测震台网及地震基本参数

乌苏南5.8级地震发生在北天山地震带的西部，震中100km范围内有2个测震台，即石场台和乌苏台；101～200km范围内有6个测震台，包括新源台、精河台、呼图壁台和石梯子、硫磺沟和莫托萨拉3个遥测台（图1）。该地区的地震监测能力为MS≥1.5级。

本次地震的基本参数列于表1。

图1　1995年5月2日乌苏南5.8级地震前震中附近测震台站分布图

Fig.1　Distribution of seismometric stations around the epicentral

       area before the earthquake

表1　地震基本参数

Table 1　Basic parameter of the earthquake

地震地质背景①

1995年5月2日乌苏南5.8级地震发生在准噶尔板块与塔里木板块、伊犁微板块间的缝合带上[3]。在1°×1°布格重力异常图上为围绕南天山重力低展布的北西西向重力梯度带，梯度值为每公里-0.69×10-5m/s2， 布格重力异常为-225×10-5m/s2。地壳莫霍面深度为54km左右[4]，构成地壳坳陷。构成缝合带的博罗科努-阿其克库都克超岩石圈逆断层是乌苏南5.8级地震的控震构造。1955～1988年大地水准测量反映，该区域是北天山隆起强烈地区，由南向北分别隆起速率分别为+17.8、+5.4、+10.5mm/a[5]。

区域地震活动属新疆地震区北天山地震带西段较为强烈的地区[6]。与5.8级地震相邻的构造曾发生过1812年尼勒克8级地震和1906年玛纳斯7.7级地震。

图2　1995年5月2日乌苏南5.8级地震震中附近主要断裂[9，10]及历史地震震中

     分布图[11、12]

图例说明：1. 逆断层；2. 走滑断层；3. 断裂编号

断裂名称：①博罗科努超岩石圈断裂；②亚马特断裂；③准噶尔南缘断裂；

         ④依连哈比尔尕断裂；⑤喀什河断裂；⑥那拉提老断裂

Fig.2　Map of geological structure and distribution of historical        earthquakes around the earthquake area

区域的博罗科努-依连哈比尔尕超岩石圈断裂走向北西，长1510km，断层面主要南倾，倾角50°～80°，在元古代、晚古生代及新生代有过强烈活动，特别是晚古生代超基性岩岩浆沿断裂展布，形成蛇绿岩套与混杂岩，反映断裂切割深度达岩石圈以下。曾发生过古地震，1944年3月10日发生7.2级地震，13处地震滑坡裂缝长300～500m，宽10～100m，滑距10～60m[7]。据人工地震及转换波显示，断层将莫霍面正断2.5km或逆断3km[8]。该断裂斜切天山，在乌苏以西形成右错的断错水系。

亚马特断裂倾向210°，倾角50°～70°，长310km，为右旋走滑逆断层。断层的新活动形成断错水系，考察表明2），该断裂是1995年5月2日乌苏南5.8级地震的发震构造。

准噶尔南缘断裂倾向215°～190°，倾角45°～80°，长210km，为右旋走滑逆断层。断错上更新统，在乌苏县沙里克台－温泉一带，沿其副断层形成断层崖，长达20km，走向275°，断崖北倾，坡角为15°～19°，高5m左右，副断层错断了中更新世以来的冲洪积-冰水堆积台地，在乌苏县温泉一带切割晚更新世洪积台地上发育的小冲沟，形成1m高的断层崖。在宁家河水管站东侧，二叠系火山碎屑岩逆冲于三叠系紫红色泥岩的断层破碎带之上，但未错断上复砂砾层。据断裂上方80cm处细砂层热释光地质年龄（距今31350±2480年）分析，该断裂在晚更新世晚期以前活动不明显。准噶尔南缘活动断裂带是1906年12月23日玛纳斯7.7级地震的发震构造，大震极震区围绕断裂展布，在断裂上下盘的晚更新世黄土中有次生的地震形变带。

