国家地震科学数据共享中心

1991年2月25日新疆维吾尔自治区柯坪6.5级地震

新疆维吾尔自治区地震局徐道尊王海涛

1991年2月25日，新疆维吾尔自治区柯坪县境内发生6.5级强震。宏观震中在柯坪县城南约12 km处的山区，震中烈度Ⅷ度，极震区为北东向椭圆。地震发生在北东向柯坪断裂北侧。该次地震使柯坪县城及所属3乡1镇1场，生产建设兵团6个团场受到程度不同的震害，造成倒房133间，伤9人，死亡1人。

6.5级地震序列为主-余震型，最大余震4.5级，余震序列的完整性不好，缺3.0～3.8级地震，余震区长轴为北东向。震源机制解中的两个节面走向均为北东向，P轴方向北西，综合考虑极震区，余震区长轴方向以及震中附近断裂的走向、倾向、活动性质诸因素，认为节面Ⅱ是地震的主破裂面，发震构造是柯坪断裂。震中300 km内共有测震台6个，其中3个兼有其他前兆观测项目。震前出现地震空区以及振幅比、小震空间集中度、缺震等地震活动性及地倾斜、短水准等异常。共9个异常项目，10条异常。

前言
　

1991年2月25日22时30分，新疆维吾尔自治区柯坪县境内发生了6.5级强震，仪器测定震中在40°20′N，79°00′E，宏观震中在柯坪县城南约12 km处的山区，震中烈度为Ⅷ度。阿合奇县、巴楚县、乌什县、阿克苏市、阿瓦提县、温宿县和拜城县均有不同程度的震感。

地震发生后次日，新疆维吾尔自治区地震局就派出现场工作队和阿克苏中心地震台、阿克苏地区地震办公室一起对柯坪地震的震后趋势分析，地震地质考察和灾害评估进行了工作，取得了许多有实际意义的结果。

极震区破坏现象主要为基岩崩塌、山体酥裂、地裂缝、房屋倒塌和墙体裂缝。柯坪县城及所属3乡1镇1场、生产建设兵团6个团场受到程度不同的震害。9人受伤，1人死亡，倒房133间，房屋严重损坏1022间，其他设施（供水、供电、交通）也有不同程度的损坏，直接经济损失总值达461万元^[1]。

这次地震前有较好的中短期预测意见。1991年度新疆震情研究报告指出:乌什— 柯坪— 巴楚地区有较大可能发生5～6级地震¹⁾。乌什台根据地倾斜、短水准变化，于1990年11月提出了短期预测意见。

柯坪地区新构造运动强烈，具备发生强震的构造条件，历史上曾多次发生强震。本世纪以来，M_S≥6.0的地震就达12次之多，这次地震是该区1987年6.4级地震之后的又一次强震活动。许多地震工作者，对这次地震的构造条件、烈度分布与震害、地震活动性、定点前兆特征进行了研究^[1～6]。本文就是在此基础上清理、复核、整理而成的。

观测台网及地震基本参数

距震中300 km范围内，专业测震台站有阿克苏、拜城、乌什、巴楚、阿合奇和喀什共6个台（图1）。地震监测能力M_S ≥2.0。

图1 柯坪6.5级地震前测震台站分布图

Fig. 1 Distribution of seismic stations before the M_S6.5 Keping

earthquake

新疆地震局地震台网测定的地震基本参数见表1。

表1 地震基本参数

Table 1 Basic parameters of the earthquake
　

编号

发震日期

发震时刻

震中位置

震级

震源深度

/km

震中

地名

结果来源

年月日

时分秒

1991 02 25

22 30 25.9

40°20′

79°00′

6.5

柯坪

见参考资料2

地震地质背景

震区地处新疆境内南天山构造带西段的柯坪断块。柯坪断块是由柯坪断裂、普昌断裂、阿合奇断裂、秋里塔克断裂围限而成。6.5级地震就发生在断块东南缘的柯坪断裂上。

1. 活动构造

柯坪断裂走向约为北45°东，倾向北西，倾角70°。它西起八盘水磨，向东至三岔口以东隐伏于第四纪砾石层之下，全长约300 km。在震区，它自柯坪山南缘穿过。柯坪山单斜是断裂两盘相对升降，北盘强烈逆冲的结果。其南面与第四纪戈壁砾石层呈断层接触。

柯坪山有另一条总体走向北45°西，倾向南西，倾角70°～90°的扭张性断层，地表可见长度9 km（物探资料表明隐伏长达100 km），在硫磺矿附近与柯坪断裂相交^[2]（图2）。

