新疆北部構(gòu)造區(qū)帶地震活動狀態(tài)分析①

王 瓊，曲延軍，聶曉紅

（新疆維吾爾自治區(qū)地震局，新疆 烏魯木齊市 830011）

0 引言

地震活動狀態(tài)分析與研究是地震短臨預(yù)測的基礎(chǔ)，它主要依靠地震本身，也就是在一定地域范圍內(nèi)地震活動在時間進(jìn)程上所處的狀態(tài)——平靜抑或活躍［1］。由于每個地震構(gòu)造區(qū)帶內(nèi)斷層的性質(zhì)、規(guī)模、活動速率等不同，這就決定了不同地震構(gòu)造區(qū)地震活動強(qiáng)度存在差異性［2］。依據(jù)構(gòu)造區(qū)內(nèi)斷層活動水平、強(qiáng)震活動分布和區(qū)域應(yīng)力場特征等，研究各構(gòu)造帶更小單元分區(qū)地震活動狀態(tài)的定量或半定量指標(biāo)，對地震趨勢分析和短臨預(yù)測工作更具有實(shí)踐指導(dǎo)意義。

由于構(gòu)造區(qū)帶的劃分方式可能會影響地震活動狀態(tài)的分析和判定。因此合理劃分構(gòu)造區(qū)帶是客觀評估和分析地震活動狀態(tài)的關(guān)鍵。本文基于一些學(xué)者關(guān)于區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)度、歷史強(qiáng)地震活動特征、地殼縮短速率以及局部應(yīng)力場特征的研究成果，將新疆北部地區(qū)初步劃分為5個地震構(gòu)造區(qū)帶；通過計算各構(gòu)造區(qū)帶年應(yīng)變能釋放均值、折合震級、不同震級下限的地震年發(fā)生率等參數(shù)，對其地震活動狀態(tài)特征進(jìn)行定量分析，提取各構(gòu)造區(qū)帶不同地震活動狀態(tài)的特征指標(biāo)；進(jìn)而對各構(gòu)造區(qū)帶2008年以來的地震活動狀態(tài)進(jìn)行分析判定。

1 新疆北部各構(gòu)造區(qū)帶劃分依據(jù)

1.1 地質(zhì)構(gòu)造和歷史強(qiáng)地震活動特征

根據(jù)新疆地質(zhì)構(gòu)造和強(qiáng)地震活動特征，將新疆北部地區(qū)劃分為阿爾泰地震帶、北天山地震帶、中天山和東天山構(gòu)造區(qū)。由于地質(zhì)構(gòu)造和運(yùn)動特征的差異性，不同構(gòu)造區(qū)帶地震活動水平存在較大的差異［3］。

阿爾泰地震帶是阿爾泰－蒙古地震帶的我國境內(nèi)部分，位于新疆北部的阿爾泰山及其邊緣地帶。其展布方向與帶內(nèi)NW－NWW向的主體構(gòu)造一致。NW向活斷裂規(guī)模巨大，NNW向斷裂以可可托海－二臺斷裂最為典型，為右旋走滑型斷裂。阿爾泰地震帶總體活動頻度不高，1900年以來發(fā)生8.0級地震1次，7.0級地震1次（強(qiáng)余震），6級地震4次（不含余震），5級地震16次（不含余震）。最大地震為1931年富蘊(yùn)8.0級地震。

北天山地震帶的強(qiáng)震構(gòu)造以近東西向逆斷裂為主，與逆沖—褶皺活動構(gòu)造帶關(guān)系密切。主要斷裂有婆羅科努斷裂、清水河子斷裂、科古琴斷裂、霍爾果斯—圖谷魯斷裂和博格達(dá)弧形斷裂等。北天山地震帶包含北天山西段和烏魯木齊地區(qū)，其構(gòu)造特征和歷史地震活動水平存在較明顯的差異性：北天山西段地震活動強(qiáng)度大、頻度不高，1900年以來發(fā)生7級以上地震2次，6級地震7次，5級地震37次，最大地震為1906年瑪納斯7.7級地震；烏魯木齊地區(qū)地震活動強(qiáng)度和頻度均不高，主要發(fā)震為構(gòu)造博格達(dá)弧形斷裂，1900年發(fā)生6級以上地震2次，5級地震5次，最大地震為1965年烏魯木齊6.6級地震。

中天山構(gòu)造區(qū)帶相對穩(wěn)定，包含伊犁盆地北緣斷裂和南緣斷裂，地震活動強(qiáng)度不高，以5級地震活動為主。1900年以來發(fā)生2次6級地震，14次5級地震，最大地震為1921年6.5級伊寧地震。