喀什河断裂又称为尼勒克断裂，走向北西西，长510km。为北倾右旋逆断层，在早古生代和新生代有过强烈活动，沿断裂有早古生代闪长岩分布，发生过古地震，是1812年3月8日尼勒克8级地震的发震构造，在断裂中段形成地震地表破裂带，地震断层陡坎的平均坡度为47°，分布于喀什河北岸寨口沟至童将布拉克之间，断续长65km左右，为正断层和走滑正断层，地震断层陡坎高5～50m，右旋走滑量为2.5～4.0m。

烈度分布及震害2）

据野外考察结果，本次地震发生在人迹罕至的依连哈比尔尕山的北坡、奎屯河上游。宏观震中在43°49′N、84°40′E，位于微观震中北偏西方向。震中位于雪线附近的无人区，217国道从震中西侧约15km处自北东向南西通过。震中烈度为Ⅵ度，分布情况如图3所示。

图3　1995年5月2日乌苏南5.8级地震烈度分布图

断裂名称：①准噶尔南缘断裂；②亚马特断裂；③博罗科努断裂；④喀什河断裂

Fig.3　Isoseismal map of the earthquake

Ⅵ度区呈NW向椭圆形，长轴约44km，短轴约22km，面积约760km2。与本次地震的发震构造走向基本一致。Ⅵ度区包括奎屯河上游及其支流乌兰萨得克河。由于交通条件的限制，考察点限于217国道沿线。Ⅵ度区内多处山体塌方、山石滚落，多处公路护墙倒塌，217国道的609km路牌处塌方量达400～500m3 ，柏油路面有纵向裂缝，最长达20m以上，宽1～5cm，水泥过水路面裂缝宽达15cm，地震发生时乌兰萨得克公路道班震感强烈，人站立不稳，砖混平房有微裂缝。

Ⅴ度区为NW向椭圆，长轴约80km，短轴约50km，面积约2380km2，范围东到头道河子，西到四棵树以西，北到巴音沟道班，南到拉帕特。Ⅴ度区内的217国道沿线有多处山石滚落，表皮滑塌现象较普遍，个别地方可见塌方。巴音沟公路道班的老房裂缝扩大，桌上的物品甩到地上，地震时河谷内烟尘四起，能听到隆隆的地声；奎屯河边坡滑塌，在河中淘金的2人被滚石砸死、3人受伤。将军庙水文站南293km+300m路牌处有一高约3m，方量约200m3的塌方将公路堵死。三岔河道班和巴音沟牧场的震感强烈，沿安集海河长约5～6km的地段滑塌严重。四棵树煤矿在震前电视突然无图像，遥控器失灵，紧接着发生了地震。

本次地震有感区域约20万km2，北到克拉玛依、南到库车、东到乌鲁木齐、西到伊宁等地震感明显。

地震序列

1995年1～4月震中周围（43°15′～44°15′N、84°00′～85°30′E）有31次小震活动，其中MS≥2.0级3次，最大为4月25日的MS3.3地震，与区域正常地震活动基本一致，因此5.8级地震属突发性地震，震前无明显小震活动增强。截至7月31日记录到地震活动74次，震级分档情况列于表2，最大余震是震后1小时左右发生的3次MS2.6地震，MS≥2.0级的序列目录列于表3，空间分布见图4，图5为序列的M-t图。由以上图表可以 

表2  1995年5月2日乌苏南5.8级地震序列分档情况

Table 2  Numbers with different magnitudes of the earthquake sequence

表3　乌苏南5.8级地震序列目录（MS≥2.0）

Table 3　Catalogue of the earthquake sequence（MS≥2.0）

看到，本次地震活动空间上集中在43°42′～43°58′N、84°34′～84°49′E范围内，时间上主要集中在震后24小时，连续发生了52次余震，之后迅速衰减，7月初余震活动出现了一次小的起伏，发生了2次MS2.5左右地震，至7月25日余震活动基本结束。取     ΔM=0.2，用最小二乘法计算得到余震序列的b值为0.56（图6），序列的p值为1.5。5.8级地震释放的能量大于序列总能量的99.99%，最大余震（MS2.6）与主震级差3.2级，确认该次地震属“孤立型”地震。

