关于青藏高原形成的动力学机制历来存在2种假说：一种观点认为在青藏高原隆升过程中，大陆构造形变主要由大型断裂的走滑运动及刚性块体的滑动引起，形变量主要来自于块体边界的滑动，即“大陆逃逸学说”^[1-2]；另一种观点认为印度次大陆与欧亚大陆的碰撞引起岩石圈增厚，大陆形变主要为地壳的缩短及增厚，即“地壳增厚模式”^[3]。长期以来，国内外众多学者对青藏高原的形成原因进行了深入研究与分析。England等^[4]认为青藏高原的碰撞与刚性大洋板块不同，大陆表现出弥散现象，并指出相对强烈的塔里木盆地周围的应力集中导致了北面天山的局部地壳增厚和南缘阿尔金山断裂带的走滑。青藏高原昆仑山断裂带以南地区现今构造运动形变以走滑断层体系运动为主，而以北区域(包括祁连块体、阿拉善块体)主要以弥散的挤压形变为主，其挤压变形强度明显弱于天山挤压带^[5-6]。Tapponnier等^[2]认为亚洲地幔块体是在喜马拉雅山以北的山脉下发生相继俯冲，并指出该俯冲为侧向倾滑俯冲，同时伴有沿着左侧走滑断层体系的挤出作用，这可以合理解释青藏高原向东和东北方向增长的现象。独知行等^[7]指出中国西北部地区的块体主要向东西2个方向运动，向西运动的块体以塔里木块体、天山块体等为主，向东运动的块体以阿拉善块体、祁连块体、柴达木块体为主。张培震^[8]在研究青藏高原东北边界的川西地区时指出，青藏高原东边界的构造可以近似看作连续的弧形旋转构造变形，这种变形可能与深部动力学驱动机制存在巨大联系。GPS测量结果显示，青藏高原及其边缘地区(喜马拉雅山、阿尔金山和祁连山等区域)的形变量吸收了印度板块与欧亚板块之间90%以上的相对运动，高原边界表现为地壳增厚，内部活动以走滑剪切应变为主^[9]。Wang等^[10]分析25 a的中国大陆GPS数据，认为青藏高原大的变形梯度垂直于亚欧板块与印度板块的相对运动。

青藏高原东北缘地区曾发生过多次大型壳内地震，一直是学者们重点关注的区域。构造应力场是地壳形变运动的重要内容，是反映地下介质结构和应力性质的重要方式，对探究地壳内部动力学过程至关重要。目前对于青藏高原东北缘的区域构造应力场的研究多是基于平面区域进行划分，并未从深度的角度进行相应的应力场分析。本文试图从这一角度出发，通过震源机制解数据对青藏高原东北缘地区的地壳应力场进行研究，以期得到关于地壳内部应力场及其变化的具体细节。

1 数据资料与研究方法 1.1 数据资料

本次共搜集到1976~2020年青藏高原东北缘及其周边地区371个震源机制解，震中空间分布如图 1所示。其中1976~2000年数据来源于GCMT(https://www.globalcmt.org/)，共43个震源机制解，震级范围为M_W≥4.5；2001~2005年数据来源于文献[11]，共242个震源机制解，震级范围为M_L≥3.0；2006~2011-11数据来源于GCMT，震源机制解个数为64个，震级范围为M_W≥4.5；2011-11~2019-01数据来源于文献[12]，震源机制解个数为16个，震级范围为M_L≥3.0；2019-02~2020年数据来源于GCMT，震源机制解个数为6个，震级范围为M_W≥4.5。GCMT矩心矩张量解的反演数据主要采用体波、地幔波、长周期面波联合反演的结果，大于5级地震(包括部分震相资料较丰富的小于5级的地震)的矩心矩张量解具有较稳健的结果，因此本研究中GCMT震源机制解反演应力场的相应误差在可控范围内。同时本研究还收集到关于青藏高原东北缘的15 062个有感地震目录，时间为2018~2020年，震中空间分布如图 2所示，地震目录来源于国家地震科学数据中心(https://data.earthquake.cn/)。

1.2 研究方法

本研究采用的计算程序为MSATSI^[13-15]。该方法可反演出相关区域的最大主应力轴(σ₁)、中间主应力轴(σ₂)、最小主应力轴(σ₃)的走向和倾伏角及应力强度因子R。在构造应力场反演中，设置应力场反演的相关约束条件，正确选择断层面的比例为0.5；自助重采样数迭代次数为1 000次，远远大于软件本身默认的500次；置信区间为95%；由于本次研究的地震震级均≥3.0，震源机制解可信度较高，故将反演应力场的最少个数设置为3个。关于约束条件的算法细节可参考文献[13]。

