2018, Vol. 61
2. 新疆地震局, 乌鲁木齐 830011
2. Earthquake Administration of Xinjiang Uygur Autonomous Region, Vrümqi 830011, China
大地震由于其巨大的破坏力给人类社会带来了深重的灾难，同时也引起了人们对地震的成因及预测的探索.发生在板块边界上的板缘地震，根据地震空区等方法可以判断大震发生的区域进行长期尺度的预测，但是这些危险区何时会发震很难确定.发生在板块内部的地震除与板块运动有关，还要受局部地质环境的影响，其发震的原因与规律比板缘地震更复杂，多年来的观测表明，震前出现异常的地区与后来的发震构造部位并不一定重合，二者往往可以有明显偏离，它给地震前确定发震位置带来了困难(马瑾等，1999).国内编过很多地震区划图，曾经圈出许多可能发震的潜在震源区，这些潜在危险区在区域建设规划中起到参考作用，但是由于时间限定过长，要获得减灾实效还有困难.例如四川汶川8.0级地震，发生在我国地震部门2006年预测、圈出并公开发表的中-长期大地震危险区中(中国大陆地震危险区与地震灾害损失预测研究组，2007), 但汶川地震仍然给灾区群众生命财产和社会经济带来极大损失.因此探讨强震亚失稳阶段即将面临的失稳部位的特征，寻找确认方法是一个很有现实意义，但又很有挑战意义的科学问题.
在目前地震成因、强震孕震过程尚未搞清的情况下，在实验室开展岩石变形实验，观测相关物理量的演化特征和规律，是地震前兆探索中重要的基础工作，可以为我们进行野外地震研究提供指导和思路.马瑾等(2012)利用构造物理实验结果，从应力积累向应力释放转变的角度对短临阶段出现异常的机理和特点进行了分析，在实验室已经可以识别断层的亚失稳阶段，这方面研究的成果为野外识别亚失稳应力状态打下了基础，即从断层活动的协同化进程中识别亚失稳阶段.野外没有压机看不到应力曲线，也没有实验室那样沿断层精细布设的应变观测仪器，那么自然条件下的发震过程该如何去鉴别？如何把实验室研究结果与分析实际地震前兆相结合，研究野外亚失稳态的鉴别指标，是我们正在探索的工作.
绝大多数强震发生于活动断裂带上，有一定的规律可循，而以往与地震相关的研究偏重于失稳前、后物理场演化特征上，对于发震断层如何演化，尤其是断层临近失稳的相关物理场演化特征研究较少.本文的研究思路就是结合震例基于发震断裂，从断层活动的协同化进程中识别应力状态所处阶段.考虑到亚失稳态研究需要建立在长期观测研究的基础上，地震活动资料相比其他观测手段是记录时间最长、数据最为完整的，并且地震活动性方法在地震地点预测方面占有非常重要的地位，我们从这作为切入点进行研究.地震活动变化通常是由地壳的构造应力水平决定，是地震之前发生的、被认为是与该主震的孕震过程有关联的一种定量的、可测量的变化，大量研究发现中等地震的活跃性直接与随后发生的大地震震级相关.Benioff应变(Benioff, 1951)是对地震活动定量的描述，可分析研究对象应变积累释放特征，常用于研究地震前是否存在加速现象或平静现象，可以与实验室应变观测结合起来进行分析.
