地震地质 ›› 2025, Vol. 47 ›› Issue (5): 1438-1455.DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2025.05.20240040
李新艳1,2)(
), 曾宪伟1), 李蒙亚1), 卫定军1), 崔瑾1)
收稿日期:2024-04-03
修回日期:2024-07-26
出版日期:2025-10-20
发布日期:2025-11-11
作者简介:李新艳, 女, 1986年生, 2025年9月于宁夏大学获水文学及水资源专业博士学位, 高级工程师, 主要从事地电阻率与遥感水文学研究, E-mail: lixinyan905@163.com。
基金资助:
LI Xin-yan1,2)(
), ZENG Xian-wei1), LI Meng-ya1), WEI Ding-jun1), CUI Jin1)
Received:2024-04-03
Revised:2024-07-26
Online:2025-10-20
Published:2025-11-11
摘要:
新疆南天山地震带是中国中强地震的主要孕育区之一。 为了增强该区域中强地震监测能力, 2013年在新疆南天山与塔里木盆地交会处建成柯坪地电阻率连续观测台站。 2018年以来, 周边400km共发生11次MS≥5.0地震(不含余震和前震)。 文中利用ERA5同化数据集中的土壤水分含量和土壤温度, 定量拟合了不同水热条件影响下地电阻率背景值, 在此基础上识别了偏离背景值的异常变化。结果显示, 自2018年以来, 柯坪台EW和NS 2个测道共识别到4次显著偏离背景趋势变化的下降变化, 基于断层虚位错模式和地电阻率各向异性变化分析认为, 柯坪台地电阻率变化与7次中强地震的孕震过程存在关联。 以柯坪台EW测道电性结构为参考开展了数值模拟, 结果显示, 当测区介质电阻率下降10%时, 柯坪地电阻率EW测道观测值相较背景值变化1.05%若要被识别, 则电阻率发生变化的上界面需要至少上升至距地表243m深度处, 而这个深度完全可以被柯坪台的现有观测装置所探测。
李新艳, 曾宪伟, 李蒙亚, 卫定军, 崔瑾. 柯坪地电阻率在新疆南天山地震带中强地震前的响应[J]. 地震地质, 2025, 47(5): 1438-1455.
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图 1 柯坪台周边断层及中强地震(不含前震和余震)分布图
Fig. 1 Distribution of fault zones and moderate-strong earthquakes(from 2018 to January 2024, delete foreshocks and aftershocks) around Keping station.
图 1 柯坪台周边断层及中强地震(不含前震和余震)分布图
Fig. 1 Distribution of fault zones and moderate-strong earthquakes(from 2018 to January 2024, delete foreshocks and aftershocks) around Keping station.
| 序号 | 日期 | 地点 | 震中距 /km | 震级 /MS | 震源 深度 /km | 节面Ⅰ | 节面Ⅱ | P轴 | 来源 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 走向 /(°) | 倾向 /(°) | 滑动角 /(°) | 走向 /(°) | 倾向 /(°) | 滑动角 /(°) | 方位 /(°) | 倾角 /(°) | |||||||
| 1 | 2018-09-04 | 新疆伽师 | 208 | 5.5 | 25.5 | 140 | 87 | -174 | 50 | 84 | -3 | 5 | 7 | USGS |
| 2 | 2019-10-27 | 新疆乌什 | 84 | 5 | 11 | 58 | 34 | 76 | 254 | 57 | 99 | 164 | 1 | CENC |
| 3 | 2020-01-19 | 新疆伽师 | 174 | 6.4 | 19.5 | 221 | 20 | 72 | 60 | 71 | 96 | 145 | 26 | USGS |
| 4 | 2020-05-09 | 新疆柯坪 | 43 | 5.2 | 20 | 72 | 53 | 55 | 301 | 49 | 127 | 184 | 6 | CENC |
| 5 | 2021-03-24 | 新疆拜城 | 223 | 5.4 | 11 | 341 | 75 | 180 | 71 | 90 | 15 | 205 | 6 | CENC |
| 6 | 2022-07-03 | 新疆阿合奇 | 95 | 5.2 | 12 | 45 | 55 | 98 | 212 | 36 | 79 | 164 | 3 | CENC |