图2 震中附近主要断裂及历史地震震中分布图

Fig. 2 Map of main fractures and the epicentral distribution of

historical earthquakes around the earthquake epicentral

area

2. 深部构造

本区由北向南，重力布格异常值介于（-250～-200）×10^-5m/s²，地壳厚度介于50～48 km^[3]，为重力布格异常和地壳厚度变化的梯度带。本区是中强地震的多发区，可能与重力布格异常值和地壳厚度值变化较大有关。

图3是沿79°E经线的地震波速剖面图。

由图知，40°N以南和40.5°N以北，地表10 km以下为高速区，说明介质密度较大，完整性较好，40°～40.5°为低波速带，说明介质密度较小且较破碎。柯坪断裂就位于低波速带内。地震波速等值线较好地反映了柯坪断裂深部的产状（视倾向北，视倾角近70°）以及地表下延伸约40 km等方面的情况。将M_S ≥4.0且有震源深度参数的地震震源投影到图3上。可以看出，震源比较集中的分布在柯坪断裂两侧且波速变化较剧烈的部位。

图3 地震波速剖面（沿东经79°线）

Fig. 3 Profile of seismic wave velocity

3. 形变场概况

据1955年与1988年两期大地水准测量勾绘的地壳垂直形变速率图，阿克苏以东的塔里木盆地是相对稳定的盆地，而震中区的垂直活动速率为1～2 mm/a，无论天山山区还是塔里木盆地均以此垂直活动速率在隆起。这是印度洋板块对欧亚板块至今还在起作用的证明，其隆起走向为北北东向。

按1978～1982年跨柯坪断裂的短水准测量资料，柯坪断裂的年平均垂直差异活动速率为0.03 mm/a，即断层北盘迄今仍在向南盘逆冲。

4. 历史地震情况

本世纪以来（依本区实际情况，本世纪以前的地震资料不完整，地震参数欠准确，故未采用），本区共发生12次M_S ≥6.0的地震，其中有4次发生在阿合奇断裂东段，另8次均发生在柯坪断裂上。沿柯坪断裂发生的地震是：1904年2月巴楚西北的6.1级地震，1953年7月三岔口6.0级地震，1961年4月巴楚西的6.5、6.4和6.8级地震，1972年1月柯坪6.2级地震，1977年12月西克尔6.1级地震以及这次柯坪6.5级地震（图2）。由此可见，柯坪断裂是本区最重要的发震构造，该断裂的地震活跃程度是较高的。

烈度分布及震害

柯坪6.5级地震的宏观震中位于塔里木边缘的柯坪山区，柯坪县城南约12 km处，即40°23′N，79°04′E，与仪器测定震中相距不远（图4），这次地震使柯坪县城及所属3乡1镇1场，生产建设兵团6个团场受到不同程度的震害。

1. 烈度分布^[2]

Ⅷ度区（极震区）形状为椭圆，长轴约18 km，短轴约7 km，面积约99 km²，长轴走向大致为北50°东。Ⅷ度区内，多处基岩崩塌、山体酥裂、巨石滚落（最大滚石近100 m#+[3]），陡崖坍塌，残坡积层单条裂缝宽1～5 cm，长20～50 m。

Ⅶ度区等震线长轴走向与Ⅷ度区基本一致。区内Ⅰ类房屋如土搁梁（墙体由压实黄土组成或土块砌成的房屋）等简易民房普遍受到破坏或严重破坏，个别房屋完全倒塌；Ⅱ类房屋女儿墙大多坍塌，部分房檐、烟囱倒塌；Ⅲ类建筑物发生轻微破坏，个别墙体产生外闪或裂缝。山区仍可见到基岩张裂、崩落、石块翻转移位等现象。柯坪山南缘和乌喀公路出现多组地裂缝。位于县城东南5 km处的钢筋混凝土桥墩出现微细裂缝，并伴有桥墩四周多处喷砂冒水，桥基护坡开裂下沉。

Ⅵ度区形态与Ⅶ度区基本相似，Ⅰ类房裂缝较多，Ⅱ类房屋损坏轻微，个别烟囱或房屋的女儿墙倒塌。

Ⅴ度区普遍有较强震感，房屋明显晃动，顶棚落土，门窗作响，房屋基本完好，仅有个别旧房出现裂缝。

Ⅴ度区外，阿合奇县、巴楚县、乌什县、阿克苏市、阿瓦提县、温宿县和拜城县均有不同程度的震感。

图4 柯坪6.5级地震等震线图（据尹光华）

Fig. 4 Isoseismal map of the M_S6.5 Keping earthquake in

Feb. 25，1991

2. 震害

根据国家地震局震害防御司制定的《震害调查及灾害损失评估工作指南》，现场工作队在宏观烈度考察基础上，对震区直接震害及经济损失进行了普查统计。结果表明:该次地震造成9人受伤，1人死亡，受灾人口6500多人，占当地人口总数的19.2%，倒房133间，房屋严重破坏1022间，中等破坏1401间，轻微破坏1967间，加上围墙、畜舍倒塌，破坏损失达434万元。供水、供电、交通设施和室内财产所遭受的损失以及其他经济损失约27万元。直接经济损失总值为461万元^[1]。

