新疆北部构造区带地震活动状态分析①

2011-01-25曲延军聂晓红

地震工程学报 2011年2期

王琼，曲延军，聂晓红

（新疆维吾尔自治区地震局，新疆乌鲁木齐市 830011）

0 引言

地震活动状态分析与研究是地震短临预测的基础，它主要依靠地震本身，也就是在一定地域范围内地震活动在时间进程上所处的状态——平静抑或活跃［1］。由于每个地震构造区带内断层的性质、规模、活动速率等不同，这就决定了不同地震构造区地震活动强度存在差异性［2］。依据构造区内断层活动水平、强震活动分布和区域应力场特征等，研究各构造带更小单元分区地震活动状态的定量或半定量指标，对地震趋势分析和短临预测工作更具有实践指导意义。

由于构造区带的划分方式可能会影响地震活动状态的分析和判定。因此合理划分构造区带是客观评估和分析地震活动状态的关键。本文基于一些学者关于区域地质构造、构造运动强度、历史强地震活动特征、地壳缩短速率以及局部应力场特征的研究成果，将新疆北部地区初步划分为5个地震构造区带；通过计算各构造区带年应变能释放均值、折合震级、不同震级下限的地震年发生率等参数，对其地震活动状态特征进行定量分析，提取各构造区带不同地震活动状态的特征指标；进而对各构造区带2008年以来的地震活动状态进行分析判定。

1 新疆北部各构造区带划分依据

1.1 地质构造和历史强地震活动特征

根据新疆地质构造和强地震活动特征，将新疆北部地区划分为阿尔泰地震带、北天山地震带、中天山和东天山构造区。由于地质构造和运动特征的差异性，不同构造区带地震活动水平存在较大的差异［3］。

阿尔泰地震带是阿尔泰－蒙古地震带的我国境内部分，位于新疆北部的阿尔泰山及其边缘地带。其展布方向与带内NW－NWW向的主体构造一致。NW向活断裂规模巨大，NNW向断裂以可可托海－二台断裂最为典型，为右旋走滑型断裂。阿尔泰地震带总体活动频度不高，1900年以来发生8.0级地震1次，7.0级地震1次（强余震），6级地震4次（不含余震），5级地震16次（不含余震）。最大地震为1931年富蕴8.0级地震。

北天山地震带的强震构造以近东西向逆断裂为主，与逆冲—褶皱活动构造带关系密切。主要断裂有婆罗科努断裂、清水河子断裂、科古琴断裂、霍尔果斯—图谷鲁断裂和博格达弧形断裂等。北天山地震带包含北天山西段和乌鲁木齐地区，其构造特征和历史地震活动水平存在较明显的差异性：北天山西段地震活动强度大、频度不高，1900年以来发生7级以上地震2次，6级地震7次，5级地震37次，最大地震为1906年玛纳斯7.7级地震；乌鲁木齐地区地震活动强度和频度均不高，主要发震为构造博格达弧形断裂，1900年发生6级以上地震2次，5级地震5次，最大地震为1965年乌鲁木齐6.6级地震。

中天山构造区带相对稳定，包含伊犁盆地北缘断裂和南缘断裂，地震活动强度不高，以5级地震活动为主。1900年以来发生2次6级地震，14次5级地震，最大地震为1921年6.5级伊宁地震。

东天山地区构造相对稳定，在吐鲁番—哈密地区存在规模较大的走滑断层和逆断层，地震活动水平不高。1900年以来发生9次5级地震，1次6级地震和1次7级地震，最大地震为1914年巴里坤7.5级地震。

1.2 构造运动强度

结合地质构造和深部背景、历史强地震分布、构造运动强度及b值等（表1），李莹甄、沈军等［4］将北天山地震带划分出较强构造运动区：北天山西段、中天山南部地区；中等强度构造运动区：北天山东段、博阿断裂西北段、博阿断裂中东段、东天山和中天山北部。

表1 新疆北部各构造区带构造运动强度及b值［4］

1.3 地壳缩短速率

张培震等［5］研究结果表明，天山地壳缩短呈现由西向东逐渐衰减的趋势。北天山新生代褶皱带的速度是12.87±1.04mm／a；北天山东段乌鲁木齐地区速度是11.04mm／a；横跨东天山的地壳缩短量小于2mm／a；再向东到天山东端的哈密地区，向北运动的分量基本上趋于0；阿尔泰山向北的运动速度衰减到0。

