柯坪塔格断裂带重复地震识别及其时空特征分析

唐兰兰, 孔祥艳, 龙锋, 冯建刚

唐兰兰, 孔祥艳, 龙锋, 冯建刚. 2013: 柯坪塔格断裂带重复地震识别及其时空特征分析. 地震学报, 35(3): 328-340. DOI: 10.3969/j.issn.0253-3782.2013.03.005
引用本文: 唐兰兰, 孔祥艳, 龙锋, 冯建刚. 2013: 柯坪塔格断裂带重复地震识别及其时空特征分析. 地震学报, 35(3): 328-340. DOI: 10.3969/j.issn.0253-3782.2013.03.005
Tang Lanlan, Kong Xiangyan, Long Feng, Feng Jiangang. 2013: Identification and spatio-temporal characteristics of repeating earthquakes in Kepingtage fault zone. Acta Seismologica Sinica, 35(3): 328-340. DOI: 10.3969/j.issn.0253-3782.2013.03.005
Citation: Tang Lanlan, Kong Xiangyan, Long Feng, Feng Jiangang. 2013: Identification and spatio-temporal characteristics of repeating earthquakes in Kepingtage fault zone. Acta Seismologica Sinica, 35(3): 328-340. DOI: 10.3969/j.issn.0253-3782.2013.03.005

柯坪塔格断裂带重复地震识别及其时空特征分析

基金项目: 国家科技支撑课题(2012BAK19B01)、 中国地震局地震预测研究所2011年度重点项目课题“南北地震带中部潜在强震危险区的监测和研究”(2011IES010104)和2011年度震情跟踪合同制定向工作任务(2011020112)联合资助.
详细信息
    通讯作者:

    唐兰兰, E-mail:tllfeg1981@163.com

  • 中图分类号: P315.2

Identification and spatio-temporal characteristics of repeating earthquakes in Kepingtage fault zone

  • 摘要: 根据互相关系数不小于0.8的波形互相关意义上重复地震的定义, 利用国家数字地震台网中的乌什和巴楚台记录的区域地震波形数据, 识别并研究了新疆柯坪塔格断裂带及其周缘的板内重复地震. 对所有相互距离不超过30 km的地震事件的垂直分量采用0.5—5.0 Hz带通滤波后进行波形互相关计算. 其中乌什台共识别出460例重复地震, 组成重复地震对和多重地震对共171组, 占总事件数的15.5%; 巴楚台共识别出822例重复地震, 组成重复地震对和多重地震对共298组, 占总事件数的21.2%. 对重复地震的分析表明, 台站分布的不同和波形事件记录质量的差异, 是造成两个台站识别出的“重复地震”数目和比例不同的原因. 对重复地震复发的时间间隔统计表明, 重复间隔从数分钟到数百天不等, 最长重复间隔达10年.
    Abstract: According to the definition of repeating earthquakes that the waveform cross-correlation coefficient is not less than 0.8, intraplate repeating earthquakes in and around Kepingtage fault zone, XinJiang, were identified and studied using waveform data recorded at WUS and BCH national digital seismic stations. Waveform cross-correlation analysis was carried out after 0.5-5.0 Hz bandpass-filtering on vertical components records from the events being less than 30 km away from each other. Altogether 460 repeating earthquakes were identified from WUS station, which comprised 171 doublets and multiplets, making up 15.5% of total events; 822 repeating earthquakes were identified from BCH station, which comprised 298 doublets and multiplets, making up 21.2% of total events. Our analysis of the repeating earthquakes show that the difference in the number and proportion of repeating earthquakes between the two stations is attributed to the difference in the distribution of stations and waveform record quality. Statistics show that the time interval between repeating earthquakes ranges from a few minutes to hundreds of days, the longest being 10 years.
  • 围绕重复地震的讨论近年来逐渐成为地震学研究中的热点问题. 一般认为,发生在同一个断层位置上,震级相近、 地震波形和震源机制相似的天然地震被称为重复地震(Poupinet et al,1984; Nadeau,et al,1995)NadeauJohnson(1998)在发现板间重复地震后提出了重复地震的发生机理,认为重复地震是稳滑区域(大的蠕变区)包围强的凹凸体的重复破裂. Evans等(2005)Baisch等(2006)发现,当高压流体侵入岩石时也可以引发重复地震. 流体侵入到已有的岩石裂隙后使有效正应力减小,当剪应力与正应力之比超过摩擦强度时就会导致剪切滑动引发重复地震. SchaffRichards (2004)将一对地震事件被至少一个台站记录到的波形之间的相关系数不小于0.8的地震对称为重复地震. 除了重复地震外,一些余震的波形也具有较高的相似性. RubinGillard(2000)给出了更加严格的重复地震的定义,即重复地震的破裂面积是相互重叠的,并认为这可能是与波形上重复的余震的区别.

