利用凹凸體判斷柯坪塊體地震危險(xiǎn)性

祖力卡爾·艾則孜 宋春燕 楊 萍

1）中國(guó)新疆維吾爾自治區(qū) 843000 新疆維吾爾自治區(qū)地震局阿克蘇地震監(jiān)測(cè)中心站

2）中國(guó)烏魯木齊 843011 新疆維吾爾自治區(qū)地震局

0 引言

凹凸體，又被稱為閉鎖斷層，是地下介質(zhì)中應(yīng)力累積水平較高的地方。地殼介質(zhì)變形過(guò)程中圍繞凹凸體或高強(qiáng)度區(qū)域可發(fā)生微破裂活動(dòng)，該過(guò)程中可釋放已積累的應(yīng)力進(jìn)而引發(fā)大地震，因此凹凸體被認(rèn)為是斷裂帶上大地震發(fā)生的危險(xiǎn)段。對(duì)于沿?cái)嗔褞ふ野纪贵w，進(jìn)而判定該斷裂帶地震危險(xiǎn)性方面的研究，國(guó)內(nèi)外均有相關(guān)報(bào)道。Nanjo 等（2012）、Tormann 等（2015）通過(guò)研究2004 年印度尼西亞蘇門答臘9 級(jí)地震、2011 年日本東北部9 級(jí)地震前較長(zhǎng)時(shí)間尺度的b值，發(fā)現(xiàn)大地震前會(huì)出現(xiàn)較低b值的異常；李正芳等（2014）對(duì)龍門山斷裂帶和鮮水河斷裂帶進(jìn)行b值研究，驗(yàn)證了利用低b值區(qū)識(shí)別凹凸體的方法；劉子璇等（2016）對(duì)2016 年呼圖壁6.2 級(jí)地震前的b值進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)呼圖壁6.2 級(jí)地震震中位于低b值異常區(qū)，斷裂帶上可能存在凹凸體；易桂喜等（2004，2005，2006，2013）利用雙差地震精定位結(jié)果得到沿?cái)嗔褞У牡卣鹌拭鎴D，并結(jié)合低b值異常區(qū)域來(lái)尋找凹凸體。

位于新疆維吾爾自治區(qū)南天山地震帶西段的柯坪塊體是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的構(gòu)造單元（潘振生等，2010；南芳芳等，2018），主要包括柯坪斷裂帶、普昌斷裂帶、奧茲格爾他烏斷裂帶、喀拉鐵克斷裂帶、塔塔埃爾塔格斷裂帶等，該區(qū)域地震活動(dòng)頻率較高，震級(jí)較大。據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定，2012 年1 月1 日至2020 年6 月30 日，該區(qū)域及周邊發(fā)生了14 次5.0 級(jí)以上地震，其中包括2020 年1 月19 日伽師MS6.4 地震。本文利用低b值異常區(qū)域并結(jié)合由精定位結(jié)果得到的深度剖面圖尋找沿柯坪塊體斷裂帶的凹凸體，以判斷該區(qū)域地震危險(xiǎn)性。

1 資料選取

用于計(jì)算b值的地震目錄來(lái)源于全國(guó)統(tǒng)一地震編目，地震目錄起止時(shí)間為2009 年1 月1 日至2020 年6 月30 日，研究范圍為39.00°—41.26°N、76.00°—80.51°E，研究時(shí)間段內(nèi)共計(jì)14 574 次地震事件，其中，ML1.0—1.9 地震10 125 次；ML2.0—2.9 地震3 797 次；ML3.0—3.9 地震573 次；ML4.0—4.9 地震79 次。利用該數(shù)據(jù)采用最大似然法進(jìn)行沿柯坪塊體斷裂帶發(fā)生地震的b值計(jì)算，并對(duì)柯坪塊體上的ML≥1.6 地震進(jìn)行了重新定位，得到了精定位結(jié)果，利用該結(jié)果繪制沿?cái)嗔褞拭鎴D，尋找可能存在的凹凸體，進(jìn)而判斷沿?cái)嗔褞У牡卣鹞ｋU(xiǎn)性。

