中国地震台网中心测定，北京时间2022-01-08 01:45青海省海北州门源县发生6.9级地震，震中37.77°N、101.26°E，震源深度10 km。根据美国地质调查局USGS公布的震源机制解显示，此次地震为左旋走滑地震事件。门源地震位于祁连山-海原断裂系中的祁连山地震带中东段地区，是这一地区继1986-08-26 M_S6.4地震^[1]和2016-01-21 M_S6.4地震^[2]后的又一次强震。距离此次地震最近的断裂是托莱山断裂，距离约3 km(图 1)。此区域属于青藏高原东北缘，是青藏高原向大陆内部扩展的最前缘，其东北部毗邻阿拉善地块、东接鄂尔多斯地块，区域内地震活动较为活跃，现今构造变形较为强烈^[3]。随着“中国地壳运动观测网络”(网络工程)和“中国大陆构造环境监测网络”(陆态网络)GPS监测站点的建成，GPS对地震地壳形变的监测能力越来越强。本文以GPS监测到的地壳形变为基础，深入分析门源地震震区附近的地壳形变特征及周围区域的应力变化。本研究可为该次地震的发震机制和孕震过程研究提供基础资料，为区域未来强震活动危险区的判定提供依据。

1 GPS观测资料处理及区域速度场

本文收集“网络工程”和“陆态网络”1999~2021年的所有GPS观测资料，包括GPS连续观测网和区域流动观测网的观测数据。采用GAMIT/GLOBK软件对GPS观测数据进行处理。为保证数据的一致性和可靠性，本文采用统一的处理策略：首先获得测站和卫星轨道的单日松弛解，将单日松弛解与全球IGS松弛解联合平差，得到包括全球IGS和陆态网络站点的单日松弛解; 然后采用七参数法将单日松弛解转换到ITRF14参考框架下，以全球板块模型为约束获取相对欧亚板块稳定的速度场^[4-6] (图 2(a))。青藏高原内部物质向东运动时受刚性四川盆地阻挡分成两支，一支向东南方向运动，另一支向东北方向扩展。其东北缘前缘又与阿拉善地块和鄂尔多斯地块交会，形成祁连山-海原地震带，且发育有多条具有挤压特性和走滑特性的断层^[7-8]。由图 2(a)可见，跨祁连山-海原地震带两侧的速度场一大一小，并且速度方向为顺时针偏转，即该区域NEE向挤压速率在经过祁连山-海原断裂后明显减弱，呈现“南大北小”的特性。本文跨托莱山断裂和冷龙岭断裂作GPS的速度剖面，剖面位置如图 2(a)中的黑框线所示。由图 2(b)可见，平行断层剖面两侧的GPS速率相差3.9 mm/a; 由图 2(c)可见，垂直断层剖面两侧的GPS速率相差约3.1 mm/a，说明目前该断裂以左旋走滑运动为主，并且具有挤压逆冲的属性，同时也说明本次门源地震的震源机制解特性以走滑为主，从侧面印证了本区域的地质构造活动特征。

根据解算结果得到震前震区附近GPS垂向速度，插值得到垂向速度分布，如图 3所示(速度正值表示上升，负值表示下降)。由图可见，研究区GPS垂向速度出现上升和下降的交替现象，大部分垂向速度场为负值，以下降为主，但沿祁连山-海原断裂带分布有零散的正值隆升区。历史地震的震源机制解同样显示，本区域不仅有走滑型地震，同时还有一定数量的逆冲型地震。这是因为在地质构造上，青藏地块向北推挤，青藏高原前缘的祁连山-海原断裂向东北方向俯冲。此次门源地震震中位于冷龙岭断裂和托莱山断裂交会处，此地区也是青藏高原北东向拓展作用最强烈、构造转化最剧烈的地区。

2 震前区域地壳应力应变特征分析

基于震区及其附近的速度场，使用最小二乘配置法^[9-11]得到震前区域0.5°×0.5°网格点的主应变率场(图 4)。震前研究区的主应变率高值区主要集中在海原断裂中东段、托莱山断裂与冷龙岭断裂交会的门源附近，高值区的主应变率值约30×10^-9/a，主应变率的拉张和挤压方向分别为NW-SE和NE-SW，这与本地区的构造运动规律一致。本次门源6.9级地震及门源2次历史M_S6.4地震均发生在主应变率高值区附近，震源机制解类型也符合本地区主应变的拉张和挤压方向特征。