    近年来在位于板块边缘的多个断裂带上都发现了重复地震. 例如,位于板块边界的美国圣安德烈斯断裂带的Parkfield地区(Ellsworth,Dietz,1990; Vidale et al,1994; Nadeau et al,1995; Nadeau,Johnson,1998; Rubin,2002; Templeton et al,2008),日本东北俯冲带(Matsuzawa et al,2004; Igarashi et al,2003; Uchida et al,20072010),以及中国台湾东部地区的池上断裂带和花莲(Chen et al,20072009; Rau et al,2007)等地区,并发现重复地震的发生与断层的活动有很大关系. 与板缘地震相比,对于板内地震复发行为的研究起步较晚,SchaffRichards(2004)通过对远震波形资料的分析,指出中国及邻区波形相关意义上的“重复地震”约占地震总数的10%甚至更多. 而最新研究结果显示(Schaff,Richards,2011),中国及邻区波形相关意义上的“重复地震”约占地震总数的13%. 由于大地震的断层破裂尺度较大,再次发生原地重复破裂的可能性低,因此重复地震的震级较小,一般MS<3.0. 但也有研究人员在Fiji-Tonga地区,South Sandwich Islands,以及Miyagi-oki等地区发现了MS≥5.0的重复地震(Isacks et al,1967; Li,Richards,2003; Wu et al,2008).

    重复地震从其激发方式,可以分为人工“重复地震”和天然“重复地震”. 目前重复地震得到了广泛的应用. 利用重复地震进行的研究主要可分为两类: 一类是对重复地震本身性质的研究,如估算断层滑动速率,研究复发模式等. 断层滑动速率是构造活动研究中十分重要的参量,基于“重复地震”来估算孕震深处的滑动速率目前已成为可能(李乐等,2008; Li et al,2011). 由于强震往往具有原地复发的现象,国内外许多学者对强震的复发模式及特征进行了研究,以期预测未来发生的强震( Wallance 1970; Savage,Cockerham,1987; 马瑾,许秀琴,1989; 程海旭,吴开统,1996; 闻学泽,1999; 冉勇康,邓起东,1999). 重复地震另一主要的研究则是对重复地震激发出的信号的利用,如检测介质中的波速变化、 台网定位精度评估等. 利用人工可控震源“重复地震”和天然重复地震多次散射波记录中的相位信息来检测地下介质性质随时间的变化,能极大提高波速随时间变化的检测精度( Nakamura et al,2002; Niu et al,2003; Snieder,Hagerty,2004; Grêt,Snieder,2005; Pandolfi et al,2006; Poupinet et al,1984; 周龙泉等,2007).

    Roberts (1991)在实验室中利用人工重复地震法,精确测定试验介质中的波速与衰减特性随温度的变化.Zhang等(2005)利用穿过地核的重复地震波的走时变化,证实了地球内核与外核之间的旋转速度具有差异性. 林建民等(2006)通过野外试验对人工重复地震的潜在应用进行了分析. 重复地震作为无成本的天然“标定事件”,使用波形互相关技术和“重复地震”评估地震台网定位精度的技术引起人们越来越多的关注(Schaff,Waldhauser,2005; 蒋长胜,20052008; 李宇彤等,2008). 此外,天然“重复地震”也广泛应用于断层结构和震源物理研究中( Vidale et al,1994; Nadeau,McEvilly,1997; Nadeau,Johnson,1998; Lin,2004).

