0 引言

跨断层流动形变监测是根据大地形变测量原理，在断层上进行断层垂直、水平监测的直接观测技术，是地壳形变监测的重要手段之一，观测量是断层两侧的相对位移量，其物理意义明确、观测信息直观、观测手段成熟。

20世纪60年代初至今，中国有20多个省市先后建立数百处跨断层流动形变监测场地，覆盖主要断裂活动带，包含张渤断裂带、山西断裂带、郯庐断裂带、南北断裂带、贺兰山断裂带、西秦岭断裂带、祁连—海原断裂带、六盘山断裂带和北天山断裂带、东南沿海地区断裂等，采用水准、基线、测距等手段，进行跨断层形变监测。跨断层形变监测历时50多年，已积累了大量连续、可靠、高精度、高价值的监测资料，在地震预测研究、地质探测、地球运动学和地球动力学研究中发挥了重要作用^①。如：1989年大同6.1级地震中短期形变前兆异常有18项，其中跨断层流动形变占14项（张国民等，1993）；1998年张北6.2级地震中短期形变前兆异常有30项，其中跨断层流动形变占15项（张国民等，1999）；跨断层形变监测发现，唐山、大同、张北等地震前存在显著的断层异常活动（ 车兆宏，1993；车兆宏等，2004；薄万举，2010；彭丽娟等，2012）；2008年汶川8.0级地震前出现一批跨断层形变趋势异常（陆明勇等，2010）；2013年芦山7.0级地震前四川省地震局测绘工程院依据跨断层形变异常作出较好预测，并获得中国地震局表彰^②；2017年九寨沟地震前，大地形变学科在2016年学科会商会上，依据跨断层形变异常，在该地区划定年度危险区，中国地震局第二监测中心在日常跟踪中也给出预测意见^③。以上结果均表明，跨断层形变监测成果对地震，特别是强地震有较好的映震效果。

① 地形变测量技术管理部.全国跨断层形变场地监测网2006年度运行报告. 2007年5月

② 四川省地震局测绘工程院. 2014年度四川省跨断层形变地震趋势研究. 2013年10月

③ 中国地震局第二监测中心. 2018年度西部地区跨断层形变地震趋势研究. 2017年10月

陆明勇等(2013, 2015)基于中国跨断层形变监测情况及现状做过一些相关研究，2017年中国开展了《全国跨断层场地优化改造》项目^④，但跨断层形变监测仍需完善。因此，了解中外跨断层形变监测的研究发展，有利于提高中国跨断层形变监测水平和监控能力。

④ 中国地震局第一监测中心.全国跨断层场地优化改造项目. 2017年3月

1 中外跨断层形变监测发展 1.1 中国跨断层形变监测

中国的跨断层形变监测始于1962年（广东新丰江6.1级地震），陆续建立跨断层形变监测网，对地震进行监测预报（李杰等，2016）。目前共有266处流动场地，24处定点场地，覆盖主要断裂活动带，监测手段主要有水准、基线（测距），所有场地均采用基线水准测量；采用基线（测距）测量手段的场地较少，主要布设在首都圈地区、西北、西南等地区。监测周期每年1—12期不等，共获得近5 000个有效监测数据，全年完成测线里程超3 000 km（按实际作业测线单程计算）^⑤。垂直形变水准测量采用Ni002系列光学水准仪和DiNi系列电子水准仪；水平形变测量中测距（含基线测距）和基线测量分别采用ME3000红外测距仪、Di2002红外测距仪、TC2003、24 m因瓦基线尺。采用地震行业专项M73E抄表器和程序及部分PC-1500计算机、少量其他类型的掌上电脑^⑥进行野外记簿。中国跨断层测量绝大部分采用进口仪器，以获取断层活动的微小变化。

⑤ 大地形变测量技术管理部.全国跨断层形变场地监测网2016年度运行报告. 2017年4月

⑥ http://www.earthscope.org/es-doc/reports/es-sci-plan-hi.pdf Unlocking the secrets of the North American continent: An EarthScope science plan for 2010-2020.

