西南天山地區(qū)長(zhǎng)時(shí)間尺度重力場(chǎng)變化特征1

艾力夏提·玉山 劉代芹 李 杰 李桂榮 陳 麗 朱治國(guó) 阿卜杜塔伊爾·亞森 李 瑞

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西南天山地區(qū)長(zhǎng)時(shí)間尺度重力場(chǎng)變化特征1

艾力夏提·玉山 劉代芹 李 杰 李桂榮 陳 麗 朱治國(guó) 阿卜杜塔伊爾·亞森 李 瑞

（新疆維吾爾自治區(qū)地震局，烏魯木齊 830011）

利用西南天山地區(qū)2007至2016年共20期流動(dòng)重力觀測(cè)資料，分析該地區(qū)一年、兩年尺度和累積重力變化特征，探討區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)、地震孕育發(fā)生與重力場(chǎng)變化特征的關(guān)系。結(jié)果表明：西南天山地區(qū)邁丹斷裂帶、柯坪塔格斷裂帶等大型斷裂帶影響該區(qū)域的重力場(chǎng)分布，使該地區(qū)較多出現(xiàn)NEE向的重力梯度分布特征。塔里木盆地和西南天山重力變化有明顯的差異性，2個(gè)不同的構(gòu)造塊體在重力分布上呈現(xiàn)相對(duì)反向變化，塔里木盆地和西南天山地區(qū)的重力變化界線(xiàn)不在塔里木盆地邊緣的山前地帶，而較多出現(xiàn)在柯坪推覆體中北緣地帶。西南天山地區(qū)的地震大部分發(fā)生在重力正值變化區(qū)域的零線(xiàn)附近，震中及附近地區(qū)重力異常分布與構(gòu)造特征有較好的一致性。在活動(dòng)斷裂帶附近同時(shí)出現(xiàn)重力變化零線(xiàn)以及與斷裂走向一致的重力變化高梯度帶，可作為中短期前兆異常。

西南天山 流動(dòng)重力 重力異常

引言

天山是中亞地區(qū)地震最活躍的區(qū)域。21世紀(jì)初以來(lái)，在該區(qū)域內(nèi)發(fā)生過(guò)8級(jí)地震1次，7級(jí)地震5次及多次6級(jí)地震。西南天山的天山褶皺帶、帕米爾構(gòu)造弧與塔里木塊體3個(gè)構(gòu)造單元的銜接地帶是整個(gè)南天山地震帶中構(gòu)造運(yùn)動(dòng)最為強(qiáng)烈的地區(qū)。西南天山東南是北北西向的順時(shí)針擠壓天山的塔里木塊體，其推擠作用力沿著天山由西向東逐漸減小；向西是南天山西段、帕米爾弧型構(gòu)造與西昆侖的交匯區(qū)，該區(qū)以張性拉張作用為主。南天山南北兩側(cè)同時(shí)受到印度板塊和歐亞板塊的擠壓，是受力較強(qiáng)烈的地區(qū)，容易積累發(fā)生中強(qiáng)地震的能量（鄧起東等，2000；沈軍等，2006）。地震前后地下應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)的變化會(huì)改變地表重力場(chǎng)的分布，陳運(yùn)泰等（1980）經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，1975年海城地震和1976年唐山地震前后的重力場(chǎng)變化不僅是由高程變化所引起，高程變化無(wú)法解釋如此大量級(jí)的重力場(chǎng)變化分布，由此提出了地球深部物質(zhì)遷移的可能性，認(rèn)為地球內(nèi)部物質(zhì)遷移導(dǎo)致地殼密度的變化，從而改變地表重力場(chǎng)分布，并最早將“物質(zhì)運(yùn)移”的概念用于解釋地震前觀測(cè)到的重力場(chǎng)變化的物理機(jī)制。由于地球內(nèi)部密度不同，地殼內(nèi)物質(zhì)受到的重力作用也不同，這必然引起地殼內(nèi)部能量積累的不平衡，同時(shí)在應(yīng)力作用下的地殼內(nèi)物質(zhì)運(yùn)移在受到阻擋后，形成擠壓、推覆、逆沖與走滑構(gòu)造，為地震孕育發(fā)生創(chuàng)造條件。流動(dòng)重力測(cè)量反映區(qū)域重力場(chǎng)的非潮汐變化信息，地殼內(nèi)部的物質(zhì)遷移、地殼構(gòu)造和地震的形成過(guò)程等都可以在流動(dòng)重力復(fù)測(cè)結(jié)果中反映出來(lái)，地表重力場(chǎng)的變化，則能較好地反映地殼厚度的差異、地殼密度的變化和深部物質(zhì)遷移等構(gòu)造活動(dòng)信息（賈民育等，2000；祝意青等，2001a）。因此，流動(dòng)重力測(cè)量是了解地殼內(nèi)部構(gòu)造活動(dòng)的有效手段之一。

