2021-05-22青海省玛多县发生的7.4级地震，是继2008年汶川地震以来中国大陆内部震级最高的地震^[1]。地质调查结果显示，玛多地震发生在巴颜喀拉块体内部的昆仑山口-江错断裂带上^[2]，该断裂带整体长度约370 km，总体走向为NWW，运动方式以左旋走滑为主，局部地区兼有正断分量^[3]。玛多地震是继1947年达日7.7级地震后发生在巴颜喀拉块体内部的又一次7级以上地震^[4]。位于青藏高原东北缘的巴颜喀拉块体是7级以上强震的多发地块，其内部断裂构造十分复杂，强震多集中在巴颜喀拉块体边界处，该区域构造活动较为强烈，而块体内部比较稳定，构造活动相对较弱^[5]。目前学者对强震的研究大多集中在块体边界处，对板块内部构造活动的研究相对较少。

通常可用地壳形变对地壳活动程度进行衡量，而速度场可直接反映地壳形变特征。利用GNSS技术监测区域地壳形变，通过计算得到的区域速度场及应变场可以用于分析地震发生前区域构造的活动性，为区域地震危险性评估提供基础资料。GNSS技术被广泛应用于地震监测中，并取得了一定的研究成果：江在森等^[6]基于GPS观测资料分析认为，汶川地震是龙门山断裂带长期应变累积的结果；郭良迁等^[7]分析玉树地区GPS形变应变特征发现，玉树附近地区的应变状态不稳定，断裂带活动为玉树地震提供了能量；姜卫平等^[3]分析应变场发现，此次玛多地震发生在最大剪应变率高值区边缘。由于上述研究时间跨度较短，多从较大范围研究区域形变特征，因此本文利用GNSS观测数据计算研究区1999~2016年和2017~2020年速度场，得到区域应变率场。在此基础上研究震前玛多及其周边地区构造运动及应变状态，探讨玛多7.4级地震前玛多及其周边地区形变及应变演化特征。

1 GNSS数据处理与速度场分析

本文采用的GNSS观测数据均来源于中国大陆构造环境监测网络(简称陆态网络)和中国地壳运动观测网络，利用高精度GNSS数据处理软件BERNESE 5.2对陆态网基准站及区域站GNSS观测数据进行处理。采用相同的处理策略对所有GNSS数据进行处理(表 1)，以保证坐标单日解具有可靠性和一致性。本文以1999~2020年陆态网络基准站和区域站数据为基础，在解算过程中引入中国大陆周边20个IGS参考站进行联合解算，得到测站在ITRF2014参考框架下的单日解坐标。

本文基于GNSS坐标时间序列进行测站速率估计。由于测站时间序列会受到地震的影响，因此在估计测站运动速率前，需要扣除地震造成的同震和震后效应。扣除地震同震和震后效应后，GNSS坐标时间序列可表示为^[8]：

$ \begin{aligned} y\left(t_i\right)= & a+\nu t_i+c \sin \left(2 \pi t_i+\varphi_1\right)+ \\ & d \sin \left(4 \pi t_i+\varphi_2\right)+\varepsilon_i \end{aligned} $

(1)

式中，a为测站时间序列的初始位置；ν为测站的线性速率；c、φ₁分别为年周项的振幅和相位；d、φ₂分别为半年周项的振幅和相位；ε_i为观测值与模拟值之差(残差)。可采用最小二乘法求解式(1)中各参数的最佳估计值。对于陆态网基准站，年周项和半年周项都需考虑在内，待估参数为a、ν、c、d、φ₁、φ₂、ε_i；而陆态区域站数据量不足，不考虑年周项和半年周项，待估参数仅为a、ν、ε_i。

利用式(1)计算得到的速度是测站在ITRF2014参考框架下的构造运动速度。为更好地研究区域地壳形变特征，本文将ITRF2014参考框架下的速度转换至稳定的欧亚参考框架下^[9]，得到1999~2016年和2017~2020年玛多及其周边地区欧亚参考框架下的GNSS速度场，解算得到的GNSS速度场水平分量精度均优于±1 mm/a。

根据解算得到的GNSS水平速度场结果绘制玛多7.4级地震前GNSS速度场(图 1)，由图可见，研究区地壳运动速率自南向北逐渐减小，这与文献[10]的研究结论一致。由于青藏高原在北向运动过程中，其北缘会受到鄂尔多斯块体与阿拉善块体的阻挡，因此越靠近青藏高原北缘，其地壳运动越弱^[10]。1999~2016年位于巴颜喀拉块体测站的运动方向自西向东由NEE向逐渐转变为近EW向，呈顺时针旋转，表现出东向运动特征，平均运动速率为18.5 mm/a；位于柴达木块体测站的运动方向大致为NE向，平均速率为10.9 mm/a。2017~2020年位于巴颜喀拉块体测站的运动速率较1999~2016年有所减小，平均速率为18.1 mm/a；位于柴达木块体测站的运动速率较1999~2016年并未出现明显变化，平均速率为10.8 mm/a。玛多东北区域测站的速度方向逆时针偏转，其他测站的运动方向未发生明显变化。对比GNSS速度场可以发现，整体上看，2017~2020年研究区构造运动较前期变化并不明显，震中附近的测站虽然存在数值减小与方向偏转现象，但并未出现明显异常。

2 应变率场

通过GNSS观测获取的水平速度场可直接反映区域地壳形变特征，但会受到参考框架的影响，不同参考框架下的速度场会存在一定差异；而应变场不会受到参考框架影响，可以更好地反映区域地壳形变特征^[11]。因此，本文基于连续滑移回归方法^[12]求解玛多及其周边地区1999~2016年和2017~2020年应变率场，并对其进行对比分析。