    在重复地震的研究中,很重要的是对板内重复地震基本特征的研究. 尽管SchaffRichards (2004)已开展对中国大陆板内重复地震基本分布的研究,但由于其主要使用了远震记录,微震事件较少,因此,使用区域地震记录和更多的微震事件对认识区域构造内重复地震的基本分布规律就尤为重要. 本研究中,将选用地震发生率较高的新疆柯坪塔格断裂带,利用区域地震记录开展重复地震的识别和基本特征研究.

    柯坪塔格逆冲推覆构造是新生代以来印度与欧亚两大板块碰撞,天山晚古生代断裂褶皱系重新复活隆起并向NS两侧推挤,在前陆盆地中形成的推覆体(Tapponnier,Molnar,1997; Burchfiel et al,1999; Burbank et al,1999; 邓起东等,2000; Bullen et al,2003). 它位于塔里木盆地西北缘,是西南天山前陆构造的一部分. 其向西和西南与阿图什—八盘水磨反冲构造相对接,东至阿克苏,与库车逆冲构造系逐渐过渡,整体形成了以近NS向的普昌(或称皮羌)断裂为界的向南凸出的弧形推覆构造(贾承造,1997; 曲国胜等,2003; 邓起东等,2000). 整个柯坪塔格推覆系统有向西倾伏,向东抬升的特点,弧形推覆系统整体由北向南逆冲推覆(曲国胜等,2003). 柯坪推覆构造EW长300 km,NS宽65—75 km,横向上由5—6排近平行的ENE向褶皱带及其之间的新生代盆地或谷地构成. 普昌断裂将柯坪推覆构造分割成东、 西两部分. 在纵向上,普昌断裂以西,由自北向南逆冲的柯坪塔格、 奥兹格尔他乌、 托克散阿塔能拜勒—皮羌山、 科克布克三山及奥依布拉克等5排推覆体组成; 普昌断裂以东,由自北向南逆冲的柯坪塔格、 塔塔埃尔塔格、 衣木干它乌、 阿布拉衣布拉克—皮羌山、 科克布克三山及奥依布拉克等6排推覆体组成(闵伟等,2006).

    西南天山的新构造变形和地震活动都非常强烈. 1902年阿图什MS8.2地震发生于柯坪塔格推覆构造西侧的阿图什—八盘水磨反冲构造带,是该区发生过的最大地震. 柯坪塔格断裂是一条与强震密切相关的断裂,沿柯坪塔格推覆构造的最前缘的柯坪塔格断裂历史上曾发生过一系列MS6.0—6.9强震,如1953年三岔口MS6.0地震、 1961年巴楚MS6.0强震群、 1972年巴楚MS6.2地震、 1977年西克尔MS6.2地震及1991年柯坪MS6.5地震(图1). 该断裂现代中小地震也非常活跃,1970年以来MS3.0—3.9地震平均年频次78次,MS4.0—4.9地震15次,MS5.0—5.9地震2次.

    图  1  柯坪块体构造和柯坪塔格断裂1953年以来MS≥6.0强震震中分布图
    红色实心圆表示MS≥6.0地震,黑色实线为活动构造,黑色虚线为推测的活动构造
    Figure  1.  Tectonic setting and distribution of MS≥6.0 earthquakes since 1953 in Keping region
    Solid red circles mark MS≥6.0 earthquakes,solid black lines represent active tectonics and dashed black lines represent inferred active tectonics

    为了加强新疆地区的地震监测能力,中国地震局于2006年完成了新疆地震台网的宽频带数字化改造. “十五”网络项目完成后,新疆数字地震台网建成1个测震台网部,新建、 改建并升级国家和区域测震台站60个. 其中,国家台15个,均安装宽(甚宽)频带地震计; 区域台45个,安装宽频带地震计42个,安装井下短周期地震计3个. 建成由短周期流动测震子台12个及流动数字测震台网中心组成的流动数字测震台网1个. 随着地震观测系统建设的完成和系统的运转,目前新疆数字地震台网累积了大量地震波形数据,为柯坪块体重复地震识别提供了数据保障和新的契机. 本文尝试利用国家数字地震台网中心乌什和巴楚台的震相观测报告和波形资料直接识别重复地震,同时分析重复地震的时空分布特征.

