2022, Vol. 43
2) 中国乌鲁木齐 830011 新疆维吾尔自治区地震局;
3) 中国新疆维吾尔自治区 830011 中国地震局乌鲁木齐中亚地震研究所;
4) 中国西安 710054 中国地震局第二监测中心;
5) 中国武汉 430071 中国地震局地震研究所地震大地测量重点实验室
2) Earthquake Agency of Xinjiang Uygur Autonomous Region, Urumqi 830011, China;
3) Urumqi Institute of Central Asia Earthquake, China Earthquake Administration, Xinjiang Uygur Autonomous Region 830011, China;
4) The Second Monitoring and Application Center, China Earthquake Administration, Xi'an 710054, China;
5) Key Laboratory of Earthquake Geodesy, Institute of Seismology, China Earthquake Administration, Wuhan 430071, China
据中国地震台网测定，2020年1月19日在新疆喀什地区伽师县发生MS 6.4地震（39.83°N，77.21°E）。此次地震打破了该区域17年的6级地震平静期，对于研究区域构造变形演化具有重要价值。伽师MS 6.4地震为北倾逆冲兼少量走滑型地震，发震构造为柯坪断裂。柯坪断裂全长约460 km，走向近EW，倾向NW，倾角大于45°，为向东南突出的弧形推覆体构造。
陈运泰等（1980）通过分析海城和唐山地震前后重力剖面观测数据发现，地震孕震过程中重力变化反映出地壳与上地幔存在质量运移。流动重力资料能较好体现区域重力场的非潮汐变化信息，祝意青等(2009, 2011, 2015, 2016, 2017)、申重阳等(2003, 2009)、陈石等（2011）、朱治国等（2017）通过对汶川MS 8.0、玉树MS 7.1、丽江MS 7.0、姚安MS 6.0、呼图壁MS 6.2等地震前后重力场变化进行研究，发现重力场变化过程与地震孕育发生存在密切关系，震前区域重力场出现有序性变化，具有较好的中期前兆性变化特征，可为中强地震危险性预测探索提供参考。Avouac等（1993）、孙建中等（2005）、朱治国等（2016）、王琪等(2000, 2001)通过对天山区域GNSS观测资料的研究，发现天山地壳处于长期挤压环境，地壳表现出缩短特征，区域应变场主压应变率西部高于东部，与地质构造背景一致。在以往研究中较少综合探讨重力场、GNSS形变场特征与南天山区域孕震过程的关系。本文以2015—2021年流动重力观测资料和GNSS观测资料为基础，分析此次伽师MS 6.4地震前后区域地球物理观测资料的变化特征，联合探讨地震前后区域重力场、GNSS应变场关联性与地震活动的关系，为今后区域地震危险性分析提供科学参考。
2 研究内容及方法选取伽师MS 6.4地震震中区域分布均匀的重力测点资料，数据计算采用测网内塔什库尔干、乌什、库车3个绝对观测点作为约束，使用中国地震局推广的LGADJ软件进行全网经典平差。每期观测资料平差计算前，对重力观测资料进行一次项、固体潮、气压、仪器高及零漂改正，计算时先对观测数据进行预处理，整体分析预处理结果，合理确定仪器的先验方差，重新平差计算得到最佳的解算结果。差分计算中删除了个别环境改变测点。观测点间隙数据采用张量连续曲率样条插值法进行插值，张量连续曲率样条插值法能够准确拟合观测数据，避免拟合数据在已知数据点之间产生较大波动和无关变形点，有效突出构造因素的重力效应。重力观测网每期测点平均精度优于10.4×10-8 m·s-2，观测精度可靠。
选取伽师MS 6.4地震震中200 km区域内“中国大陆构造环境监测网络”（简称陆态网络）GNSS观测资料，按2015—2018年、2018—2020年2个时间段进行计算及分析。每时段观测数据采用相同方法进行解算，获得观测点在ITRF2014全球框架下相对稳定欧亚板块的水平运动速度场参数，借助位移与应变的偏导关系，采用最小二乘配置法建立水平运动速度场经验协方差方程，计算区域应变场参数。最小二乘配置法能够获得边缘效应较弱的大范围稳定应变场，应变场结果可信度较高。
3 研究结果选取伽师区域2015—2021年期间流动重力观测和GNSS观测资料，并联合水准和InSAR研究结果，系统分析伽师MS 6.4地震前后重力场和形变场的变化过程及特征，获得以下认识：
（1）一年时间尺度的重力场时变图像（图 1，图件仅给出示意图，如需清晰原版图件请联系作者）较好反映了伽师区域重力场系统演化过程，即伽师MS 6.4地震前后区域重力场具有“局部重力异常→重力变化“0”等值线拐弯、重力场异常反转→重力变化高梯度带、弱四象限特征→重力场异常正向恢复”的变化。重力异常沿断层翻转及四象限特征可为地震预报提供有益参考。
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图 1 1年时间尺度重力场动态变化图像 (a)2015年5月—2016年4月；(b)2016年4月—2017年4月；(c)2017年4月—2018年4月；(d)2018年4月—2019年4月；(e)2019年4月—2020年4月；(f)2020年4月—2021年4月 Fig.1 Gravity field dynamic variation images in the one-year time scale |
（2）重力场累积变化反映出伽师MS 6.4地震前区域重力场变化受到区域大断裂的控制，重力累积变化图像和时变图像反映出此次构造活动可能开始于2018年，重力变化“0”等值线拐弯，地震发生在重力持续反向变化过程中，重力变化平面高梯度带特征与地震发生存在密切关系。
（3）强震易发生在具有显著重力变化的构造活动断裂带上，2020年伽师MS 6.4地震发生在南天山地震带柯坪断裂附近，此为重力变化高梯度带拐弯地区，也是面压缩率变化过渡带地区。
（4）伽师MS 6.4地震前后区域应变场增强、减弱过程，与区域重力场正负变化具有一定对应性（图 2）。推测地壳介质在区域应力应变场作用下，沿先存剪应力方向在松散山区迁移聚集，引起局部重力正异常，进而达到重力变化和应力“闭锁状态”；随着地壳介质迁移蠕变和区域应力应变场作用加强，达到岩石破裂条件，产生岩石裂隙，造成地表沉降变形，重力场出现负向变化，从而发生地震。震后区域重力异常正向变化反映了受区域应变场压缩作用，地下物质迁移，地壳介质贯穿构造控制的密度效应。由于伽师区域监测点较为稀疏，形变和重力监测密度相对不足，因此有待于新证据予以验证。
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图 2 重力累积变化与面膨胀率对照 (a) 2015—2018年；(b) 2018—2020年 Fig.2 Cumulative variation of gravity and surface expansion rate |
陈运泰, 顾浩鼎, 卢造勋. 1975年海城地震与1976年唐山地震前后的重力变化[J]. 地震学报, 1980, 2(1): 21-31. |
祝意青, 刘芳, 郭树松. 2010年玉树MS 7.1地震前的重力变化[J]. 大地测量与地球动力学, 2011, 31(1): 1-4+8. |
祝意青, 徐云马, 吕弋培, 等. 龙门山断裂带重力变化与汶川8.0级地震关系研究[J]. 地球物理学报, 2009, 52(10): 2 538-2 546. |