帕米尔地区穆吉盆地及其周边地区的电结构：对2016年阿克陶6.6级地震及穆吉石灰华锥群的影响

《Tectonophysics》：Electrical structure of the Muji Basin and adjacent areas in the Pamir: Implications for the 2016 Aketao Mw 6.6 earthquake and the Muji travertine cone group

通过部署56个磁层测电法（MT）站点，揭示了2016年Aketao Mw6.6地震的震源机制及Muji travertine cone组形成机制。结果显示，震源位于高电阻率体R2内部的低电阻率体C1与R2界面处，深部稳定流体系统C8通过增加孔隙流体压力影响地震发生，同时发现Muji盆地北侧存在大范围低电阻率体C2，与区域构造应力场和电性结构异质性共同控制断层破裂过程及 travertine 喷发 cones 的分布。

　　该研究围绕2016年新疆阿恰塔尔Mw6.6地震及其穆吉台地泉群的形成机制展开，采用了高分辨率的磁感应电测（Magnetotelluric, MT）方法，对震源区域及穆吉盆地周边部署了56个MT观测站。通过这些数据的反演分析，研究揭示了地壳内部的电性结构，并进一步探讨了地震的发生机制与台地泉群的形成过程。这项工作不仅有助于理解地震的物理机制，也为研究极端构造环境下地壳流体系统提供了重要的科学依据。

地震的发生与构造应力场和岩石力学特性之间的相互作用密切相关。研究发现，2016年阿恰塔尔地震的震中位于低电阻率体C1与高电阻率体R2之间的界面附近，表明地震破裂主要发生在高电阻率体R2内部。这一发现提示我们，地壳内部的电性结构可能与岩石的物理性质存在某种联系，例如孔隙压力的变化和有效正应力的降低，这些因素可能在地震破裂过程中起到关键作用。同时，研究还指出，深层稳定的流体系统C8对地震的发生具有重要影响，而低电阻率体C1的起源和演化过程仍存在不确定性。深层流体的存在可能对地震破裂的传播和分布产生重要影响，但其具体的来源、迁移路径和储集结构尚未完全明确。

在构造背景方面，研究区域位于帕米尔高原的东北缘，这一地区由于印度板块与欧亚板块的碰撞作用，形成了复杂的构造变形环境。帕米尔造山带的形成可以追溯到新生代晚期，随着新特提斯洋的闭合和印度-欧亚大陆碰撞，该地区经历了强烈的构造活动。当前的构造格局是碰撞、俯冲和压缩汇聚作用的结果，这些过程导致了地壳内部的剧烈变形。研究区域内的穆吉断裂带，作为构造应力场转换的关键地带，连接了不同的构造体系，其西部段靠近帕米尔推覆系统，显示出潜在的逆冲滑动特征；而东部段则接近昆格山正断层系统，表现出明显的伸展特征。这种复杂的构造过渡控制了穆吉盆地的形成，该盆地是位于断裂带南侧的典型地堑结构。

在地表表现方面，2016年阿恰塔尔地震的震中位于东经74.09°、北纬39.26°，震源深度约为9公里。地震的破裂过程表现出一种非典型的双破裂模式，地震能量几乎同时从两个相距超过10公里的破裂区释放。这种复杂的破裂行为表明，断裂带内部的摩擦性质和机械强度分布存在显著的不均匀性，这可能是地震发生过程中关键的控制因素。同时，穆吉台地泉群的广泛分布也引起了研究者的关注，这些年轻的、部分活跃的泉群可能反映了地壳内部的大型、断裂控制的流体循环和上升系统。然而，深层流体的几何形态、规模以及补给路径仍存在较大的不确定性。

研究采用的磁感应电测技术是一种被动的电磁地球物理方法，利用自然的交变电磁场作为探测信号。该方法通过测量地表上相互正交的电场和磁场分量的时间序列，结合电磁波的皮肤效应原理，能够获取从浅部到深部的电性结构信息。皮肤效应表明，不同频率的电磁波在地壳中的穿透深度不同，因此通过选择适当的频率范围，可以有效识别地壳内部的岩石组成、流体分布以及机械强度差异。这项技术在识别地壳内部的流体系统和地质结构方面具有很高的灵敏度，因此被广泛应用于构造地质学和地球物理学研究。