1 測(cè)網(wǎng)布局與數(shù)據(jù)處理

1.1 測(cè)區(qū)地質(zhì)概況與測(cè)網(wǎng)布局

西南天山位于塔里木板塊北緣，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，區(qū)內(nèi)的斷層構(gòu)造發(fā)育，主要構(gòu)造線(xiàn)方向?yàn)楸睎|東—近東西走向，以多條北東東走向、北北西傾向、傾角變化較大的逆斷層為主體（董云書(shū)，2010）。一方面，印度板塊向歐亞板塊碰撞擠壓造成該地區(qū)有多條逆斷層；另一方面，塔拉斯-費(fèi)爾干納斷裂南段使得該地區(qū)兼有走滑斷層，這兩方面造成西南天山地區(qū)上地殼（0—50km）地震頻繁。此外，塔里木盆地向天山南緣的俯沖又造成該地區(qū)發(fā)生深部地震（100—200km）（于湘?zhèn)サ龋?010）。研究區(qū)內(nèi)有柯坪塔格斷裂、邁丹-喀拉鐵克斷裂以及皮羌斷裂等一系列斷裂帶，邁丹-喀拉鐵克斷裂帶走向北東東，斷面傾向北西，傾角40°—80°（陳杰等，2011），作為一條巖石圈尺度大斷裂，邁丹-喀拉鐵克斷裂帶在晚更新世末期有較明顯的垂直運(yùn)動(dòng)，該斷裂帶上5—6強(qiáng)震的震源機(jī)制解顯示其現(xiàn)今活動(dòng)以逆沖為主，震源多在10—18km深度的中上地殼內(nèi)（Allen等，1999）。柯坪塔格斷裂位于西南天山柯坪塔格推覆體的前緣，以NW走向的皮羌斷裂為界，分為東西兩端，總體走向NEE，該斷裂由發(fā)育在倒轉(zhuǎn)背斜南翼的多條向南逆沖的北傾斷裂組成，地表多為順層的高角度（傾角50°—70°）北傾斷層。皮羌斷裂位于柯坪塔格推覆構(gòu)造中部，北起皮羌以北，南至柯坪塔格推覆體前緣，總體走向NNW，傾向E或W，地表出露長(zhǎng)度約70km（閔偉等，2006）。2007—2016年在西南天山流動(dòng)重力測(cè)網(wǎng)范圍內(nèi)共發(fā)生了11次5級(jí)以上地震（表1），從地震震源機(jī)制解來(lái)看，這些地震大部分都屬于逆沖性地震。

表1 西南天山地區(qū)5級(jí)以上地震（2007—2016年）

續(xù)表

2005年新疆維吾爾自治區(qū)地震局在南天山喀什-伽師及鄰近地區(qū)建立了由40個(gè)流動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)構(gòu)成的流動(dòng)重力測(cè)網(wǎng)（圖1），并從2005年開(kāi)始每年至少進(jìn)行兩期重復(fù)觀測(cè)（王曉強(qiáng)等，2007）。2007年，為了更好掌握南天山地區(qū)流動(dòng)重力場(chǎng)變化趨勢(shì)，新疆維吾爾自治區(qū)地震局在原有的喀什-伽師監(jiān)測(cè)網(wǎng)基礎(chǔ)上，把監(jiān)測(cè)范圍擴(kuò)展到烏什、柯坪、阿克蘇一帶，形成了覆蓋西南天山地區(qū)的流動(dòng)重力監(jiān)測(cè)網(wǎng)（艾力夏提·玉山等，2014）。