1.4 构造应力场分区依据

新疆地区是挤压环境下的再生造山断块和盆地断块发育区，以活动逆断裂—褶皱带和压陷盆地为主［6］。新疆地区主压应力P轴的优势方位为近NS向，倾角近水平［7］；强震类型主要是逆断型和走滑型［8］。由于构造运动的差异性，各构造区带的主压应力P轴的优势方位和中强地震的断错类型不同。

1900年以来新疆北部地区5级以上地震的主压应力P轴方位水平投影和震源机制解特征显示，不同构造区带局部应力场存在差异性特征。阿尔泰地震带主要构造总体呈NW向展布，历史中强地震震源断错类型以走滑错动为主，主压应力P轴为NNE方向，仰角平缓；北天山西段主要构造为NW走向，历史中强地震震源断错类型以走滑和逆断型地震为主，主压应力P轴方位大致垂直构造走向［9］，由西向东呈NNW－NNE向偏转，其仰角平缓，地震断层面倾角陡；乌鲁木齐构造区东部的构造走向基本上为EW向，而西部则以NWW为主，西部的构造活动相对强于东部，大多数地震的震源断错以倾滑逆冲为主，主压应力P轴方位大致与构造走向垂直，优势方向为NNE向，P轴仰角平缓［10］；中天山构造区主要构造以NE和近EW走向为主，历史中强震震源断错类型以逆冲和走滑为主，主压应力P轴方位以近SN为主，基本垂直构造走向，其仰角平缓。

综合新疆北部地区地质构造、各区带构造运动强度、历史强地震活动特征、b值、地壳缩短速率以及局部应力场特征，本文将新疆北部地区划分为阿勒泰地震带、北天山西段、乌鲁木齐、中天山和东天山构造区5个地震构造区带（图1）。由于东天山构造区监测能力较弱、研究程度低，故本文不作分析。

图1 新疆北部各构造区带划分及1900年以来MS≥5地震分布图Fig.1 Map of tectonic regions division in northern of Xinijang and epicenter distribution of MS≥5earthquakes since 1900.

2 资料的完备性分析

王海涛等［11］研究结果表明，新疆6级以上地震记录1900年以后是相对完整的，5级以上地震记录在1955年以后是完整的。

王琼等①王琼，等.新疆地区地震活动状态动态评价》研究报告.新疆地震局.依据地震频度、基于古登堡—里克特的震级－频度关系，得到各构造区带不同时段地震监控能力如下：阿勒泰地震带1980年以来MS≥2.0地震较为完整；北天山地震带1976年以来MS≥2.0地震较为完整；中天山地震带1976年以来MS≥2.5地震较为完整。

本文首先选取新疆1900年以来MS≥5地震，初步划分了各构造区带的活跃－平静期；其次在各构造区带活跃－平静期划分基础上分析研究了各构造带1965年以来的年应变能释放均值、折合震级、5级以上地震年发生率等参数，对各构造区带中地震活动状态特征进行了定量分析；同时分析了各构造区带1976年以来不同活跃－平静期3级以上中小地震年发生率等参数、b值和应变加速释放模型参数m值特征，并提取了各构造带不同地震活动状态的特征指标（表2）。

3 新疆北部各构造区带中强地震活动分期特征

采用1900年以来新疆北部各构造区带MS≥5地震目录，并结合各构造区带的地震目录完整性，本文初步划分了各构造区带的活动分期。

3.1 阿尔泰地震带

1900年以来新疆境内阿尔泰地震带5级以上地震具有较明显的活跃－平静成组活动特征（图2），经历了1917－1936年、1948－1961年和1980－1996年3组活跃期和1937－1947年、1962－1979年和1998－2007年3组平静期，活跃期持续时间为14～20年，平静期持续时间为10～18年，平静期内无5级以上地震发生。

图2 1900年以来阿勒泰地震带MS≥5地震M－t图Fig.2 M－t diagram of MS≥5earthquakes in the Altai seismic belt since 1900.

3.2 乌鲁木齐构造区

乌鲁木齐构造区1900年以来5级以上地震具有较明显的活跃－平静成组活动特征（图3），经历了1928－1935年和1965－1983年2组活跃期，持续时间为8～19年，发生的最大地震分别为1934年6.0级地震和1965年6.5级地震；经历了1904－1927年、1936－1964年和1984－2007年3组平静期，持续时间为24～29年，平静期内无5级以上地震发生。

3.3 北天山西段构造区

北天山西段1900年以来5.5级以上地震具有较明显的活跃－平静成组活动特征（图4），活跃期1941－1962年发生的最大地震为1944年乌苏7.2级地震，该时段能量集中释放，发生4次6级地震和1次7级地震，持续时间22年；1963－2007年能量处于弱释放阶段，发生1次6.0级地震，持续时间45年；1907－1940年处于1906年玛纳斯7.7级地震后调整期，发生2次6.0级地震，持续时间34年。

表2 新疆北部各构造分区不同地震活动状态特征指标

图3 1900年以来乌鲁木齐地区MS≥5地震M－t图Fig.3 M－t diagram of MS≥5earthquakes in the Urumqi tectonic region since 1900.

