2016-01-21在青海海北州门源县发生了M_S6.4强烈地震。据中国地震台网测定，震中经纬度为37.68°N、101.62°E(图 1)，震源深度约10 km。现场调查表明，极震区烈度达Ⅷ度，青海全境以及甘肃的兰州、武威、张掖、金昌等地均有不同程度的震感，等震线长轴总体呈北西西走向，与区域内发育的冷龙岭断裂、门源断裂、民乐-大马营断裂和皇城-双塔断裂等一系列近平行断裂的走向相一致^[1]。几乎在同样的区域，曾发生了1986年门源M_S6.4、1991年M_S5.1和2013年M_S5.3等多次强震。距离这几次地震最近的活动断裂——冷龙岭断裂位于著名的“天祝地震空区”^[2-3]，故该区域中强地震的频发无疑加剧了人们对“天祝地震空区”未来大地震危险性的担忧。2016年和1986年的两次门源M_S 6.4地震均未见地表破裂，其发震断裂尚不清晰。因此，探明2016年门源M_S6.4地震的发震构造与冷龙岭断裂的关系，对深刻认识区域强震复发机理和有效评估该区域的地震危险性具有至关重要的意义。本文结合区域活动断裂的活动特征、震源机制解、余震精定位及GPS地壳形变等资料，分析探讨2016年门源M_S6.4地震的发震构造，并在此基础上讨论“天祝地震空区”未来地震趋势。

1 区域地震构造环境

2016年门源M_S6.4地震的发生区域在大地构造上位于青藏高原东北缘的北祁连褶皱带，北侧为河西走廊过渡带，南侧为中祁连隆起带。该次地震周围50 km的区域范围内发育有一系列北西-北西西走向的活动断裂带(图 1(b)，图 2(a))，由北向南依次有民乐-大马营断裂、皇城-双塔断裂、冷龙岭断裂和门源断裂。其中，民乐-大马营断裂为晚更新世活动的逆断裂，倾向SW，与皇城-双塔断裂西端以左阶阶区方式相接，目前尚无历史强震与此断裂有关的证据；皇城-双塔断裂全长超过120 km，倾向SW，以逆冲运动为主，兼有一定的左旋走滑分量^[1]，被认为是1927年古浪M8.0大地震的主要发震断裂^[4]；冷龙岭断裂是祁连-海原大型活动断裂系的一部分，以左旋走滑为主，兼具明显的逆冲分量^[1]；门源断裂全长约70 km，倾向NE，以逆冲为主，兼有一定的左旋走滑分量，是门源盆地北缘的控盆断裂，晚更新世晚期以来活动性在逐渐减弱^[5]。

上述几条近平行展布的断裂带中，晚第四纪以来以冷龙岭断裂活动最为强烈，其水平滑动速率为4.5 ~ 10 mm/a^[2]。地质剖面资料^[2]显示，门源地震区域内数条近平行的北西-北西西走向的断裂带在深部可能同属于一套逆冲推覆兼左旋走滑的断裂系统(图 2)。该断裂系统内的海原断裂和皇城-双塔断裂分别发生1920年海原M8.5和1927年古浪M8.0两次特大地震，并有研究认为天桥沟-黄羊川断裂也可能在1927年地震时同时破裂^[6]。因此，没有参与两次大震破裂的冷龙岭-金强河-毛毛山-老虎山区段，一直是国内外学者备加关注的地震空区，即“天祝地震空区”，被认为具有发生8级以上特大地震的可能^[2-3]。

2 2016年门源M_S6.4地震发震构造判定

震源机制解显示2016年门源M_S6.4地震以逆冲为主，发震断层走向NW，倾向NE，倾角超过55°(图 2(a))，震源深度约10 km。余震精定位结果显示断层面倾角较高，可能近直立。另震源机制解资料还揭示1986年M_S6.4地震和2013年M_S5.3地震的震源机制解与2016年地震非常接近(图 2(a))，均可能为向NE陡倾且具有明显逆冲运动的同一发震构造控制。据此，可在震中区周围的数条主要活动断裂中加以筛选和论证。

前已述及，在震中区附近发育一系列NW-NWW向活动断裂，包括民乐-大马营断裂、皇城-双塔断裂、冷龙岭断裂等，它们的走向均与震源机制解所揭示的发震断层相一致。根据对发震断裂的倾向、倾角和震源深度进行测算，发震断层应位于震中以南且距离震中约5 km或更近范围内。故位于震中北侧且距震中超过15 km的民乐-大马营断裂和皇城-双塔断裂可以排除，剩下的冷龙岭断裂似乎最接近上述条件。但关于冷龙岭断裂的倾向，到底是NE还是SW，以往的研究结果尚有争议：区域地质图深部剖面资料^[2]揭示，冷龙岭断裂所在的祁连-海原断裂系在深部向SW陡倾，但地表地质调查显示，冷龙岭断裂为倾向NE，倾角超过60°^{[3, 7]}(图 3，韩竹军：2016-01-21青海门源M_S6.4地震震情会商会报告)。为此，本文尝试利用GPS地壳形变观测资料，从大地测量的角度对冷龙岭断裂的倾向给予判定。