① 柯坪塔格斷裂；②衣木干他烏斷裂；③皮羌斷裂；④喀拉鐵克斷裂；⑤邁丹斷裂

1.2 數(shù)據(jù)處理與方法

本文以2007年布設(shè)的流動(dòng)重力測(cè)網(wǎng)為基準(zhǔn)，對(duì)2007—2016年觀測(cè)的共20期流動(dòng)重力觀測(cè)資料進(jìn)行處理，研究該區(qū)域10年來(lái)的重力場(chǎng)變化特征。研究范圍包括南天山西段的阿克蘇、克州、喀什等地區(qū)。野外觀測(cè)使用2種型號(hào)的高精度重力儀，2007—2010年為2臺(tái)LCR型重力儀，2010以后的數(shù)據(jù)均使用2臺(tái)CG5型高精度重力儀進(jìn)行采集，所有測(cè)段觀測(cè)值均符合規(guī)范要求，即往返測(cè)自差小于25μGal，互差小于30μGal。平差計(jì)算采用中國(guó)地震局攻關(guān)軟件LGADJ進(jìn)行。在平差計(jì)算時(shí)，利用各期觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)儀器的一次項(xiàng)系數(shù)進(jìn)行了重新計(jì)算，平差方法采用擬穩(wěn)平差方法，選取塔里木盆地內(nèi)部比較穩(wěn)定且周?chē)h(huán)境沒(méi)有干擾因素的4個(gè)點(diǎn)作為擬穩(wěn)點(diǎn)進(jìn)行平差計(jì)算。最終平差計(jì)算結(jié)果顯示，各期平差結(jié)果的點(diǎn)值精度為5—10μGal，解算精度滿(mǎn)足重力場(chǎng)變化特征研究的需求。得到平差結(jié)果后，對(duì)個(gè)別被破壞轉(zhuǎn)移的點(diǎn)以及周?chē)h(huán)境有較大變化的點(diǎn)進(jìn)行刪除。最后分別計(jì)算研究區(qū)一年、兩年尺度和累積重力變化量，利用克里格插值法對(duì)重力變化量進(jìn)行內(nèi)插，計(jì)算得到整個(gè)研究區(qū)重力變化等值線(xiàn)圖。結(jié)合歷年在測(cè)區(qū)內(nèi)發(fā)生的地震震例和區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造，分析西南天山地區(qū)不同時(shí)間尺度的重力場(chǎng)變化特征。

2 重力場(chǎng)變化特征

利用各年度上半年的重力場(chǎng)變化值分別繪制了研究區(qū)一年、兩年尺度的重力變化差分圖（圖2、3），以及2007—2010年共4年的上半年觀測(cè)數(shù)據(jù)平差結(jié)果平均值作為基準(zhǔn)的累積重力變化圖（圖4）。圖中黑色實(shí)線(xiàn)代表重力變化正值等值線(xiàn)；虛線(xiàn)代表重力變化負(fù)值等值線(xiàn)；紅線(xiàn)代表斷層；紅點(diǎn)代表觀測(cè)時(shí)期結(jié)束后1年內(nèi)發(fā)生的地震；右下角的數(shù)字代表差分的2期觀測(cè)年月（Ref為基準(zhǔn)）。

