魏斌 陳長(zhǎng)云

摘要：基于GNSS觀測(cè)數(shù)據(jù)，采用球面最小二乘配置方法計(jì)算了新疆及鄰區(qū)的應(yīng)變率張量特征，在統(tǒng)計(jì)分析研究區(qū)域應(yīng)變率分布以及1900—2022年M≥6.0地震分布之間的關(guān)系的基礎(chǔ)上，研究了GNSS應(yīng)變率特征對(duì)強(qiáng)震地點(diǎn)的指示意義。通過構(gòu)建三維彈性塊體模型反演得到的區(qū)內(nèi)主要斷裂的運(yùn)動(dòng)變形特征，結(jié)合震源機(jī)制解結(jié)果，對(duì)比分析了斷裂運(yùn)動(dòng)變形特征與不同區(qū)域強(qiáng)震類型之間的關(guān)系。結(jié)果表明：天山西段—帕米爾地區(qū)、阿爾金斷裂帶鄰近地區(qū)呈現(xiàn)第二應(yīng)變率高值特征，其中帕米爾構(gòu)造結(jié)附近高值特性最明顯；最大剪應(yīng)變率方向在南天山西段—帕米爾地區(qū)主要為NE-NEE向，反映了該區(qū)以傾滑變形為主的特征。研究區(qū)域的M≥6.0地震主要分布在應(yīng)變率高值區(qū)及其邊緣，特別是帕米爾構(gòu)造結(jié)東部地區(qū)的強(qiáng)震集中非常明顯。區(qū)內(nèi)斷裂運(yùn)動(dòng)性質(zhì)具有明顯的分類特征，除整體以擠壓運(yùn)動(dòng)為主外，NE走向斷裂帶以左旋走滑運(yùn)動(dòng)為主，NW走向的斷裂以右旋走滑運(yùn)動(dòng)為主。NE走向的柯坪、邁丹和那拉提斷裂帶與NW走向的克孜勒陶、塔拉斯—費(fèi)爾干納斷裂帶匯集的南天山西段和帕米爾西構(gòu)造結(jié)東部地區(qū)強(qiáng)震密集分布，強(qiáng)震的震源機(jī)制類型與斷層運(yùn)動(dòng)方式較為一致。

關(guān)鍵詞：GNSS；應(yīng)變率；塊體模型；滑動(dòng)速率；地震危險(xiǎn)性；新疆

中圖分類號(hào)：P315.725文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000-0666（2024）03-0419-11

doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2024.0022

0引言

新生代以來，印度板塊和歐亞板塊的碰撞以及印度板塊向歐亞板塊的持續(xù)楔入作用，導(dǎo)致青藏高原的快速隆升（Tapponnier et al，2001）。在印度板塊持續(xù)向北運(yùn)動(dòng)的作用下，青藏高原至今仍在不斷隆升與擴(kuò)張，基于GNSS資料獲得的現(xiàn)代地殼水平運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)結(jié)果顯示高原物質(zhì)正在向西北、東北和東南方向運(yùn)動(dòng)（Wang et al，2001；Wang，Shen，2020）。青藏高原的向外擴(kuò)張受到多個(gè)相對(duì)穩(wěn)定塊體的阻擋，如位于高原東緣的四川盆地、東北緣的鄂爾多斯塊體、北部的阿拉善地塊和北西的塔里木盆地（Tapponnier et al，2001），但是印度板塊和歐亞板塊連續(xù)碰撞的遠(yuǎn)場(chǎng)效應(yīng)仍然影響到了天山地區(qū)，導(dǎo)致天山造山帶重新活動(dòng)，發(fā)生陸內(nèi)造山運(yùn)動(dòng)，并再次強(qiáng)烈隆升（Hendrix et al，1994），形成典型的板內(nèi)新生代復(fù)活型造山帶（張培震等，2003a）。受青藏高原向北西擴(kuò)展遠(yuǎn)程效應(yīng)的影響，天山地區(qū)成為中國(guó)大陸內(nèi)部地震活動(dòng)最為強(qiáng)烈的地區(qū)之一，定量研究天山及鄰區(qū)地殼變形特征以及主要構(gòu)造帶的滑動(dòng)速率有助于理解青藏高原的變形機(jī)制和評(píng)估其強(qiáng)震危險(xiǎn)性。