地震序列

柯坪6.5级地震前，震中附近有极少的小震活动。乌什台1991年1月1日至主震发生前只记录到6次小地震且震级均小于本区的监测能力。可以认为，柯坪6.5级地震前无明显前震活动。据乌什台单台记录，主震后至3月11日止，共记录到余震285次，其中M_S＜1.0地震141次，M_S≥1.0地震144次，最大余震M_S4.5，余震震中分布见图5。M_S≥3.0地震序列目录见表2。

图6为地震序列的M-t图，图7为地震序列的N-t图，可见序列的完整性不好，缺3.0～3.8级地震，余震活动的时间分布没有较大的起伏，总体上呈快速衰减态势。序列衰减系数h值为1.3，P值为1.4。在3月4～6日间，余震活动曾平静达48小时，其后仅发生2次2级小震，整个序列趋于结束。

图5 柯坪6.5级地震序列震中分布图

Fig. 5 Epicentral distribution of the M_S6.5 Keping earthquake

sequence

表2 柯坪6.5级地震序列目录（M_S≥3.0）

Table 2 Catalogue of the M_S6.5 Keping earthquake sequence
　

编号	发震日期	发震时刻	震中位置		震级 Ms	震源深度/km	震中地名	结果来源
编号	年月日	时分秒			震级 Ms	震源深度/km	震中地名	结果来源
1	1991 02 25	22 30 25.9	40°20′	79°00′	6.5	22	柯坪	见资料2
2	1991 02 25	22 52 02.6	40°26′	79°09′	4.5	21	柯坪	见资料2
3	1991 02 25	22 54 42.0	40°24′	78°54′	4.2	22	柯坪	见资料2
4	1991 02 27	02 28 40.2	40°25′	79°06′	3.9	21	柯坪	见资料2

本地震序列属主震-余震型，主震能量占全序列总能量的99.7%^3）（图8），主震震级与最大余震震级之差为2.0级。

将余震按ΔM=0.5级分档，用最小二乘法拟合，得b值为0.72，利用累积频度b值横截距法外推，表明最大余震为M_S4.5左右，与实际发生的余震震级相符（图9）^[4]。

图6 柯坪6.5级地震序列M-t图

Fig. 6 M-t diagram of the M_S6.5 Keping earthquake sequence

图7 柯坪6.5级地震序列衰减曲线

Fig. 7 Curve of frequency attenuation for the M_S6.5 Keping

earthquake sequence

图8 柯坪地震序列应变释放曲线

Fig. 8 Curve of strain release of the M_S6.5 Keping earthquake

sequence

图9 余震序列累积b值曲线

Fig. 9 Accumulative b-value curve of the M_S6.5 Keping earthquake

sequence

震源机制解和地震主破裂面

由全国及新疆地震台网P波初动资料，并参考ISC资料，得6.5级地震的震源机制解见图10，表3，矛盾符号比为12.9%。

图10 柯坪6.5级地震震源机制解（据高国英）

Fig. 10 Focal mechanism solution of the M_S6.5 Keping earthquake

表3 震源机制解

Table 3 Focal mechanism solution of the earthquake
　

编号

节面Ⅰ

节面Ⅱ

Ｐ轴

Ｔ轴

Ｂ轴

Ｘ轴

Ｙ轴

结果

来源

走向

倾向

倾角

走向

倾向

倾角

方位

仰角

方位

仰角

方位

仰角

方位

仰角

方位

仰角

324

126

224

343

140

高国英

由图10和表3知，节面Ⅰ、节面Ⅱ均走向北东，节面Ⅰ倾向南东，节面Ⅱ倾向北西，P轴方位北西。推测该次地震是在北西向主压应力作用下，北东向断裂逆冲错动的结果。根据野外考察，主震震中位于柯坪断裂附近，柯坪断裂走向北45°东，倾向北西。极震区长轴方向与柯坪断裂走向基本一致，大部分余震震中也沿主震震中的北东方向分布，结合考察节面的走向、倾向和活动性质，认为震源机制解的节面Ⅱ可能是地震的主破裂面，发震构造为柯坪断裂。

