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2021年 第43卷 第2期    刊出日期：2021-04-20

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2021, 43(2):  0-0. 

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研究论文

中亚塔拉斯-费尔干纳断裂现今的走滑速率及其分段变化特征——基于GPS观测的深究

代成龙, 张玲, 梁诗明, 张克亮, 熊小慧, 甘卫军

2021, 43(2):  263-279.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2021.02.001

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塔拉斯-费尔干纳断裂沿NW向斜切西天山山脉, 以愈千km的规模尺度构成了中亚地区重要的区域构造边界带。 早年和近期的许多地质研究结果均显示该断裂具有强烈的活动性, 所估计的全新世滑动速率高达8~20mm/a, 但GPS大地测量的简略估算结果却表明其现今整体的滑动速率仅约为2mm/a甚至更低。 文中基于塔拉斯-费尔干纳断裂周边大范围的最新GPS速度场资料, 通过断裂两侧远、 近场地壳的差异运动分析、 断裂沿线最大剪切应变率定量类比, 以及借助半无限弹性空间三维断裂位错模型的严密反演, 证实了该断裂现今仅具有中等偏弱的活动强度: 塔拉斯-费尔干纳断裂存在分段活动性, 其西北段、 中段、 东南段的右旋走滑速率分别为(2.1±0.7)mm/a、 (3.3±0.4)mm/a和(2.4±0.7)mm/a, 即中段的速率略大于西北段和东南段, 但量值均不突出, 远低于目前大多数地质结果所估计的高速率。 同时, 根据区域无自旋参考框架下断裂两侧远、 近场GPS速度矢量的差异甚微的特征, 认为塔拉斯-费尔干纳断裂现今的低滑动速率并非断裂强闭锁的暂态表现。

1998年以来伽师地震(M_W≥6.0)应力相互作用与强震活动的关系

周云, 潘正洋, 王卫民, 何建坤, 王洵, 李国辉

2021, 43(2):  280-296.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2021.02.002

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新疆伽师地区位于南天山、 塔里木盆地和帕米尔3个构造系统的交接部位, 20世纪末—21世纪初该区在短时间内发生了一系列强震。 地震应力触发理论认为, 地震之间存在相互联系。 文中反演了1998年和2003年2次伽师地震的震源特征, 重建了断层破裂模型; 之后基于黏弹性松弛理论, 计算了2次地震与2020年M_W6.0地震的相互应力作用, 并研究三者之间的触发关系。 结果表明, 1998年地震导致2003年地震发震断层西段的应力增加, 东段应力卸载, 使得2003年地震震源处附近的应力增加了0.01~1MPa, 前者对后者具有明显的触发作用; 前2个地震导致2020年地震发震断层东段的应力增加, 但震中位置处增加的应力≤0.006MPa, 不具有明显的触发作用, 2020年地震的发生主要由其他因素导致, 可能为构造运动加载或以前大地震黏弹性触发所致。 在相互触发关系中, 震后黏弹性松弛产生的作用不明显, 同震应力阶变的作用占主导地位。 文中结果对于认识伽师地区地震的发生机理和规律具有一定的意义。

基于时-空ETAS模型的新疆伽师地区背景及触发地震活动的探讨

张盛峰, 张永仙, 范晓易

2021, 43(2):  297-310.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2021.02.003

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新疆伽师地区历史上发生过多次M_S6.0以上地震, 2020年1月19日该地区再次发生了M_S6.5地震。 这些地震属于独立的背景地震活动, 还是与已发生的其他地震存在一定的相互触发关系?探索与此问题相关的背景地震活动和触发地震活动特征, 对深化这一区域地震活动特征的认识具有重要意义。 为此, 文中利用时-空ETAS模型对该区1970年1月1日以来的地震序列进行分析, 拟合得到了较为稳定可靠的模型参数, 给出了区域背景地震活动水平、 表示地震活动丛集特征的丛集率指标及包含背景及丛集活动的总活动水平等结果, 并利用随机除丛方法将背景地震活动与丛集活动剥离开来, 得到了每个地震事件作为背景事件或触发余震事件的概率。 结果显示, 研究区北部与南部的背景地震活动和触发丛集活动存在明显差异, 丛集地震活动为总体地震活动的主要成分; 计算结果表明, 此次M_S6.5地震被触发的可能性达99%, 其中2020年1月18日M_S5.3地震对其触发贡献最大, 达94%; 在对其他地震事件具有触发贡献的个体中, 2020年4月21日M_L4.1地震 “干预”其他事件发生过程的平均能力相对较高, 达0.505, 但需要通过其他手段进一步佐证。 文中工作是中国地震局开展的针对此次地震的虚拟科考工作的一部分, 所得结果可以为后续深入研究该地震提供帮助。