为了更全面地理解这些现象，研究团队对穆吉断裂带及其周边地区进行了高分辨率的磁感应电测调查。研究的主要目标有两个：一是通过地壳内部的电性结构成像，揭示2016年阿恰塔尔地震的震源区域的电性结构及其地震生成机制；二是通过识别深层流体通道和储集结构，阐明穆吉台地泉群的形成机制。通过对56个MT观测站的数据进行三维反演，研究构建了一个详细的三维电性结构模型，该模型能够反映地壳内部的电性特征和构造变形情况。

研究结果表明，2016年阿恰塔尔地震的震中位于低电阻率体C1与高电阻率体R2之间的界面附近，这一区域的电性结构可能与岩石的物理性质密切相关。深层流体的存在可能通过增加孔隙压力，从而降低有效正应力，进而影响地震破裂的传播和发生。此外，研究还发现，穆吉台地泉群的形成可能与深层流体的持续供给有关，这些流体可能沿着断裂带的西南边界迁移，从而控制了台地泉群的形成和分布。这种深层流体与地表地质现象之间的关系，为理解构造应力场与流体系统之间的相互作用提供了新的视角。

在研究方法上，研究采用了广泛使用的三维磁感应电测反演程序ModEM，该程序基于高效的非线性共轭梯度（Nonlinear Conjugate Gradient, NLCG）算法。通过对56个观测站的数据进行处理，研究选取了30个频率点，这些频率点均匀分布在0.003125秒到2700秒的时间范围内。由于研究区域附近存在较强的电磁噪声干扰，研究团队对数据进行了仔细的筛选和处理，以确保反演结果的准确性。通过这些数据，研究构建了一个详细的三维电性结构模型，该模型能够反映地壳内部的电性特征和构造变形情况。

此外，研究还结合了区域构造分析，探讨了穆吉断裂带及其周边地区的地质演化过程。研究发现，穆吉断裂带的构造特征与区域构造应力场密切相关，这种应力场的不均匀性可能控制了断裂带内部的复杂破裂传播过程。同时，研究还指出，穆吉台地泉群的形成可能与深层流体的持续供给有关，这些流体可能沿着断裂带的西南边界迁移，从而控制了台地泉群的形成和分布。这种深层流体与地表地质现象之间的关系，为理解构造应力场与流体系统之间的相互作用提供了新的视角。

研究还强调，当前对这些地质现象的理解主要局限于地表表现，而其深层物理机制仍存在诸多未知。例如，2016年阿恰塔尔地震的双破裂模式可能反映了地壳内部的复杂机械结构，但其具体的几何形态和物理性质分布尚未完全明确。同时，穆吉台地泉群的形成可能需要持续的深层流体供给，但其具体的来源、迁移路径和储集结构仍需进一步研究。这些深层过程的理解对于揭示地震生成机制和极端构造环境下地壳流体系统的运行具有重要的科学意义。

为了进一步验证这些结论，研究还结合了多种地球物理和地质数据，包括InSAR（合成孔径雷达干涉）技术获得的地震破裂信息和精确的余震定位数据。这些数据表明，2016年阿恰塔尔地震的破裂过程确实表现为两个相距较远的破裂区，这一现象可能与地壳内部的电性结构和构造应力场的不均匀性有关。同时，余震的定位数据还揭示了断裂带内部的复杂结构，这些结构可能对地震的发生和传播产生重要影响。

综上所述，该研究通过高分辨率的磁感应电测技术，结合区域构造分析和多种地球物理数据，揭示了2016年阿恰塔尔地震的震源区域和穆吉台地泉群的形成机制。研究结果表明，地壳内部的电性结构和构造应力场的不均匀性可能对地震的发生和破裂传播起到关键作用，而深层流体的存在和迁移路径可能对台地泉群的形成和分布产生重要影响。这些发现不仅有助于理解地震的物理机制，也为研究极端构造环境下地壳流体系统的运行提供了重要的科学依据。