    柯坪块体虽然中小地震频发,但是区内台站分布却较为稀疏. 由图2可见,区内共有7个数字地震台,台站间距均超过60 km. 其中八盘水磨(BPM)、 西克尔(XKR)、 神木园(SMY)3个台是2005年12月—2007年4月陆续新建的数字地震台,阿合奇(AHQ)和阿克苏(AKS)两个台站在2005年12月之前是模拟记录,2006年之后进行数字化改造. 因此考虑到数字资料时间跨度,本研究选用2000年之后就开始有数字记录的巴楚(BCH)和乌什(WUS)国家数字地震台,选取2001年1月—2011年2月发生在柯坪块体(39°—42°N,76°—81°E)的MS≥1.0天然地震事件作为研究对象. 此时段内,新疆数字地震台网共记录了柯坪塔格断裂带内及周缘的地震4 523次,其震级范围为MS1.0—5.8,如图2所示. 鉴于两个台站资料存储完备情况的差异,巴楚台选取了2001年1月—2010年12月的地震波形资料,而乌什台选取了2002年10月—2011年2月的地震波形资料. 研究区所选地震与两个台站的距离最远均不超过300 km.

    图  2  柯坪块体地震台站和2001—2011年2月以来地震分布
    蓝色实心圆表示MS≥1.0地震,红色三角形表示2005年之后新建数字化台站,黄色三角形表示2006年之后进行数字化改造的台站,绿色三角形表示2000年之后开始有数字记录的台站
    Figure  2.  Distribution of seismic stations and earthquakes form 2001 to Feb. 2011,in Keping region
    Solid blue circles mark MS≥1.0 earthquakes,red triangles represent digital stations built after 2005,yellow triangles represent stations after digital reconstruction in 2006 and green triangles denote the stations which began digital recording in 2000

    波形互相关技术用于识别天然重复地震已有较长历史. Luo和Schuster(1991)首先利用观测波形与理论波形之间的互相关进行地震波走时测量; Marquering等(1999)利用两个观测波形之间的互相关来测量走时差. 尽管重复地震具有不同的定义,但不同定义的基本特点就是波形具有高度相似性. 因此,通过对两次地震的观测波形进行互相关计算可用于识别重复地震. 本文对“重复地震” 的识别包含了对波形垂直分量P波、 S波在内的部分波列的计算. 计算选用波形的窗长为相应地震震相报告中Pg震相到时前3 s至Sg震相后Sg与Pg震相走时差的1.2倍. 波形互相关系数采用以下公式计算(Bath,1974):

    式中,f1(t)和f2(t)分别为计算窗内同一台站记录到的两事件波列.f1(t)的起始位置固定在其Pg到时前3 s处,f2(t)初始位置自其Pg到时前4 s至到时处逐点滑动. f1(t)和f2(t)分别是相应的平均值. 计算中取γ最大值为最终结果.

    考虑到仪器记录平坦频带范围及环境噪声的影响,波形相关分析前对波形统一进行了带通滤波. 为了选择合适的滤波频段,分别尝试选用0.5—5,1—5 和1—10 Hz的带通滤波范围对一丛地震进行滤波实验,而后再进行波形互相关分析. 试验结果表明,0.5—5和1—5 Hz范围的带通滤波,相同两次地震的波形互相关系数较为一致,且重复地震识别率差别不大. 0.5—5 Hz的滤波范围识别率相对较高,而提高滤波上限,即当达到1—10 Hz的滤波范围时,高频噪声部分的加入大大降低了重复地震的识别率. 故最终选定0.5—5 Hz频带范围进行滤波,且两个台站地震计的地动速度频率响应曲线在该滤波频段皆属于平坦段. 图3为2005年和2007年发生的一组重复地震对采用不同滤波范围滤波后的波形互相关计算结果. 从图3可以看出,1—10 Hz的滤波得到的互相关系数最低,0.5—5 Hz滤波得到的互相关系数略高于1—5 Hz滤波. 巴楚台和乌什台分别在2007年和2008年更换数采,将采样率由原来的50 Hz提高到100 Hz. 其中巴楚台在2007年3月由FBS-3型地震计更换为CTS-1型地震计,为了使更换仪器前后记录的所有波形数据都可参与波形互相关运算,进行了去仪器响应和重采样实验. 结果显示,是否扣除仪器响应对于波形互相关计算结果影响非常微弱. 通过滤波和重采样实验发现,滤波和重采样的先后顺序对于波形互相关系数也有较大影响,先滤波再重采样对于信噪比较低的波形也能得到较高的波形互相关系数. 究其原因主要是由于先进行重采样会加重高频噪声,故最终在波形预处理时未扣除仪器响应,采用了先带通滤波继而重采样的预处理方式.