图4  1995年5月2日乌苏南5.8级地震序列震中分布图（MS≥2.0）

Fig.4  Distribution of the earthquake sequence（MS≥2.0）

图5  1995年5月2日乌苏南5.8级地震序列M-t图

Fig.5  M-t diagram of the earthquake sequence

图6　1995年5月2日乌苏南5.8级地震余震序列lgN-M拟合曲线

Fig.6　lgN-M curve for the earthquake sequence

震源机制和地震主破裂面①

收集了新疆及全国P波初动符号30个，用上半球投影求解本次地震震源机制解，结果见表4和图7，其矛盾符号比为0.17。 

表4  震源机制解

Table 4  Focal mechanism solution of the earthquake

图7  1995年5月2日乌苏南5.8级地震震源机制解图

Fig.7  Focal mechanism solution of the earthquake

由结果分析，节面Ⅰ走向北西西，方位107°，倾向北东，倾角较陡，为右旋正断层。P轴方位329°，仰角18°，接近水平。

地震地质考察认为：发震构造为北西走向的亚马特断裂（走向300°）。该断裂为一条右旋走滑的区域性深大断裂。极震区长轴走向北西。分析认为节面Ⅰ是地震主破裂面。本次地震是在北西向主压应力作用下亚马特断裂产生的右旋走滑型运动的结果。

观测台网及前兆异常

图1和图8分别为5.8级地震震中附近的测震台和前兆观测台及流动重力测线分布图。地震发生在观测台网的中部。距震中200km范围内共有地震台站（观测点）15个，其中开展测震观测台8个，前兆观测台（点）11个。有地形变、重力、地下水动态和地下水化学等5个观测项目，多数前兆观测项目有2.5年以上连续观测资料，在0～100km和101～200km范围内各有定点前兆观测点5个和6个，在200km范围内有3条流动重力测线。图9为前兆观测异常台站及异常重力测线分布图。震中周围的几处地下水观测点异常因资料缺记较多，信度较低本次报告中未引用。

图8  乌苏南5.8级地震前定点前兆观测点和流动重力测线图

 Fig.8  Distribution of preoursory monitoring stations on the

        fixed observation points and the survey lines of roving

        gravity before the earthquake

图9  乌苏南5.8级地震前定点前兆观测异常和流动重力异常分布图

Fig.9  Distribution of precursory anomalies before the earthquake

    据统计本次地震前共出现12个项目20条异常，其中地震活动性和地震波参数异常13条，包括反映区域地震活动水平和空间分布特征的地震空区、b值以及描述地壳介质状态的地震尾波持续时间比τH/τV值和直达波振幅比AS/AP等；定点前兆观测项目异常7条，主要表现在定点形变观测和流动重力。本次地震前未观测到明显的宏观异常。异常的具体情况列于表5及图10～24。

   表5　异常情况登记表

   Table 5　Summary table of precursory anomalies

1．地震学分析方法

以43°47′N、84°44′E为中心，选取200km范围内MS≥3.0地震，利用多种地震学方法分析了5.8级地震前后小震活动的时空分布及地壳介质特征参量的变化。

小震空间图像：1980～1992年研究区内的小震活动呈随机分布（图10a），1993～1995年4月在研究区内形成了1个近EW走向的椭圆形3级地震围空区，5.8级地震发生在空区的东侧边缘（图10b），1996年以后该区的小震活动又呈随机分布（图10c），图11为该区的R-t图，可以看出以43.4°N、84.6°E为中心80km范围1993～1995年处于缺震状态。

