序：板块碰撞难以解释中国大陆内部发生的大地震。如在山西裂谷区中发生的原平7.5级（512年）、洪洞赵城8级（1301年）、临汾8级（1695年）等破坏性大地震就无法用板块碰撞解释。

山西裂谷形成始于上新世，至今仍在扩展，强震伴随裂谷扩张发生。本文介绍由山西裂谷区应变观测得到潮汐玫瑰图的有序变化。日本东海9级地震后，山西裂谷区出现新一波扩张活动，扩张活动的特征信号被应变仪观测到。

山西裂谷系位于吕梁隆起与太行隆起之间，南起渭河裂谷，经运城、临汾、太原、忻－定、蔚－广盆地，向东北延至大同、延庆、怀来盆地，总的走向形态呈“S”形，在地貌上为一连串的山间谷地。（图1）

2011-2012年，山西地震局在三个地震台布设了分量钻孔应变仪，已记录到四年清晰的应变固体潮数据。固体潮是地球科学中唯一有理论值可计算并可预测其变化的可观测力学量。通过固体潮观测值与理论值比较，能够有根据地判断裂谷区断块间接触状态紧密或松弛的变化，由此可以判断裂谷区处于相对稳定状态还是正在经受拉伸、扩张。图1中由红三角标志的由北向南的三个观测站以1、2、3号观测台称呼。

图1.山西河北裂谷系展布图及三个应变观测站位置

地壳被拉伸，地层断块一侧失去支撑，发生侧倾。掀起部位形成大山，如五台山、吕梁山；断块倾没处被沉积层覆盖形成盆地。强震则在断块位置发生调整过程中发生。图2是山西裂谷带两侧断块山与山间盆地形成的示意机制图。

 图2.大同－五台掀斜断块构造横剖面（图1-2引自杨承先，1981）

a.地质剖面示意图  b.断块掀斜倾侧活动形成大山与盆地机制示意

地壳被拉伸是裂谷区形成的力学背景。华北地区新生代拉分盆地从始新世开始发育，此时正是青藏高原快速隆升时期。高原物质的重力势能推动塑性的中、下地壳物质向洋流动。脆性的上地壳，在从底部来的拉张力作用下，地层产生张性正断层，在重力作用下形成掀斜倾侧的众多断块，发育出一系列断层走向垂直于中、下地壳物质流动方向的拉分盆地。

华北地区形成了近70个半地堑或地堑式断陷盆地。由地质资料估算，盆地的伸展速率约0.12mm/年，图3是中地壳塑性向洋流动带动上地壳形成拉分断陷盆地的示意图。

图3.  中地壳塑性层向洋流动带动上地壳形成拉分断陷盆地（（引自马杏垣主编，重力作用与构造运动，地震出版社，p.133，1989）

1．壳内物质重力扩展塑性向洋流；2．沉降断陷盆地高热流区；3．上地幔

分辨率与观测精度越来越高的GPS和北斗系统，通过多年观测数据积累虽有可能观测到裂谷的扩张。但每年0.12mm的扩张速率实在太小，难以实时监测到裂谷扩张运动。布设于裂谷周边或内部，钻孔应变固体潮观测则能敏感地发现裂谷区断块间接触状态紧密或松弛的变化，由此判断裂谷区是处于相对稳定状态还是正在经受新一波拉伸、扩张。

图4是台站观测四路应变中某一路应变分量的一个月应变固体潮记录，图上的地震是尼泊尔7.5级地震震波。

图4.台站一个月应变固体潮数据，清晰的固体潮记录是绘制玫瑰图的基础数据。

图5是根据山西2号台固体潮数据分析计算得到的，从2012年10月到2016年1月的6条潮汐响应方向玫瑰图曲线。

图5. 山西2号台从2012年10月到2016年1月潮汐玫瑰图的收缩变形

地震活动性小的地区，潮汐玫瑰图图形相对稳定。图6中大的玫瑰图是地震不活动地区的，9年中潮汐因子变化不超过6％。与山西裂谷区2号台站测得的图5对比，不难发现两者间有两点重要区别。一是稳定区潮汐因子值明显大于裂谷区；二是稳定区图形稳定，裂谷区多变，三年中潮汐因子变化达到46％。图6是将图5的玫瑰图形与稳定区玫瑰图放在一起的图件。