    图  3  采用不同频率范围带通滤波计算波形互相关系数的示例蓝色和红色分别表示2005年3月1日MS2.1地震和2007年9月23日MS2.8地震的波形记录(a) 滤波范围0.5—5 Hz; (b) 滤波范围1—5 Hz; (c) 滤波范围1—10 Hz
    Figure  3.  An example of waveform cross-correlation coefficient computation using bandpass filtering with different frequency rangesBlue and red lines represent waveform records of the MS2.1 earthquake on March 1,2005,and the MS2.8 earthquake on Sep. 23,2007,respectively(a) 0.5—5 Hz; (b) 1—5 Hz; (c) 1—10 Hz

    通过整理新疆乌什台、 巴楚台的震相观测报告及数字波形资料,确定乌什台有2 974次地震的波形资料可用,巴楚台有3 874次地震波形资料可用,地震及台站分布情况如图2所示. 每条波形记录做波形互相关前均进行了0.5—5 Hz带通滤波,并利用其最大振幅进行了归一化处理. 在选取可能的重复地震组对时,考虑到区域台网定位水平,每次地震与相距30 km范围内的地震进行互相关运算. 图4给出了巴楚台记录到的一组由4次地震构成的多重地震对.

    图  4  巴楚地震台记录的重复地震组示例
    图中地震波形左上方给出了地震发震时刻
    Figure  4.  An example of repeating earthquakes recorded at BCH station
    Origin time of each earthquake is marked on the upper left of each trace

    经过波形互相关分析,巴楚台记录波形中,相关系数≥0.8的共有822次地震,共组成298组重复地震,其中包括202组由2次地震构成的重复地震对(doublet)和95组由2次以上地震构成的多重地震对(multi-plet). 重复地震占可用地震总数的21.2%,震级范围MS1.0—4.5(图5a). 乌什台记录波形的相关系数≥0.8地震有460次,共组成171组重复地震. 其中包括114组由2次地震构成的重复地震对和56组由2次以上 地震构成的多重地震对,重复地震占可用地震总数的15.5%,震级范围MS1.0 —4.3(图5b)考虑到两个台站选取的研究时段不同,可能会导致统计结果存在差异,因此选取两个台站均有数据的2002年10月—2010年12月作为共同时段,将此时段内发生的重复地震重新进行统计. 结果显示,在该时段内巴楚台共识别出714例重复地震,重复地震占该时段内可用地震总数的21.4%; 乌什台共识别出448例重复地震,重复地震占该时段内可用地震总数的15.4%. 上述统计结果表明,即使选用了共同时段,统计得到的重复地震比例与非共同时段得到的结果仍然非常接近,也就是说两个台站的重复地震识别结果依然存在较大差异,这种差异可能与选取的台站有关.

