一、研究背景

天山造山带是欧亚大陆内部最大的陆内再生造山带，全长约2500公里，呈现出东窄西宽的楔形山体结构（图1）。经历了中生代的整体隆起、剥蚀和上地幔加热之后，天山自晚新生代由于印度板块与欧亚板块碰撞的远场作用重新活跃起来。这种构造相互作用导致天山在晚中新世快速抬升，过去数百万年间地壳缩短了约200公里。除了大规模的逆冲挤压变形，这一地区的历史地震还显示了显著的走滑剪切特征。例如，1911年的柯敏M8.0级地震和1716年的特克斯M7.5级地震，这两次地震都是带有明显走滑分量的逆冲型地震，说明走滑运动在天山的构造变形中同样扮演了重要角色。那么，天山现今的变形是如何分配的？山体内部和边界的断层分别起到什么作用？针对这些问题开展地壳形变研究，不仅能帮助我们更加深入地理解天山在印度—欧亚板块碰撞的远场效应影响下的动力学过程，同时对评估区域地震风险也具有重要的参考价值。

图1天山地区的构造背景和历史地震。国内断层数据来源于Deng et al. (2003)，外国断层信息则来自于Mohadjer et al. (2015)。红色点表示GCMT(Global Centroid-Moment-Tensor Project)给出的1976-2023年间震级为4<M<6的地震。红色球体表示GCMT给出的1976年后的主要地震的震源机制，蓝色球体表示1900年至1976年间发生的地震(来源于Pang et al., 2022)。黑色震源机制解来自GFZ(Helmholtz-Centre Potsdam - German Research Centre for Geosciences）。黑色线表示活动断层。ATF：阿塔巴什断裂；BGF：博格达断裂；BKTZ：拜城-库车逆冲带；BLTF：北轮台断裂；BTF：巴尔图断裂；DAF：准噶尔断裂；IAF：伊塞克-阿塔断裂；KMF：柯敏断裂；KTTZ：柯坪塔格逆冲带；NALF：那拉提断裂；SJFTB：南准噶尔褶皱带；SUF：苏尚米尔断裂；SYBF：南伊宁盆地断裂；TFF：塔拉斯-费尔干纳断裂；XDF：兴地断裂；插图表示天山地区的范围。

二、方法数据

基于近期天山地区的GNSS速度场数据（Wang and Shen, 2020; Li et al., 2022;图2），本文结合活动断层和GNSS速度场聚类分析结果，对天山地区的构造块体划分进行了优化（图3），采用经典的弹性块体模型估计了块体的运动参数和断层的滑动速率。

图2本研究使用的GNSS速度场（Wang and Shen, 2020; Li et al., 2022），误差椭圆表示68%置信度。

图3天山地区的块体定义。蓝线表示模型区块边界，黑色虚线代表虚拟边界以确保区块的闭合。绿色线为秋里塔格逆冲断裂，表示南天山区块的另一种边界划分方法。ALTB：阿尔泰块体；CKPB：中部哈萨克地台块体；CNTB：中部北天山块体；EKKB：东喀什噶尔-柯坪块体；EKPB：东哈萨克地台块体；ENTB：东部北天山块体；EPB：东帕米尔块体；FPBB：费尔干纳-帕米尔边界块体；FVB：费尔干纳谷块体；IKLB：伊塞克湖块体；JUBB：准噶尔盆地块体；NARB：纳伦盆地块体；STSB：南天山块体；TB：塔里木块体；URQB：乌鲁木齐前陆盆地块体；WKKB：西喀什噶尔-柯坪块体块体；WKPB：西哈萨克地台块体；WPB：西帕米尔块体；WNTB：西部北天山块体。

三、研究结果

模拟结果显示（图4），天山南北两侧的山前逆冲-褶皱带存在显著的地壳缩短。天山南部的柯坪塔格和拜城-库车逆冲带的地壳整体缩短速率约为4-5 mm/yr；其北部也显示出明显的挤压变形，如柯敏断裂为3-4 mm/yr、南伊宁盆地断裂为2-3 mm/yr和准噶尔南缘褶皱逆冲带为2-4 mm/yr；天山内部的伊塞克湖南缘断裂挤压速率为4-5 mm/yr、那拉提断裂为1.3-3.5 mm/yr、阿特巴什断裂约为3-4 mm/yr。由于塔里木盆地与天山的斜向汇聚作用，天山区域还表现出显著的走滑运动。例如：南天山断裂和南伊宁盆地断裂的左旋走滑速率均为2-3 mm/yr，天山内部的阿特巴什断裂左旋走滑速率也为2-3 mm/yr，而那拉提断裂西段右旋走滑速率为3 mm/yr。研究结果还揭示了一些前陆盆地区域断裂活动的细节特征。在北天山中段的山前坳陷区域，挤压变形主要集中霍尔果斯-玛纳斯-吐谷鲁和独山子-安集海断裂，而准噶尔南缘断裂的滑动速率则很低。南天山柯坪塔格逆冲-褶皱带内，南北走向的皮羌断裂将该区域分为东西两个部分。研究推测，西部地震活动较强而东部较弱的差异性与柯坪塔格断裂逆冲速率呈现出西快东慢的特征密切有关。

图4块体模型估计的(a)走滑断层滑动速率以及(b)倾斜/拉张速率，其中正值表示左旋走滑和逆冲/挤压变形，负值表示右旋走滑和拉张位移。ATF：阿塔巴什断裂；BGF：博格达断裂；BLTF：北轮台断裂；DAF：准噶尔断裂；IAF：伊塞克-阿塔断裂；KMF：柯敏断裂；KPF：柯坪断裂；MDF：迈丹断裂；NALF:那拉提断裂；PQF：皮羌断裂；QTF：秋李塔格断裂；SIF：伊塞克湖南缘断裂；SJFTB：准噶尔南缘褶皱带；SYBF:伊宁盆地南部断裂；STSF：南天山断裂；TFF：塔拉斯-费尔干拉断裂；TTF：吐鲁番逆冲断层；XDF：兴地断裂。

原文作者：Chong Gu, Bin Zhao, Tianchen Sheng, Wei Wang, Dongzhen Wang, Daiqin Liu, Jie Li, Pinji Lv, Xuejun Qiao

原文以“The present-day kinematics of the Tianshan orogenic belt constrained by GPS velocities”为标题发表于《Geodesy and Geodynamics》2024年第6期

https://doi.org/10.1016/j.geog.2024.04.004