不同学者曾用地震Benioff应变能积累与释放随时间的起伏变化，研究了中国大陆及不同地区的强震活动周期与轮回(邱竞男和高旭，1986；黄忠贤和陈虹，1996；马宏生等，2002)；众多学者发现大震前地震活动加速现象是普遍存在的，在地震预测研究中展现了较好的应用潜力(Papazachos et al., 2004；蒋海昆等，2009；蒋长胜和吴忠良，2010).大震前地震活动的加速可以通过幂指数关系进行定量描述，Bufe和Varnes(1993)研究结果表明，用累积Benioff应变释放(ASR)比用累积地震矩释放(AMR)能更准确地对地震进行预测，而且也能预测地震的震级.这些现象引起关注，原因之一是地震学者认为强震前应变加速释放现象是孕震区接近或进入临界状态的表现形式, 主震前观测到的地震活动加速被认为是一种临界现象，最终会产生一个大的地震事件(Bowman et al., 1998；Main，1995；Sornette and Samm, 1995；Ben-Zion et al., 2003).近年来又有研究表明，大震前在较大的临界区范围内地震应变释放加速的同时，在较小的孕震区范围内还存在地震应变释放减弱的现象(Papazachos et al., 2006；蒋海昆等，2009).以往，地震应变加速释放研究中，地震空间范围选取的是圆域，没有考虑构造条件，相同震级的地震圆域半径往往相差很大，实际预测中很难操作.有学者提出大震前临界区域的空间范围按圆域选取没有明确的构造物理意义(Bowman et al., 1998)，还有学者建议应当考虑应力加载模式，而不是使用简单的圆域(Hardebeck et al., 2008)，但对临界区域的选取并没有给出更好的方法.实验室岩石随着应力加载，应变积累、释放特征主要出现在断层附近，并且距离断层越远，特征越不明显，因此本研究提出野外研究大震前应变加速、减速特征时，地震空间范围按断裂选取，这样更具有构造物理含义.本研究先通过震例回溯性断裂地震活动时空演化及地震Benioff应变特征，寻找处于亚失稳态的断裂，分析亚失稳断层的相对释放段和积累段，寻找可能的发震部位.
1 研究区域的选取2015年10月26日兴都库什地区发生7.8级地震，2015年12月7日塔吉克斯坦发生7.4级地震，2016年4月10日兴都库什地区再次发生7.1级地震，说明喜马拉雅西构造结大震呈现出活跃状态，目前天山地震带7级地震平静已24年，天山地震带的强震形势也引起了广泛关注.南天山西段至西昆仑构造带，是印度板块向欧亚板块向北向碰撞推挤的前缘地带，该区地震应变释放速率比中国大陆东部地区高4~5倍(张国民等，2005)，能量累积速率较快，地震活动尤为强烈(图 1)，喀什—乌恰地区是天山地震带和西昆仑构造带交汇的部位，是地震最为活跃的地区，本文将南天山西段至喀什—乌恰交汇区作为研究区(主要是中国境内部分)，通过2008年乌恰6.8级地震回溯性研究震前发震断裂地震活动及Benioff应变特征.
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图 1 研究区主要断裂及1900年以来MS≥6.5地震分布图 断层名称：①迈丹断裂；②柯坪断裂；③卡兹克阿尔特断裂. Fig. 1 Distribution of earthquakes above MS6.5 and main faults ① Maidan fault; ② Kalpin fault; ③ Kazikearte fault. |
研究区是中国大陆7级地震主体活动区之一，1900年以来曾发生过5组7级以上地震，其中含1次8级地震，区内地震活动西强东弱，7级以上地震都集中在喀什—乌恰交汇区，该区历史6级以上地震活动时间间隔平均为2年，5级以上地震每年2次左右.南天山西段地壳缩短速率较高，达10~20 mm·a-1(王琪等，2000；沈军等，2001；杨晓平等，2006)，具备发生7级以上地震的构造条件和能量积累水平，且强震活动存在明显的活跃和平静特征.研究区的应变积累-释放具有很好的周期性(图 2)，强震活动为我们提供了一个很好的野外实际观测和研究的条件，区域内大的活动断裂有迈丹断裂、柯坪断裂、卡兹克阿尔特断裂.迈丹断裂位于南天山西段，是柯坪推覆构造的根部断裂，西起塔拉斯—费尔干纳断裂带，向东经迈丹、阿合奇至乌什段呈NE向展布，乌什段以东转为近NEE向，全长近400 km，断层倾向NW，倾角30~80°，是一条逆冲左旋走滑型活动断裂(田勤俭等，2006；贾启超等，2015；郑民等，2007)，有学者认为迈丹断裂是1902年阿图什8级大震的发震构造(陈杰等，2001).柯坪断裂位于南天山西段，是柯坪推覆构造的前缘断裂，为全新世活动断裂，全长460 km，总体走向NEE，断层倾向NNW，倾角30°~80°，是带有左旋走滑性质的逆冲型断裂，该断裂曾发生过1961年6.8级强震群(邓起东等，2000；何文渊等，2002).卡兹克阿尔特断裂带是帕米尔和天山新生代造山带间一个重要的活动构造边界，全长100 km，总体形态为一向北东突出的弧形，断层倾向SW，倾角15°~76°，断裂带晚第四纪构造变形表现为逆冲推覆为主兼走滑的运动特征，该断裂曾发生过1985年乌恰7.1级地震(陈杰等，2001).