    图  5  巴楚台(a)和乌什台(b)识别出的重复地震和全部地震的震中分布
    绿色实心圆为重复地震,白色空心圆为全部地震,黑色三角形为选用的台站
    Figure  5.  Epicenters distribution of repeating earthquakes identified by BCH (a) and WUS (b) stations and all of this other earthquakes used in the study
    Solid green circles mark the repeating earthquakes,white circles mark all of the other earthquakes,and black triangles stand for the stations used

    由上述结果可知,随着所用台站的不同,得到的“重复地震”的结果亦不尽相同. 就重复地震的重复特性而言,要求其位置、 震源机制解都具有极高的重复性,因此对于一组真实的重复地震,其辐射图型是相同的,到达某一台站的传播路径也是相同的,识别结果的差异不会由于其辐射图型和传播路径的不同而不同. 其原因可能是由于特定的辐射图型在不同的台站上会产生不同的波形,因此在有些台站上记录的信号的信噪比较高,有些则较低. 本研究所选用的乌什台较巴楚台距离块体西侧地震更远,导致波形记录质量也较差,因 而在做互相关计算时,信噪比较低的信号受到噪声的干扰,使得相关系数不能完全表征震源的重复性. 综合上述分析认为,两个台站得到的重复地震识别结果的差异,可能与台站分布以及波形记录质量的差异有关.

    图6所示,将上述两个台站的重复地震识别结果取并集后得到1 055例重复地震,聚类后形成357丛重复地震组,重复地震占可用地震总数(4 433)的23.8%. 由图6可见,研究区内重复地震大多沿着区内的几条主要推覆体分布,普昌断裂西侧重复地震形成一环状丛集分布区. 从图1中可以看出,该区域属于普昌断裂及块体西侧两条平行的推覆体围绕形成的山间盆地,1900年以来环状丛集分布区内曾发生过多次MS5.0—5.9地震,但是从未发生过MS6.0以上强震. 而在MS6.0以上强震最为活跃的柯坪塔格推覆构造最前缘的柯坪塔格断裂带上,重复地震分布却相对较少,其原因可能在于经历数次强震后断层已完全愈合,断裂带上缺乏已破坏的薄弱地带. 普昌断裂东侧的重复地震在阔克萨勒断裂延伸进天山的支脉上较为集中,同时在2005年2月15日乌什MS6.3地震的余震区也形成一个显著的集中区. 柯坪块体普昌断裂东西两侧地震活动水平存在显著差异,西侧小震活动频次及地震活动强度都明显高于东侧. 研究时段内约44%地震发生在柯坪块体西侧,即普昌断裂以西至八盘水磨的区域,而该区域面积约为柯坪块体东侧面积的1/3. 分别统计了 两侧的重复地震发生率,结果显示西侧重复地震发生率(27.9%)也明显高于东侧(19.8%).

    图  6  巴楚台和乌什台联合聚类得到的重复地震分布
    白色空心圆为研究选用的地震,红色实心圆为识别出的重复地震,黑色三角形为选用的台站
    Figure  6.  Distribution of repeating earthquakes identified by correlation clustering of BCH and WUS stations
    White circles mark the earthquakes used in the study,solid red circles denote repeating earthquakes,and black triangles stand for the stations used

    对重复地震震级分布的统计显示(图7),大部分重复地震震级都在MS3.0以下,约占总数的97%. 识别出的重复地震中,由2次地震构成的重复地震对有228组,约占总重复地震数的43%(图8),最多的1组多重地震对由18次地震构成. 此外,对重复地震时间间隔的统计显示,在每组重复地震中,重复周期有着明显的变化,相邻重复地震的时间间隔跨度从数分钟到数百天不等,最长重复间隔达10年. 而228组由两次重复地震组成的重复地震对中,有85组是在24小时之内发生.

    图  7  不同震级重复地震数量统计图
    Figure  7.  Statistics of the number of repeating earthquakes in different magnitudes
    图  8  重复地震组内地震次数统计图
    Figure  8.  Statistics of the number of earthquakes in different doublets

    2001—2010年柯坪块体内重复地震和全部地震MS1.0以上地震年频次统计结果显示(图9),2001—2004年全部地震和重复地震年频次均呈现上升趋势,在此时间段内全部地震和重复地震年频次均低于2006年之后的地震年频次,这可能与新疆测震台网于2005年12月之后在柯坪块体内新建3个数字地震台、 改建2个模拟台后提高了该区域的地震监测能力有关.