伽师6.4级地震前后震源区视密度变化及其构造意义

刘代芹, 陈石, 王晓强, 张贝, 李杰, 吴传勇, 卢红艳

2021, 43(2):  311-328.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2021.02.004

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2020年1月19日新疆维吾尔自治区伽师县发生6.4级逆冲型地震, 发震构造为柯坪断裂, 震中位于重力监测网内部。 文中首先介绍塔里木盆地西缘的重力观测网络系统的基本情况; 其次结合 “以场求源、 场源结合”的思想, 利用地震前后2013—2020年塔里木盆地西缘地区的重力重复测量数据, 基于贝叶斯重力平差方法得到的点值序列和时变重力信号的场源反演方法, 给出等效源反演方法的基本原理和研究区的场源监测能力, 并针对实际重复重力观测数据进行测试, 反演得到重力时空场源变化特征, 获得了研究区地壳内部区域性重力场源动态变化及该区的地震前后多期场源视密度的结构特征; 最后, 结合2020年伽师6.4级地震发震构造区的重力场变化过程进行了分析和讨论。 研究认为: 塔里木盆地西缘的重力测网对于伽师M_S6.4地震震中周边的场源参数具有较好的分辨能力, 地震前区域重力测网在2017年开始出现显著的区域性重力场变化, 场源视密度呈现出与柯坪构造系一致的NEE条带特征; 在地震前后, 场源的视密度出现由正转负的变化过程, 震后这种视密度变化与构造走向一致的特征更加明显, 且扩展至整个柯坪断裂系范围, 说明这些由重力监测获得的场源变化信号与此次地震事件及构造控制的场源环境变化密切相关。 文中的研究方法和成果可为时变重力场源特征研究和地震重力前兆信号的分析与解释提供有重要价值的震例参考; 同时, 对于认识孕震区和断裂带周边的地壳构造运动模式具有重要指示意义。

2020年1月19日新疆伽师M_S6.4地震序列的活动特征和发震构造

崔仁胜, 赵翠萍, 周连庆, 陈阳

2021, 43(2):  329-344.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2021.02.005

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文中利用新疆地震台网固定台站和流动台站的观测资料研究了2020年1月19日新疆伽师M_S6.4地震序列的活动特征和发震构造。 重定位结果显示, 地震序列呈NNW和近EW 2个优势方向分布, 其中NNW向余震条带长约20km, 近EW向余震条带长约40km。 NNW向条带的发震断层倾角较陡, 倾向W; 近EW向条带的发震断层西侧倾角较陡, 向E逐渐变缓, 略S倾。 M_S6.4主震深度为14.9km, 地震序列优势分布于10~20km深度, 近EW向的余震深度呈现由西向东逐渐变浅的特征。 震源机制解结果表明, M_S6.4主震和2次5级以上余震的震源机制以逆冲为主, 2020年1月18日M_S5.7前震以走滑为主。 利用ISOLA方法对M_S6.4主震进行多源模型反演, 结果显示主震由走滑和逆冲性质的2个子事件组成。 推测M_S6.4地震发生在柯坪逆冲推覆构造带滑脱面以下的中下地壳, 主震由NNW向W倾的高角度隐伏断裂和近EW向S倾构造先后破裂组成。

2020年1月19日新疆伽师M6.4地震的重定位及震源机制

郭志, 高星, 路珍

2021, 43(2):  345-356.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2021.02.006

