Tectonics:天山西南缘伽师-柯坪地区活动断裂几何结构及其与中、强地震(M 5.5-7.0)的相关性

位于中亚地区的天山造山带是全球范围内活动最强的陆内地震带之一,在过去200年内共发生了140多次5.5级以上的地震,其中包括6次7.5级以上的强震事件(如图1a所示)。位于天山西南缘的伽师-柯坪地区是天山造山带地震活动最强的区域之一,在过去数十年发生了多次中、强地震(M5.5-7),但并没有更强地震发生;这些地震的震源机制解存在很大差异(逆冲、走滑和正断),震源深度也存在很大变化(如图1b所示)。那么,这些地震受哪些构造控制,该地区未来是否具有发生更强地震的构造条件?

在中央级公益性科研院所基本科研业务专项资助下,中国地震局地质研究所、中石油勘探开发设计院、中国地震局地球物理研究所和美国地质调查局科研人员利用谷歌卫星影像、地质地貌填图数据、石油物探剖面、地震学、InSAR观测等多种资料和手段,对伽师-柯坪地区新生代断裂体系的空间展布、几何结构及第四纪活动性进行了约束;对2020年伽师Mw6.0级地震、2003年Mw6.2级地震、1997-2000年伽师强震群等主要地震的发震构造和未来强震发生的可能性进行了分析,并建立了伽师-柯坪地区的三维孕震模型(图2)。本项研究取得的主要认识如下:

1)伽师-柯坪地区具有三组定向和运动性质明显不同的活动断裂体系:EW-NE向的柯坪叠瓦式逆冲推覆体系、SSE向的巴楚-柯坪转换挤压断裂体系和NE向的下苏洪转换拉张断裂体系;

2)2020年Mw6.0级、2003年Mw6.2级及震源深度小于10 km的逆冲型地震发生在柯坪逆冲推覆系上;1997-2000年伽师地震群的发震构造为下苏洪断裂系;这两个断裂体系沿走向和倾向均表现出明显的几何不连续性和分段特征;

3)就构造几何学而言,柯坪下断坡和巴楚断裂系中的色力布亚断裂具有发生Mw7.3级以上强震的可能性。

以上成果发表于国际期刊Tectonics:Lü, L., Li, T., Chen, Z., Chen, J., Jobe, J. T., & Fang, L. (2021). Active structural geometries and their correlation with moderate (M 5.5-7.0) earthquakes in the Jiashi-Keping region, Tian Shan southwestern front. Tectonics, 40, e2021TC006760. https://doi.org/10.1029/2021TC006760.

图1:(a):天山及邻区活动构造和5.5级以上地震分布图;(b)伽师-柯坪地区断裂体系和4.5级以上地震分布图

图2:(a)伽师-柯坪地区三维孕震构造模型 (V:H = 2:1) ;内插图展示柯坪转换挤压断裂体系的深部几何结构,注意滑脱面上下变形是解耦的。(b)柯坪下断坡的多段破裂模型:黄色示意柯坪下断坡和整个滑脱层及最前缘的上断坡同时破裂;蓝色示意柯坪下断坡和最邻近的两支上断坡同时破裂。