地殼變形是地震過程中最直觀的現(xiàn)象，伴隨強(qiáng)震孕育、發(fā)生及震后調(diào)整的全過程（江在森，武艷強(qiáng)，2012）。近30年來，以GNSS為代表的空間對(duì)地觀測(cè)技術(shù)發(fā)展迅速，為不同尺度的地殼形變過程、活動(dòng)斷裂運(yùn)動(dòng)變形特征的監(jiān)測(cè)提供了高效、穩(wěn)定、精確的觀測(cè)結(jié)果。相關(guān)技術(shù)已成為板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、區(qū)域地殼運(yùn)動(dòng)與變形模式、斷裂帶活動(dòng)習(xí)性和地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)等研究的重要技術(shù)手段。中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)和中國(guó)大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)（CMONOC）[HJ1.8mm]產(chǎn)出的豐富的GNSS觀測(cè)結(jié)果（Wang et al，2001；Liang et al，2013；Wang，Shen，2020），為區(qū)域地殼變形和強(qiáng)震過程研究提供了高精度、高時(shí)空分辨率和高可靠性的數(shù)據(jù)結(jié)果，對(duì)認(rèn)識(shí)強(qiáng)震的孕育過程，開展強(qiáng)震物理探索具有重要意義（Wu et al，2015，2022；武艷強(qiáng)等，2020）。本文基于新疆及鄰區(qū)GNSS速度場(chǎng)結(jié)果，計(jì)算獲取了研究區(qū)大尺度形變場(chǎng)和主要活動(dòng)斷裂的滑動(dòng)速率，研究了大尺度形變場(chǎng)與強(qiáng)震之間的關(guān)系，滑動(dòng)速率與強(qiáng)震之間的關(guān)系，探討了強(qiáng)震前區(qū)域地殼變形特征與大地震孕育之間的可能關(guān)聯(lián)。

1研究區(qū)概況

新疆及鄰區(qū)地處歐亞大陸的腹地，毗鄰青藏高原，是蒙古、哈薩克斯坦、塔里木和青藏高原的交匯部位，連接亞洲東、西部的中地域（何國(guó)琦等，2004），構(gòu)造活動(dòng)復(fù)雜，強(qiáng)震頻發(fā)（圖1）。根據(jù)斷裂帶走向，可將區(qū)域內(nèi)的主要斷裂分為NE、NW和近EW走向3類。NE走向斷裂帶主要包括位于北天山的洛包泉—咸泉子斷裂帶、達(dá)爾布特?cái)嗔褞?、博阿斷裂帶東段和興地?cái)嗔褞У?；位于南天山的克敏斷裂帶、那拉提斷裂帶、邁丹斷裂帶、柯坪斷裂帶和秋里塔格斷裂帶等；位于青藏高原和塔里木盆地交界的阿爾金斷裂帶。NW走向的斷裂帶主要包括：位于北天山的額爾齊斯斷裂帶、紙坊斷裂帶和博阿斷裂帶北西段；位于南天山的喀什河斷裂帶、塔拉斯—費(fèi)爾干納斷裂帶和大扎萊爾斷裂帶；位于帕米爾和塔里木盆地邊界的克孜勒陶斷裂帶。近EW走向的斷裂帶主要指位于準(zhǔn)噶爾盆地和哈密盆地之間的哈密斷裂帶、洛包泉—咸泉子斷裂帶和博格達(dá)北緣斷裂帶等。區(qū)域地震在空間上分布不均勻，主要集中在南、北天山以及南天山和帕米爾交匯的區(qū)域。有歷史地震記載以來，研究區(qū)內(nèi)共發(fā)生8級(jí)以上地震3次，7級(jí)以上地震17次，6級(jí)以上地震115次。3次8級(jí)地震分別為1812年尼勒克8級(jí)、1902年阿圖什8級(jí)和1931年富蘊(yùn)8級(jí)地震，圖1中震源機(jī)制解結(jié)果來自美國(guó)哈佛大學(xué)GCMT

https：//www.globalcmt.org/CMTsearch.html.

，地震數(shù)據(jù)來自中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心http：//www.ceic.ac.cn.

2數(shù)據(jù)與方法

2.1GNSS數(shù)據(jù)

本文所用GNSS速度場(chǎng)（圖1）來源于Wang和Shen（2020）基于中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)和已有研究成果（Zubovich et al，2010；Kreemer et al，2014）獲取的相對(duì)于歐亞參考框架下的速度場(chǎng)結(jié)果，共計(jì)642個(gè)GNSS測(cè)站，包括GNSS連續(xù)站點(diǎn)32個(gè)、流動(dòng)站點(diǎn)610個(gè)。連續(xù)站速度場(chǎng)北和東方向精度分別為0.31和0.34 mm/a；流動(dòng)站速度場(chǎng)北和東方向的精度分別為0.51和0.52 mm/a。連續(xù)站速度場(chǎng)中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)GNSS數(shù)據(jù)觀測(cè)時(shí)段為1999—2016年；已有研究（Zubovich et al，2010；Kreemer et al，2014）GNSS數(shù)據(jù)觀測(cè)時(shí)段為1994—2002年，數(shù)據(jù)具體處理流程參見Wang和Shen（2020）研究。新疆及鄰區(qū)GNSS速度場(chǎng)大致以75°E為界，其以東向北或者北東運(yùn)動(dòng)；其以西向北或者北西運(yùn)動(dòng)，并且自高原內(nèi)部經(jīng)過塔里木盆地向北東或者北西的GNSS站點(diǎn)速度遞減特征明顯。