图10  乌苏南5.8级地震前后小震震中分布图（MS≥3.0）

（a）1980.1～1992.12；（b）1993.1～1995.4；（c）1996.1～2001.3

Fig.10　Distribution of earthquakes with MS≥3.0

取1990～1999年MS≥2.0地震研究区域小震活动时间特征，窗长12个月、滑动步长2个月。当研究对象连续3个月大于阈值时判断为异常，异常结束后预测6个月内、200km有发生5级以上地震的可能[13]。

b值分析：正常时段该地区的b值为0.83， 1994.1～1995.12 b值处于高值异常，最高为1.20，5.8级地震后持续了6个月恢复正常（图12）。

图11　乌苏南5.8级地震前后小震R-t图（MS≥3.0）

Fig.11  Curve of R-t for earthquakes with MS≥3.0

图12　乌苏南5.8级地震前后b值变化曲线

Fig.12　Curve of b-value before and after the earthquake

   地震频度分析：正常时段该区的地震年频度为92.3次/年，1994.1～1995.2高于阈值，最高达140，异常结束后发震（图13）。

图13　乌苏南5.8级地震前后地震频度曲线（MS≥2.0）

Fig.13　Variation of earthquake frequency by 12-months with MS≥2.0

    缺震分析：正常时段该区的年平均震级为4.0，1994.1～1995.2明显缺少4级地震，最小值3.4，5.8级地震后异常结束（图14）。

图14  乌苏南5.8级地震前后缺震曲线

Fig.14  Curve of earthquake deficiency before and after

        the earthquake

    η值分析：正常时段该区的η值平均为2.43，1993.2～1995.5低于均值线，最小为2.00，5.8级地震后异常结束（图15）。

图15  乌苏南5.8级地震前后η值变化曲线

Fig.15  Curve of η-value before and after the earthquake

    震情窗：统计单台记录到的S-P≤10s的ML≥1.0地震月频次，当月频次高于阈值时，台站周围200km范围有发生5级以上地震的可能[14]。乌苏窗在1994.9～1995.4小震月频次超过20次/月，最高为33次/月（图16a）；乌鲁木齐窗在1994.10～1995.3超过26次/月，最高达52次/月（图16b）。

图16　乌苏南5.8级地震前后小震月频度变化曲线（据敖雪明、李莹甄）

      （a）乌苏窗；（b）乌鲁木齐窗

Fig.16  Monthly frequency with earthquakes recorded in the seismic

        stations of Wusu（a）and Urumqi（b）

τH/τV值分析和振幅比AS/AP分析：

 震中周围200km范围内有3个台站在震前记录到地震尾波持续时间比τH/τV和直达波振幅比AS/AP异常。距震中最近的石场台异常出现的时间最早，5.8级地震发生在各台异常结束后（图17，图18）。

图17  乌苏南5.8级地震前后τH/τV值时序曲线

（a）石场台[15] ；（b）新源台；（c）精河台

Fig.17  Variations of τH/τV in the seismic stations of Shichang（a）， Xinyuan（b）and Jinghe（c）

图18　乌苏南5.8级地震前后振幅比AS/AP时序曲线

（a）石场台[15]；（b）新源台；（c）精河台

Fig.18  Variations of AS/AP in the seismic stations of Shichang（a），Xinyuan（b）and Jinghe（c）

2．前兆观测异常分析

流动重力观测：震中周围200km范围有3条流动重力测线，其中巴音沟测线穿过震中区。1993年4月在距5.8级震中约30km的No.42－No.43和No.43－No.44两段分别测得-63×10-8m/s2和-116×10-8m/s2的异常（图19）。而在1987～2000年各自28个独立结果中仅出现这1次异常。

图19　流动重力段差时序曲线（据张建朝）

     （a）No.42－No.43；（b）No.43－No.44

Fig.19　Variations of observation segments No.42－No.43（a）

        and No.43－No.44（b）of roving gravity

    跨断层测量：震区周围有3个跨断层观测台，呼图壁台从1988年开始观测，另2个台从1993年开始观测。石河子台在1993～1995年6月工作正常，1995年7月后仪器故障频繁，影响了正常的震情分析。5.8级地震前独山子短水准和石河子短基线分别记录到年变形态异常（图20、图21）。