東天山地區(qū)構(gòu)造相對穩(wěn)定，在吐魯番—哈密地區(qū)存在規(guī)模較大的走滑斷層和逆斷層，地震活動水平不高。1900年以來發(fā)生9次5級地震，1次6級地震和1次7級地震，最大地震為1914年巴里坤7.5級地震。

1.2 構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)度

結(jié)合地質(zhì)構(gòu)造和深部背景、歷史強(qiáng)地震分布、構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)度及b值等（表1），李瑩甄、沈軍等［4］將北天山地震帶劃分出較強(qiáng)構(gòu)造運(yùn)動區(qū)：北天山西段、中天山南部地區(qū)；中等強(qiáng)度構(gòu)造運(yùn)動區(qū)：北天山東段、博阿斷裂西北段、博阿斷裂中東段、東天山和中天山北部。

表1 新疆北部各構(gòu)造區(qū)帶構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)度及b值［4］

1.3 地殼縮短速率

張培震等［5］研究結(jié)果表明，天山地殼縮短呈現(xiàn)由西向東逐漸衰減的趨勢。北天山新生代褶皺帶的速度是12.87±1.04mm／a；北天山東段烏魯木齊地區(qū)速度是11.04mm／a；橫跨東天山的地殼縮短量小于2mm／a；再向東到天山東端的哈密地區(qū)，向北運(yùn)動的分量基本上趨于0；阿爾泰山向北的運(yùn)動速度衰減到0。

1.4 構(gòu)造應(yīng)力場分區(qū)依據(jù)

新疆地區(qū)是擠壓環(huán)境下的再生造山斷塊和盆地斷塊發(fā)育區(qū)，以活動逆斷裂—褶皺帶和壓陷盆地為主［6］。新疆地區(qū)主壓應(yīng)力P軸的優(yōu)勢方位為近NS向，傾角近水平［7］；強(qiáng)震類型主要是逆斷型和走滑型［8］。由于構(gòu)造運(yùn)動的差異性，各構(gòu)造區(qū)帶的主壓應(yīng)力P軸的優(yōu)勢方位和中強(qiáng)地震的斷錯類型不同。

1900年以來新疆北部地區(qū)5級以上地震的主壓應(yīng)力P軸方位水平投影和震源機(jī)制解特征顯示，不同構(gòu)造區(qū)帶局部應(yīng)力場存在差異性特征。阿爾泰地震帶主要構(gòu)造總體呈NW向展布，歷史中強(qiáng)地震震源斷錯類型以走滑錯動為主，主壓應(yīng)力P軸為NNE方向，仰角平緩；北天山西段主要構(gòu)造為NW走向，歷史中強(qiáng)地震震源斷錯類型以走滑和逆斷型地震為主，主壓應(yīng)力P軸方位大致垂直構(gòu)造走向［9］，由西向東呈NNW－NNE向偏轉(zhuǎn)，其仰角平緩，地震斷層面傾角陡；烏魯木齊構(gòu)造區(qū)東部的構(gòu)造走向基本上為EW向，而西部則以NWW為主，西部的構(gòu)造活動相對強(qiáng)于東部，大多數(shù)地震的震源斷錯以傾滑逆沖為主，主壓應(yīng)力P軸方位大致與構(gòu)造走向垂直，優(yōu)勢方向?yàn)镹NE向，P軸仰角平緩［10］；中天山構(gòu)造區(qū)主要構(gòu)造以NE和近EW走向?yàn)橹?，歷史中強(qiáng)震震源斷錯類型以逆沖和走滑為主，主壓應(yīng)力P軸方位以近SN為主，基本垂直構(gòu)造走向，其仰角平緩。

綜合新疆北部地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造、各區(qū)帶構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)度、歷史強(qiáng)地震活動特征、b值、地殼縮短速率以及局部應(yīng)力場特征，本文將新疆北部地區(qū)劃分為阿勒泰地震帶、北天山西段、烏魯木齊、中天山和東天山構(gòu)造區(qū)5個地震構(gòu)造區(qū)帶（圖1）。由于東天山構(gòu)造區(qū)監(jiān)測能力較弱、研究程度低，故本文不作分析。

圖1 新疆北部各構(gòu)造區(qū)帶劃分及1900年以來MS≥5地震分布圖Fig.1 Map of tectonic regions division in northern of Xinijang and epicenter distribution of MS≥5earthquakes since 1900.