2.2分析方法

2.2.1最小二乘配置方法

相對(duì)于地殼運(yùn)動(dòng)結(jié)果，應(yīng)變率分布具有不依賴參考框架、直接反映變形信息的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于地殼變形特征描述中。本文使用最小二乘配置（武艷強(qiáng)等，2009；Wu et al，2011）計(jì)算應(yīng)變率分布特征。

最小二乘配置方法為大地測(cè)量數(shù)據(jù)處理的經(jīng)典方法，具有理論上的嚴(yán)密性，可綜合估計(jì)非隨機(jī)參數(shù)、具有隨機(jī)屬性的信號(hào)和隨機(jī)誤差，可表示為：

[JB（{]Y[DD（Y-*3/4][HT5]^[DD）]=［GT（DX+DΔ）-1G］-1GT（DX+DΔ）-1LZ[DD（Y-*3/4][HT5]^[DD）]=DZ（DX+DΔ）-1（L-GY[DD（Y-*3/4][HT5]^[DD）]）（1）

式中：YDD為經(jīng)典平差問題需要求解的待定參數(shù)；Z為隨機(jī)信號(hào)估值（包括觀測(cè)點(diǎn)和推估點(diǎn)）；G為經(jīng)典平差問題的系數(shù)陣；DX為已測(cè)點(diǎn)信號(hào)的協(xié)方差陣；DΔ為觀測(cè)值的協(xié)方差陣；L為觀測(cè)值；DZ為所有點(diǎn)信號(hào)的協(xié)方差陣。

利用式（1）進(jìn)行地殼運(yùn)動(dòng)描述時(shí)首先需要確定信號(hào)的協(xié)方差分布特征，江在森等（2003）對(duì)信號(hào)的協(xié)方差分布進(jìn)行過深入的討論，推薦采用高斯型協(xié)方差函數(shù)擬合獲取，表示為：f（d）=Ae-k2d2（2）式中：A和k為待定參數(shù)；d為觀測(cè)點(diǎn)間距離（以km為單位），在球面可表示為大地坐標(biāo)（λ，φ）的函數(shù)。

利用f（d）形成協(xié)方差矩陣DZ和DX，建立起速度場(chǎng)與點(diǎn)位的函數(shù)，根據(jù)速率與應(yīng)變率的偏微分關(guān)系即可得到應(yīng)變率場(chǎng)結(jié)果，進(jìn)而通過簡(jiǎn)單矩陣轉(zhuǎn)換可獲得主應(yīng)變率、面應(yīng)變率、最大剪應(yīng)變率等應(yīng)變矢量或標(biāo)量。速率與應(yīng)變率的偏微分關(guān)系表示為：

[JB（{]εφ=[SX（]1[]R[SX）][SX（]uφ[]φ[SX）]

ελ=[SX（]1[]Rcosφ[SX）][SX（]uλ[]λ[SX）]-[SX（]uφ[]R[SX）]tanφ

ελφ=[SX（]1[]2[SX）][JB<2*［][SX（]1[]Rcosφ[SX）][SX（]uφ[]λ[SX）]-[SX（]uλ[]R[SX）]tanφ+[SX（]1[]R[SX）][SX（]uλ[]φ[SX）][JB>2*］][JB）]（3）

2.2.2線彈性球面塊體模型方法

基于大尺度GNSS速度場(chǎng)資料，通過構(gòu)建三維彈性塊體模型可以反演獲得斷層的滑動(dòng)速率，該滑動(dòng)速率代表了斷層的長(zhǎng)期滑動(dòng)速率（Meade，Hager，2005；Meade，Loveless，2009）。Meade和Hager（2005）給出基于線彈性球面塊體模型計(jì)算震間期速度場(chǎng)的公式：