| 7 | 2022-10-16 | 新疆巴楚 | 147 | 5.1 | 17 | 196 | 74 | 3 | 105 | 87 | 164 | 151 | 9 | ① |
| 8 | 2023-01-30 | 新疆沙雅 | 281 | 6.1 | 40.5 | 257 | 79 | 29 | 155 | 62 | 167 | 20 | 11 | USGS |
| 9 | 2023-02-27 | 新疆温宿 | 174 | 5.1 | 10 | 245 | 61 | 1 | 155 | 89 | 158 | 202 | 14 | ① |
| 10 | 2023-12-19 | 新疆阿图什 | 114 | 5.5 | 8 | 65 | 85 | 90 | 245 | 5 | 90 | 134 | 18 | CENC |
| 11 | 2024-01-23 | 新疆乌什 | 97 | 7.1 | 35.5 | 235 | 45 | 42 | 113 | 62 | 126 | 178 | 10 | USGS |
表 1 柯坪台周边MS≥5.0地震(不含前震和余震)的震源参数
Table 1 The seismic source parameters of earthquakes with MS≥5.0(delete foreshocks and aftershocks) around Keping station
| 序号 | 日期 | 地点 | 震中距 /km | 震级 /MS | 震源 深度 /km | 节面Ⅰ | 节面Ⅱ | P轴 | 来源 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 走向 /(°) | 倾向 /(°) | 滑动角 /(°) | 走向 /(°) | 倾向 /(°) | 滑动角 /(°) | 方位 /(°) | 倾角 /(°) | |||||||
| 1 | 2018-09-04 | 新疆伽师 | 208 | 5.5 | 25.5 | 140 | 87 | -174 | 50 | 84 | -3 | 5 | 7 | USGS |
| 2 | 2019-10-27 | 新疆乌什 | 84 | 5 | 11 | 58 | 34 | 76 | 254 | 57 | 99 | 164 | 1 | CENC |
| 3 | 2020-01-19 | 新疆伽师 | 174 | 6.4 | 19.5 | 221 | 20 | 72 | 60 | 71 | 96 | 145 | 26 | USGS |
| 4 | 2020-05-09 | 新疆柯坪 | 43 | 5.2 | 20 | 72 | 53 | 55 | 301 | 49 | 127 | 184 | 6 | CENC |
| 5 | 2021-03-24 | 新疆拜城 | 223 | 5.4 | 11 | 341 | 75 | 180 | 71 | 90 | 15 | 205 | 6 | CENC |
| 6 | 2022-07-03 | 新疆阿合奇 | 95 | 5.2 | 12 | 45 | 55 | 98 | 212 | 36 | 79 | 164 | 3 | CENC |
| 7 | 2022-10-16 | 新疆巴楚 | 147 | 5.1 | 17 | 196 | 74 | 3 | 105 | 87 | 164 | 151 | 9 | ① |
| 8 | 2023-01-30 | 新疆沙雅 | 281 | 6.1 | 40.5 | 257 | 79 | 29 | 155 | 62 | 167 | 20 | 11 | USGS |
| 9 | 2023-02-27 | 新疆温宿 | 174 | 5.1 | 10 | 245 | 61 | 1 | 155 | 89 | 158 | 202 | 14 | ① |
| 10 | 2023-12-19 | 新疆阿图什 | 114 | 5.5 | 8 | 65 | 85 | 90 | 245 | 5 | 90 | 134 | 18 | CENC |
| 11 | 2024-01-23 | 新疆乌什 | 97 | 7.1 | 35.5 | 235 | 45 | 42 | 113 | 62 | 126 | 178 | 10 | USGS |
图 3 柯坪台电测深曲线(a: EW向,b: NS向)和影响系数(c: EW向,d: NS向)
Fig. 3 The electrical sounding curve(Fig. 3a represents EW direction and 3b represents NS direction) and sensitivity coefficients(Fig. 3c represents the EW direction and 3d represents the NS direction) of the Keping station.