2 青藏高原东北缘分区及应力场结果分析 2.1 分区说明

先按照1°×1°经纬度网格分区进行应力场反演，具体分区如图 3及表 1所示。然后将收集到的震源机制解数据按照2°×2°经纬度网格相应分配到0~10 km、10~15 km、15~20 km、20~25 km、25~33 km深度内，对于缺少震源机制解数据的相关地区不进行反演。对于震源机制，P轴表征的是一次地震发生的压缩应力状态，T轴表征的是一次地震发生的拉张应力状态。因此，根据P轴和T轴分布可有效认识区域地震的应力状态和运动变化。根据青藏高原东北缘及其周边地区震源机制解P轴、T轴分布(图 4)可以看出，青藏高原东北缘区域的北西端中大型地震主要集中于阿尔金断裂带、祁连山断裂带、海原断裂及六盘山断裂一线，其中应力轴反映最强烈的区域位于祁连山断裂带中部的门源断裂及冷龙岭断裂，应力轴方向变化较大。青藏高原东北缘区域北东段中大型地震主要发生于西秦岭北缘断裂与白龙江断裂之间的复杂断裂系统及龙门山断裂带的北部区域，P轴、T轴随着断裂带的变化具有明显的不一致性。

2.2 应力场反演结果及分析

从图 3(a)可以看出，青藏高原东北缘地表地壳形变发生强烈的顺时针旋转；从图 3(b)和表 1来看，青藏高原东北缘内部区域的1~10区主压应力轴呈现出由NNE向转为NE向的趋势，这与块体GPS速度场(图 3(a))运动方向大体一致，反映出该区域的构造应力场与水平地壳运动具有较强的运动一致性。青藏高原东北区域边界(包括祁连山断裂带、海原断裂、六盘山断裂、西秦岭断裂带及龙门山断裂带北部)发生大规模的应力场顺时针旋转过程与前人的研究结果基本一致^[6]。从图 3(b)主压应力轴分布与最大水平主压应力方位(图 5)可以看出，青藏高原东北缘区域应力轴发生顺时针偏转主要受到祁连块体、塔里木块体、阿拉善块体的相互推挤作用。在其外缘最大主压应力由西向东呈现出顺时针旋转的特征，即最大主压应力轴由西段近NNE向转为中段NE向，到东段转至NWW向，该区力源来自印度板块向欧亚板块的挤压。从图 3(b)、图 5还可以看出，在祁连山中段的13、14区与17、18区交界处及26、27、28区与35、36区的中间区域，应力场偏转非常强烈。结合图 2中地震震中分布可以看出，地震活动强烈的区域主要集中在祁连山中段(冷龙岭断裂、门源断裂)、南北地震带北段区域(西秦岭断裂带、白龙江断裂)，因此这些区域应为大震预防的重点区域，这与王启欣等^[16]通过GPS数据分析得到的地震危险区一致。由图 5可知，青藏高原东北缘区域内部断层体系较复杂，外边缘断层体系以逆冲挤压为主。这也反映出青藏高原向北挤压过程中祁连块体受到来自阿拉善块体、鄂尔多斯块体的运动阻挡，巴颜喀拉块体受到华南块体的刚性阻挡，最终导致青藏高原东北缘边界的地壳增厚和侧向挤出。