2 地震b值異常分析

地震b值是Gutenberg 等（1942）得出的震級(jí)—頻率經(jīng)驗(yàn)公式 中的重要參數(shù)，其反映巖石介質(zhì)累積應(yīng)力水平及某個(gè)地區(qū)地下介質(zhì)的應(yīng)力分布（劉子璇等，2019）。雙差地震定位法是一種相對(duì)地震定位法，該方法能對(duì)地震的震源深度進(jìn)行有效約束，進(jìn)而可得到較精確的地震深度分布。因此，利用低b值異常特征和由雙差精定位結(jié)果所得的震源深度剖面可較準(zhǔn)確地識(shí)別沿?cái)嗔褞У陌纪贵w，從而進(jìn)一步判定該區(qū)域地震危險(xiǎn)性。

2.1 b值計(jì)算方法及參數(shù)確定

利用ZMAP 程序及最大似然法進(jìn)行b值計(jì)算。首先，利用地震數(shù)據(jù)的累積頻度數(shù)隨震級(jí)的變化關(guān)系來(lái)確定最小完備震級(jí)Mc（圖1）。由圖1 可見(jiàn)，柯坪塊體上ML1.0—4.9地震b值的擬合結(jié)果為b=0.772 ± 0.008，Mc=1.6。結(jié)合新疆測(cè)震臺(tái)網(wǎng)在柯坪塊體及周邊區(qū)域的監(jiān)測(cè)能力，將最小完備震級(jí)確定為ML1.6 較合理。參考已有的分析計(jì)算方法（馮建剛等，2016），為了減少計(jì)算誤差，提高數(shù)據(jù)的可信度，要求每個(gè)統(tǒng)計(jì)單元內(nèi)地震樣本量不少于50 個(gè)，采用經(jīng)緯度均為0.1°的步長(zhǎng)進(jìn)行網(wǎng)格化，得到計(jì)算b值所需半徑為15 km（圖2）。

圖1 柯坪塊體上地震震級(jí)—頻度關(guān)系Fig.1 The frequency-magnitude distributions for earthquakes of Keping block

圖2 柯坪塊體上地震b值有效半徑的確定Fig.2 Assessment of radius forb-value calculation of the Keping block

2.2 b值異常特征

2.2.1b值空間掃描。利用柯坪塊體上ML1.0—4.9 地震計(jì)算了該區(qū)域沿主要斷裂帶的b值（圖3）。由圖3 可見(jiàn)，沿柯坪塊體主要斷裂帶的地震b值普遍較低，為0.5—1.6，沿?cái)嗔褞Т嬖诙鄠€(gè)明顯的低b值異常區(qū)域，故可能存在凹凸體。雖然在低b值區(qū)域發(fā)生了2020 年1 月19 日伽師MS6.4 地震，但是該地震震中附近以及周邊沿多個(gè)斷裂帶區(qū)域仍處于低b值狀態(tài)，因此認(rèn)為該區(qū)域依然處于高應(yīng)力閉鎖狀態(tài)。從圖3 可見(jiàn)，該區(qū)域凹凸體尺度較大，結(jié)合已有的有關(guān)低b值異常的研究結(jié)果（馬鴻慶，1978；萬(wàn)秀紅等，2015；張雙鳳等，2018；曾憲偉等，2020）認(rèn)為，柯坪塊體沿柯坪塔格斷裂帶2020 年1 月19 日伽師MS6.4 地震震中附近區(qū)域依然存在地震的危險(xiǎn)。

圖3 沿柯坪塊體主要斷裂帶b值分布Fig.3 Map ofbvalues on the main faults of Keping block

2.2.2b值空間掃描誤差。為了校驗(yàn)b值空間掃描結(jié)果的可靠性，利用下式計(jì)算b值誤差

圖4 b值計(jì)算誤差分布Fig.4 Distribution ofb-value calculation errors

圖5 b值計(jì)算誤差空間分布Fig.5 Map ofb-value calculation errors

3 雙差地震定位法精定位

3.1 資料及方法

選取柯坪塊體上2009 年1 月1 日至2020 年6 月30 日發(fā)生的ML≥1.6 地震作為研究對(duì)象。由于柯坪塊體地質(zhì)條件較復(fù)雜，不能統(tǒng)一使用一種速度模型進(jìn)行定位，因此將柯坪塊體沿普昌斷裂東、西側(cè)分為2 個(gè)區(qū)域。對(duì)這2 個(gè)區(qū)域的地震，分別利用新疆測(cè)震臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)報(bào)告的震相到時(shí)資料，采用Hypoinverse 絕對(duì)定位方法進(jìn)行定位，再對(duì)該定位結(jié)果用Velest 程序反演了地殼速度模型（按P 波速度與S 波速度之比為1.75 得到S 波速度）（表1、2），并在該模型下再采用Hypoinverse 地震定位法進(jìn)行定位，分析誤差，改善誤差后進(jìn)而進(jìn)行雙差地震精定位。