2.1 主应变率

图 2为研究区主应变率，由图可见，1999~2016年研究区东北部玛多-兴海-共和一带以主压应变为主，方向为NE-SW；其他地区以拉张应变为主，方向为NW-SE。主应变率最大值出现在东昆仑断裂一带，为27.0×10^-9/a，以拉张应变为主。2017~2020年研究区拉张应变明显增大，而主压应变无明显变化，东昆仑断裂玛沁段以北至共和区域的拉张应变有所增强，但仍以主压应变为主。结合图 3也可以看出，以江错断裂为界，断裂北部以主压应变为主，断裂南部以拉张应变为主。根据弹性介质中应力-应变的本构关系可知，应力与应变可描述为线性关系，由此可知，2017~2020年震中附近区域的应力作用有所增强。江错断裂北部为挤压应力作用区，南部为拉张应力作用区，震中位于挤压应力和拉张应力的过渡带上。

2.2 面膨胀率

图 3为研究区面膨胀率，负值代表地块受到挤压作用，正值代表地块受到拉张作用。由图 3可见，1999~2016年研究区大部分区域以面压缩为主，从整体上看，研究区所受挤压作用大于拉张作用。面压缩区主要位于玛多-兴海-共和一带和治多以西区域，面压缩区最大值为-15.4×10^-9/a，出现在玛多-兴海-共和一带。面拉张区主要位于东昆仑断裂带西北段和玉树-石渠一带，面拉张区最大值为10.5×10^-9/a，出现在东昆仑断裂带西北段。玛多附近区域位于面压缩区边缘，震中附近区域处于压缩和应变累积状态。对比图 3(a)和3(b)可知，2017~2020年研究区面膨胀率较1999~2016年发生明显变化，从整体上看，研究区由挤压作用大于拉张作用转变成拉张作用大于挤压作用，面拉张区面积扩大，其最大值也从研究区西北部的东昆仑断裂带西北段过渡到研究区东南部的班玛一带。玛多-兴海-共和一带的面压缩区仍然保持压缩状态，但面积存在一定的收缩，且量值下降十分明显，治多以西一带的面压缩区转变为面拉张区。班玛一带的面拉张量值明显增大，研究区面拉张最大值也位于班玛一带，为11.3×10^-9/a。震中位于张压转换的形变梯度带上，此处易造成能量累积，为地震危险区。震中附近区域仍保持压缩状态，但量值有所下降，说明震中附近应变能的累积能力有所降低。

2.3 最大剪切应变率

图 4为研究区最大剪切应变率，由图可见，1999~2016年研究区内巴颜喀拉块体最大剪切应变率高于其他区域，最大剪切应变率高值区主要集中在巴颜喀拉块体内部。巴颜喀拉块体东部和西部的最大剪切应变率相对较高，而中部偏南地区的治多、玉树一带相对偏低。最大剪切应变率高值区主要集中在昆仑山口-江错断裂西北段、东昆仑断裂中段、达日-班玛一带，最大值为33.6×10^-9/a，出现在昆仑山口-江错断裂西北段，说明该处地壳构造活动较为剧烈。昆仑山口-江错断裂东南段一带位于最大应变率高值区边缘，震中区域的最大应变率值相对较低，说明震中区域的地壳构造活动并不剧烈。对比图 4(a)和4(b)可知，2017~2020年研究区最大剪切应变率较1999~2016年有所增强，最大值仍出现在昆仑山口-江错断裂西北段，为36.8×10^-9/a。东昆仑断裂中段的高值区向南北两侧扩大，向北扩大范围较广，扩至震中区域，达日-班玛一带的高值区朝石渠方向偏移。2017~2020年震中附近区域的最大剪切应变率明显增强，说明震中附近区域的构造活动增强，剪切作用较大。此外，2期最大剪应变率场均显示震中区域位于最大剪应变率高值区边缘，这与文献[13]研究得到的地震往往发生在最大剪切应变率高值区或其边缘的结论一致。

3 结语

1) 青海玛多及其周边地区GNSS速度场表明，水平速度场自北向南呈梯度下降，巴颜喀拉块体运动速度大于柴达木块体。对比1999~2016年、2017~2020年GNSS速度场可以发现，2017~2020年GNSS速度场变化并不明显，说明震前该地区的构造运动并未出现明显调整。而青海玛多及其周边地区的应变场表明，相比于1999~2020年，2017~2020年震中附近面膨胀率有所下降，应变能累积有所降低；而最大剪切应变率和主应变率增强，震中附近存在应力调整和剪切作用增强特性。

2) 从主应变、面应变场可以看出，此次玛多地震震中位于拉张与挤压区的过渡带上，也是江错断裂两侧活动差异突出的地带。面膨胀率的下降说明2017~2020年震中附近的连续形变相比之前更加缓慢，呈现出孕震晚期特征。从最大剪切应变率可以看出，此次地震发生在最大剪切应变率高值区边缘，与前人研究结果一致^[13]。

玛多地震发生在江错断裂上，该断裂滑动速率相对较低，发震断层滑动速率约为1.2 mm/a^[14]，应变累积率较低。此次玛多地震表明，活动性较弱的断裂也存在孕育强震的可能性。另外，已有研究表明，此次玛多7.4级地震对东昆仑断裂玛沁-玛曲段的库仑应力起到加载作用^[15]，会增加玛沁-玛曲段地震发生的概率，且目前东昆仑断裂的玛沁-玛曲段位于最大剪应变高值区边缘和面膨胀率过渡带上。因此，后续需重点关注玛多周边地区形变演化特征，进行地震危险性预测。