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采用双差重定位和W震相反演方法分析”地震编目系统”和中国地震台网中心提供的地震观测报告及区域地震波形数据,对2020年1月19日新疆伽师地震进行重定位,反演前震及主震震源机制。地震序列重定位结果显示,2020伽师地震呈两个优势方向展布,分别为WNW向和NNW向;其中WNW向为主要余震优势分布区域,呈现长约34km条带状分布在柯坪塔格断裂带西段的北侧。另外一条优势分布沿NNW向长约8km。深度剖面显示,震源深度集中分布于10~20km范围。震源机制反演结果表明,2020年1月19日新疆伽师M_S6.4主震2个发震断层面参数分别为:节面Ⅰ,走向76°,倾角81°,滑动角109°;节面Ⅱ,走向190°,倾角21°,滑动角26°,矩震级M_W5.87,震源表现为逆断为主外加少量走滑的地震破裂事件。综合分析伽师地震序列的重定位、震源机制和震中及附近区域的地质构造背景,推断2020新疆伽师地震的发震破裂面呈WNW走向,发震断层为近EW走向柯坪塔格断裂带的西段。

2020年1月19日伽师6.4级地震发震构造的初步研究

李金, 蒋海昆, 魏芸芸, 孙昭杰

2021, 43(2):  357-376.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2021.02.007

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文中基于新疆区域数字地震台网观测资料, 采用CAP方法反演了2020年1月19日伽师M_S6.4主震、 前震和部分M_S≥3.6余震的震源机制解和震源深度, 利用多阶段定位方法对本次伽师6.4级地震序列进行了重新定位, 并在此基础上分析了伽师6.4级地震序列的震源深度、 震源机制和震源破裂面特征, 探讨可能的发震构造。 初步结果显示, 利用CAP方法得到6.4级地震的最佳双力偶机制解为: 节面Ⅰ, 走向190°, 倾角32°, 滑动角31°; 节面Ⅱ, 走向74°, 倾角73°, 滑动角118°, 震源深度为12.1km, 表明其为一次逆冲型地震事件。 而5.4级前震为一次走滑型地震事件, 震源深度为17.1km, 震源机制解为: 节面Ⅰ, 走向83°, 倾角78°, 滑动角173°; 节面Ⅱ, 走向174°, 倾角83°, 滑动角12°。 根据重新定位结果, 结合震源区附近构造地质背景推断, 5.4级前震的发震构造为NNW向高倾角走滑断裂L₀, 其可能为1997—1998年伽师震群NNW向发震构造体系的分支断裂。 由于绝大多数余震分布在L₀断裂东侧, 判断L₀及相关断层对余震分布可能具有一定的控制作用。 根据主震的位置和余震的空间分布特征及震源区断裂的产状特征推测, 伽师6.4级主震的发震构造为SN向的缓倾角破裂, 其滑动可能主要集中在柯坪塔格推覆构造滑脱面附近的区域, 但伽师6.4级地震可能引起了柯坪塔格推覆构造多条断裂同时活动。

2020年M_W6.0柯坪塔格地震的变形特征及其对周边地震危险性的启示

张迎峰, 单新建, 张国宏, 李成龙, 温少妍, 解全才

2021, 43(2):  377-393.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2021.02.008

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塔里木盆地基底与天山造山带之间的持续挤压会聚, 不仅造就了天山不断隆升的山体, 也导致了遍布整个造山带的破坏性地震, 而位于其山体两侧盆山交接区域的破坏性地震更是严重威胁着沿线居民和基础设施的安全。 文中以2020年M_W6.0柯坪塔格地震为切入点, 获取了该地震的InSAR同震形变场, 并基于强震台加速度记录经双重积分得到了位移矢量, 以此为约束反演了本次地震发震断层的运动学参数; 此外, 综合该区域历史地震和构造特征的最新研究成果, 讨论了本次地震与历史地震之间的关系, 进而评估了柯坪塔格褶皱带周边的地震危险性。 研究表明, 2020年柯坪塔格M_W6.0地震的破裂范围受限于褶皱构造, 其产生的地表形变促进了柯坪塔格前缘褶皱的抬升, 由此推测该地震导致了褶皱带下伏沉积层底部滑脱面的位错, 是褶皱带内SN向挤压应力集中释放的表现。 包括本次地震在内的区域历史地震(1902年M_W7.7伽师地震、 1996年M_W6.3伽师地震和1997—2003年伽师地震群)均可以解释为塔里木盆地基底向西南天山下插过程中地壳对不同部位应力积累特征的响应。 经简单计算所得的结果表明, 在不考虑障碍体的情况下, 柯坪塔格周边可发生M_W7.0以上地震。