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图 2 南天山西段MS≥5.0地震Benioff应变积累释放曲线 Fig. 2 Benioff Strain accumulation and release of MS≥5.0 earthquakes in western section of Southern Tianshan |
距目前最近的一次强震是2008年乌恰6.8级地震，地震的发震断层为卡兹克阿尔特断裂，本文结合实验室亚失稳阶段研究成果，探讨鉴别亚失稳断裂和失稳部位的方法.
2 研究思路与方法 2.1 研究思路实验室岩石粘滑失稳研究显示(马瑾等，2012；马瑾和郭彦双，2014)，亚失稳阶段是断层临近失稳的最后阶段, 也是断层进入失稳(发震)的关键阶段，在应力时间过程中很易识别出亚失稳开始时间, 因为它是应力变化的峰值点；在空间上，断层存在相对弱和相对强的部位，前者首先弱化，表现为断层预滑、慢地震或弱震，成为应变释放开始部位，断层的失稳错动是由断层各个部位独立活动向协同化活动的转化过程.实验室把断层应变释放区的扩展和相互连接的现象称为协同化，可以用协同化来描述断层的失稳过程.协同化过程的本质是断层上愈来愈多的部位相继破坏和弱化, 应力逐步转移到局部高闭锁部位, 进而使其应力达到能导致快速释放的条件，弱部位的加速协同化说明失稳的临近，可以进行时间上的预测.断层上相对强的部位则成为应变积累部位，最终变成快速失稳部位，即未来的震源，这为寻找未来失稳部位提供了参考依据和可能性.在实验室，断裂进入亚失稳阶段后，整个断裂应变加速释放，但断裂上既有应变积累部位又有应变释放部位，因此野外断裂要细分断层的不同段落，找到高应力积累的部位.
研究思路总体来说就是对比实验室亚失稳阶段应力-应变观测结果，探索野外大震前断层活动是否有类似现象.本文在研究区达到高应力积累水平的状态下，分析区域内每条断裂的应变状态和沿断层地震活动特征，力求找准发震断层和失稳部位，为短临观测提供条件.
首先，震中区地震背景分析判定.利用Benioff应变积累释放量判定研究区是否具备大震发生背景，可以根据曲线的形态估计地震活动所处的阶段，也可以根据所积累的应变水平，估计未来可能释放的应变能级.
其次，断层地震活动及应变释放时空分析.对研究区断层进行地震应变的时间扫描计算，找出处于亚失稳阶段的断层，即由应变积累转为应变转平、稳定下降或波动，同时断层活动有协同化现象；细分断层的不同段落、细化最小震级研究断层不同段落的应变积累释放过程，找出应变积累区和应变释放区，判定处于高应力积累的闭锁断裂段.
最后，判断亚失稳断裂的地震应变是否符合ASR加速模型，分析断层失稳的紧迫性.在地震应变加速释放研究中，本文改进了地震空间范围和时间尺度的选取方法，空间范围按断裂选取；在时间尺度选取上，因为使用的加速模型是非线性的(不是匀速的)，选取时间段必然包括一个地震活动减弱到增强的过程，所以本文取断裂Benioff应变积累释放曲线上最近的一次积累-缓慢释放时段进行分析.