2.1 重力場(chǎng)一年尺度變化特征

采用同時(shí)間段的2期觀測(cè)數(shù)據(jù)繪制一年尺度重力變化圖能夠降低水文、溫度和季節(jié)等外界因素的影響。從圖2中可以看到，2007—2008年西南天山地區(qū)重力變化呈現(xiàn)四象限分布，塔里木盆地和南天山與西昆侖交匯的烏恰地區(qū)出現(xiàn)重力正值變化，而西南天山地區(qū)沿著邁丹斷裂的烏什、阿合奇等地出現(xiàn)重力負(fù)值變化，在喀什、英吉沙等地區(qū)也出現(xiàn)重力負(fù)值區(qū)?？缕核駭嗔岩约八锬九璧刂亓?chǎng)為正值變化，重力變化極值位于喀什、烏恰地帶，變化量達(dá)到60μGal。2009年2月20日和2009年4月22日，在重力場(chǎng)變化零線(xiàn)附近的正值區(qū)分別發(fā)生了柯坪5.2級(jí)地震和阿圖什5.0級(jí)地震。2008—2009年重力變化較小，變化量在40μGal以?xún)?nèi)。2009—2010年西南天山地區(qū)再次出現(xiàn)了重力場(chǎng)四象限布局，除了塔里木盆地處于重力正值變化以外，其他區(qū)域的重力變化與2007—2008年的分布相反，阿合奇、英吉沙等地區(qū)為正值變化，巴楚、阿圖什、烏恰等地區(qū)為負(fù)值變化。重力場(chǎng)正值變化區(qū)中的柯坪塔格斷裂附近出現(xiàn)了與斷裂走向一致的重力負(fù)值變化帶。2011年1月1日在烏恰以南的重力變化負(fù)值高梯度帶發(fā)生了5.1級(jí)地震。2010—2011年西南天山地區(qū)重力場(chǎng)變化再次進(jìn)入平靜，以阿合奇、喀什、麥蓋提為界，出現(xiàn)東邊為正值變化、西邊為負(fù)值變化的現(xiàn)象，整個(gè)區(qū)域變化量在30μGal以?xún)?nèi)。2011年8月11日在伽師附近的重力正值變化區(qū)域發(fā)生了阿圖什-伽師交界5.8級(jí)地震；2011年12月1日在莎車(chē)縣附近發(fā)生了5.2級(jí)地震。這2次地震發(fā)生前，在震中及附近地區(qū)沒(méi)有出現(xiàn)太大的重力場(chǎng)變化現(xiàn)象。2011—2012年研究區(qū)重力場(chǎng)繼承了前期的變化趨勢(shì)，即以阿合奇、喀什、麥蓋提為界，東邊為正值變化、西邊為負(fù)值變化，在變化量級(jí)上正負(fù)值變化繼續(xù)增大，達(dá)到了±60μGal。在柯坪塊體內(nèi)出現(xiàn)的重力正值變化高梯度帶上發(fā)生了2次5.2級(jí)地震，這2次地震發(fā)生在重力變化高梯度帶的零線(xiàn)附近。此外，2012年6月1日在烏恰以北的重力場(chǎng)負(fù)值變化區(qū)域內(nèi)發(fā)生了5.0級(jí)地震。2012—2013年整個(gè)區(qū)域出現(xiàn)了重力場(chǎng)反向調(diào)整，變化量級(jí)也較大，重力變化零線(xiàn)沿著南天山和西昆侖與塔里木盆地交界帶分布，盆地為負(fù)值變化，山區(qū)為正值變化。2013年12月1日在柯坪塔格斷裂上發(fā)生了5.3級(jí)地震。2013—2014年研究區(qū)的重力場(chǎng)變化比較平靜，變化趨勢(shì)返回到東正西負(fù)的變化態(tài)勢(shì)。雖然2期觀測(cè)期的重力場(chǎng)變化不是很大，但2014年7月9日在麥蓋提縣境內(nèi)發(fā)生了5.1級(jí)地震，2015年1月10日在重力變化零線(xiàn)上發(fā)生了阿圖什5.0地震。2014—2015年重力零線(xiàn)沿著阿合奇、阿圖什、英吉沙以東的區(qū)域往南延伸，重力變化量在40μGal之內(nèi)。2015—2016年整個(gè)區(qū)域重力場(chǎng)變化有所增強(qiáng)，西南天山和西昆侖山區(qū)出現(xiàn)重力負(fù)值變化，而塔里木盆地及邊緣地區(qū)處于重力變化正值區(qū)，此外，在烏恰以北地區(qū)出現(xiàn)小范圍的重力正變化梯度帶。

