1 研究背景

自从Reid通过对1906年美国加州旧金山大地震发生前后大地测量观测资料分析提出弹性回跳理论以来，地壳形变测量在地震预报及科学研究中发挥着愈来愈重要的作用。

弹性回跳理论从震源区出发，较好解释了地震蕴育过程中断层附近的趋势变形。但是，震源区只是蕴震系统的一部分，无法同周围的、深部的构造环境和动力环境分割开来。而且，在地震孕育的不同阶段，尤其是地震短临阶段，蕴震断层附近（震源区）及以外区域（近源区）的地形变如何演化，地震前到底是形变速率大危险还是形变速率小危险？目前国内外相关研究结论仍存在一定分歧。

早先，Mescherikov、藤井阳一郎利用收集的实际震例，归纳总结与地震有关的地形变演化过程，认为可以划分为长期缓慢形变、震前快速形变、震时突变和震后调整4个阶段，即人们所熟知的“α、β、δ和γ”阶段，相应反映了应变能量的积累、集中、释放和调整的过程。其中，震前快速形变标志着地壳形变由线性进入非线性阶段，处于应变能的快速集中阶段，之后发生地震的危险性增大。但是，近年来，Savage and Prescott、Meade and Hager的研究则表明：对走滑断层而言，早期变形主要发生在断层附近的狭窄范围，即显著形变主要集中于断层附近，而越到晚期（越接近下一次强震发生时段），在断层附近所能够观测的相对运动与变形越小。国内也有学者认为，地震前地壳形变异常形态可能是缓慢稳定的变化，不一定存在诸如异常幅度变大、异常速度变快等现象。那么，造成上述分歧的原因究竟是缘于地震孕育的复杂性，还是不同学者分析的地形变资料时、空尺度差异从而导致观察视角不尽相同所致？从地震前兆探索角度而言，有必要结合更多具有详尽形变资料的震例，继续开展此项研究工作。

在地壳形变测量手段中，水准资料历史悠久，垂向精度较高。在我国，水准观测数据在地形变与地震研究中的使用始于1966年邢台地震，至今已积累了较多地震实例，故本文以有水准资料支持的震例为主，其他形变资料为辅，来研究不同强震孕震过程中地壳形变的时空演化特征。

2 震例选取

我国大陆水准复测网集中于青藏块体东北缘、川滇以及华北地区，故震例主要在以上区域选择，震级以M_S≥6.0为主，共得到14次地震，结果见表 1。在震例分析中，注重不同强震前地形变的时、空分布特点，分析形变前兆随时间演化的中、短期特征，并注意区分震源区和非震源区的形变前兆差异。

3 震例分析及结果

通过对不同区域、不同构造类型、不同震级的地震孕震过程进行分析，可以发现，所选14个震例震前形变资料在时间、空间尺度以及完整程度上均不尽相同，个别震例震前资料相对较少，对分析工作造成一定困难，但不影响从时间和空间2个维度进行分析，找寻强震前地形变演化的共性和差异性特征。

（1）强震前地形变会出现剧烈波动，形变速率明显增大，且随着强震发生时间的临近，在未来震源区以外区域会出现显著的短期形变前兆异常，直至发生地震。这种现象多出现在包含震源区的广大区域，相应震例有：①1975年海城地震：海城地震发生前，辽南地区大面积水准测量资料显示，辽东台隆的上升速率从1937—1958年的3 mm/a增大至1958—1970年的5 mm/a，震中位于隆起区边缘；在震前18个月内，距震中约200 km的金县地震台短水准测量资料显示，地形变呈平稳—开始倾斜—反向—加速—缓慢转向的变化趋势；②2008年汶川M_S 8.0地震：汶川地震发生前，由GPS基准站资料计算的基线时间序列显示，2005年以来大尺度NE向地壳缩短的相对运动明显增强；区域网GPS计算结果表明，相对1999—2004年，2004—2007年龙门山断裂带及其西北侧500 km空间尺度上平行断裂带的右旋扭动量增大1.6—1.5 mm/a；③2013年芦山M_S 7.0地震：芦山地震发生前，受汶川M_S 8.0地震的同震位错和震后调整性运动的影响，巴颜喀拉块体东段出现显著的SE—E向水平加速运动，引起龙门山断裂带南段发生明显的加速挤压—缩短与右旋剪切变形，自2013年1月起，沿鲜水河断裂带的一些跨断层基线，观测到显著的加速转折变化，沿安宁河、则木河断裂带个别场地的跨断层水准基线，2010年以来出现巨幅异常。

（2）强震前保持相对平稳或经历剧烈波动后形变速率趋缓、平稳甚至减小后发震。这类形变前兆现象多出现在震源区附近区域，相应震例有：①1966年邢台地震：由穿过地震区的水准测线上具有代表性的2个水准点的动态分析可知，邢台地震前地壳形变存在阶段性，即震前较长时间的缓慢运动后进入一段时间的平静；②1976年唐山地震：唐山地区大面积水准测量显示，唐山地震前震中区地壳运动具有长期缓慢运动—活跃—平静的过程；③1998年张北M_S 6.2地震：华北地区水准、GPS、重力、定点形变、流动形变、地应变观测资料及前兆的演化过程表明，张北地震前震中区位于经历剧烈地壳运动后相对平静地区；④2008年汶川M_S 8.0地震：汶川地震前，跨龙门山中段附近跨断层水准垂直形变速率明显减小。

（3）强震前，相对于周围地区（近源区），震源区地壳形变呈现明显的差异化特征，即震源区以外区域地形变剧烈，而震源区附近地形变相对弱化。尤其在强震发生的短临阶段，短期形变前兆异常基本发生在震源区以外区域，而位于震源区附近的台站和流动点变化不明显。典型震例为2013年芦山地震，此次地震发生前，跨龙门山断裂南段的雅安—宝兴—小金水准剖面（图 1）显示：1986—2010年震源区所在的芦山一带相对雅安仅下沉-9.8 mm，而位于震源区以外的宝兴至小金一带抬升幅度高达55 mm；临震前2—3年，在靠近震中附近的鲜水河、龙门山和安宁河3条主要断裂围成的三叉口地区，连续形变（倾斜、应变、重力）及断层水准和蠕变观测临震前均未有显著的异常变化。震后观测表明，2010—2013年芦山一带相对雅安抬升幅度高达75 mm，而原来抬升幅度较大的宝兴至小金一带相对雅安则转为下沉，形变量也减小至-20 mm以下。