用跨断层形变监测获取的数据来分析断层活动，其物理意义非常明确^[1]。从测量数据中提取断层活动的基本参数，通过水平扭错量、水平张压量和垂直升降量展示断裂的活动状况，分析断层的近场变化，是一种有效的分析方法^[2]。邓起东等^[3-4]、冯先岳等^[5]、张培震等^[6]从地质构造的角度研究天山断层活动的基本性质、空间分布、活动历史。蒋靖祥^[7]利用天山地区跨断层定点垂直形变测量资料，对断层现今活动的动态过程及空间分布进行初步研究。张红艳等^[8]通过反演计算得到天山中段现代构造应力场的基本特征。杨少敏等^[9]、李杰等^[10]、朱爽等^[11]使用GPS研究天山现今形变与断层活动。以上多是基于大尺度，定时研究断层的活动状态。跨断层定点形变资料的实时观测具有一定的空间场控制能力，具有数月至1 a尺度的前兆意义，为研究断层现今活动的细微变化提供了良好条件。前人对天山中段所做的工作主要集中在2002年以前，随着资料的积累和中强震对应力应变的不断调整，重新梳理和分析天山中段断层现今活动特征以及了解其应变特征非常有必要，对天山未来地震趋势的预测有一定帮助。本文在前人研究的基础上，利用天山中段跨断层资料，从断层运动方向和断层平均速率2个方面分析天山中段断层的活动状态。

1 资料介绍及数据处理 1.1 天山中段跨断层资料

本文重点分析2001年以来新疆天山中段地区呼图壁、库尔勒、乌鲁木齐等3个定点台站的跨断层资料，观测手段包括水准和基线，观测范围涉及区域内霍尔果斯-玛纳斯-吐谷鲁断裂(简称霍玛吐断裂)、北轮台-辛格尔断裂、妖魔山F2断裂等3条重要的全新世或第四纪断裂(图 1，表 1)。观测数据从20世纪80年代初开始，具有较好的连续性，且符合观测规范要求，可信度较高。

1.2 数据处理 1.2.1 断层运动方向

断层的运动方向是断层活动性分析的重要内容^[12]。从测量数据中提取断层活动的3个基本参数，即水平扭动量、垂直向变化量、水平向变化量。

水平扭动量应用公式^[13]：

$ \Delta d \approx \frac{{\Delta l}}{{\cos \alpha }} + \Delta h\frac{{\tan \alpha }}{{\tan \beta }} $

(1)

式中，Δl为水平向测值变化，Δh为垂直向测值变化，采用年相对变化量，即本年末月测值与前一年末月测值之差，以消除季节变化造成的影响。α为测线与断层走向的夹角(以断层走向为起算边，顺时针转到测线方向所得的角度，0° < α < 180°)，β为断层的倾角。Δd>0时，断层为右旋；Δh>0时，断层上盘相对下盘上升；Δl>0时，断层上盘相对下盘水平测线伸长。由于乌鲁木齐观测站没有水平向观测值，无法求解水平扭动量。

1.2.2 断层平均活动速率

断层活动平均速率是观测时间段内的平均速率，代表着断层的整体活动水平。本文系统地整理了跨断层形变资料，计算垂直形变与水平形变的月均值，并对其进行回归分析，利用最小二乘原理计算断层的平均活动速率，分析断层活动性质、时程特点。

2 天山中段断层现今活动特点 2.1 断层运动方向

从沿断裂走向的水平扭动量可以看出，2001~2016年霍玛吐断裂呼图壁段断层表现为左旋、右旋交替运动特征，年均活动量0.085 mm，活动量较小，活动水平较低。2001~2016年的水平扭错活动趋势不稳定，其中2002~2005年的水平扭错活动整体呈逐年减小的趋势，中等活动水平；2008~2012年活动微弱；近年活动量略有增大(图 2)。2001~2015年北轮台-辛格尔断裂库尔勒段断层表现为右旋运动特征，年均活动量0.05 mm，活动量较小，活动水平较低。2002~2007年的水平扭错活动趋势不稳定；2007~2010年的水平扭错活动整体呈逐年减小的趋势，活动较为微弱；2014~2016年活动明显增强，但活动水平仍较低(图 2)。

从垂直向变化量上看，霍玛吐断裂呼图壁段的活动性质属于正、逆断交互运动，2007~2012年表现为趋势性正断活动，2013年以后以逆断活动为主，年均活动量0.048 mm，活动量较小，活动水平低。其中2007~2012年活动变化量小，活动微弱，其他时段活动略大，但活动水平仍较弱(图 3)。北轮台断裂库尔勒段的活动性质属于逆断性，上盘沿断层面相对向上滑动，表示地壳受到两侧压力推挤而收缩。蒋靖祥^[7]的研究表明，2002年之前的断裂基本呈正断性，断层活动性质的改变体现为北南向的挤压力在增强，年均活动量0.12 mm，活动量较小，活动水平一般；2008~2012年年均活动量0.09 mm，活动水平低(图 3)。妖魔山F2断裂乌鲁木齐段的活动性质以逆断为主，但具有差异性，2001年以来，EW、NE、NW向年均活动量分别为0.27 mm、0.21 mm、0.14 mm，活动量较大，活动水平较高(图 3)。