V1=VB（Ω）-VCSD（Ω）+Vε（4）

式中：Ω塊體旋轉(zhuǎn)的歐拉矢量；ε代表塊體內(nèi)部的彈性應(yīng)變張量；VB塊體整體運(yùn)動(dòng)速度；VCSD為塊體邊界斷裂在塊體之間相對(duì)差異運(yùn)動(dòng)時(shí)由于斷層閉鎖作用產(chǎn)生的同震虧損滑動(dòng)速率；Vε為塊體之間的內(nèi)部均勻彈性變形對(duì)速度場(chǎng)的貢獻(xiàn)。

3GNSS應(yīng)變率場(chǎng)與強(qiáng)震關(guān)系分析

利用圖1給出的GNSS速度場(chǎng)結(jié)果，采用球面最小二乘配置方法構(gòu)建速度場(chǎng)與應(yīng)變率的函數(shù)關(guān)系（武艷強(qiáng)等，2009；Wu et al，2011），利用GNSS速度場(chǎng)與應(yīng)變率的偏微分關(guān)系直接得到研究區(qū)域的應(yīng)變率張量，統(tǒng)計(jì)得到的擬合殘差結(jié)果為0.80 mm/a，略高于圖1中GNSS速度場(chǎng)的平均誤差，總體上表明基于球面最小二乘配置方法構(gòu)建的變形場(chǎng)模型能夠較好地描述GNSS速度場(chǎng)結(jié)果。

3.1GNSS應(yīng)變率特征與強(qiáng)震地點(diǎn)

圖2給出了研究區(qū)應(yīng)變率分布以及1900—2022年M≥6.0地震分布。主應(yīng)變率結(jié)果顯示，帕米爾—天山地區(qū)呈現(xiàn)出顯著的擠壓變形特征，量值自西向東逐漸減小，主壓應(yīng)變率方向在帕米爾地區(qū)呈現(xiàn)出由NW向、向東逐漸過渡到NS向的變化；研究區(qū)另一個(gè)主應(yīng)變率區(qū)域集中在阿爾金斷裂帶及鄰近區(qū)域，表現(xiàn)為NNE向擠壓、SEE向拉張為主的變形特征，除了主壓應(yīng)變量值較高外、主張應(yīng)變率量值也較大，反映了阿爾金斷裂帶的左旋變形特征。圖2a展示了研究區(qū)域第二應(yīng)變率不變量結(jié)果，根據(jù)其計(jì)算公式可知該參數(shù)不含方向信息，為一標(biāo)量，反映了研究區(qū)域的總體變形特征（Kreemer et al，2003；Riguzzi et al，2013）。從圖中可以看出，第二應(yīng)變率在南天山西段—帕米爾地區(qū)、阿爾金斷裂帶鄰近地區(qū)呈現(xiàn)高值特征，其中帕米爾構(gòu)造結(jié)附近高值特性最明顯。1900—2022年研究區(qū)域的M≥6.0地震有一大部分分布在應(yīng)變率高值區(qū)，特別是帕米爾構(gòu)造結(jié)東部地區(qū)的強(qiáng)震集中非常明顯。天山中東段地區(qū)、準(zhǔn)噶爾盆地北東的可可托?！_(tái)斷裂帶和北塔山前斷裂帶以及塔里木盆地東南緣的阿爾金斷裂帶等地區(qū)也有相當(dāng)比例強(qiáng)震發(fā)生。圖2b展示了研究區(qū)域的最大剪應(yīng)變率結(jié)果，其方向在南天山西段—帕米爾地區(qū)主要為NE—NEE向，總體上與主要斷層成一個(gè)銳角，反映了該區(qū)以傾滑變形為主的特征，在阿爾金斷裂帶及鄰近區(qū)域，最大剪應(yīng)變方位與斷裂一致性較高，反映了該區(qū)顯著的剪切變形特征。

3.2GNSS應(yīng)變率場(chǎng)與強(qiáng)震的統(tǒng)計(jì)特征

基于GNSS應(yīng)變率結(jié)果與1900—2022年地震分布，參照Shen等（2007）、Zeng等（2018）和Wu 等（2022）提出的方法，首先將每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的GNSS應(yīng)變率由大到小進(jìn)行排序，累加并歸一化后得到圖3中灰色曲線，然后對(duì)落入對(duì)應(yīng)網(wǎng)格的地震數(shù)目進(jìn)行累加并歸一化后得到地震統(tǒng)計(jì)結(jié)果（圖3中棕色曲線）。圖3a的第二應(yīng)變率不變量與地震的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，M≥6.0地震與高應(yīng)變率分布區(qū)具有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，明顯優(yōu)于自然概率（圖3中藍(lán)色虛線）。具體表現(xiàn)為，在15%的高應(yīng)變率區(qū)域地震的數(shù)量占到了47.9%。另外，地震累積率的另一個(gè)顯著特征是在中低應(yīng)變率區(qū)域（橫坐標(biāo)0.5～0.7），地震累積率有個(gè)顯著的曲線抬升，增加量值達(dá)到20.7%。