    图  9  2001—2010年柯坪块体重复地震与全部地震年频次的时间演化
    Figure  9.  Temporal variation of the annual frequency of repeating earthquakes and earthquakes used in the study in Keping region from 2001 to 2010

    2006—2009年总体地震活动频次虽然高于前期,但全部地震年频次仍呈现逐年下降的趋势. 同时2006—2008年块体内以中小地震活动为主,无MS5.0以上地震发生,直至2009年2—4月柯坪块体内接连发生3次MS5.0—5.9地震. 在同一时段内,即2006—2009年,重复地震年频次却呈现逐年上升的趋势,重复地震比例也呈现逐年上升趋势. 重复地震的增加可能表明研究区应力环境趋于一致,这种较大范围内一致的应力场分布可能对于柯坪块体内2009年2—4月接连发生的3次MS5.0—5.9地震具有一定的预示意义.

    1) 鉴于研究区内7个台站数字资料时间跨度的差异,本研究仅选用国家数字地震台网中的巴楚(BCH)、 乌什(WUS)台站做重复地震的识别研究. 为了剔除波形记录中高频噪声的影响,波形互相关前对波形数据统一进行了0.5—5 Hz频率范围的带通滤波. 利用波形相似的办法来挑选重复地震,当同一组地震在方位覆盖较好的若干个台站上都取得较高相关系数时,才应判定为重复地震. 本文利用单个台站识别重复地震,一定程度上放宽了对重复地震的要求,因此得到的只是初步的研究结果,对于该区域的重复地震的进一步的验证工作目前正在进行中,将另文叙述.

    2) 对本研究已识别出的重复地震的间隔时间统计表明,间隔时间从数分钟到数百天不等,最长重复间隔可达10年. 目前多数学者认同的重复地震发生机制是在稳定的区域构造加载作用下稳滑区包围的凹凸体的重复破裂,这种机制作用下产生的重复地震间隔时间较长,时间跨度从几个月甚至到几年. 但也有研究者发现,有些重复地震序列之间的时间间隔很短,仅仅有几天甚至几个小时,无法用稳滑加载模型来解释(Templeton et al,2008; Chen et al,2009). 根据上述重复地震复发模式,已有研究将其分为两种类型(Igarashi et al,2003): 一类重复地震表现出在较长的时间内连续发生的特征,属于频发型(continual type)重复地震; 另一类重复地震则显示仅在短时间内发生的特征,将其称为爆发型(burst type)重复地震.Templeton等(2008)认为,凹凸体周边的较大地震或者慢地震的发生可能引起局部应力的增加,从而加速凹凸体的破裂,这种机制可以解释部分重复地震序列的爆发特征. 但也有部分爆发型重复地震没有观测到相应的触发源. 综合来看,本研究识别出的重复地震中,既有受到稳定的区域应力加载作用下产生的频发型重复地震,同时也存在部分机制上难以解释的爆发型重复地震. 研究区重复地震的触发机制较为复杂,还有待于进一步的细化和深入研究.

    3) Cheng等(2007)对日本岛上的一条板内断裂带的研究表明,该断裂带上未发现重复地震的存在. 其原因在于在经历1984年Nagano大震后,断层已完全愈合,研究区主断裂带上缺乏已破坏的薄弱地带(weak zone). 但在柯坪块体,本研究发现了比例较高的重复地震,这意味着该研究区现今仍然很脆弱,尤其是柯坪塔格断裂带内部.

    4) 通过波形互相关分析,在研究区内识别出357组、 1 055次重复地震,共组成228组重复地震对和129组多重地震对,重复地震占可用地震总数的23.8%. 在共同时段内,巴楚台和乌什台识别出的重复地震分别占可用地震总数的21.4%和15.4%. 两个台站识别结果的差异可能与台站分布的不同以及波形事件记录质量的差异有关. 研究时段内柯坪块体西侧重复地震发生率(27.9%)明显高于东侧(19.8%),而西侧的地震活动水平也明显高于东侧.

    5) 2006—2009年总体地震活动频次虽然高于2001—2005年,但全部地震年频次整体呈现逐年下降的趋势. 而同期重复地震年频次却呈现逐年上升的趋势,重复地震比例也呈现逐年上升趋势. 分析认为,重复地震的增加可能表明研究区应力环境趋于一致,这种较大范围内一致的应力场分布可能对于柯坪块体内2009年2—4月接连发生的3次MS5.0—5.9地震具有一定的预示意义.