2.2 研究方法 2.2.1 Benioff应变积累释放由能量震级经验公式(Kanamori，1977)：
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(1) |
E为地震释放的能量，MS为面波震级；可得t时刻前累积Benioff应变ε(t)(Benioff，1951)：
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(2) |
其中N(t)是t时刻前选定区域内发生的地震个数，
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(3) |
若研究时段内地震活动水平一直低于平均水平，则Δε持续升高，反之，降低.地震平静阶段是应变的积累阶段，积累远远大于释放；而在活动阶段，释放远远大于积累.一个完整的地震轮回，总的积累量应该与总的释放量大体一致，由(3)式可以计算出某一时段内研究区或断裂Benioff应变量，根据震级和能量关系估算可能发生的最大地震震级.
2.2.2 Benioff应变加速释放(ASR)模型大震前地震活动的加速可以通过幂指数关系进行定量描述，Bufe和Varnes(1993)提出“破裂时间分析”方法，震前累积Benioff应变关于时间的变化可表示为
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(4) |
其中ε(t)是前兆序列在t时刻前的累积Benioff应变
(4) 式中有4个未知参数(A，tc，B，m).回溯性研究时，由已经发生的主震，已知A和tc，将(4)式进行最小二乘拟合，得到m和B/m；这样可以确定研究区的ASR模型，并用来预测未来主震时间和震级，国内外已将该方法应用于诸多震例(Bufe and Varnes, 1993；Sornette and Samm, 1995；Bufe et al., 1994；Brehm and Braile, 1998; Varnes and Bufe, 1996; 杨文政等，2000；杨文政和马丽，1999).
数据拟合的效果将直接影响预测结果，引入参数C，C=幂律拟合均方差/线性拟合均方差(Bowman et al., 1998)，表示幂率曲线拟合效果的量化值，C < 1时，表明应变释放越接近幂率分布而偏离线性分布，C越小，则越符合加速模型；当C≥1时，表明应变释放接近线性分布而偏离幂率分布，应变释放与幂律关系式不相符, Bowman(1998)给出判断震前具有明显加速特征的标准是C＜0.7，否则拟合出的加速曲线是不可靠的，真实数据并没有明显的加速特征.Hardebeck(2008)通过大量震例研究发现，震前具有明显加速、减速特征时，拟合得到的C＜0.7.Mignan等(2006)随机合成了一个地震目录，通过最优搜索算法研究随机生成Benioff加速释放序列的概率，结果表明(图 2.2)，当C≤0.4时，随机概率小于7%；当C≤0.5时，随机概率小于25%；当曲率参数C≥0.6时，随机目录有超过50%的概率生成加速释放序列.该研究表明，只有当C值＜0.6时，地震活动具有明显加速特征并且是非随机的，和大震前的临界状态有关.本文研究时采取C＜0.6.
我们把处于亚失稳阶段的断裂简称为亚失稳断裂, 研究目标地震是6.8级以上地震，简单来说判定具备发生6.8级以上地震的亚失稳断裂，我们主要按以下方法进行：
① 构造区Benioff应变积累支持6.8级以上地震发生；
② 从高应变积累构造区中找出高应变积累且应变开始缓慢释放的断裂；
③ 区分断裂的积累段和释放段，根据断裂释放段的协同化程度判定其是否处于亚失稳阶段，寻找失稳部位；
④ 断裂Benioff应变是否符合加速释放模型，分析亚失稳断裂发震的时间紧迫性.
3 资料及数据处理 3.1 研究区大震背景利用新疆地震局地震目录，考虑到1949年以来MS5级以上地震记录是完整的，及1944年乌恰7.0级地震的影响，我们选取1949年作为起始时间，由(3)式研究南天山西段至喀什—乌恰交汇地区5级以上地震Benioff应变积累释放特征(图 2).
图 2中任一时刻对应的值表示研究区截至这一时刻积累的Benioff应变，由(1)和(2)可以计算支持发生地震的最大震级，没有地震发生时，曲线按应变积累速率上升，发生地震则下降相应的Benioff应变值.南天山西段至喀什—乌恰交汇地区约11年可积累相当于7级地震量级的能量，应变能以7级地震或6级强震群的形式释放，1955年乌恰7.0级双震、1961年伽师6.8、6.7、6.4级强震群、1974年乌恰7.3级地震、1985年喀什7.1级地震、1997—1998年伽师含9次6级震群和2008年乌恰6.8、6.5、6.2级强震.2008年处于1997年伽师6级强震群后11年周期节点，2008年9月研究区的Benioff应变为1.06×108如果全部释放，由震级和能量关系，支持7.5级地震的发生，乌恰6.8级地震前具有很强的大震背景.