圖2 西天山地區(qū)一年尺度重力場(chǎng)變化等值線(xiàn)圖

2.2 重力場(chǎng)兩年尺度變化特征

圖3重力變化圖顯示，2008—2010年沿著邁丹-喀拉鐵克斷裂帶出現(xiàn)正值變化，而柯坪塔格斷裂以及塔里木盆地地區(qū)呈現(xiàn)為重力負(fù)值變化，重力場(chǎng)變化最大值在40μGal左右。2010—2012年研究區(qū)的重力場(chǎng)發(fā)生了反向轉(zhuǎn)變，邁丹-喀拉鐵克斷裂帶以負(fù)值變化為主，柯坪塔格斷裂以及塔里木盆地地區(qū)為正值變化。此外，在南天山西段與西昆交匯的烏恰地區(qū)以及西昆侖山前地帶出現(xiàn)大范圍的重力負(fù)值變化。在正負(fù)值變化交替的零線(xiàn)附近發(fā)生了2次5.2級(jí)地震。2012—2014年整個(gè)研究區(qū)再次出現(xiàn)了反向調(diào)整變化，邁丹-喀拉鐵克斷裂帶出現(xiàn)重力正值變化，而南邊的柯坪塔格斷裂和塔里木盆地出現(xiàn)重力負(fù)值變化，西昆侖地區(qū)的重力場(chǎng)也變?yōu)檎底兓?，變化量?0μGal左右。同樣在重力場(chǎng)正負(fù)值交替地帶的零線(xiàn)附近發(fā)生了阿圖什5.0級(jí)地震，在重力場(chǎng)負(fù)值區(qū)的塔里木盆地內(nèi)發(fā)生了麥蓋提5.1級(jí)地震。2014—2016年重力場(chǎng)分布沒(méi)有出現(xiàn)反向調(diào)整的現(xiàn)象，南天山西段的烏什、阿合奇、巴楚一帶的重力負(fù)值變化繼續(xù)往西南延伸，喀什、英吉沙地區(qū)雖然還是呈現(xiàn)正值變化，但量級(jí)上有所減少。

圖3 西南天山地區(qū)兩年尺度重力場(chǎng)變化等值線(xiàn)圖

2.3 重力場(chǎng)累積變化特征

在計(jì)算西南天山重力場(chǎng)累積變化時(shí)，需要選取某觀測(cè)值作為累積變化計(jì)算基準(zhǔn)，而選擇單一觀測(cè)期的重力值作為基準(zhǔn)，有可能把該觀測(cè)期的誤差帶進(jìn)整個(gè)累積變化中。因此，我們采用研究區(qū)前4期上半年（2007年5月、2008年4月、2009年4月、2010年3月）觀測(cè)數(shù)據(jù)的平均值作為重力累積變化計(jì)算的基準(zhǔn)，分別繪制了2011—2016年上半年共6年的重力場(chǎng)累積變化圖（圖4）。