应变率张量第二不变量定义的公式为：

$ \tau_{2 \mathrm{inv}}=\sqrt{\tau_{x x}^2+2 \tau_{x y}^2+\tau_{y y}^2} $

(1)

式中，τ_xx为东西方向的应变，τ_yy为南北方向的应变，τ_xy为剪应变。由图 5可见，应变率张量第二不变量(图 5(a))和最大剪应变率高值区(图 5(b))主要沿祁连山-海原地震带分布，在托莱山断裂及金强山-海原断裂附近地区的应变率张量第二不变量值较大，这一地区应变张量第二不变量的值约55×10^-9/a。历史研究表明，地震多发生在应变高值向低值区的过渡带上^[12-13]，研究区的历史地震分布大部分也遵循该规律，如图 5，本次门源6.9级地震震中也位于过渡带上。门源地震震中应变张量第二不变量值约47.93×10^-9/a，最大剪应变率值为33.54×10^-9/a。最大剪应变率高值区也分布在托莱山断裂、冷龙岭断裂到海原断裂附近区域上，结合应变率张量第二不变量可知，祁连山-海原地震带的门源地区及海原断裂附近未来的地震危险性较大。

震区附近的面膨胀率特征如图 6所示(正值表示拉张，负值表示挤压)。由图可见，区域主要以面压缩为主。面膨胀率正值区分布零散，托莱山断裂东段到海原断裂的面膨胀率值呈现出正-负-正的变化特征，海原断裂的南部地区从面膨胀到面挤压的变化较大，说明这2个区域的构造活动明显。历史地震主要分布在面膨胀与面挤压的交接带上，本次门源地震同样位于面膨胀与面压缩交接带地区。

3 门源地震同震库仑应力及危险性分析

地震发生前后断层面上的应力变化为断层面上的剪切力和摩擦力的合力^[14]，通常采用库仑应力对其进行定量分析。近年来，库仑应力被广泛应用于地震应力触发和主要活动断层上的应力扰动研究，以及基于速率状态摩擦模型和库仑应力模型的地震复发概率评估。本文根据中国地震局地震台网中心的余震分布^[15]，以美国地质调查局USGS的滑动分布模型为输入，采用震源机制解(走向13°、倾角75°、滑动角178°)，使用psgrn-pscmp软件^[16-17]计算同震库仑应力。根据前人计算的库仑应力^{[14, 18]}，本文设置内摩擦系数μ=0.4，计算本次门源地震10 km处的同震库仑应力变化(图 7)。当库仑应力变化为正时，该应力变化对断层滑动有促进作用; 反之，负的应力变化对断层滑动有阻碍和延缓作用。由图可见，本次门源地震造成断层内局部应力集中，促进余震发生，余震位置沿托莱山断裂-冷龙岭断裂走向分布，大部分余震位于应力变化正值区，仅有少部分余震发生在负应力变化区。这可能是在背景构造应力场的作用下，处于应力调整临界状态的破裂面被本次门源地震同震应力扰动而发生失稳所致。本次门源地震的同震库仑应力对祁连山-海原地震带的中东段，即冷龙岭断裂到海原断裂的地区有一定的应力加载作用，未来这一地区的地震危险性将有所增加。

4 结语

1) 青藏高原东北缘水平GPS速度场在经过祁连山-海原地震带时呈现出明显的“南大北小”特性。发震断层两侧走滑速率相差3.9 mm/a，挤压速率相差约3.1 mm/a，说明本次地震的震源机制解特征以走滑为主，GPS速度场在一定程度上能够准确刻画出研究区的构造运动方向和发震特征。

2) 研究区主应变率的拉张和挤压方向分别为NW-SE和NE-SW，反映了构造运动的活动特征。从主应变率场和面膨胀率场分布来看，本次地震位于应变率高值区向低值区过渡的梯度带上，而从最大剪应变率场和应变率第二张量不变量分布来看，本次门源地震位于高值区边缘地区。

3) 本次门源地震的余震大部分位于同震库仑应力加载区，且沿托莱山断裂-冷龙岭断裂走向分布。

4) 祁连山-海原地震带中东段的主应变率场较大，最大剪应变场和应变率张量第二不变量的高值区也沿冷龙岭断裂-海原断裂分布，这一地区的面膨胀率场出现正负值交替的现象，梯度明显。本次门源地震的同震库仑应力又对其有加载作用，未来这一地区的地震危险性值得关注。

致谢: 文中GPS数据来源于中国地震局GNSS数据产品服务平台，图件绘制使用GMT软件，历史地震数据来源于https://www.globalcmt.org/，在此一并表示感谢。