跨断层形变监测使用《跨断层测量规范（1991）》（国家地震局，1991）、《地震地壳形变观测方法——跨断层位移测量（2012）》（中国地震局，2012）、《地震水准测量规范（2015）》（中国地震局，2015）。

1.2 国外跨断层形变监测

国外跨断层形变监测最早可以追溯到19世纪晚期，日本建立了以网状覆盖列岛的一、二等三角测量网来获取断裂活动信息，1915年以后在东京三鹰天文台院内持续进行长100 m的菱形基线观测（茂木清夫，1986）；1979年土耳其与英国、联邦德国等合作，在北安纳托利亚断裂带等布设大量观测仪器（Crampin, 1985, 1987；Evans，1987）观测研究地下岩石应力状态的变化；1984年美国地质调查局(USGS)在圣安德烈斯断裂布设大量观测仪器，以监测地应变、地倾斜、断层蠕动等地球物理场的变化（Roeloffs et al，1994；Hubert-Ferrari，2000；Parsons，2000）。测量仪器先后使用光学水准仪、电子水准仪、因瓦基线尺测量、红外测距仪、激光测距仪等。跨断层形变监测的目的是研究地震发生机理，如探索地震前兆规律和判定实验结果等（吴忠良等，2001），但未形成监测规范。

随着研究的深入和地球观测技术的进步，传统的跨断层形变监测在地面监测点（桩）获得深部地壳处地震孕育、发展、发生等信息有限（即使为坚固的基岩）。进入21世纪，国外开始进行深部地应力与地应变的原位观测、地面的GPS测量与INSAR测量、卫星遥感的三维的监测，以便尽可能、全方位获取断层孕育、地震发生等信息，而逐步放弃传统跨断层形变监测。原位观测方式是地震监测追求的理想目标，也是跨断层监测追求的目标，但其监测成本高、范围小、灵活性差，监测仪器损坏后更换困难；地面的GPS测量与INSAR测量虽然可以获取大范围地壳活动信息，但目前达不到传统跨断层测量仪器的精度，影响了断层微小活动信息获取及地震预测水平的提高。

1.3 中外跨断层形变监测对比

目前，国外不再进行跨断层形变监测，但其工作过程可为中国跨断层形变监测提供建议和技术指导。对比发现，中外跨断层形变监测存在一些区别，如：中国跨断层形变监测工作形成一套细致全面的监测规范，包括如何选取场地、如何进行资料处理等（国家地震局，1991；中国地震局，2012；中国地震局，2015）；监测目的、监测区域控制范围大小、监测断裂活动年代要求、监测周期、监测地区等不同；监测仪器、监测类型、监测获取信息等相同（表 1）。

2 中国跨断层形变监测的改进措施

根据中国地域辽阔、强震活动频繁等特点，在断层两侧布设机动灵活的跨断层流动监测场地，视震情需要进行定期和不定期的断层活动监测，是开展地震短临跟踪、地震现场应急监视、地震趋势动态监测和监视活断层运动的便捷、经济、实用的手段之一。因此，中国开展跨断层形变监测适合中国地域广、强震活动频以及经济水平不等特点。以后如何进行跨断层形变监测？

（1）对现有跨断层形变场地定期进行监测环境和监测效能评估，厘清、消除各监测场地存在的问题，建立监测场地动态管理机制和进出机制。如，存在非地震因素影响监测的场地，要消除干扰因素；对于监测环境差、无法消除干扰因素且监测效能差的场地，不再维护处理，如监测点（桩）破坏不再进行修复，逐步淘汰相应观测场地。

（2）调查布设存在缺陷、不合理且监测手段单一（很多场地只进行水准观测）的监测场地，视具体情况采取完善跨断层布设或停测等措施。如，测线未跨过断层或监测点（桩）布设在松散土层上，国外跨断层形变监测发展过程表明，即使监测点（桩）建在地面基岩上也未必能监测到深部断裂活动信息（国外放弃跨断层形变监测的主要原因之一），更何况某些地面土层监测点（桩）时常受降雨影响（于海生等，2017）。

（3）观测设备缺乏或老化，缺乏更新机制；积极探索新方法、新技术在跨断层形变监测中的应用。如，GPS测量、INSAR测量、深井地应力与地应变原位测量、光纤测量等。

（4）观测数据管理、数据产品研发与共享服务平台不够完善，数据产出与服务能力单一，影响跨断层形变监测作用的发挥，应建立全国跨断层形变数据与信息库，为使用者提供细致广泛的服务产品。

（5）目前地震预报处于探索、经验预测阶段，过去国外跨断层形变监测是在确定未来可能发生地震的断裂上进行不定期的连续观测。为此，中国可以在主要活动断裂上多布设监测场地且重点监控，一般活动断裂上少量布设监测场地且监测周期延长；视震情需要，增减观测场地或改变监测周期。

3 结束语

中国跨断层形变监测适合中国地域广、强震活动频以及经济水平不高等特点，并形成一套细致全面的监测规范。对现有跨断层形变场地，应定期进行监测环境和监测效能评估，建立动态管理和进出机制；建立观测设备更新机制，积极探索新方法、新技术在跨断层监测中的应用；建立全国跨断层形变数据与信息库；分清主次断裂和断裂活动性质并由此布设不同数量、不同观测手段的跨断层形变监测场地；视震情需要增减观测场地或改变监测周期。