在2016年地震震中周边200 km范围内，从GPS观测网^[8]中选取10个连续GPS观测站和74个不定期复测的流动GPS观测站的资料，通过数据处理获得了这些站点相对于稳定欧亚参考框架的区域GPS速度场。结果显示，在祁连-海原断裂系两侧，速度场明显地呈现出“南大北小”的特征(图 4)，地壳运动速率从南测29站的平均9.5 mm/a，急剧衰减至北侧26站的4.0 mm/a。

区域断裂的运动方式(走滑/倾滑)和运动强弱，直接决定着GPS速度场的表现特征。如果已知区域内所有活动断裂的几何参数(空间展布、倾向、倾角、闭锁深度)和运动参数(走滑、倾滑速率)，借助半无限弹性空间的断裂位错模型^[9]，可确定出唯一的GPS速度场。反过来，当一个区域有足够密度的实测GPS速度场时，亦可反演得出区域内一系列主要断裂的运动速率、闭锁深度和倾向、倾角等参数。基于这样的认识，本文建立了本区域主要断裂的几何模型(图 5)，以GPS速度场为约束，通过半无限弹性空间的断裂位错模型，首先假定祁连-海原断裂系的托莱山-冷龙岭-金强河断裂段的倾角为近直立，反演^[10]各主要断裂(段)的运动速率(表 1)。结果表明，反演所得的各主要断裂(段)的运动速率和方式与地质方法的结果大致相当。也就是说，当为这些断裂赋予合理的运动方式和运动速率时，模型结果能够以令人满意的吻合度解释实际观测的GPS速度场。

在上述初步建模反演的基础上，分别将托莱山-冷龙岭-金强河断裂段的倾向假设为SW和NE，倾角均设定为65°，进行GPS速度场吻合程度的对比。结果表明(图 5)，在倾向SW的情况下，GPS速度场加权最小二乘残差和减小了30%，而在倾向NE的情况下，GPS速度场加权最小二乘残差和减小了41%。由此推断冷龙岭断裂应倾向NE，与地质剖面所观察的结果相一致。

基于野外地质调查成果和本文GPS观测资料的反演结果，推断冷龙岭断裂是一条倾向NE的逆冲兼左旋走滑断裂。考虑到2016年和1986两次门源M_S6.4强震相似的震源机制、与冷龙岭断裂的位置关系以及冷龙岭断裂倾向NE等事实，可推测它们的发震构造应为冷龙岭断裂。

3 “天祝地震空区”未来地震危险性

从断裂运动性质来看，地质调查工作和图 2(a)展示的几次历史地震的震源机制解表明，冷龙岭断裂以逆冲为主，金强河断裂兼具左旋与逆冲，而老虎山断裂、毛毛山断裂则以走滑运动为主^[11]，即“天祝地震空区”内部各断裂段具有较为明显的独立活动特征。从历史地震强震的空间分布来看，除金强河断裂外，其他3段均有5级以上中、强震发生，且以冷龙岭断裂发生频次最多。由断层的平面几何展布特征可知，金强河断裂与毛毛山断裂之间存在一个超过7 km的左阶阶区，即天祝盆地，而冷龙岭断裂与金强河断裂之间、毛毛山断裂与老虎山断裂之间则不存在明显阶区或阶区很小。Lettis等^[12]通过震例统计发现，当阶区宽度超过5 km时，地震破裂很难跳过阶区而发生级联破裂，但小于2 km的阶区则很容易突破，例如1920年海原M8.5级地震就是突破了断裂带分段阶区的级联破裂事件^[13]。故就“天祝地震空区”内部而言，金强河断裂段是一个次级的强震空区，未来具有6级左右强震的危险；而就整个地震空区而言，4个断裂段在一次地震中同时破裂的可能性不大，但冷龙岭断裂与金强河断裂、毛毛山断裂与老虎山断裂可能组成该空区的2个次级段落，均具有联合破裂发生大震的可能性。对于冷龙岭-金强河段，冷龙岭断裂相对频发的中强地震，说明该段的应力-应变积累处于较高水平，未来具有较高的大震危险性。

4 结语

基于野外地质调查的直接证据和GPS观测资料的间接证据，本文推断冷龙岭断裂倾向NE，而非部分早期研究所推测的SW。考虑到2016年和1986两次门源M_S6.4强震相似的震源机制、与冷龙岭断裂的位置关系以及冷龙岭断裂倾向NE等事实，可推测这两次强震的发震构造应为冷龙岭断裂；冷龙岭断裂处于“天祝地震空区”的西段，该地震空区内部的金强河断裂可能为一个次级的地震空区，未来存在6级左右强震的危险；冷龙岭断裂目前处于比较活跃的状态，说明该段的应力、应变积累水平较高，未来存在大震可能，且不排除冷龙岭断裂与金强河断裂同时破裂的可能性。