| 测道 | 时段 | 土壤水分与地电阻率 | 土壤温度与地电阻率 | 拟合残差 | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| swvl1 | swvl2 | swvl3 | swvl4 | stl1 | stl2 | stl3 | stl4 | 偏度 | 峰度 | RMSE | ||
| NS | P1 | -0.09 | 0.67* | -0.43* | -0.62* | 0.71 | 0.78 | 0.88* | 0.86* | 0.49 | -0.63 | 0.17 |
| P2 | -0.42* | 0.72* | -0.53* | -0.47* | 0.76 | 0.82* | 0.90* | 0.81 | ||||
| P3 | -0.15 | -0.24 | -0.52* | -0.53* | 0.82 | 0.88* | 0.94* | 0.80 | ||||
| EW | P1 | -0.19 | 0.68* | -0.37* | -0.64* | 0.75 | 0.82 | 0.93* | 0.89* | -0.58 | -0.39 | 0.19 |
| P2 | -0.35* | 0.78* | -0.40* | -0.41* | 0.81 | 0.86* | 0.91* | 0.76 | ||||
| P3 | -0.19 | -0.20 | -0.55* | -0.66* | 0.73 | 0.82 | 0.93* | 0.90* | ||||
表 2 柯坪地电阻率两测道不同时期与土壤温度和土壤水分的相关系数及拟合残差统计特征、 误差
Table2 Correlation coefficient between apparent resistivity vs. soil water content and apparent resistivity vs. soil temperature, and the statistical characteristics and errors of fitting residue
| 测道 | 时段 | 土壤水分与地电阻率 | 土壤温度与地电阻率 | 拟合残差 | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| swvl1 | swvl2 | swvl3 | swvl4 | stl1 | stl2 | stl3 | stl4 | 偏度 | 峰度 | RMSE | ||
| NS | P1 | -0.09 | 0.67* | -0.43* | -0.62* | 0.71 | 0.78 | 0.88* | 0.86* | 0.49 | -0.63 | 0.17 |
| P2 | -0.42* | 0.72* | -0.53* | -0.47* | 0.76 | 0.82* | 0.90* | 0.81 | ||||
| P3 | -0.15 | -0.24 | -0.52* | -0.53* | 0.82 | 0.88* | 0.94* | 0.80 | ||||
| EW | P1 | -0.19 | 0.68* | -0.37* | -0.64* | 0.75 | 0.82 | 0.93* | 0.89* | -0.58 | -0.39 | 0.19 |
| P2 | -0.35* | 0.78* | -0.40* | -0.41* | 0.81 | 0.86* | 0.91* | 0.76 | ||||
| P3 | -0.19 | -0.20 | -0.55* | -0.66* | 0.73 | 0.82 | 0.93* | 0.90* | ||||
图 4 柯坪台NS测道(上)和EW测道(下)地电阻率实测值、 背景值及与不同层土壤水分和土壤温度(归一化)的对比 ①2018-09-04新疆伽师 MS5.5, Δ=208km; ② 2019-10-27新疆乌什 MS5.0, Δ=84km; ③2020-01-19新疆伽师 MS6.4, Δ=174km; ④2020-05-09新疆柯坪 MS5.2, Δ=43km; ⑤2021-03-24 新疆拜城 MS5.4, Δ=223km; ⑥2023-12-19新疆 阿图什 MS5.5, Δ=114km; ⑦2019-10-27新疆乌什 MS7.1, Δ=97km
Fig. 4 Comparison curves of measured values, background values, soil water content(normalized), and fitting residue curves of the Keping stations.
图 5 2024年乌什MS7.1 地震(a)和2020年伽师 MS6.4 地震(b)前断层虚位错模式计算的体应变
Fig. 5 The volume strain calculated by the virtual fault dislocation model before the Wushi MS7.1 earthquake(a) and Jiashi MS6.4 earthquake(b).
图 8 柯坪台EW测道地下介质变化上界面位置与地电阻率变化的关系
Fig. 8 The relationship between the upper interface of underground medium changes and apparent resistivity at the Keping station.
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