3.2 亚失稳断裂及失稳部位判定 3.2.1 断裂Benioff应变积累释放分析使用新疆地震局地震目录，选取1970年以来MS3级以上地震，基于N-M、lgN-M图像方法检验了研究区1970年以来MS3级以上地震目录是完整的.考虑历史地震余震分布情况和断层倾向、倾角，我们沿断层选取MS3级以上地震；起始时间选取断裂强震某次释放后，并且研究时段至少2次以上强震.分析研究区内迈丹断裂、柯坪断裂、卡兹克阿尔特断裂地震Benioff应变的积累释放特征.
如图 3，截止2008年9月迈丹断裂处于应变积累阶段，并且积累水平不高，不足以支持强震的发生；柯坪断裂和卡兹克阿尔特断裂积累水平都支持6.7级以上地震的发生，但只有卡兹克阿尔特断裂应变状态发生改变，即由积累转为波动或缓慢下降的趋势，图 3③中从2007年5月开始应变由积累向释放转变并且卡兹克阿尔特断裂出现协同化现象(图 4)，这与实验室观测到的断层进入亚失稳阶段的应变特征相似.我们在断裂Benioff应变的积累释放曲线上，要寻找的就是断裂应变能积累具有较高水平，并且状态由积累转为释放的特征(如图 3③中标识).接下来我们分析断层活动的协同化过程.
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图 3 MS≥3.0地震Benioff应变积累释放曲线 ①迈丹断裂；②柯坪断裂；③卡兹克阿尔特断裂(对应图 1中断裂). Fig. 3 Benioff Strain accumulation and release of MS≥3.0 ① Maidan fault; ② Kalpin fault; ③ Kazikearte fault (Corresponding to Fig. 1) |
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图 4 卡兹克阿尔特断裂MS≥3.0地震震中随时间迁移图 Fig. 4 Temporal-spatial distribution of MS≥3.0 earthquakes in Kazkeaerte fault |
把选取的卡兹克阿尔特断裂1990年以来3级以上地震做震中随时间迁移图(图 4)，可以看出2003年之前断裂74.3°E以西部分3、4级地震活动频繁，2003年之后3、4级地震平静，该段形成应变积累区，直至主震发生.卡兹克阿尔特断裂74.3°E以东部分，2007年断裂3、4级地震加速活动，出现快速协同化过程，是应变释放区.
在断裂活动时空图上，我们主要分析断层活动的协同化现象，并且寻找应变积累区和应变释放段落，鉴别高应力积累的部位.分析后发现只有卡兹克阿尔特断裂出现协同化现象，而柯坪断裂、迈丹断裂都没有这种现象.
结合图 4，将卡兹克阿尔特断裂划分为经度74.3°E以西部分的应变积累段落和经度74.3°E以东部分的应变释放段落，分段进行Benioff应变的积累释放定量分析.
图 5a是卡兹克阿尔特断裂74.3°E以西部分的3级以上地震应变积累释放曲线，即乌恰6.8级地震震源区.可以看出，1990—2003年应变积累较为缓慢，中等地震的应变释放较为频繁，2003年之后，地震平静应变以积累为主，应变积累速率明显加快，说明这是断裂的应变积累区.累积的应变达4.48×107如果全部释放，由震级和能量关系，支持7.0级地震发生.分析认为这一段落是断裂带上的具有高应力积累的闭锁段，是亚失稳断裂可能的失稳部位.