从水平向变化量看，2001~2016年霍玛吐断裂呼图壁段断层基本处于上盘相对下盘水平测线缩短状态，表明此时间段水平方向挤压，其中2007年、2009年年均水平测线为伸长状态，此时间段水平方向表现为拉张，年均活动量0.11 mm，活动量较垂直变化量大，活动水平中等(图 4)。2001~2012年北轮台断裂库尔勒段断层基本处于上盘相对下盘水平测线伸长状态，表明此时间段水平方向拉张，2013~2015年年均水平测线为缩短状态，此时间段水平方向表现为挤压，年均活动量0.005 mm，活动量很小，活动水平低(图 4)。

2.2 断层平均活动速率

从垂直形变活动速率上看，2001年以后霍玛吐断裂呼图壁段具有阶段性特征，垂直方向上基本处于张性变化，2001~2004年、2013年以后平均速率基本一致，2005~2012年垂直形变速率变化很小，基本停滞(图 5、表 2)，与1997~2000年的速率相当^[7]，可能呈现闭锁状态。2001年以来北轮台断裂库尔勒段垂直形变活动速率呈现逐年缓慢上升趋势，速率基本保持匀速，应力场垂直方向上处于张性变化，2001~2016年垂直形变平均速率为0.09 mm/a，与2001年之前相比速率有所增加，活动速率由负值转为正值，说明断层的活动性质、力学性质发生变化(图 5、表 2)。2001年以来妖魔山F2断裂乌鲁木齐段垂直形变资料时间进程具有阶段性特征，垂直方向上大多时间段处于张性变化，但2001~2003年处于压性变化，2004~2007年和2015至今断层活动速率增大，活动增强，其他时间段活动相对较弱(图 5、表 2)。

取各台各段速率绝对值的均值描述断层的活动程度，则天山中段形变测点所在断层的平均活动速率为：霍尔果斯-吐谷鲁断裂呼图壁段0.03 mm/a；北轮台-辛格尔断裂库尔勒段0.09 mm/a；妖魔山F2断裂乌鲁木齐段0.11 mm/a。与蒋靖祥^[7]2002年之前的研究成果相比，霍尔果斯-吐谷鲁断裂呼图壁段活动程度降低，北轮台-辛格尔断裂库尔勒段活动程度明显增加，妖魔山F2断裂乌鲁木齐段活动程度有所增加。

从水平形变活动速率上看，2001年至今霍玛吐断裂呼图壁段活动速率变化不大，水平方向上处于挤压状态，2008~2012年平均速率水平略低；2001年至今北轮台断裂库尔勒段水平形变活动具有阶段性特征，2012~2013年应力场水平方向上处于伸长状态，2014年应力场状态发生变化，处于挤压状态，2001~2007年平均活动水平高于2008~2013年，2014年以后不仅应力场状态改变，活动水平明显增大(表 2，图 6)。

3 结语

1) 2001年以来霍玛吐断裂呼图壁段断层的活动性质为正、逆断和左、右旋交替活动，水平方向以挤压为主。通过对跨断层结果的研究，结合地震地质的分析认为，在地震破裂贯通的区域应力释放充分，断层面间愈合较好，断层形变更有规律；未破裂区域的应力待释放时，必然会带动附近区域地块作相对无序的变化。地表监测结果显示，霍玛吐断裂呼图壁段在1997~2000年、2005~2012年呈现闭锁状态，该区域可能已形成地震破裂空区，在这种状态下很可能表现出无序的交替变化。因此，该区域的断层形变特征与构造差异有较好的一致性。研究表明，该区域未来可能发生强震，2016-12-08呼图壁6.2级地震就发生在此处。

2) 2001年以来北轮台-辛格尔断裂库尔勒段断层表现为右旋运动特征，活动性质属于逆断性，2012年之前断层水平方向处于拉张状态，2013年以后表现为挤压状态；妖魔山F2断裂乌鲁木齐段的断层活动性质以逆断为主。前人GPS结果^[10-11]显示，北轮台断层为右旋逆冲运动，与本文结果有较好的一致性。妖魔山F2断裂乌鲁木齐段的活动性质具有较好的继承性，反映出此区域应力结构的稳定性特征。

3) 2001年以来霍玛吐断裂呼图壁段、北轮台-辛格尔断裂库尔勒段、妖魔山F2断裂乌鲁木齐段垂直方向上基本均处于张性变化，断层的活动速率存在空间差异性，妖魔山F2断裂乌鲁木齐段最高，霍玛吐断裂呼图壁段最低。与2001年之前的研究成果相比，霍尔果斯-吐谷鲁断裂呼图壁段活动程度降低，北轮台-辛格尔断裂库尔勒段活动程度明显增加，妖魔山断裂活动程度有所增加。

4) 天山中段断层活动具有阶段性特征，它反映了所跨断层活动在时间上的非均匀性。1996年、2000年、2012年前后不同断层活动性质或速率均发生改变，各个时间段转折点有较好的匹配性，这可能与天山中段地区中强震的孕育有一定的关系。

5) 本文关于天山中段断层活动特征的结论是基于此区域3个跨断层监测台站这一小范围的资料所得出的，一般来说，跨断层定点形变测量是跨主断裂的分支断层，其与主断层的活动性质可能存在差异，因此要完整地描述天山中段断层的活动特点还需要更广泛和详实的资料。