從2011年1年累積的變化圖（圖4（a））中可以看到，整個(gè)測(cè)區(qū)重力變化不是很大，除在烏恰地區(qū)出現(xiàn)重力負(fù)值變化以外，其他大部分地區(qū)表現(xiàn)出重力正值變化特征。2年累積的重力場(chǎng)分布圖（圖4（b））顯示，烏恰地區(qū)的重力負(fù)值變化往東南擴(kuò)展至英吉沙、莎車(chē)地區(qū)，伽師以及巴楚地區(qū)的重力正值變化繼續(xù)增強(qiáng)，在柯坪塔格斷裂一帶的重力正值變化達(dá)到了60μGal，2012年在測(cè)區(qū)內(nèi)發(fā)生了3次5級(jí)地震，使得重力場(chǎng)有了大范圍的變化。3年累積重力場(chǎng)分布圖（圖4（c））中，測(cè)區(qū)內(nèi)出現(xiàn)了反向調(diào)整，以皮羌斷裂為界，東邊呈現(xiàn)為重力負(fù)值變化，西邊地區(qū)呈現(xiàn)為重力正值變化。4年累積重力場(chǎng)分布（圖4（d））基本保持了3年累積變化特征，但在重力變化量級(jí)上有減弱的趨勢(shì)。到了第5年（圖4（e）），喀什以東地區(qū)的重力場(chǎng)負(fù)值區(qū)與巴楚地區(qū)的重力負(fù)值區(qū)貫通，形成了沿著柯坪塔格斷裂的負(fù)值變化區(qū)。2016年烏恰、英吉沙等地區(qū)出現(xiàn)的重力正值變化往東擴(kuò)展到皮羌斷裂一帶（圖4（f））。值得注意的是，喀什東北方向的喀拉鐵克斷裂附近（76°—77°E）出現(xiàn)的重力正值變化特征，2011年該地區(qū)出現(xiàn)了重力變化正值高梯度帶，2011年8月在該異常區(qū)內(nèi)發(fā)生了阿圖什5.8級(jí)地震。2012年的重力變化圖上，該異常依然存在，且變化量有所增強(qiáng)，2013年3月在該異常區(qū)東緣發(fā)生了5.2級(jí)地震。雖然在該地區(qū)發(fā)生了2次5級(jí)地震，但2013年的重力場(chǎng)分布圖上，該異常區(qū)并沒(méi)有消失，反而繼續(xù)增強(qiáng)，而這一年沒(méi)有地震發(fā)生。2014年該區(qū)域的重力異常基本保持2013年的形狀，2015年1月在異常區(qū)邊緣再次發(fā)生了5.0級(jí)地震。2015年該異常區(qū)往北移動(dòng)并有所減弱，到2016年該異常完全消失。

圖4 西南天山地區(qū)重力場(chǎng)累積變化等值線(xiàn)圖

3 重力場(chǎng)變化與構(gòu)造、地震的關(guān)系

通常重力場(chǎng)變化大小與深部構(gòu)造密切相關(guān)，這種構(gòu)造的物性差異通常會(huì)表現(xiàn)出明顯的重力異常變化特征（陳石等，2011），南天山同時(shí)受到印度板塊和歐亞板塊的擠壓，能量易于積累，是受力較強(qiáng)烈的地區(qū)。重力場(chǎng)變化包含了大量的構(gòu)造活動(dòng)信息，既有區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)作用下的深大斷裂活動(dòng)，也有震源應(yīng)力場(chǎng)作用下局部斷裂活動(dòng)的結(jié)果（祝意青等，2003）。從10年來(lái)西南天山重力場(chǎng)的分布情況來(lái)看，重力變化梯度帶走向與南天山以及邁丹-喀拉鐵克斷裂和柯坪塔格斷裂等斷裂帶走向一致。西昆侖以及南天山與西昆侖交匯的烏恰地區(qū)較多出現(xiàn)近南北向重力場(chǎng)分布，這種分布與西昆侖的斷裂走向基本一致。西南天山發(fā)育有邁丹斷裂、喀拉鐵克斷裂帶和柯坪塔格斷裂等一系列NEE走向的逆沖斷裂，其中邁丹斷裂除逆沖性質(zhì)外，還具有明顯的左旋走滑運(yùn)動(dòng)特征（陳建波，2008），通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間尺度的重力變化特征發(fā)現(xiàn)，邁丹-喀拉鐵克斷裂帶的重力場(chǎng)分布與柯坪塔格斷裂的重力場(chǎng)分布經(jīng)常呈現(xiàn)相互反向變化，重力正負(fù)變化的過(guò)渡帶基本位于柯坪推覆體的中北緣地帶，這種重力場(chǎng)分布特征表明，柯坪推覆體和邁丹-喀拉鐵克斷裂帶之間地殼密度存在明顯的差異。劉啟元等（2000）在該區(qū)域開(kāi)展了上地幔地震波速結(jié)構(gòu)的研究，通過(guò)30臺(tái)地震儀組成的平面寬頻帶流動(dòng)地震臺(tái)觀測(cè)數(shù)據(jù)研究得到，塔里木盆地地殼厚度為40—52km，地殼結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，而北側(cè)西南天山前陸沖斷帶（柯坪塔格推覆構(gòu)造）之下莫霍界面的深度迅速增加到60—76km，地殼結(jié)構(gòu)變得較為復(fù)雜。此外，南側(cè)地殼相對(duì)較薄，沉積蓋層較厚；而北側(cè)地殼厚度明顯增大，沉積蓋層較薄，地殼內(nèi)部存在明顯變形，邊界斷裂一直影響到地殼底部。由此可見(jiàn)，南天山西段，尤其是塔里木盆地到邁丹斷裂之間的區(qū)域，包括柯坪推覆體一帶的重力場(chǎng)變化分區(qū)特征與該區(qū)域的構(gòu)造分布特征有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