    值得注意的是,重复地震是发生在同一位置的地震,因此可以通过高精度的地震定位对重复地震识别结果进行进一步的验证. 然而新疆区域台网台站分布稀疏,尚无法满足用于确认严格意义上的重复地震的精确定位条件.

    本项研究过程中曾与王海涛研究员、 周龙泉和韩立波博士做过有益的讨论,使作者受益匪浅; 周连庆博士提出了宝贵的意见和建议. 作者在此一并表示诚挚的感谢.

  • 图  1   柯坪块体构造和柯坪塔格断裂1953年以来MS≥6.0强震震中分布图

    红色实心圆表示MS≥6.0地震,黑色实线为活动构造,黑色虚线为推测的活动构造

    Figure  1.   Tectonic setting and distribution of MS≥6.0 earthquakes since 1953 in Keping region

    Solid red circles mark MS≥6.0 earthquakes,solid black lines represent active tectonics and dashed black lines represent inferred active tectonics

    图  2   柯坪块体地震台站和2001—2011年2月以来地震分布

    蓝色实心圆表示MS≥1.0地震,红色三角形表示2005年之后新建数字化台站,黄色三角形表示2006年之后进行数字化改造的台站,绿色三角形表示2000年之后开始有数字记录的台站

    Figure  2.   Distribution of seismic stations and earthquakes form 2001 to Feb. 2011,in Keping region

    Solid blue circles mark MS≥1.0 earthquakes,red triangles represent digital stations built after 2005,yellow triangles represent stations after digital reconstruction in 2006 and green triangles denote the stations which began digital recording in 2000

    图  3   采用不同频率范围带通滤波计算波形互相关系数的示例蓝色和红色分别表示2005年3月1日MS2.1地震和2007年9月23日MS2.8地震的波形记录(a) 滤波范围0.5—5 Hz; (b) 滤波范围1—5 Hz; (c) 滤波范围1—10 Hz

    Figure  3.   An example of waveform cross-correlation coefficient computation using bandpass filtering with different frequency rangesBlue and red lines represent waveform records of the MS2.1 earthquake on March 1,2005,and the MS2.8 earthquake on Sep. 23,2007,respectively(a) 0.5—5 Hz; (b) 1—5 Hz; (c) 1—10 Hz

    图  4   巴楚地震台记录的重复地震组示例

    图中地震波形左上方给出了地震发震时刻

    Figure  4.   An example of repeating earthquakes recorded at BCH station

    Origin time of each earthquake is marked on the upper left of each trace

    图  5   巴楚台(a)和乌什台(b)识别出的重复地震和全部地震的震中分布

    绿色实心圆为重复地震,白色空心圆为全部地震,黑色三角形为选用的台站

    Figure  5.   Epicenters distribution of repeating earthquakes identified by BCH (a) and WUS (b) stations and all of this other earthquakes used in the study

    Solid green circles mark the repeating earthquakes,white circles mark all of the other earthquakes,and black triangles stand for the stations used

    图  6   巴楚台和乌什台联合聚类得到的重复地震分布

    白色空心圆为研究选用的地震,红色实心圆为识别出的重复地震,黑色三角形为选用的台站

    Figure  6.   Distribution of repeating earthquakes identified by correlation clustering of BCH and WUS stations

    White circles mark the earthquakes used in the study,solid red circles denote repeating earthquakes,and black triangles stand for the stations used

    图  7   不同震级重复地震数量统计图

    Figure  7.   Statistics of the number of repeating earthquakes in different magnitudes

    图  8   重复地震组内地震次数统计图

    Figure  8.   Statistics of the number of earthquakes in different doublets

    图  9   2001—2010年柯坪块体重复地震与全部地震年频次的时间演化

    Figure  9.   Temporal variation of the annual frequency of repeating earthquakes and earthquakes used in the study in Keping region from 2001 to 2010

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出版历程
  • 收稿日期:  2012-02-23
  • 修回日期:  2012-06-27
  • 发布日期:  2013-04-30

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