圖3b的最大剪應(yīng)變率與地震的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，研究區(qū)域高剪應(yīng)變率與M≥6.0地震的對(duì)應(yīng)關(guān)系不如第二應(yīng)變率不變量，在15%的高應(yīng)變率區(qū)域地震的數(shù)量占到了38.0%，比第二應(yīng)變率不變量低了約9.9%。在中低應(yīng)變率區(qū)域（橫坐標(biāo)累積面積0.5～0.7），地震累積率同樣表現(xiàn)出顯著抬升特征，增加量值約為11.6%。

3.3GNSS應(yīng)變率場(chǎng)的強(qiáng)震指示意義

強(qiáng)震分布區(qū)通常是地殼水平運(yùn)動(dòng)的大小、方向顯著變化的區(qū)域，即地殼差異運(yùn)動(dòng)顯著區(qū)（江在森等，2006）。水平速度場(chǎng)空間分布的不一致性是地殼形變的直接反映，而應(yīng)變場(chǎng)地殼形變的主要參數(shù)，是描述區(qū)域形變的重要指標(biāo)，該指標(biāo)不受參考框架的影響，并且能從不同分辨率反映區(qū)域變形特征（孟國(guó)杰等，2009）。中國(guó)大陸近年來發(fā)生的大部分M≥6.0地震震中位于由震前GNSS觀測(cè)資料得出的應(yīng)變場(chǎng)剪應(yīng)變率的高值區(qū)或其邊緣，尤其是與區(qū)域主干斷裂的構(gòu)造活動(dòng)背景相一致的剪應(yīng)變率高值區(qū)（江在森等，2003）。利用GNSS應(yīng)變率場(chǎng)識(shí)別的應(yīng)變集中區(qū)、應(yīng)變?cè)隽刻荻葞У瓤梢詾閺?qiáng)震地點(diǎn)預(yù)測(cè)提供支持（武艷強(qiáng)等，2018）?；谏鲜稣J(rèn)識(shí)，結(jié)合本文統(tǒng)計(jì)的新疆及鄰區(qū)地殼變形特征與1900—2022年發(fā)生的M≥6.0地震的關(guān)系（圖2），認(rèn)為南天山西段的那拉提斷裂帶中段和克敏斷裂帶，南天山東段的秋里塔格斷裂帶和邁丹斷裂帶東段，北天山博阿斷裂帶北西段以及帕米爾東緣、南天山西段和西昆侖交匯區(qū)等多個(gè)地區(qū)具有強(qiáng)震危險(xiǎn)性。其中南天山東段的秋里塔格斷裂帶和邁丹斷裂帶東段與M7專項(xiàng)工作組（2012）給出的南天山中段拜城危險(xiǎn)區(qū)較為一致。帕米爾東緣、南天山西段和西昆侖交匯區(qū)則與M7專項(xiàng)工作組（2012）給出的柯坪—阿克蘇危險(xiǎn)區(qū)以及徐錫偉等（2017）給出的帕米爾東緣—西昆侖高震級(jí)危險(xiǎn)區(qū)的分布較為一致。

4主要斷層滑動(dòng)速率與強(qiáng)震關(guān)系分析

4.1活動(dòng)塊體劃分

基于活動(dòng)塊體的基本概念及劃分原則，參考張培震等（2003b）的活動(dòng)地塊劃分方案，綜合區(qū)內(nèi)主要活動(dòng)斷裂帶和次級(jí)活動(dòng)斷裂帶的空間展布、地震活動(dòng)性等資料將新疆及鄰區(qū)劃分為17個(gè)活動(dòng)塊體等（圖4）。基于剛性塊體模型分析了各次級(jí)活動(dòng)塊體的穩(wěn)定性，圖4殘差分布特征顯示除帕米爾和阿爾金所在的青藏高原地區(qū)外，其他活動(dòng)塊體的穩(wěn)定性較高，說明塊體劃分方案較為合理。

