2022, Vol. 43
2) 中国乌鲁木齐 843011 新疆维吾尔自治区地震局
2) Earthquake Agency of Xinjiang Uygur Autonomous Region, Urumqi 843011, China
凹凸体，又被称为闭锁断层，是地下介质中应力累积水平较高的地方。地壳介质变形过程中围绕凹凸体或高强度区域可发生微破裂活动，该过程中可释放已积累的应力进而引发大地震，因此凹凸体被认为是断裂带上大地震发生的危险段。对于沿断裂带寻找凹凸体，进而判定该断裂带地震危险性方面的研究，国内外均有相关报道。Nanjo等（2012）、Tormann等（2015）通过研究2004年印度尼西亚苏门答腊9级地震、2011年日本东北部9级地震前较长时间尺度的b值，发现大地震前会出现较低b值的异常；李正芳等（2014）对龙门山断裂带和鲜水河断裂带进行b值研究，验证了利用低b值区识别凹凸体的方法；刘子璇等（2016）对2016年呼图壁6.2级地震前的b值进行了研究，发现呼图壁6.2级地震震中位于低b值异常区，断裂带上可能存在凹凸体；易桂喜等(2004, 2005, 2006, 2013)利用双差地震精定位结果得到沿断裂带的地震剖面图，并结合低b值异常区域来寻找凹凸体。
位于新疆维吾尔自治区南天山地震带西段的柯坪块体是一个相对独立的构造单元（潘振生等，2010；南芳芳等，2018），主要包括柯坪断裂带、普昌断裂带、奥兹格尔他乌断裂带、喀拉铁克断裂带、塔塔埃尔塔格断裂带等，该区域地震活动频率较高，震级较大。据中国地震台网测定，2012年1月1日至2020年6月30日，该区域及周边发生了14次5.0级以上地震，其中包括2020年1月19日伽师MS 6.4地震。本文利用低b值异常区域并结合由精定位结果得到的深度剖面图寻找沿柯坪块体断裂带的凹凸体，以判断该区域地震危险性。
1 资料选取用于计算b值的地震目录来源于全国统一地震编目，地震目录起止时间为2009年1月1日至2020年6月30日，研究范围为39.00°—41.26°N、76.00°—80.51°E，研究时间段内共计14 574次地震事件，其中，ML 1.0—1.9地震10 125次；ML 2.0—2.9地震3 797次；ML 3.0—3.9地震573次；ML 4.0—4.9地震79次。利用该数据采用最大似然法进行沿柯坪块体断裂带发生地震的b值计算，并对柯坪块体上的ML≥1.6地震进行了重新定位，得到了精定位结果，利用该结果绘制沿断裂带剖面图，寻找可能存在的凹凸体，进而判断沿断裂带的地震危险性。
2 地震b值异常分析地震b值是Gutenberg等（1942）得出的震级—频率经验公式中的重要参数，其反映岩石介质累积应力水平及某个地区地下介质的应力分布（刘子璇等，2019）。双差地震定位法是一种相对地震定位法，该方法能对地震的震源深度进行有效约束，进而可得到较精确的地震深度分布。因此，利用低b值异常特征和由双差精定位结果所得的震源深度剖面可较准确地识别沿断裂带的凹凸体，从而进一步判定该区域地震危险性。
2.1 b值计算方法及参数确定利用ZMAP程序及最大似然法进行b值计算。首先，利用地震数据的累积频度数随震级的变化关系来确定最小完备震级Mc（图 1）。由图 1可见，柯坪块体上ML 1.0—4.9地震b值的拟合结果为b = 0.772 ± 0.008，Mc = 1.6。结合新疆测震台网在柯坪块体及周边区域的监测能力，将最小完备震级确定为ML1.6较合理。参考已有的分析计算方法（冯建刚等，2016），为了减少计算误差，提高数据的可信度，要求每个统计单元内地震样本量不少于50个，采用经纬度均为0.1°的步长进行网格化，得到计算b值所需半径为15 km（图 2）。
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图 1 柯坪块体上地震震级—频度关系 Fig.1 The frequency-magnitude distributions for earthquakes of Keping block |
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图 2 柯坪块体上地震b值有效半径的确定 Fig.2 Assessment of radius for b-value calculation of the Keping block |
利用柯坪块体上ML 1.0—4.9地震计算了该区域沿主要断裂带的b值（图 3）。由图 3可见，沿柯坪块体主要断裂带的地震b值普遍较低，为0.5—1.6，沿断裂带存在多个明显的低b值异常区域，故可能存在凹凸体。虽然在低b值区域发生了2020年1月19日伽师MS 6.4地震，但是该地震震中附近以及周边沿多个断裂带区域仍处于低b值状态，因此认为该区域依然处于高应力闭锁状态。从图 3可见，该区域凹凸体尺度较大，结合已有的有关低b值异常的研究结果（马鸿庆，1978；万秀红等，2015；张双凤等，2018；曾宪伟等，2020）认为，柯坪块体沿柯坪塔格断裂带2020年1月19日伽师MS 6.4地震震中附近区域依然存在地震的危险。