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

3.4 中天山构造区

中天山构造区1900年以来5级以上地震具有较明显的活跃－平静成组活动特征（图5），活跃期1949－1974年、1995－2007年发生的最大地震分别为1970年昭苏5.4和2003年昭苏6.0级地震，该时段能量集中释放，持续时间13～26年。平静期1975－1994年，持续时间20年，无5级以上地震发生，一直处于能量积累阶段。1921年6.5级地震后至1948年，该区处于以能量积累为主的阶段，持续时间26年，发生的最大地震为5.5级，该时段4.7级以上地震目录不完备。

图5 1900年以来中天山构造区MS≥5地震M－t图Fig.5 M－t diagram of MS≥5earthquakes in the central Tianshan mountains tectonic region since 1900.

4 新疆北部各构造区带地震活动状态分析

通过计算新疆北部各构造区带不同活动分期的年应变能释放均值、折合震级、不同震级下限地震年发生率、b值和应变加速释放模型参数m值等参数，对各构造区带地震活动状态特征进行了定量分析，并提取了各构造带不同地震活动状态的特征指标（表2）。

4.1 阿勒泰地震带

（1）活跃期指标：年应变能释放均值1.0×106～1.3×108J，折合震级范围5.8～8.0级；活跃期内有5级以上地震发生：6级以上地震的年发生率为0.06～0.17，5级以上地震的年发生率为0.21～0.29，4级以上地震的年发生率为1.0，3级以上地震的年发生率为3.8；活跃期b值为0.52；m值为0.56。

（2）平静期指标：年应变能释放均值达2.0×105J，折合震级5.1级；平静期无5级以上地震发生，4级以上地震的年发生率为0.9，3级以上地震的年发生率为4.1；平静期b值为0.68；m 值为0.91。

2008－2009年阿尔泰地震带无5级以上地震发生；年应变能释放均值达1.5×105J；4级以上地震的年发生率为0.67，3级以上地震的年发生率为3.33；b值为0.78。依据该区地震活动状态指标认为2008－2009年阿尔泰地震带处于平静期。

4.2 北天山西段构造区

（1）活跃期指标：年应变能释放均值为5.87×106J，折合震级7.3级；活跃期内有7级以上地震发生，5级以上地震的年发生率为1.1，6级以上地震的年发生率为0.23。

（2）平静期指标：年应变能释放均值范围为4.85×105J，折合震级6.2级；平静期内有5、6级地震发生，6级以上地震的年发生率为0.02，5级以上地震的年发生率为0.34。

（3）调整状态指标：年应变能释放均值为4.91×105J，折合震级6.2级；平均状态内有5、6级地震发生，6级以上地震的年发生率为0.07，5级以上地震的年发生率为0.22。

2008－2009年北天山西段无5级以上地震发生，年应变能释放均值达7.9×105J。2008年以来北天山西段中小地震年应变能释放均值与该区平静期接近。

4.3 乌鲁木齐构造区

（1）活跃期指标：年应变能释放均值范围为7.9×105～8.3×105J，折合震级范围5.1～6.6级；活跃期内有5级以上地震发生，6级以上地震的年发生率为0.05～0.13，5级以上地震的年发生率为0.08～0.38，4级以上地震的年发生率为0.77，3级以上地震的年发生率为3.62；b值为0.69；m 值为0.74。

（2）平静期指标：年应变能释放均值范围为6.9×104J，折合震级范围4.5级；平静期无5级以上地震发生，以3、4级地震活动为主，4级以上地震的年发生率为0.11，3级以上地震的年发生率为2.21；b值为0.88；m 值为0.86。

2008－2009年乌鲁木齐地区无5级以上地震发生，年应变能释放均值达1.45×104J；4级以上地震的年发生率为0.67，3级以上地震的年发生率为2.67；b值为0.95。2008年以来乌鲁木齐地区中小地震年应变能释放均值、b值与该区平静期接近，但其4级以上地震年发生率与活跃期相当。目前该区处于平静期，但中小地震较为活跃，平静状态有可能发生转折变化。