南天山前陆盆地的一次典型逆冲破裂事件——2020年新疆伽师6.4级地震

张文婷, 季灵运, 朱良玉, 蒋锋云, 徐晓雪

2021, 43(2):  394-409.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2021.02.009

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2020年1月19日, 新疆维吾尔自治区伽师县发生6.4级地震, 震中位于南天山西段的柯坪推覆体附近。 文中基于Sentinel-1 SAR卫星升、降轨数据获取了此次地震的InSAR同震形变场, InSAR结果表明, 地震形变场的EW向跨度约为40km, SN向跨度约为20km, 升轨结果LOS向最大抬升量为5.9cm, 最大沉降量为3.7cm; 降轨结果LOS向最大抬升量约为6.4cm, 最大沉降量约为2cm。 以InSAR观测值为约束, 首先采用均匀滑动模型对发震断层参数进行反演, 为提高计算效率, 在反演前利用四叉树分割方法对原始的高分辨率InSAR观测值进行降采样; 然后在均匀滑动模型反演结果的基础上, 引入基于约束最小二乘的分布式滑动反演方法, 计算出此次地震发震断层面的精细滑动分布。 结果表明, 此次地震的累计地震矩为1.73×10¹⁸N·m, 合矩震级M_W6.1, 其发震断层为柯坪断裂。 对区域GPS面应变率、 构造动力背景和区域深浅部构造特征进行了综合分析, 认为此次地震是继1997—2003年伽师6~7级地震震群后发生在南天山强烈逆冲推覆构造环境中的又一次典型的逆冲破裂事件。 这些强震是南天山前陆盆地内不同级别、 不同性质的断裂相继破裂的结果, 共同受控于南天山的逆冲推覆作用。

2020年1月19日新疆伽师M_W6.0地震震中区地质灾害特点

姚远, 李涛, 刘奇, 邸宁

2021, 43(2):  410-429.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2021.02.010

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2020年1月19日新疆伽师M_W6.0地震发生在南天山柯坪塔格前陆冲断带前缘的柯坪逆断裂(KPT)上, 是该区域自2003年巴楚-伽师M_W6.3地震后发生的最大地震。 震后对震区进行了详细的实地调查、 测量和无人机航拍, 在极震区(Ⅷ度区)内发现了大量地震地质灾害, 主要包括地裂缝、 砂土液化和崩塌等。 文中对震区的4个观察点进行了总结, 并描述了地质灾害的特征: 1)在西克尔互通立交(观察点1)区域内发育了大量纵横交错的地裂缝, 对这部分地裂缝进行统计发现, 其优势走向为NEE, SN向挤压抬升量为0.1~0.15m, 水平位错量为0.05~0.1m; 2)地震对西克尔大坝(观察点2)造成了严重的破坏, 在坝顶形成最大深度为4m、 长约900m的拉张性地裂缝, 坝后也出现一系列砂土液化, 喷砂锥的最大直径达3m; 3)西克尔库勒镇以西(观察点3), 路面上发育了多段与公路平行、 长约500m的地裂缝, 同时沿地裂缝出现大面积砂土液化, 液化物质为灰褐色泥质粉砂; 4)震中北部山口沟(观察点4)沿线发育了一系列大型、 巨型的新鲜岩质崩塌, 最大单体崩塌物的体积为50~100m³, 最大崩塌倒石堆的范围为200~300m²。 综合分析上述资料发现, 由于观察点4位于KPT上盘, 在震后未能及时对该观察点进行调查, 导致2020年1月19日伽师M_W6.0地震北部的烈度影响范围被低估, 尤其是Ⅷ度圈。 结合现场调查和数值模拟分析西克尔大坝的破坏机理, 认为坝后的砂土液化导致坝基出现不均匀沉降, 使得坝前坡和坝后坡出现了不等的水平位移(坝前坡为22.35cm, 坝后坡为29.8cm), 导致大坝向下游方向旋转, 故在坝顶形成了拉张性的贯通地裂缝。

考虑区域特征的地震动模拟——以2020年伽师M_S6.4地震为例

王宏伟, 温瑞智, 任叶飞

2021, 43(2):  430-446.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2021.02.011