图6.稳定区玫瑰图与山西2号台玫瑰图大小的比较，小玫瑰图为2号台的。

两个台玫瑰图大小相差竟如此之大！

应变固体潮潮汐因子值变化的经典解释是地壳介质弹性模量等物性常数变化所致，按此解释变化量不会超过3％。造成理论与观测不符的原因是：理论固体潮计算将地壳圈层简化为无断裂的连续体，实际地层中到处是断裂，这些断裂在构造稍有活动时，两侧地层及底下断层的接触状态就会发生松或紧的变化，位移量很小，GPS或地表应力测量均难以发现，却能明显改变应变固体潮通过断层传导的能力。

固体潮是日月引力作用在地球整体上的反映，质量最大的部分是地幔，地壳圈层质量小，对固体潮的贡献很小。在地表观测到的应变固体潮主要由地幔通过地壳介质，从下方及四周传导上来，通过断裂系统后被地表仪器接收到。

稳定地区也有断层，长期稳定断层会逐渐“愈合”，潮汐波传递效率提高，因而潮汐因子数值大而稳定少变。裂谷区断层接触状态不稳定，潮汐玫瑰图就多变。接触状态不稳定的断层难以“愈合”，潮汐波传递效率很低，于是玫瑰图形明显小于稳定区。

2号台玫瑰图变化的特征是，南北向潮汐因子变化不大，90°东西方向潮汐因子变化率最大，达59％，也是潮汐因子缩得最小的方向。由此，我们推断，2号台地块下部的断裂系统东西向的松弛最为显著而使东西向潮汐波的传递效率不断降低。断裂系统东西向松弛，正是裂谷在东西方向被拉张扩张的结果。

图7是1号台从2011年12月到2015年12月的潮汐玫瑰图。

该台玫瑰图的特点是：从2011年12月到2012年1月，一个月时间东西向（100°方位）潮汐因子从1.28降至1.19，降低了7％。从2012年1月到2012年12月，潮汐因子从1.19降至1.02，降低了14％，收缩速率降低了5倍。从2012年12月后，收缩速率越来越慢，2014年与2015年玫瑰图已基本重叠。南北方向潮汐因子基本没有变化。

图7. 山西1号台2011年12月到2015年12月潮汐玫瑰图东西方向的收缩变形

图8是3号台从2011年11月到2015年12月的潮汐玫瑰图。

图8. 3号台2011年11月到2015年12月潮汐玫瑰图东西方向的收缩－扩张变形

该台玫瑰图的特点是：从2011年11月到2011年12月，一个月时间北东向（50°方位）潮汐因子从0.53降至0.44，降低了17％。2011年12月到2012年12月，一年中潮汐因子从0.44降至0.425，仅降低了3.4％。从2012年12月的绿线，收缩成2013年6月的淡兰线，半年后收缩变为扩张到2013年12月的粉红线。之后两年仍在扩张，但速率已变慢。

这三个台中，2号台的变化最值得注意：一是这个台的潮汐因子值小得出奇；二是玫瑰图东西向收缩的速率至今没有降低的迹象，2015年12月到2016年1月一个月时间，60°方向潮汐因子从0.0692降到0.0637，降低8％，至今速率未降还有所增加！

之后会发生什么，我们完全没有经验。对一个尚处于生长期的裂谷带，出现一波接一波扩张活动，也许只是常态活动，但也可能是值得注意的异常信号。欣慰的是我们已经能够摸到它活动的脉搏了！

玫瑰图还会接着缩小还是之后又逐渐恢复或是发生想象不到的其他变化我们不得而知。我们要密切跟踪这三个台玫瑰图的变化。至少要完整记录下全部数据，留下一份资料。