4.2斷層滑動(dòng)速率與強(qiáng)震關(guān)系分析

本文基于Wang和Shen（2020）提供的GNSS速度場(chǎng)結(jié)果，利用Blocks程序（Meade，Loveless，2009），通過構(gòu)建三維彈性塊體模型反演了新疆及鄰區(qū)活動(dòng)塊體邊界斷裂的滑動(dòng)速率。斷層閉鎖深度對(duì)其周圍彈性變形梯度有較大影響，當(dāng)斷裂的閉鎖深度變化時(shí)，斷層錯(cuò)動(dòng)在地表各點(diǎn)引起的變化會(huì)有明顯差異。獲得斷層閉鎖深度的方法較多，本文在確定新疆及鄰區(qū)斷層閉鎖深度時(shí)，沒有對(duì)每條斷裂進(jìn)行細(xì)分，而是利用了區(qū)域小震精定位結(jié)果（李金等，2015）和模型擬合（朱爽等，2021）兩種方法綜合給出最優(yōu)閉鎖深度。圖5a為小震精定位結(jié)果，從圖中不同震級(jí)地震的震源深度可見新疆地區(qū)地震以淺源地震為主，在南天山和帕米爾交匯區(qū)域有部分中源地震發(fā)生?？缒咸焐胶捅碧焐街袞|段的地震震源深度剖面（圖5b、c）顯示出新疆地區(qū)以淺源地震為主。圖5d直方圖結(jié)果顯示跨南天山剖面震源深度不大于20 km的地震占比超過65%，跨北天山剖面震源深度不大于20 km的地震占比超過76%（圖5e）。反演過程中通過多次試算得到GNSS數(shù)據(jù)擬合程度與斷層閉鎖深度的變化的關(guān)系，結(jié)果顯示最優(yōu)閉鎖深度約為20 km（圖5f），綜上，斷層滑動(dòng)速率反演過程中新疆及鄰區(qū)斷層閉鎖最優(yōu)深度初值賦值20 km?？紤]到大多數(shù)斷層深部幾何形態(tài)難以確定以及GNSS測(cè)站分布密度不夠使得利用GNSS反演斷層滑動(dòng)速率時(shí)斷層深部的影響不敏感，因此本文利用Blocks程序反演斷層滑動(dòng)速率過程中假設(shè)塊體邊界斷層面均為直立產(chǎn)狀。

圖6a為模擬得到的GNSS速度場(chǎng)與觀測(cè)速度場(chǎng)較為吻合，較大的殘差主要位于帕米爾、青藏高原等觀測(cè)誤差較大的地區(qū)（圖6b）。殘差分布的直方圖（圖7）表明北方向和東方向殘差平均值分別為-0.16和0.08 mm/a；圖中AVG、SD分別為殘差絕對(duì)值的均值和標(biāo)準(zhǔn)差。殘差絕對(duì)值均值分別為0.94和1.25 mm/a，標(biāo)準(zhǔn)差分別為1.02和1.72 mm/a，殘差主要集中在±2 mm/a之間，服從正態(tài)分布，說明反演結(jié)果較為可靠。

圖8為基于GNSS數(shù)據(jù)利用三維彈性塊體模型給出新疆及鄰區(qū)的斷層運(yùn)動(dòng)以及1976年以來區(qū)域內(nèi)M≥6.0地震的震源機(jī)制解分布。從圖中可以看出：新疆及鄰區(qū)NW走向的斷裂紅色為左旋，藍(lán)色為右旋，其中以右旋走滑運(yùn)動(dòng)為主，如準(zhǔn)噶爾盆地北東側(cè)的額爾齊斯斷裂帶和可可托?！_(tái)斷裂帶；中天山地區(qū)的博阿斷裂、喀什河斷裂；南天山西段的塔拉斯—費(fèi)爾干納斷裂帶和大扎萊爾斷裂帶等。NE走向的斷裂帶以左旋走滑運(yùn)動(dòng)為主，如準(zhǔn)噶爾盆地北緣的達(dá)爾布特?cái)嗔褞?、?zhǔn)噶爾盆地南緣的博格達(dá)北緣斷裂帶、博格達(dá)南緣斷裂帶；塔里木盆地南北兩側(cè)的阿爾金斷裂帶、那拉提斷裂帶、邁丹斷裂帶、柯坪斷裂帶以及興地?cái)嗔褞У取Ｐ陆焐降貐^(qū)的斷裂帶表現(xiàn)出明顯的擠壓特征，其中以南天山西段的烏孫山山脊斷裂、那拉提斷裂西段、邁丹斷裂東段和柯坪斷裂中西段最為顯著。