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图 5 MS≥3.0地震Benioff应变积累释放曲线 (a)卡兹克阿尔特断裂经度74.3°E以西部分; (b)卡兹克阿尔特断裂经度74.3°E以东部分. Fig. 5 Benioff Strain accumulation and release of MS≥3.0 (a) Longitude 74.3 degree west part of Kazikearte fault; (b) Longitude 74.3 degrees east part of Kazikearte fault. |
图 5b是卡兹克阿尔特断裂经度74.3°E以东部分的3级以上地震应变积累释放曲线，1994年开始该断层段释放较为充分，其后主要处于应变积累阶段，2007年1月曲线波动下降，说明应变由积累转为缓慢释放，这是亚失稳断裂的应变释放段.
图 5是在整个断裂应变出现释放和协同化特征的前提下，根据空间地震活动图像，划分不同段落，去进一步分析断裂的应变释放和应变积累特征.实验室结果显示失稳发生在应变积累区，这和我们实际观测到的结果也是一致的.
3.3 ASR模型应用根据亚失稳断裂实际发生的地震，可以分析断裂地震活动的加速程度.不同区域、不同时段地震活动的应变释放速率是不同的，南天山西段研究区1985年7.1级地震、1997年伽师强震群、2003年伽师6.8级地震等震例得到的m值约为0.18，文中使用ASR模型(公式(4))时参数m取0.18.
由图 3③和图 4分析，2003年之后卡兹克阿尔特断裂地震活动有明显减弱到活跃过程，因此选取时间Δt=[2003, 2008.36], 震级MS≥3.0，取m=0.18，由公式(4)最小二乘拟合之后得到，tc=2009.1，计算得出的预测震级为6.9级，与实际地震的发生有3个月的误差.图 6中幂律拟合曲线的均方根误差为7.3869×104；线性拟合的均方根误差为1.3022×105，C=0.57＜0.6，表明加速特征明显，拟合曲线可靠.
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图 6 卡兹克阿尔特断裂MS≥3.0地震累积贝尼奥夫应变加速释放曲线 Fig. 6 Accelerating release curve of Cumulative Benioff Strain of MS≥3.0 earthquakes in Kazkeaerte fault |
有地震学者认为应变加速释放现象是孕震区接近或进入临界状态的表现形式, 最终会产生一个大的地震事件，强震前断裂地震应变加速释放是亚失稳阶段的一个重要特征.
我们给出的仅是一个震例的研究，工作中还对1985年乌恰7.1级地震和2004年于田7.3级地震进行了亚失稳阶段判定研究，都符合本文第2.2.2节中亚失稳断裂判定方法中提到的三条依据.但该方法我们还没有用大量的震例给出具有统计显著性的结论，这也是我们今后进一步要做的工作.
4 研究区现今亚失稳状态判断研究区截至2016年4月的Benioff应变已经处于较高水平(稍高于2008年乌恰6.8级地震之前的)，如果全部释放支持7.5级地震发生(图 2).
对研究区迈丹、柯坪、卡兹克—阿尔特断裂进行3级以上地震Benioff应变积累释放分析，得出只有柯坪断裂Benioff应变量达到较高水平(完全释放约为6.8级地震)，并且2012年之后应变状态发生改变(与图 3②类似)，出现转平、波动，说明应变开始释放(图 7标识).
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图 7 柯坪断裂MS≥3.0地震贝尼奥夫应变积累释放曲线 Fig. 7 Benioff Strain accumulation and release of MS≥3.0 |
把柯坪断裂上的地震作震中随时间的迁移图(图 8)，可以看出1995年之前，柯坪断裂77.5—80°E段落4级以上地震活跃，但1995年之后该段4级以上地震大范围平静，产生应变积累区；断裂77.5°E以西为应变释放区，1995年开始由西向东扩展，应变释放区加大，2012年之后加速扩展，断层出现协同化现象(多个部位释放)，危险段落是79°附近地区.
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图 8 柯坪断裂MS≥4.0地震震中随时间迁移图 Fig. 8 Temporal-spatial distribution of MS≥4.0 earthquakes in Keping fault |
由上述分析，柯坪断裂符合亚失稳阶段的特征的前三条，接下来对断裂的地震应用ASR模型进行分析.