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为研究伽师地区地震动的区域特征, 提高地震动预测的可靠性, 文中利用伽师地区近10a收集的强震动观测记录, 采用非参数谱反演方法分离了地震动的震源、 传播路径及场地影响, 建立了反映伽师地区地震动区域特征的路径衰减、 路径持时、 场地线性反应等经验模型, 并给出了伽师地区46次地震的震源参数(矩震级、 拐角频率和应力降)。 文中确定的伽师M_S6.4地震的矩震级为5.893、 拐角频率为0.362Hz、 应力降为6.684MPa。 伽师地区地震动的近场路径衰减较慢, 而远场更快的路径衰减与显著的非弹性衰减有关, 文中将伽师地区的路径衰减近似地描述为双段线性几何扩散经验模型和品质因子Q=60.066f^0.988 表示的非弹性衰减项的叠加; 伽师地区地震动的路径持时较长, 明显高于四川地区; 对比SS14场地线性反应模型, 伽师地区局部场地对10~30Hz频段地震动的线性放大效应很弱, 其他频段的场地线性反应与SS14模型接近, 在此基础上提出了适用于伽师地区的SS14调整模型。 文中进一步将伽师地区地震动区域特征应用于伽师M_S6.4地震的地震动模拟, 震源破裂过程采用随机产生的震源运动学破裂模型表示, 通过对比观测和模拟记录的峰值和反应谱, 检验了区域特征的可靠性, 最后给出了伽师M_S6.4地震的地震动场。

2020年1月19日伽师M_S6.4地震前后的基岩温度变化

陈顺云, 宋春燕, 闫玮, 刘琼颖, 刘培洵, 卓燕群, 张智河

2021, 43(2):  447-458.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2021.02.012

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2020年1月19日发生的伽师M_S6.4地震正好位于基岩温度观测区内, 且西克尔观测台距离微观震中仅约1.3km, 这为分析地震前后的地温变化提供了机会。 结果显示: 1)在伽师M_S6.4震前及同震均观测到了清晰的地温变化。 同震响应的出现, 意味着震前的这些变化与地震有关, 可能属于前兆信号。 2)时间上, 伽师地震前的基岩温度先是在稳定背景上出现异常变化, 变化达到峰值后回落, 一段时间后才发生地震。 临近地震时, 基岩温度呈现明显的加速上升变化。 这种临震前的加速特征可能与地震亚失稳或成核过程有关。 3)空间上, 震前变化出现在发震断层或附近, 而在距离发震断层较远的测点基本没有观测到明显的异常信息, 预示着短临前兆更倾向于 “近场”信息; 从深度上看, 只有局部深度的位置能观测到震前变化, 前兆观测在深度上存在较明显的不确定性, 理想的情况应该是开展多深度联合观测, 避免漏掉关键的前兆信息。 4)结合2014年11月22日康定M_S6.3地震的观测记录进行了对比分析, 结果表明: 与伽师地震类似, 康定M_S6.3地震前发震断层或附近基岩温度测点的观测结果也出现了明显变化, 这意味着伽师地震前的温度变化并不是孤例。 总之, 从地震前后的基岩温度变化看, 前兆信息具有近场、 构造相关及对应力变化敏感的特征。

新技术应用

恒流桥式高精度温度测量系统及其在热测应力中的意义

张智河, 陈顺云, 刘培洵, 刘琼颖

2021, 43(2):  459-469.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2021.02.013

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热测应力为观测地壳应力的动态变化提供了一个新视角, 但它的深入应用强烈依赖于高精度温度测量技术的进步。 文中基于低温漂定值电阻与测温电阻组成的平衡桥式四线制温度传感器, 考虑了恒流换向驱动和深度Kalman数字滤波等一系列技术改进后, 研发了新一版高精度温度测量系统, 设计的温度分辨率为0.003mK。 经过实际检验: 温度测量精度已达0.03mK, 且通过野外观测证实了其测温方案具有可行性。 据此, 可较大幅度提高热测应力的可观测范围, 技术上可获得0.01MPa量级的动态应力变化, 达到了同震库仑应力变化测量的量级。 这意味着新的观测系统可明显地拓展热测应力的应用范围。