观测台网及前兆异常
　

图1和图11为震中附近地区的测震台站和前兆台站分布图。地震发生在测震台网的中部，前兆台网以南。

距震中300 km范围内共有地震台站6个，其中3个台站兼有测震以外的前兆观测项目。在0～100 km、101～200 km、201～300 km距离内分别有地震台站3、1和2个，兼有测震以外的前兆观测项目的地震台站2、0和1个，有测震学以外的观测项目3、0和1个。

此次地震前共出现9个异常项目，9条前兆异常，其中测震学异常6条，定点观测项目异常2条，宏观异常1条。前兆异常情况见表4和图12～20。

表4 异常情况登记表

Table 4 Abnomal situation of the M_S6.5 Keping earthquake

（1）巴楚台自1990年9月至1991年1月所记录的100 km范围内的地震初动符号均为负号（图13）；巴楚、阿合奇台振幅比A_S/A_P在1989年5月开始低值异常背景上分别于1990年10月、11月、12月出现突跳（图14、图15）^4）。柯坪地区自1989年3月出现缺震异常（图16）；地震集中度C值自1990年2月起出现高值异常(图17)。乌什台地倾斜在1990年8月矢量图突然转向，偏离正常方向达130°，异常量级达1.3×10^-4[5]（图18）。这些资料，符合国家观测规范要求，能较好地区别正常与异常动态，可靠性较高，其异常应视为Ⅰ类。

图11 柯坪6.5级地震前定点前兆观测台站平面分布图

Fig. 11 Distribution diagram of the fixed precursor observation

stations before the M_S6.5 Keping earthquake

图12 柯坪6.5级地震前M_S≥4.0地震震中分布图

Fig. 12 Epicentral distribution of M_S≥4.0 earthquakes before

the M_S6.5 Keping earthquake

图13 巴楚台地震初动符号示意图

Fig. 13 Sketch map of initial motion symbol in Bachu station

图14 巴楚台、阿合奇台振幅比时序曲线

Fig. 14 Temporal-frequency curve of amplitude ratio in Bachu

and Akqi stations

图15 巴楚台振幅比时序曲线

Fig. 15 Temporal-frequency curve of amplitude ratio in Bachu

station

图16 柯坪地区6.5级地震前后缺震曲线

Fig. 16 Curve of lacking earthquake in Keping area before and

after the M_S6.5 Keping earthquake

图17 柯坪地区地震集中度C值曲线

Fig. 17 Curve of seismic concentration of C values in Keping area

图18 乌什台地倾斜月均值矢量图

Fig. 18 Curve of monthly mean values of ground tilt in Wushi

station

图19 乌什水准日均值

Fig. 19 Curve of daily mean values in Wushi station

（2）震前近6年的时间里（1985～1990），在柯坪断裂北侧，M_S ≥4.0地震震中形成一个半包围结构的地震空区，柯坪6.5级地震就发生在这个空区的东南边缘（图12）。空区的围空时间比一般相应震级的形成时间长了一些，形态亦不完整，可视为Ⅱ类异常。

（3）用1990年8月发生在柯坪6.5级地震震中附近2°×2°范围内的19次地震进行尾波品质因子Q值分析。结果表明，震中50 km范围之内地震平均Q值为183，50 km范围之外，平均Q值为125。地震后，Q值下降，平均Q值为118^[7]。介质品质因子Q值在本区尚无可资借鉴的震例，但异常是比较明显的，故也作为Ⅱ类异常处理。

（4）乌什台短水准正常情况下，E-N测线波动下降，N-S测线波动上升。1990年12月底，E-N测线的正常值应为-3.35±0.2 mm，但时测值突变为-3.04 mm，上升了约0.3 mm。震前一个月，两测线的波动幅度明显加大，故作为Ⅱ类异常处理。

（5）阿合奇台地倾斜震前仅有一年的观测资料，震后受多次中强以上地震（最大地震为1992年的吉尔吉斯斯坦苏萨梅尔7．7级地震，Δ=480 km）的干扰，正常年变形态难以确定。乌什台的钻孔应变1988年投入观测，1989年记录仪器发生严重故障，11月份后才恢复工作，震后情况与阿合奇台地倾斜相同，难以肯定为地震异常。但楚成新根据震前一年的资料，分析认为应作为异常对待^[6]。

（6）在震前1～2天，极震区范围内，部分狗狂吠乱叫，其音如嚎；少数牛马惊恐不安，乱踢乱跳，企图脱缰越栏逃走；有两家居民的家鸽惊恐高飞，夜不归巢。对这些宏观异常未能进行准确统计，仅供参考。