由图 7和图 8，(1)选取地震时间Δt=[2000, 2015.8], 震级MS≥3.0，m取研究区经验值0.18，最小二乘拟合之后得到的C=0.67，C＞0.6说明拟合效果不好，观测数据与研究区大震前加速模型不符(图 9a).(2)选取地震时间Δt=[2000, 2016.4], 震级MS≥3.0，m取研究区经验值0.18，最小二乘拟合之后得到的C=0.76＞0.7，表明该时段数据不符合加速模型，断裂地震活动没有进入发生大震前的临界状态，不能用加速模型进行发震时间预测(图 9b).
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图 9 柯坪断裂MS≥3.0地震累积贝尼奥夫应变加速释放曲线 Fig. 9 Accelerating release curve of Cumulative Benioff Strain of MS≥3.0 earthquakes in Keping fault |
2011—2015年柯坪断裂Benioff应变加速，2015—2016年研究区周边发生一系列的强震(2015年12月7日塔吉克斯坦7.4级地震距研究区约100 km，2016年6月26日吉尔吉斯6.7级地震距研究区约10 km)，柯坪断裂地震活动减速.王筱荣等(2010)研究发现，天山和西昆仑交汇区6级以上地震或天山地震带近场7级以上强震发生后，南天山地震带西段会出现4级地震平静现象.认为南天山地震带西段和西昆仑地震带北端紧密相连，地震关联性活动较强；大区域一次较强地震后构造带积累的地震能量释放较充分，导致区域地震活动不活跃，可能是震后出现平静的原因.马禾青等(2007)在研究藏、青、川、滇交界地区地震活动中也有类似发现.柯坪断裂东西长300 km，走向NEE，是左行走滑的逆断层，被普昌断裂分割成东、西两部分，柯坪断裂东段的全新世平均缩短速率为0.35~0.44 mm·a-1(程建武等，2006)，已发现4次古地震事件的同震垂直位错约为50 cm(冉勇康等，2006)；柯坪断裂西段的全新世以来的4次古地震事件间隔约为3000~5000年(闵伟等，2006).在有文字记载以来，柯坪断裂发生多次6级地震，但一直缺M≥7.0的大地震.
柯坪断裂位于我国地震部门2006年预测、圈出并公开发表的2006—2020中-长期大地震危险区中(中国大陆地震危险区与地震灾害损失预测研究组，2007)，同时也位于闻学泽“中国大陆7、8级地震危险性中-长期预测研究”(M7专项工作组，2012)(简称“M7专项”)划定的7级大震危险区内，目前研究区和柯坪断裂都具有很强的地震背景，我们要关注后续地震形势.
5 结论与讨论 5.1 结论(1) 我们把处于亚失稳阶段的断裂简称为亚失稳断裂, 以南天山西段为研究区，探索判定亚失稳断裂和失稳部位的方法，结合实验室亚失稳阶段断层应变特征，给出判定的4个步骤；2008年10月5日乌恰6.8级地震预测性研究结果显示，卡兹克阿尔特断裂在主震前具备判定的4个条件：
① 断裂所在的构造区Benioff应变积累支持6.8级地震发生；
② 断裂本身累积应变达到相对较高水平，并且应变由积累转为缓慢释放；
③ 断层出现应变积累段、释放段，并且断裂释放段出现协同化现象(协同化形成，表明进入亚失稳阶段)，应变积累区是未来主震失稳部位；
④ 研究区地震Benioff应变符合加速模型，发震紧迫程度高.
(2) 本文在地震应变加速释放研究中，地震的空间范围按断裂选取；在时间尺度选取上，取断裂Benioff应变积累释放曲线上最近的一次积累-缓慢释放时段进行分析.这种选取方法根据实验室亚失稳阶段研究成果，有一定的构造物理意义.
(3) 使用亚失稳断裂判定方法对研究区现今应力状态进行探索性预测研究，发现目前柯坪断裂符合亚失稳状态条件的前三条，但不符合条件(4)，说明柯坪断裂的地震活动没有达到失稳前的临界状态，断裂的协同化程度不够.野外比实验室要复杂得多，2015—2016年研究区周边发生一系列的强震，柯坪断裂地震活动减速，不能排除由于周边大震导致区域应力释放使得柯坪断裂应变释放变缓，还需关注柯坪断裂的地震活动.