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图 3 沿柯坪块体主要断裂带b值分布 Fig.3 Map of b values on the main faults of Keping block |
为了校验b值空间扫描结果的可靠性，利用下式计算b值误差
| $\delta b = 2.30{b^2}\sqrt {\frac{{\sum\nolimits_{i = 1}^n {{{\left({{M_i} - \bar M} \right)}^2}} }}{{n(n - 1)}}} $ | (1) |
式中，M为平均震级。由式（1）得到b值误差统计结果（图 4、5）。从图 4可见，b值计算误差均小于0.200，且大多分布在0.025—0.100，从图 4可见，沿断裂带存在的低b值异常区域的分布与b值误差较小的区域之间具有较好的一致性，因此地震b值计算结果较可靠。
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图 4 b值计算误差分布 Fig.4 Distribution of b-value calculation errors |
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图 5 b值计算误差空间分布 Fig.5 Map of b-value calculation errors |
选取柯坪块体上2009年1月1日至2020年6月30日发生的ML≥1.6地震作为研究对象。由于柯坪块体地质条件较复杂，不能统一使用一种速度模型进行定位，因此将柯坪块体沿普昌断裂东、西侧分为2个区域。对这2个区域的地震，分别利用新疆测震台网观测报告的震相到时资料，采用Hypoinverse绝对定位方法进行定位，再对该定位结果用Velest程序反演了地壳速度模型（按P波速度与S波速度之比为1.75得到S波速度）（表 1、2），并在该模型下再采用Hypoinverse地震定位法进行定位，分析误差，改善误差后进而进行双差地震精定位。
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表 1 柯坪块体普昌断裂以东速度模型 Table 1 Velocity model to the east of Puchang fault of Keping block |
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表 2 柯坪块体普昌断裂以西速度模型 Table 2 Velocity model to the west of Puchang fault of Keping block |
用双差地震定位法进行精定位，得到误差较小、定位结果较可靠的5 980个地震的精定位结果（图 6）。由图 6可见，柯坪块体上发生的ML≥1.6地震震中基本沿柯坪块体上的柯坪断裂带、卡拉铁克断裂带、普昌断裂带等主要断裂带分布。
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图 6 柯坪块体地震精定位结果分布 Fig.6 Relocated epicenters of the earthquakes of Keping block |
用双差地震定位法进行精定位后定位精度得到改善，尤其是深度的结果较可靠，因此，利用该地震定位结果沿断裂带20 km范围的剖面图上寻找凹凸体（图 7）。由图 7可见，在画出多个沿断裂带地震深度剖面时，在柯坪断裂带位于普昌断裂西侧处2020年1月19日伽师MS 6.4地震震源附近存在2个地震空区（凹凸体），因此认为，该区域虽然发生了1次6级以上地震，但是依然存在地震危险性。
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图 7 沿柯坪塔格逆断裂带地震深度剖面图 Fig.7 Map of earthquake depth profile along the Kalpingtag thrust tectonic |
利用最大似然法对柯坪块体进行b值计算，并利用双差地震定位法对2009年1月1日至2020年6月30日发生的ML≥1.6地震进行重定位，并寻找凹凸体，得到以下结果。
（1）从柯坪块体b值扫描结果来看，柯坪块体上地震b值普遍较低，为0.5—1.6，其中，低b值区域基本沿柯坪块体上的主要断裂带分布。
（2）沿柯坪塔格逆断裂带2020年1月19日伽师MS 6.4地震震源附近区域依然处于低b值状态，应力水平较高。
（3）通过双差地震精定位可以发现柯坪块体上发生的地震，尤其是5级以上地震主要受柯坪断裂带、奥兹格尔他乌断裂带、喀拉铁克断裂带控制。
（4）由沿柯坪断裂带的地震深度剖面图可见，2020年1月19日伽师MS 6.4地震震源附近存在地震空区（凹凸体），该凹凸体有可能是引发伽师MS 6.4地震的高应力闭锁断层。但伽师地震后该区域依然是地震空区，因此其应力可能未完全释放。
（5）将地震精定位后的地震深度剖面图与柯坪块体上b值异常状态进行综合考虑后初步判定，虽然沿柯坪塔格逆断裂带发生了伽师MS 6.4地震，应力得到了一定的释放，但是该区域依然存在地震危险性。
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