表1 柯坪塊體普昌斷裂以東速度模型Table 1 Velocity model to the east of Puchang fault of Keping block

表2 柯坪塊體普昌斷裂以西速度模型Table 2 Velocity model to the west of Puchang fault of Keping block

3.2 雙差地震精定位結(jié)果

用雙差地震定位法進(jìn)行精定位，得到誤差較小、定位結(jié)果較可靠的5 980 個(gè)地震的精定位結(jié)果（圖6）。由圖6 可見(jiàn)，柯坪塊體上發(fā)生的ML≥1.6 地震震中基本沿柯坪塊體上的柯坪斷裂帶、卡拉鐵克斷裂帶、普昌斷裂帶等主要斷裂帶分布。

圖6 柯坪塊體地震精定位結(jié)果分布Fig.6 Relocated epicenters of the earthquakes of Keping block

3.3 沿?cái)嗔褞疃绕拭?/h3>

用雙差地震定位法進(jìn)行精定位后定位精度得到改善，尤其是深度的結(jié)果較可靠，因此，利用該地震定位結(jié)果沿?cái)嗔褞?0 km 范圍的剖面圖上尋找凹凸體（圖7）。由圖7 可見(jiàn)，在畫出多個(gè)沿?cái)嗔褞У卣鹕疃绕拭鏁r(shí)，在柯坪斷裂帶位于普昌斷裂西側(cè)處2020 年1 月19 日伽師MS6.4 地震震源附近存在2 個(gè)地震空區(qū)（凹凸體），因此認(rèn)為，該區(qū)域雖然發(fā)生了1 次6 級(jí)以上地震，但是依然存在地震危險(xiǎn)性。

圖7 沿柯坪塔格逆斷裂帶地震深度剖面圖Fig.7 Map of earthquake depth profile along the Kalpingtag thrust tectonic

4 結(jié)論

利用最大似然法對(duì)柯坪塊體進(jìn)行b值計(jì)算，并利用雙差地震定位法對(duì)2009 年1 月1 日至2020 年6 月30 日發(fā)生的ML≥1.6 地震進(jìn)行重定位，并尋找凹凸體，得到以下結(jié)果。

（1）從柯坪塊體b值掃描結(jié)果來(lái)看，柯坪塊體上地震b值普遍較低，為0.5—1.6，其中，低b值區(qū)域基本沿柯坪塊體上的主要斷裂帶分布。

（2）沿柯坪塔格逆斷裂帶2020 年1 月19 日伽師MS6.4 地震震源附近區(qū)域依然處于低b值狀態(tài)，應(yīng)力水平較高。

（3）通過(guò)雙差地震精定位可以發(fā)現(xiàn)柯坪塊體上發(fā)生的地震，尤其是5 級(jí)以上地震主要受柯坪斷裂帶、奧茲格爾他烏斷裂帶、喀拉鐵克斷裂帶控制。

（4）由沿柯坪斷裂帶的地震深度剖面圖可見(jiàn)，2020 年1 月19 日伽師MS6.4 地震震源附近存在地震空區(qū)（凹凸體），該凹凸體有可能是引發(fā)伽師MS6.4 地震的高應(yīng)力閉鎖斷層。但伽師地震后該區(qū)域依然是地震空區(qū)，因此其應(yīng)力可能未完全釋放。

（5）將地震精定位后的地震深度剖面圖與柯坪塊體上b值異常狀態(tài)進(jìn)行綜合考慮后初步判定，雖然沿柯坪塔格逆斷裂帶發(fā)生了伽師MS6.4 地震，應(yīng)力得到了一定的釋放，但是該區(qū)域依然存在地震危險(xiǎn)性。