5.2 讨论(1) 研究区历史6级以上地震活动时间间隔平均为2年，5级以上地震每年2次左右.强震活动为我们提供了一个很好的野外实际观测和研究的条件，但是中强地震活动频繁也导致异常提取困难，加上该地区监测能力的限制，地震目录完整性的下限震级是MS3级，因此本文以6.8级以上地震为目标地震.本文的方法适合地震较频繁且最近几十年监测能力较强的地区.对于6.8级以下地震，也可用本文亚失稳断裂判定方法的四个条件去进一步研究.
(2) 亚失稳阶段及断层活动的协同化特征在实验室研究中是普遍的.把实验室结果向野外应用本来就很难，野外情况复杂，也没有那么好的观测条件.实验室也是因为近几年设备采样率、分辨率提高才识别出了失稳前的亚失稳这一阶段.野外观测台站2000年以来有了改善，密度加强，小震记录的完整性提高，我们在研究区1985年8月23日乌恰7.1级、2008年10月5日乌恰6.8级和2014年2月12日于田7.3级地震前都看到了类似实验室的协同化现象.图 3中其他几组强震前未显示协同化现象，分析认为图中6.5、6.7级地震释放的应变和乌恰6.8级地震序列相比都非常小，因此图 3中6.0、6.2级地震前看不见应变释放的现象可能和图中选取的起始震级MS≥3.0有关.对于5、6级地震可能要从起始震级MS1、2级来研究，就好比地震围空的不同震级对应不同强度的地震一样，这也是我们后续要研究的.
(3) 协同化过程的本质是断层上愈来愈多的部位相继破坏和弱化, 应力逐步转移到局部高闭锁部位, 进而使其应力达到能导致快速释放的条件.实验室是通过应变观测得到的协同化过程，即应变释放区的扩展、加速扩展和连接的现象.断层活动协同化过程中应变释放区的平稳扩展与亚失稳前期准静态失稳有关；协同化过程中应变释放区的加速扩展相当于亚失稳的后期，即准动态失稳阶段, 加速协同化开始于由准静态扩展向准动态扩展的转化，这时断层进入发生地震的临界状态，可以进行时间上的预测.进入亚失稳阶段后，断裂上既有应变积累部位又有应变释放部位，找到高应力积累的部位，可以进行地点的预测(马瑾，2014).
在野外我们可以利用强震前沿断裂的中小地震活动揭示该断裂的协同化过程，简单来说协同化是断裂上除震源区(闭锁段)之外的段落中小地震活动增强，类似于快速条带的形成，同时整个断裂的应变处于释放阶段.如图 4中，椭圆形区域，即断裂上经度73.2°—74.3°段落，2003年之前该段的中等地震活跃，2003年之后3级以上地震非常平静，直至主震发生，是闭锁段(应力积累区)；断裂上经度74.3°及其附近部位2001年起发生一系列中等地震，是应变释放区，2007年之后应变释放区(3、4级地震)向东扩展，应变释放加速；断裂上经度75.5°及其附近部位2003年起3、4地震活跃，是应变释放区，2007年之后3级地震向西扩展，两个应变释放区连接，之后在应变积累区发生目标地震.
(4) 马瑾等(2012)研究指出，亚失稳态又可以分Ⅰ和Ⅱ两个阶段.前者是由应力积累转为应力释放的阶段, 应力时间过程会出现非线性波动, 后者是应力加速释放阶段.研究亚失稳态需要把视角从应力积累转向释放，判断区域总体应力释放率更为重要.亚失稳Ⅰ阶段称为准静态阶段，压机停止加载后，失稳不发生；亚失稳Ⅱ阶段称为准动态阶段，压机停止加载后，失稳仍会发生.目前正在开展准动态阶段的进一步研究.
致谢闻学泽研究员、王琼研究员和曲延军研究员对本研究工作提出了很好的意见和建议，在此表示感谢，同时感谢审稿专家提出的宝贵意见.
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