1 研究背景

2020年7月12日河北唐山市古冶区发生M_S 5.1地震，震源深度10 km，震中位于1976年唐山M_S 7.8地震老震区内，距唐山断裂小于10 km。地震造成河北唐山市中心震感强烈，天津、河北承德震感明显，北京、河北廊坊、沧州等地有震感。此为继1995年10月6日唐山古冶M_S 5.0余震后，唐山老震区时隔25年发生的又一次5级以上地震。对于此震是否为唐山M_S 7.8地震的余震尚有不同认识。

1976年唐山大地震2年后，在原唐山十中院内地表出露的地裂缝上布设跨断层水准和基线各4条测线开展连续观测。有研究表明，原唐山十中的地裂缝为构造裂缝，在一定程度上能揭示深部隐伏断裂在震后的形变信息（谢觉民等，1997）。该唐山地震台跨断层观测场地距本次古冶M_S 5.1地震震中＜30 km。

跨断层形变观测手段被认为是地震预测的前兆手段之一，采用断层活动位移协调比方法可进一步判识断层的活动性质，从而判定地震的前兆异常（张晶等，2011），如张立成等(2021a, 2021b)运用此方法，计算得到川滇地区部分流动跨断层场地断层活动位移协调比序列，在该区部分强震短临前兆异常研究中，取得较好的结果。

本研究通过对2020年7月12日唐山古冶M_S 5.1地震前后唐山地震台跨断层连续观测资料进行精细化处理，计算这一时段断层活动位移协调比序列，以尝试反映震前短临形变信息。

2 研究方法

黎凯武研究员基于对跨断层形变观测及分析方法数十年的研究基础上，提出断层活动位移协调比概念（张晶等，2011），即描述断层活动位移三分量及其相互之间的比值，称为断层活动位移协调比，简称协调比，为一无量纲值。通常，协调比接近一个常量，当断层活动状态发生改变时，描述断层活动参数之间的协调关系可能随之发生改变，协调比大幅度偏离常量的可能性较大，即为协调比异常。断层水平走滑量a、水平张压量b与垂直形变观测变化量Δh，构成断层活动位移的3个分量，其相互间的比值分别为f₁、f₂、f₃，定义为断层活动位移协调比，即

$ f_1=\frac{b}{a} \quad f_2=\frac{\Delta h}{a} \quad f_3=\frac{\Delta h}{b} $

(1)

利用数学模型可获得a、b，公式如下

$ \left\{\begin{array}{l} a \cos \beta_1+b \sin \beta_1=\Delta L_1 \\ a \cos \beta_2+b \sin \beta_2=\Delta L_2 \end{array}\right. $

(2)

式中，β₁、β₂分别为基线L₁、L₂与断层的斜交角，ΔL₁、ΔL₂为基线观测长度变化量。

3 研究结果

截取唐山地震台2020年5月20日至8月20日跨断层基线、水准观测数据，依据断层位移协调比计算模型，得到该时间段断层位移协调比序列，并将离散的协调比序列值取绝对值，得到跨断层连续观测协调比序列图，见图 1，图中带有虚线的3个较大值分别为6月29日的-62、7月4日的-56和7月8日的-104。由图 1可见，断层活动在地震前后的过程可分为4个阶段：①断层活动的常态阶段：5月20日至6月6日，协调比序列值较小（＜1），未出现异常，表明此时断层活动是常态的；②断层活动开始出现异常阶段：6月7日至6月23日，协调比序列值逐渐增大，基本在1—4之间，表明断层活动开始出现异常并较缓慢地逐渐增大；③断层活动显著异常阶段：6月24日开始，协调比序列值出现剧幅波动，至7月8日达到峰值（-62、-56、-104），表明此时断层活动异常显著，7月12日即发生古冶5.1级地震；④断层活动恢复常态阶段：震后协调比序列值逐渐变小（1—8），8月15日后就很小了（＜1），表明断层活动在震后逐渐趋于恢复常态，可以看出，整个过程完整揭示了此次地震较明确的形变短临前兆信息。

4 结束语

以唐山地震台跨断层连续形变观测资料为基础，用断层活动位移协调比方法计算得到协调比序列值，对唐山古冶M_S 5.1地震进行分析，首次发现，连续跨断层形变观测的协调比序列值在此次唐山古冶M_S 5.1地震前出现显著和较明确的形变短临前兆信息，进一步证实了跨断层形变在前兆观测，尤其是短临前兆观测中的有效性，表明断层活动位移协调比方法可反映断层微观活动，对地震活动具有短临预测意义。

感谢唐山地震台为本研究提供观测及场地资料。