地震是震源區(qū)介質(zhì)發(fā)生的快速破裂錯(cuò)動(dòng)或原斷層的失穩(wěn)，地震的孕育和發(fā)生不但受到區(qū)域構(gòu)造控制，而且受十分復(fù)雜的深部動(dòng)力學(xué)過(guò)程影響（劉代芹等，2014）。前人的研究成果表明，地震發(fā)生前在活動(dòng)斷裂帶附近出現(xiàn)局部重力異常和重力變化高梯度帶，如1995年永登S5.8地震和2000年景泰S5.9地震發(fā)生前，在發(fā)震斷層附近出現(xiàn)局部重力異常，即沿著斷層走向兩側(cè)出現(xiàn)重力變化正負(fù)高梯度帶（祝意青等，1999，2001b）。2016年門(mén)源S6.4地震發(fā)生前出現(xiàn)了較好的中期前兆性異常，區(qū)域重力場(chǎng)變化先出現(xiàn)大尺度空間范圍的與斷裂構(gòu)造帶走向基本一致的重力變化高梯度帶，后呈現(xiàn)震中附近地區(qū)的局部重力異常特征（祝意青等，2016）。通過(guò)分析西南天山地區(qū)2007—2016年共10年的重力場(chǎng)變化特征以及這期間在研究區(qū)內(nèi)發(fā)生的11次5級(jí)地震可以發(fā)現(xiàn)，在南天山西段發(fā)生的8次地震中有7次地震發(fā)生前震中及附近地區(qū)呈現(xiàn)重力正值變化態(tài)勢(shì)，有4次地震發(fā)生在重力正負(fù)變化過(guò)渡帶的零線(xiàn)附近（一年差分變化）。這些地震的發(fā)震屬于逆沖性地震，震中區(qū)附近分布有多條北東東向的逆斷層，震中也是重力場(chǎng)正負(fù)變化過(guò)渡帶區(qū)域，這很可能是因?yàn)閿鄬拥恼鹎叭鋭?dòng)（Okubo，1991；Sun，2004；Fu等，2008）引起地表形變與重力場(chǎng)發(fā)生響應(yīng)的變化。從研究區(qū)重力場(chǎng)累積變化圖像可以看出，2011年在西南天山地區(qū)皮羌斷裂至喀什地區(qū)出現(xiàn)的重力異常一直延續(xù)到2015年，在這期間異常區(qū)內(nèi)除了2014年沒(méi)有發(fā)生地震以外，其他年份都發(fā)生了5級(jí)地震，異常區(qū)的形狀近似橢圓形，南北由邁丹斷裂和塔里木盆地西北緣、東西由皮羌斷裂和費(fèi)爾干納斷裂（延伸部分）所包圍，長(zhǎng)軸平行于邁丹、喀拉鐵克等斷裂走向，短軸平行于皮羌和費(fèi)爾干納斷裂的走向，該異常區(qū)南北兩側(cè)的邁丹斷裂和柯坪塔格斷裂為逆沖斷裂，而東西兩側(cè)的皮羌斷裂和費(fèi)爾干納斷裂為走滑斷裂，在這種特殊構(gòu)造背景下重力場(chǎng)出現(xiàn)與構(gòu)造分布一致的局部重力異常有中短期地震前兆異常的參考價(jià)值。