2 資料的完備性分析

王海濤等［11］研究結(jié)果表明，新疆6級以上地震記錄1900年以后是相對完整的，5級以上地震記錄在1955年以后是完整的。

王瓊等①王瓊，等.新疆地區(qū)地震活動狀態(tài)動態(tài)評價》研究報告.新疆地震局.依據(jù)地震頻度、基于古登堡—里克特的震級－頻度關(guān)系，得到各構(gòu)造區(qū)帶不同時段地震監(jiān)控能力如下：阿勒泰地震帶1980年以來MS≥2.0地震較為完整；北天山地震帶1976年以來MS≥2.0地震較為完整；中天山地震帶1976年以來MS≥2.5地震較為完整。

本文首先選取新疆1900年以來MS≥5地震，初步劃分了各構(gòu)造區(qū)帶的活躍－平靜期；其次在各構(gòu)造區(qū)帶活躍－平靜期劃分基礎(chǔ)上分析研究了各構(gòu)造帶1965年以來的年應(yīng)變能釋放均值、折合震級、5級以上地震年發(fā)生率等參數(shù)，對各構(gòu)造區(qū)帶中地震活動狀態(tài)特征進(jìn)行了定量分析；同時分析了各構(gòu)造區(qū)帶1976年以來不同活躍－平靜期3級以上中小地震年發(fā)生率等參數(shù)、b值和應(yīng)變加速釋放模型參數(shù)m值特征，并提取了各構(gòu)造帶不同地震活動狀態(tài)的特征指標(biāo)（表2）。

3 新疆北部各構(gòu)造區(qū)帶中強(qiáng)地震活動分期特征

采用1900年以來新疆北部各構(gòu)造區(qū)帶MS≥5地震目錄，并結(jié)合各構(gòu)造區(qū)帶的地震目錄完整性，本文初步劃分了各構(gòu)造區(qū)帶的活動分期。

3.1 阿爾泰地震帶

1900年以來新疆境內(nèi)阿爾泰地震帶5級以上地震具有較明顯的活躍－平靜成組活動特征（圖2），經(jīng)歷了1917－1936年、1948－1961年和1980－1996年3組活躍期和1937－1947年、1962－1979年和1998－2007年3組平靜期，活躍期持續(xù)時間為14～20年，平靜期持續(xù)時間為10～18年，平靜期內(nèi)無5級以上地震發(fā)生。

圖2 1900年以來阿勒泰地震帶MS≥5地震M－t圖Fig.2 M－t diagram of MS≥5earthquakes in the Altai seismic belt since 1900.

3.2 烏魯木齊構(gòu)造區(qū)

烏魯木齊構(gòu)造區(qū)1900年以來5級以上地震具有較明顯的活躍－平靜成組活動特征（圖3），經(jīng)歷了1928－1935年和1965－1983年2組活躍期，持續(xù)時間為8～19年，發(fā)生的最大地震分別為1934年6.0級地震和1965年6.5級地震；經(jīng)歷了1904－1927年、1936－1964年和1984－2007年3組平靜期，持續(xù)時間為24～29年，平靜期內(nèi)無5級以上地震發(fā)生。

3.3 北天山西段構(gòu)造區(qū)

北天山西段1900年以來5.5級以上地震具有較明顯的活躍－平靜成組活動特征（圖4），活躍期1941－1962年發(fā)生的最大地震為1944年烏蘇7.2級地震，該時段能量集中釋放，發(fā)生4次6級地震和1次7級地震，持續(xù)時間22年；1963－2007年能量處于弱釋放階段，發(fā)生1次6.0級地震，持續(xù)時間45年；1907－1940年處于1906年瑪納斯7.7級地震后調(diào)整期，發(fā)生2次6.0級地震，持續(xù)時間34年。

表2 新疆北部各構(gòu)造分區(qū)不同地震活動狀態(tài)特征指標(biāo)

圖3 1900年以來烏魯木齊地區(qū)MS≥5地震M－t圖Fig.3 M－t diagram of MS≥5earthquakes in the Urumqi tectonic region since 1900.

圖4 1900年以來北天山西段MS≥5.5地震M－t圖Fig.4 M－t diagram of MS≥5.5earthquakes in the western segment of northern Tianshan mountains since 1900.