阿爾金斷裂是青藏高原和塔里木盆地交匯地區(qū)的邊界斷裂，李煜航等（2015）基于1999—2013年GPS水平速度場(chǎng)，使用三維線彈性球面塊體模型給出阿爾金斷裂的滑動(dòng)速率約為8 mm/a；王閻昭和王敏（2020）通過對(duì)多種資料綜合分析給出阿爾金斷裂中西段滑動(dòng)速率為10±3 mm/a，上述結(jié)果與本文給出（9.1±2.0）mm/a（圖8）的結(jié)果較為一致。博阿斷裂是劃分準(zhǔn)噶爾—北天山褶皺系于天山褶皺系的分界斷裂，也稱天山主干斷裂，被認(rèn)為是一條板塊聚合的邊界，本文模型反演結(jié)果顯示斷裂帶右旋走滑速率存在明顯的自西向東衰減的特征，斷裂帶西段滑動(dòng)速率為（5.3±1.7）mm/a，中段為（1.5±1.7）mm/a，最東端為（0.9±0.8）mm/a；馬建和吳國(guó)棟（2019）基于構(gòu)造地貌和光釋光測(cè)年結(jié)果給出斷裂中東段滑動(dòng)速率為（1.42±0.18）mm/a；李桂榮等（2016）基于GNSS資料的分析認(rèn)為博阿斷裂西段滑動(dòng)速率為4.8 mm/a，東段滑動(dòng)速率約為1.1 mm/a，上述結(jié)果與本文模型反演結(jié)果基本一致。南天山西段研究程度較高的為柯坪斷裂，該斷裂帶位于天山南部、塔里木盆地西北部，是新生代印度板塊和歐亞板塊持續(xù)碰撞的產(chǎn)物（Allen et al，1999），新生代以來柯坪推覆系東西向縮短量約35～40 km（楊曉平等，2006；劉華國(guó)，2011）。由于變形開始時(shí)間的不確定，縮短速率有較大差異，一種認(rèn)為變形開始于20 Ma，縮短速率為2 mm/a（Allen et al，1999）；另一種認(rèn)為變形開始于西域礫巖沉積時(shí)期約為2.5 Ma，縮短速率約為15 mm/a（楊曉平等，2006），GNSS給出的變形速率為10～20 mm/a（王琪等，2000；王曉強(qiáng)等，2005）。本文模型反演結(jié)果顯示柯坪斷裂以擠壓運(yùn)動(dòng)為主，自西向東擠壓速率分別為（9.9±1.5）mm/a，（13.9±0.8）mm/a，（4.8±1.0）mm/a和（1.5±0.8）mm/a，斷裂西段的擠壓速率與楊曉平等（2006）以及基于GNSS給出的結(jié)果（王琪等，2000；王曉強(qiáng)等，2005）較為一致。

由于斷層運(yùn)動(dòng)及震源機(jī)制解數(shù)據(jù)都能反映構(gòu)造和動(dòng)力背景，因此對(duì)斷層滑動(dòng)和震源機(jī)制進(jìn)行比較是有意義的?？偟膩碚f，本文反演的斷層運(yùn)動(dòng)的方式與新疆及鄰區(qū)的震源機(jī)制類型基本是一致的，如以走滑運(yùn)動(dòng)為主的阿爾金斷裂帶，沿?cái)嗔褞Оl(fā)生的地震表現(xiàn)出走滑特征。以南北向逆沖擠壓為主要運(yùn)動(dòng)特征的柯坪斷裂帶上的地震以逆沖類型為主。新疆及鄰區(qū)近幾十年的強(qiáng)震（圖8）主要集中分布在南天山西段與帕米爾西構(gòu)造結(jié)東部附近，一系列NE走向斷裂和NW走向斷裂相交于此，使得該區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)十分復(fù)雜，強(qiáng)震頻發(fā)。

5結(jié)論

本文基于GNSS觀測(cè)數(shù)據(jù)采用球面最小二乘配置方法計(jì)算了新疆及鄰區(qū)的應(yīng)變率張量特征，在統(tǒng)計(jì)分析了研究區(qū)域應(yīng)變率分布以及1900—2022年M≥6.0地震分布之間的關(guān)系的基礎(chǔ)上，研究了GNSS應(yīng)變率特征對(duì)強(qiáng)震地點(diǎn)的指示意義。通過構(gòu)建區(qū)域三維彈性塊體模型反演得到的區(qū)內(nèi)主要斷裂的運(yùn)動(dòng)變形特征，結(jié)合震源機(jī)制解結(jié)果，對(duì)比分析了斷裂運(yùn)動(dòng)變形特征與不同區(qū)域強(qiáng)震類型之間的關(guān)系。主要結(jié)論如下：

（1）新疆及鄰區(qū)GNSS速度場(chǎng)東西存在明顯差異，大致以75°E為界，其東側(cè)GNSS站點(diǎn)向北或者北東運(yùn)動(dòng)，其西側(cè)的GNSS站點(diǎn)向北或者北西運(yùn)動(dòng)，并且自高原內(nèi)部過塔里木盆地向北東或者北西的GNSS站點(diǎn)速度遞減特征明顯。

