断裂系统的准确识别对分析诱发地震的成因机制至关重要。先前研究受限于数据或地震反射剖面分辨率的影响，难以详细刻画断距较小、延伸较短的断裂系统，给识别和研究发震构造带来挑战。新疆呼图壁储气库自建成以来周缘小震频发，虽然多数小震的发震构造认为与先存断层有关（Jiang et al., 2020, 2021），但小震集群无法精确厘定发震构造，给诱发地震风险评估带来不确定性。

新疆呼图壁地下储气库依托于枯竭的呼图壁气田而建，该储气库地处准噶尔盆地南缘北天山山前拗陷带内的呼图壁背斜上（图1），其所在的天山北侧活动构造带是我国主要地震活动带之一。自2013年初到2019年底，前人研究获得的684条小震重定位数据，震级大多为3级以下（Zhang et al., 2022）。小震整体呈东西走向，Ms<2的地震最多，主要围绕着呼图壁储气库分布，Ms>2地震集中在距离储气库两公里的位置。

图1新疆呼图壁储气库所在区域地质图

（a）新疆呼图壁储气库研究区， (b）新疆呼图壁储气库L220所处地层，(c）断层围陷小震分布

中国地震局地质研究所杨晶博士生在鲁人齐研究员、陶玮研究员的共同指导下，以呼图壁储气库高精度三维地震反射数据为基础，从先存断层乃至裂缝尺度识别和探究了储气库周缘小震的发震构造。利用深度学习的方法（Yang et al., 2024）识别多尺度断层及裂缝（图2），并应用于呼图壁储气库发震构造研究：研究首先从地震反射剖面上识别出大尺度的断层和裂缝，并结合人工研判断裂系统智能识别的可靠性；其次利用样本自适应的方法对同一个地震数据体进行多次重采样，识别中小尺度断层及裂缝；最后利用多尺度的断层和裂缝识别结果，联合小震精定位结果厘定发震构造。此外，研究通过断层相关褶皱数值模拟（图3），发现断层传播褶皱的应力主要集中于呼图壁断层的前端的三角区域，而断层转折褶皱的应力分布主要集中于呼图壁断层的前端沿轴面分布，这与多属性智能模型所识别出的裂缝分布形态高度一致（图4）。

图2 自适应样本集URNet网络结构，（a） URNet 网络结构，（b） Residual block

图3 断层传播褶皱与断层转折褶皱的模拟应力分布。（a）断层传播褶皱应力分布，（b）断层转折褶皱的应力分布，（c）三角剪切带的模拟示意图。

图4 地震反射剖面与构造地震。 (a1）和（b1）为地震反射剖面与地震，（a2）和（b2）为构造与地震的关系。红圈：2.0≤M≤3.2，紫圈：1.0≤M＜2.0，橙圈：0.0≤M＜1.0，白色虚线为褶皱轴面，蓝色三角区为三角剪切带。

 研究主要认识有：（1）呼图壁储气库应力扰动激活先存断层和更小尺度的裂缝，控制了浅源小震的空间分布；（2）储气库东南缘的小震集群，应是褶皱轴部应力集中导致的层内滑脱而产生的中小地震，表现为与地面近平行裂缝活化发震，而非先存大断层活化。本研究表明，基于深度学习的多尺度断层和裂缝识别，可以精细刻画巨厚沉积层下的断裂特征，为研究诱发地震构造和评估潜在的地震危险性提供了更丰富细致的视角。

本项研究由中国地震局地质研究所所长重点项目（IGCEA2406）和国家重点研发计划项目（2021YFC3000600）资助，近期发表于国际期刊Seismological Research Letters：

Jing Yang, Renqi Lu, Wei Tao, Guanshen Liu, Zhaowu Guo, Xuhang Yang, Kang Wang; Intelligent Identification of Sample‐Adaptive Fracture Systems and Seismic Structure Analysis: A Case Study of the Hutubi Gas Storage Field in Xinjiang, China. Seismological Research Letters 2025; doi: https://doi.org/10.1785/0220240316

原文链接：https://doi.org/10.1785/0220240316

部分相关参考文献：

Jiang, G., Qiao, X., Wang, X., Lu, R., Liu, L., Yang, H., Su, Y., Song, L., Wang, B., Wong, T., (2020). GPS observed horizontal ground extension at the Hutubi (China) underground gas storage facility and its application to geomechanical modeling for induced seismicity. Earth Planet. Sci. Lett. 530, 115943. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2019.115943

Jiang, G., Liu, L., Barbour, A.J., Lu, R., Yang, H., (2021). Physics‐Based Evaluation of the Maximum Magnitude of Potential Earthquakes Induced by the Hutubi (China) Underground Gas Storage. J. Geophys. Res. Solid Earth 126. https://doi.org/10.1029/2020JB021379

Zhang, B., B. Wang, B. Wei, Z. Wu, N. E. Wu, R. Lu, Z. Ji, J. Hou, and L. Li (2022). Spatiotemporal evolution of seismicity during the cyclic operation of the Hutubi underground gas storage, Xinjiang, China, Sci. Rep. 12, 14427. https://doi.org/10.1038/s41598-022-18508-x.

Yang, J., R. Q. Lu, W. Tao, M. G. Cai, G. S. Liu, and X. Sun (2024). MultiURNet for 3D seismic fault attributes fusion detection combined with PCA, J. Appl. Geophys. 221, 105296, ISSN 0926-9851. https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2024.105296.