3.4 中天山構(gòu)造區(qū)

中天山構(gòu)造區(qū)1900年以來5級以上地震具有較明顯的活躍－平靜成組活動特征（圖5），活躍期1949－1974年、1995－2007年發(fā)生的最大地震分別為1970年昭蘇5.4和2003年昭蘇6.0級地震，該時段能量集中釋放，持續(xù)時間13～26年。平靜期1975－1994年，持續(xù)時間20年，無5級以上地震發(fā)生，一直處于能量積累階段。1921年6.5級地震后至1948年，該區(qū)處于以能量積累為主的階段，持續(xù)時間26年，發(fā)生的最大地震為5.5級，該時段4.7級以上地震目錄不完備。

圖5 1900年以來中天山構(gòu)造區(qū)MS≥5地震M－t圖Fig.5 M－t diagram of MS≥5earthquakes in the central Tianshan mountains tectonic region since 1900.

4 新疆北部各構(gòu)造區(qū)帶地震活動狀態(tài)分析

通過計算新疆北部各構(gòu)造區(qū)帶不同活動分期的年應(yīng)變能釋放均值、折合震級、不同震級下限地震年發(fā)生率、b值和應(yīng)變加速釋放模型參數(shù)m值等參數(shù)，對各構(gòu)造區(qū)帶地震活動狀態(tài)特征進(jìn)行了定量分析，并提取了各構(gòu)造帶不同地震活動狀態(tài)的特征指標(biāo)（表2）。

4.1 阿勒泰地震帶

（1）活躍期指標(biāo)：年應(yīng)變能釋放均值1.0×106～1.3×108J，折合震級范圍5.8～8.0級；活躍期內(nèi)有5級以上地震發(fā)生：6級以上地震的年發(fā)生率為0.06～0.17，5級以上地震的年發(fā)生率為0.21～0.29，4級以上地震的年發(fā)生率為1.0，3級以上地震的年發(fā)生率為3.8；活躍期b值為0.52；m值為0.56。

（2）平靜期指標(biāo)：年應(yīng)變能釋放均值達(dá)2.0×105J，折合震級5.1級；平靜期無5級以上地震發(fā)生，4級以上地震的年發(fā)生率為0.9，3級以上地震的年發(fā)生率為4.1；平靜期b值為0.68；m 值為0.91。

2008－2009年阿爾泰地震帶無5級以上地震發(fā)生；年應(yīng)變能釋放均值達(dá)1.5×105J；4級以上地震的年發(fā)生率為0.67，3級以上地震的年發(fā)生率為3.33；b值為0.78。依據(jù)該區(qū)地震活動狀態(tài)指標(biāo)認(rèn)為2008－2009年阿爾泰地震帶處于平靜期。

4.2 北天山西段構(gòu)造區(qū)

（1）活躍期指標(biāo)：年應(yīng)變能釋放均值為5.87×106J，折合震級7.3級；活躍期內(nèi)有7級以上地震發(fā)生，5級以上地震的年發(fā)生率為1.1，6級以上地震的年發(fā)生率為0.23。

（2）平靜期指標(biāo)：年應(yīng)變能釋放均值范圍為4.85×105J，折合震級6.2級；平靜期內(nèi)有5、6級地震發(fā)生，6級以上地震的年發(fā)生率為0.02，5級以上地震的年發(fā)生率為0.34。

（3）調(diào)整狀態(tài)指標(biāo)：年應(yīng)變能釋放均值為4.91×105J，折合震級6.2級；平均狀態(tài)內(nèi)有5、6級地震發(fā)生，6級以上地震的年發(fā)生率為0.07，5級以上地震的年發(fā)生率為0.22。

2008－2009年北天山西段無5級以上地震發(fā)生，年應(yīng)變能釋放均值達(dá)7.9×105J。2008年以來北天山西段中小地震年應(yīng)變能釋放均值與該區(qū)平靜期接近。

4.3 烏魯木齊構(gòu)造區(qū)

（1）活躍期指標(biāo)：年應(yīng)變能釋放均值范圍為7.9×105～8.3×105J，折合震級范圍5.1～6.6級；活躍期內(nèi)有5級以上地震發(fā)生，6級以上地震的年發(fā)生率為0.05～0.13，5級以上地震的年發(fā)生率為0.08～0.38，4級以上地震的年發(fā)生率為0.77，3級以上地震的年發(fā)生率為3.62；b值為0.69；m 值為0.74。

（2）平靜期指標(biāo)：年應(yīng)變能釋放均值范圍為6.9×104J，折合震級范圍4.5級；平靜期無5級以上地震發(fā)生，以3、4級地震活動為主，4級以上地震的年發(fā)生率為0.11，3級以上地震的年發(fā)生率為2.21；b值為0.88；m 值為0.86。