（2）帕米爾—天山地區(qū)主應(yīng)變率結(jié)果較好地反映了區(qū)域的受力特征，解釋了各主要斷裂帶所表現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)。主應(yīng)變率和第二應(yīng)變不變量高值區(qū)及其邊緣與區(qū)內(nèi)強(qiáng)震分布有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，特別是帕米爾構(gòu)造結(jié)東部地區(qū)的強(qiáng)震集中非常明顯。應(yīng)變率分布與M≥6.0地震的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，M≥6.0地震與第二應(yīng)變不變量的高應(yīng)變率分布區(qū)具有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在15%的高應(yīng)變率區(qū)域地震的數(shù)量占到了47.9%。通過分析新疆及鄰區(qū)地殼變形特征與1900—2022年M≥6.0地震的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，認(rèn)為南天山西段的那拉提斷裂帶中段和克敏斷裂帶、南天山東段的秋里塔格斷裂帶和邁丹斷裂帶東段、北天山博阿斷裂帶北西段以及帕米爾東緣、南天山西段和西昆侖交匯區(qū)等多個(gè)地區(qū)具有強(qiáng)震危險(xiǎn)性。

（3）研究區(qū)斷裂運(yùn)動(dòng)性質(zhì)具有明顯的分類特征，斷裂帶擠壓運(yùn)動(dòng)的同時(shí)表現(xiàn)出明顯的走滑特征，其中NE走向斷裂帶多以左旋走滑運(yùn)動(dòng)為主、NW走向的斷裂則多以右旋走滑運(yùn)動(dòng)為主。NE走向的柯坪、邁丹和那拉提斷裂帶與NW走向的克孜勒陶、塔拉斯—費(fèi)爾干納斷裂帶匯集的南天山西段和帕米爾西構(gòu)造結(jié)東部地區(qū)強(qiáng)震密集分布。新疆及鄰區(qū)的斷層運(yùn)動(dòng)的方式與震源機(jī)制類型較為一致。

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（2.The First Monitoring and Application Center，China Earthquake Administration，Tianjin 300180，China）

Abstract

Based on GNSS data，the strain rate tensor in Xinjiang and its adjacent areas is calculated by using the spherical least squares collocation method.The relationship between the strain rate and the distribution of M≥6.0 earthquakes in the study area during 1900-2022 is statistically analyzed.Then the indicative significance of GNSS strain rate characteristics for strongearthquake locations is studied.The major faults deformation characteristics in the study area are inversed with the threedimensional elastic block model.And on the basis of the focal mechanism solutions，the relationship between the faults deformation characteristics and the types of strong earthquakes in the study area is analyzed.The results show that the second strain rate value is high in the west TianshanPamir region and in the adjacent areas of the Altyn fault zone，with the highest value near the Pamir structural juncture.The maximum shear strain rate direction in the Southern Tianshan Mountains and Pamir region is mainly NENEE，reflecting the characteristic of the area dominated by dipslip deformation.The M≥6.0 earthquakes are mainly distributed in the high strain rate areas and their margins，especially in the eastern region of the Pamir tectonic junction.The fault movement in the area has obvious classification features.The faults in the study area are featured as compression movement on the whole.The NEtrending fault zone is mainly leftlateral，strikeslip，and the NWtrending fault is mainly rightlateral，strikeslip.Strong earthquakes concentrate in the western section of the South Tianshan Mountains and the eastern part of the Pamir syntax，where the NEtrending Keping fault zone，the NEtrending Maidan fault zone，the NEtrending Narati fault zone，the NWtrending Kiziletao fault zone，the NEtrending TalasFergana fault zone converge.In the area the focal mechanism of strong earthquakes is consistent with the faults movement pattern.

Keywords：?GNSS；strain rate；block model；strikeslip rate；earthquake risk；Xinjiang

*收稿日期：2023-01-03.

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃專題（2022YFC3003703）.

第一作者簡(jiǎn)介：魏斌（1969-），高級(jí)工程師，主要從事地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警研究.E-mail：weibin@163.com.

通信作者簡(jiǎn)介：陳長(zhǎng)云（1981-），高級(jí)工程師，主要從事地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)與地殼變形研究.E-mail：chency@fmac.ac.cn.

魏斌，陳長(zhǎng)云.2024.新疆及鄰區(qū)現(xiàn)今GNSS變形特征與地震關(guān)系研究［J］.地震研究，47（3）：419-429，doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2024.0022.

Wei B， Chen C Y.2024.Study on the relationship between GNSS deformation characteristics and earthquakes in Xinjiang and its adjacent regions［J］.Journal of Seismological Research，47（3）：419-429，doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2024.0022.