图20　独山子跨断层短水准测量日均值曲线（据张建朝）

Fig.20　Curve of daily mean value of short leveling at

        Dushanzi station　

图21　石河子跨断层短基线测量日均值曲线（据张建朝）

Fig.21　Curve of daily mean value of short leveling at

        Shihezi station　

图22　石场台石英倾斜仪观测曲线

      （a）单分量时序曲线；（b） 矢量图

Fig.22　Variations of quartz tiltmeter in Shichang station for

        observation data（a）and vector diagram（b）

    地倾斜观测：震中周围200km范围有3个地倾斜观测点，在震前记录到较明显的阶段性异常。石场台NS向在1991～1992年趋势性北倾，1993年速率明显减慢，而1994年转南倾；EW向1991～1993年缓慢西倾，1993年10月至1994年4月加速西倾（图22a）；由矢量图（图22b）可以看到1991～1993年合成矢量方向指向北，1994年转为西南。新源台地倾斜在震前7天速率突增，表现为明显的临震速率异常（图23）。图24a为精河台归零年变曲线，NS向在1993～1994年南倾加速，年变量（-0.95″/a）约为正常年（-0.55″/a）的1倍多；EW向西倾减慢，年变幅减小（-0.5″→-0.15″），存在明显的中期异常；1995.1.6～3.26两分量测值处于停滞状态，矢量图上表现为连续打结（图24b），表现出明显的短临异常特征。

图23　新源台井下倾斜仪速率时序曲线

Fig.23　Change rate of daily observation value of tilt in

        Xinyuan station

图24  精河台石英倾斜仪观测曲线

      （a）单分量时序曲线；（b）矢量图

Fig.23  Variations of quartz tiltmeter in Jinghe station for

        observation data（a）and vector diagram（b）

应急响应和抗震设防工作

多年来北天山西段一直被列为新疆地震局的重点监视防御区，在1995年度新疆地震趋势预测中，确认北天山西段存在多项明显的前兆观测异常，占该区年度前兆观测项目的62%，其中包括多项短期前兆观测异常，所占比例是近年最高的，据此提出“1995年度北天山西段的乌苏―精河―伊宁地区发生6级地震的可能性较大”3）。

1995年3月23日根据精河和新源台的地倾斜、温泉水氡、石场和精河台振幅比等出现的异常，新疆地震局预报室向中国地震局上报了A类预报卡4），提出“1995年3月24日至6月24日，在43°～45°N、80°～84.5°E有发生5级左右地震的可能”4），部分观测手段也根据资料的异常变化提出了3个月的预测意见5），预测三要素与实际地震吻合较好。地震发生后新疆地震局立即组织分析预报室和有关台站密切跟踪震情的发展，对后续震情作出了准确的判断。

地震发生后新疆地震局立即派工作组赴灾区，与伊犁州和塔城地区地震办公室对灾情进行调查评估，确认本次地震造成2人死亡、3人受伤，直接经济损失97万元。其中乌苏县损失22.63万元，沙湾县损失39.42万元，独库公路大规模的山体滑塌、路面开裂等造成的经济损失为35.0万元，经自治区地震灾害损失评定委员会评审确认，于1995年7月将灾情报送新疆维吾尔自治区人民政府6）。

总结与结论

本次地震发生在北天山西段重点监视区内，震前异常项目较多，表现为中期异常多于短临异常。震前44天，相邻构造单元（南天山东段）的和硕发生了MS5.0级地震，6个月后在震中以西的昭苏发生了MS5.0级地震，8个月后在东边的沙湾南发生了MS5.2级地震，其中后2次地震与5.8级地震同属一个大地构造单元。分析认为从1993年以来，北天山出现的众多异常可能与这一系列地震的孕育和活动有关，5.8级地震是这组地震中最大的一次地震。

受台站分布和观测精度的限制，无法全面观测到可能出现的前兆观测异常，由350km范围内各地倾斜台的异常分析可以看到，多个台记录到明显的中短期异常，2个台同时记录到了中短期和临震异常，这对震情的监测和预测预报提供了较好的阶段性异常信息，但由于出现临震异常的台站相距太远，使震中位置的判断有一定的困难。

本次地震前地下流体观测到的异常比例相对较少，而在其后的沙湾南5.2级地震前却存在较好的短临异常，这可能与观测点的震中距有关。