4 結(jié)論

（1）西南天山地區(qū)較多出現(xiàn)與該區(qū)構(gòu)造特征一致的重力場(chǎng)分布，即邁丹-喀拉鐵克斷裂帶、柯坪塔格斷裂以及周?chē)腘EE走向斷裂影響該區(qū)域的重力場(chǎng)分布，經(jīng)常呈現(xiàn)NEE向的重力梯度分布特征。西南天山地區(qū)的近東西向重力場(chǎng)分布大部分情況下在南天山—西昆侖交匯地區(qū)出現(xiàn)彎曲，在西昆侖呈現(xiàn)近南北向分布，這種分布特征與該地區(qū)的構(gòu)造一致，說(shuō)明西南天山地區(qū)的重力場(chǎng)受構(gòu)造活動(dòng)的影響較為顯著。

（2）塔里木盆地和西南天山重力變化有明顯的差異性，2個(gè)不同的構(gòu)造塊體在重力分布上呈現(xiàn)相對(duì)反向變化，反向正負(fù)變化交替出現(xiàn)。塔里木盆地和西南天地區(qū)的重力變化界線(xiàn)不在塔里木盆地邊緣的山前地帶，而較多出現(xiàn)在柯坪推覆體中北緣地帶，這種分布與該地區(qū)莫霍面的深度和地殼結(jié)構(gòu)有一定的關(guān)系。由此可見(jiàn)，重力場(chǎng)大范圍的分布特征能夠反映深部構(gòu)造特征。

（3）西南天山地區(qū)的地震較多發(fā)生在重力正值變化區(qū)域的零線(xiàn)附近，西南天山地區(qū)重力場(chǎng)分布與構(gòu)造特征有較好的一致性。在活動(dòng)斷裂帶附近出現(xiàn)與斷裂走向一致的重力變化高梯度帶，同時(shí)伴隨有重力變化零線(xiàn)，可作為中短期前兆異常加以關(guān)注。

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Variation Characteristics of Long Period Gravity Fieldin Southwestern Tianshan

Ailixiati·Yushan, Liu Daiqin, Li Jie, Li Guirong, Chen Li,Zhu Zhiguo, Abudutayier·Yasen and Li Rui

(Earthquake Agency of Xinjiang Uyghur Autonomous Region, Urumqi 830011, China)

By using the 20-year data observed from 2007 to2016, we analyzed the gravitational variations characteristics of in one and two year scale in the southwestern Tianshan area, in order to study the relationship between gravitational field changes to structural features, generation and occurrence of earthquakes. Our results show that the regional faults such as Maidan fault and Kepingtage fault, have great effect on the gravitational field distribution in southwestern Tianshan area, resulting in the preferred NEE direction of gravitational gradient distribution. There exists obvious difference of gravitational change between northwestern Tianshan and Tarim basin, in which the two different structural blocks have opposite changes in gravitational field. The boundary of gravitational change between Tarim basin and southwestern Tianshan mostly lays on the middle-north part of Keping nappe instead of in the edge of Tarim basin. There exists a consistency between gravitational anomalies and structural distribution where the earthquakes in the southwestern Tianshan area mainly along the positive gravity change zone with near zero line. Such local anomalies can be taken as the mediate-short term precursor of earthquakes in the region.

Southwestern Tianshan; Mobile gravity; Gravitational anomaly

艾力夏提·玉山，劉代芹，李杰，李桂榮，陳麗，朱治國(guó)，阿卜杜塔伊爾·亞森，李瑞，2018．西南天山地區(qū)長(zhǎng)時(shí)間尺度重力場(chǎng)變化特征．震災(zāi)防御技術(shù)，13（2）：388—398．

10.11899/zzfy20180214

新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)基金（2016D01A062）；2017年度震情跟蹤定向工作任務(wù)（2017020202、2017010204）；新疆地震科學(xué)基金（201612、201613）；地震科技星火計(jì)劃（XH16042Y、XH17044）

2017-11-13

艾力夏提·玉山，男，生于1984年。工程師。主要從事地殼形變研究工作。E-mail：irxat@163.com