周期相符，滑动窗长选择4个月），以一倍标准差为阈值（图 5），统计青藏高原地区在红柳峡跨断层短水准出现转折变化后5级地震频度超一倍均方差的高频时间，与7次大幅转折开始出现时间进行对比，计算得到红柳峡跨断层短水准由拉张转压缩至5级地震高频时段最短时间间隔，统计结果见表 1，分析发现，跨断层短水准出现异常与5级地震高频具有较好的时间一致性，时间间隔在0—17个月不等，断层位移变化在0.8—3.46 mm。

表 1(Tab. 1

表 1 异常变化开始时间及变化幅度统计Tab. 1 Statistics of the start time and variation range of abnormal changes 序号 开始时间 5级地震高频发生时间 间隔时间 变化幅度/mm 1 1993-07 1993-10，1994-06，1997-08 3个月 1.13 2 1998-07 1998-07，1999-10，2000-06 0 1.27 3 2002-07 2003-12 17个月 1.61 4 2007-03 2008-03 12个月 1.88 5 2009-07 2009-08，2010-01 1个月 0.8 6 2013-03 2013-05，2013-12 2个月 1.19 7 2016-07     3.46

表 1 异常变化开始时间及变化幅度统计 Tab.1 Statistics of the start time and variation range of abnormal changes

青藏高原在北向推挤过程中，断层受到应力作用而使得红柳峡跨断层水准出现压缩变化，同时，构造应力在地震区内部缓慢积累，一旦剪应力大于断层摩擦力，即引发地震（Reid，1910）。因此，利用青藏高原5级地震高频异常作为区域应力增强的反应，结合红柳峡跨断层短水准与青藏高原5级地震频度对应关系（图 5）及水准转折变化出现至5级地震高频发生时间（表 1）可知：青藏高原地区5级地震的高频活动多出现在红柳峡跨断层短水准拉张转压缩后1年左右时段内，即青藏高原在北向推进过程中，随着应力不断增强，在引发红柳峡跨断层出现大幅压缩变化的同时，在青藏高原引发大量5级以上地震。

为进一步了解红柳峡跨断层短水准转折变化与整个青藏高原周边地区5级以上地震空间分布关系，据断层水准由拉张转压缩的时间段（表 1），绘制7次拉张异常变化时段内场地周边5级以上地震空间分布图，见图 6。

图 6(Fig. 6)

图 6 研究区域5级以上地震空间分布 (a)1993年1月至1995年12月;(b)1998年7月至2000年6月;(c)2002年7月至2003年12月;(d)2007年3月至2008年12月;(e)2009年7月至2011年3月;(f)2013年3月至2014年12月;(g)2015年4月至2016年6月 Fig.6 Spatial distribution of earthquakes above M 5 in the study area

图 6(a)中红色圆为1993年7月至1995年12月M ≥ 6地震，图 6(g)中红色圆为2016年7月至2017年5月M ≥ 5地震。由图 6可见：①在红柳峡跨断层短水准拉张—压缩的一段时间内，青藏高原发生一系列5级以上地震，而地震条带多在青藏高原内部沿NE向分布，1993—1995年5级以上地震分布较为分散（图中蓝色点），但6级以上地震具有NE向地震条带分布特征；②1998—2000年短水准异常期间，场地周边地区形成沿NE向和NW向2条较明显地震条带，其中NW向地震条带可能与2001年昆仑山8.1级地震关系较为密切。5级地震条带及其显著的NE向分布特征，证明在此期间印度洋板块向北推挤逐步增强，且具有较好的应力方向一致性，进而导致青藏高原内部及周边块体的一系列地震发生。

针对红柳峡跨断层短水准多次出现的由张性背景转为大幅压缩规律性变化，与祁连山断裂带连线的跨断层场地异常同步性进行对比分析，结果显示，红柳峡跨断层短水准压缩变化前后，祁连山断裂带跨断层水准短期异常场地数量明显增多，说明红柳峡场地并非单点变化，与祁连山断裂带上其他跨断层场地异常变化具有较好的一致性。通过对比青藏高原5级以上地震高频活动，显示更多5级以上地震发生在红柳峡跨断层短水准由拉张转压缩变化后1年内，说明青藏高原北向推挤导致区域构造应力增强，引发特殊节点处的红柳峡断层水准的大幅压缩变化，而青藏高原及周边区域因构造应力不断积累而引发一系列地震。红柳峡水准压缩变化后青藏高原5级以上地震时空分布特征显示：在研究区内多形成NE向地震条带，表明应力多沿NE向集中，同时NE向地震条带与红柳峡断层位置夹角较大，易引起断层随应力变化而出现上盘上升与下降变化，但因地震条带的分布位置及与红柳峡断层夹角的差异性，即构造应力作用方向及大小差异性，会使得红柳峡断层变化出现差异，表现在跨断层水准上则为压缩幅度大小的差异性。