前兆异常及其特征分析

由于震中附近观测台项不多，所以收集到的与柯坪6.5级地震相关的地震学和其他前兆异常的资料较少。但通过对这些资料的分析和研究，仍然可以发现地震发生前的某些异常特征。

1. 空间异常分布特征

1）地震区未见明显的前震活动。地震活动性的空间异常主要为震前出现地震围空；巴楚台记录的地震初动均为负号和震中50 km范围内尾波品质因子Q值较高3条。M_S ≥4.0地震的围空区经5年多时间形成，长轴约140 km，面积约11000 km²，根据经验公式得主震震级在6.4～6.7，与实际发生的6.5级相符。在震前7个月时间里，巴楚台记录的100 km范围之内的地震初动符号在震前有6个月（1990年8月至1991年1月）均为负号，说明在一定范围内地下构造活动有所加强，致使介质产生了某些一致的变化。尾波品质因子Q值的平均值，在震中50 km范围内明显高于震中50 km以外地区，在时间上与地震初动符号异常相吻合，可能为同一原因所致。

（2）异常点分布集中。根据异常资料统计，所有异常均发生在震中100 km之内。一个明显的原因是101～300 km范围，除测震项目外，前兆观测项少（仅喀什台地磁观测1项），也可能与地震发生构造环境特殊，周边由断裂围限的柯坪断块内有关。

2. 时间异常分布特征

（1）长、中期、短期、临震异常均有程度不同的显示。出现时间早的均是地震活动性异常，最早的是地震空区，整个过程持续了5年多，其次是地震集中度C值、缺震、振幅比A_S/A_P等，起始时间在1989年，地震活动性以外的前兆异常在中期出现的有乌什台的地倾斜（7个月）；短期出现的有定点水准测量（2个月）；临震出现的为极震区内的宏观动物异常（1～2天）。

（2）同一台站不同项目的前兆异常出现的时间不同，结束的时间也不同，最大异常幅度出现的时间差别也较大.如乌什台的地倾斜、短水准就是如此。

总结与讨论

（1）对于这次6.5级地震，不同的研究者从不同的研究角度出发，给出了不同的解释。文献[5]认为，1985年乌恰7.4级地震发生在西昆仑断块的北部边缘，该断块的突然活动，引起相邻的柯坪断块内部构造的调整，即地震活动的迁移。这次地震就是柯坪断块内部构造调整，地震迁移的结果。文献[2]认为，在现代区域构造应力场作用下，柯坪断裂和北西向扭张断层均处在剪应力高值带上，而沿柯坪断裂发生的强震有东西跃迁的特点。这次地震是在剪应力作用下，东西跃迁的结果。

（2）如前言中所述，柯坪6.5级地震有较好的中、短期预测。但对临震信息的认识未能形成统一意见，我们认为原因主要有三：①1990年11月12日哈萨克斯坦的伊塞克湖6.6级地震（震中位置43.03°N，78.00°E）对前兆观测资料的影响；②地震前未出现前兆性的异常小地震活动；③多数前兆观测手段临震异常信息不明显。因此，尽管对震级、地点认识比较一致，但缺乏准确的时间预报判据。

参考文献

[1]尹光华等，柯坪地震的灾害评估，内陆地震，vol.5，No.4，1991。

[2]尹光华等，1991年2月25日柯坪6.5级地震烈度及震害，内陆地震，vol.5，No.2，

1991。

[3]马杏垣主编，中国岩石圈动力学图集，北京：地图出版社，1989。

[4]柯坪地震工作组，1991年2月25日柯坪6.5级地震及监测预报，内陆地震，vol.5，

No.2，1991。

[5]韩月鹏等，两次强震前乌什地震台地倾斜异常及其预报，西北地震学报，vol.14，

No.4，1992。

[6]楚成新，柯坪6.5级地震前兆异常及其评分，高原地震，vol.3，No.4，1992。

[7]王海涛等，柯坪6.5级地震前后品质因子Q值变化，内陆地震，vol.5，No.2，1991。

参考资料

1）新疆维吾尔自治区地震局，1991年度新疆地震趋势研究报告，1990.11。

2）新疆维吾尔自治区地震局目录，1991。

3）新疆维吾尔自治区地震局柯坪工作组，1991年2月25日新疆柯坪6.5级地震工作报告，

1991。

4）魏若萍等，用多种地震波介质参数探索中强震孕震过程（基金课题报告），新疆维吾尔

自治区地震局，1994。