2008－2009年烏魯木齊地區(qū)無5級以上地震發(fā)生，年應(yīng)變能釋放均值達(dá)1.45×104J；4級以上地震的年發(fā)生率為0.67，3級以上地震的年發(fā)生率為2.67；b值為0.95。2008年以來烏魯木齊地區(qū)中小地震年應(yīng)變能釋放均值、b值與該區(qū)平靜期接近，但其4級以上地震年發(fā)生率與活躍期相當(dāng)。目前該區(qū)處于平靜期，但中小地震較為活躍，平靜狀態(tài)有可能發(fā)生轉(zhuǎn)折變化。

4.4 中天山構(gòu)造區(qū)

（1）活躍期指標(biāo)：年應(yīng)變能釋放均值范圍為2.8×105～9.5×105J，折合震級5.7～6.1級；活躍期內(nèi)有5級以上地震發(fā)生，5級以上地震的年發(fā)生率為0.35～0.39，4級以上地震的年發(fā)生率為0.85，3級以上地震的年發(fā)生率為3.77；b值為0.70；m 值1.05。

（2）平靜期指標(biāo)：年應(yīng)變能釋放均值范圍為8.8×104～2.0×105J，折合震級4.9級；平靜期內(nèi)無5級以上地震發(fā)生，4級以上地震的年發(fā)生率為0.68，3級以上地震的年發(fā)生率為4.74；b值為0.78；m值1.34。

2008－2009年中天山構(gòu)造區(qū)發(fā)生1次5級地震；年應(yīng)變能釋放均值達(dá)6.12×105J；4級以上地震的年發(fā)生率為1.33，3級以上地震的年發(fā)生率為8.0；b值為0.74。2008年以來中天山構(gòu)造區(qū)中小地震年應(yīng)變能釋放均值與該區(qū)活躍期接近，3級和4級以上地震年發(fā)生率高于活躍期，該區(qū)目前處于活躍期。

5 結(jié)論與討論

本文在新疆北部地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造、各區(qū)帶構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)度、歷史強(qiáng)地震活動特征、b值、地殼縮短速率以及局部應(yīng)力場特征綜合研究的基礎(chǔ)上，將新疆北部地區(qū)初步劃分為阿爾泰地震帶、烏魯木齊、北天山西段、中天山和東天山5個地震構(gòu)造區(qū)帶。新疆北部各構(gòu)造區(qū)帶不同地震活動狀態(tài)的指標(biāo)具有如下特征：

（1）阿勒泰地震帶：活躍期年應(yīng)變能釋放均值較平靜期高1～3個數(shù)量級；折合震級高0.7～2.9級；活躍期內(nèi)有5級以上地震發(fā)生、平靜期無5級以上地震發(fā)生；活躍期中b值和應(yīng)變加速釋放模型m值低于平靜期；活躍期和平靜期內(nèi)3、4級以上地震的年發(fā)生率相差不大。

（2）北天山西段：活躍期年應(yīng)變能釋放均值較平靜期高1個數(shù)量級；折合震級高1.1級；活躍期內(nèi)有7級以上地震發(fā)生；活躍期和平靜期均有5級以上地震發(fā)生，活躍期5級以上地震年發(fā)生率高于平靜期；調(diào)整狀態(tài)與平靜期應(yīng)變能釋放相當(dāng)，但調(diào)整狀態(tài)6級以上地震年發(fā)生率高于平靜期和活躍期之間。

（3）烏魯木齊構(gòu)造區(qū)：活躍期年應(yīng)變能釋放均值較平靜期高1個數(shù)量級；折合震級高0.6～1.1級；活躍期內(nèi)有5級以上地震發(fā)生、平靜期無5級以上地震發(fā)生；活躍期中b值和m 值低于平靜期；活躍期內(nèi)3、4級以上地震的年發(fā)生率高于平靜期。

（4）中天山構(gòu)造區(qū)：活躍期年應(yīng)變能釋放均值較平靜期高1個數(shù)量級；折合震級高0.8～1.2級；活躍期有5級以上地震發(fā)生，平靜期則無5級以上地震發(fā)生；活躍期中b值和m 值低于平靜期；活躍期3、4級以上地震年發(fā)生率與平靜期相當(dāng)。

基于新疆北部各構(gòu)造區(qū)帶地震活動狀態(tài)特征參數(shù)分析，認(rèn)為2008年以來阿勒泰地震帶處于平靜期，中天山構(gòu)造區(qū)處于活躍期，北天山西段和烏魯木齊構(gòu)造區(qū)處于平靜期，但2008年以來烏魯木齊構(gòu)造區(qū)中小地震較為活躍，地震活動水平略高于平靜期。

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