为了从深度的角度分析青藏高原东北缘区域的应力场，进行2°×2°不同深度的应力场反演，结果如图 6所示。可以看出，在0~10 km深度，(1)~(3)区断层体系为绿色，说明该深度断层为走滑断层体系。在10~15 km深度，相同区域的断层体系呈现为蓝色，反映出随着深度的增加，该区域断层体系开始表现为逆冲性质变化，而产生这种变化的原因是祁连山断裂带至六盘山断裂一线内部断层体系的变化，地壳上部受到青藏高原挤压及阿拉善、鄂尔多斯块体的共同作用出现走滑，但其地壳下部由于板块运动速度较慢而出现逆冲断层体系。这也支持了剪切应变在青藏高原东北缘地区向外扩张时转移到逆冲收缩增厚的观点^[17-19]。由图 3(a)可知，GPS速度场从西向东沿昆仑断裂一线收敛速度逐渐增大；在阿尔金断裂以东区域，收敛速度也出现急剧增大的现象。收敛速度的变化证明了断层滑动速度在祁连山西部及青藏高原东北缘昆仑一线转化为地壳缩短和隆升的观点^[20]。此外，由图 2可以看出，青藏高原东北缘区域自西向东震中位置的深度整体呈现出有规律的弥散性，如图中测线附近1°范围内震中深度剖面B-B′、C-C′、D-D′、E-E′所示，随着纬度降低，这种经度剖面的层次感分布更为明显。图 2中E-E′剖面黑色虚线为相应的离散范围，在100°~102°E和104°~106°E两次出现震源深度变深的现象。这一过程反映出从青藏高原内部向边界挤压运动的过程中，地壳也在被间接增厚。为了详细分析该变化过程，给出青藏高原东北缘区域纬度剖面测线1°区域范围内的震中深度分布(图 2中测线F-F′、G-G′、H-H′、I-I′)。可以看出，F-F′、G-G′测线中，在38°~40°N范围内震源深度突然明显变深，对照范围发现该区域为祁连山断裂带一线；同时在H-H′、I-I′测线中可以看出，震中分布范围的弥散性是相同的，这进一步证明了青藏高原东北缘边界地壳收缩量主要表现为地壳增厚模式。为了对祁连山断裂带震中深度分布范围进行分析，给出沿祁连山断裂带一线展布的测线AA′，并从其纬度和经度剖面进行观察。结果发现，这种弥散性存在于祁连山断裂带、海原断裂、六盘山断裂区域内，震中深度分布明显大于青藏高原内部区域。

从图 6中不同深度断层体系的变化结果来看，上地壳与下地壳断层体系存在巨大差异，这往往预示着该区域可通过不同断层体系变化的撕扯和拉伸而孕育较大地震。同时可以看出，随着深度增加，青藏高原东北缘相同区域的应力轴会出现由NNE向偏转为NE向的趋势，这反映出祁连山断裂带深部应力场的变化极其剧烈，而促使最大水平主应力轴发生偏转的作用力可能与青藏高原东北缘区域深部块体增厚的部分斜插入阿拉善块体及鄂尔多斯块体底部有关。Kidd等^[21]在研究青藏高原中北部地区风火山始新世碎屑沉积岩时发现，在100 km距离内褶皱与逆冲作用缩小近一半，这说明研究区地壳应力场底部吸收了一定的形变量并转化为地壳增厚。Harrison等^[22]指出青藏高原东北缘“挤出”逃逸总量不超过总汇聚量的1/3。因此青藏高原东北缘及其周边地区地壳浅部与深部存在一个应力断层体系的转化过程，即由浅部的走滑与断裂刚性岩体的脆性特征转变为深部的流变与增厚。大尺度的内部应变和块体应力均显示，最大主压应力轴从西藏东北部西端向东部发生明显旋转，表明青藏高原东北缘地区在印度板块和欧亚板块远场的大运动背景下，深部地壳应力场与地表运动过程一致。同时也表明断层性质由走滑转变为逆冲，可能与地壳强度的横向流变及相邻块体之间垂向的应力结构模式有关。

3 结语

1) 从1°×1°的应力场反演结果可以看出，青藏高原东北缘内缘最大主压应力以NE向为主，外缘最大主压应力由西向东呈现出顺时针旋转的特征，即最大主压应力轴由西段近NNE向转为中段NE向，再转为东段NWW向。

2) 从深度方面分析震源机制解在空间位置的分布情况，结果表明，青藏高原东北缘地区的中大型地震主要发生在10~15 km深度范围内。按深度给出相应震源机制解的主压应力轴、主张应力轴分布范围，结果显示，祁连山中段、西秦岭断裂-龙门山断裂地震危险性较高。同时通过分析区块应力场及大量震例认为，青藏高原东北缘地区的挤压变形主要转化为了地壳增厚。

3) 由2°×2°的应力场反演结果可知，0~10 km深度的断层为走滑体系，10~15 km深度的断层体系开始出现逆冲性质的变化。上地壳与下地壳应力不断挤压和拉扯往往是孕育大震的信号，因此应密切关注祁连山中部地区的地震活动规律。

4) 从不同深度范围的青藏高原东北缘区域的构造应力场结果可知，随着深度增加，部分相同区域的最大主应力轴出现由NNE向偏转为NE向的趋势，这也说明青藏高原东北缘地壳的增厚迫使阿拉善块体及鄂尔多斯块体底部发生变化，可为研究深度地壳动力学提供相应的资料。

致谢: 感谢GCMT提供震源机制解数据，感谢国家地震科学数据中心提供地震目录数据。