深部结构差异造成的壳幔内部电性、流变、力学性质不同，是目标区内部地震活动性产生差异的重要原因之一^[1]。大地震主要发生在毗邻稳定高速(或高阻)结构的低速(或低阻)地壳及薄岩石圈地区。块体及其边界断裂带发生的中强地震震源多位于显著电性边界带附近^[2]。通过深部地球物理探测(深地震测深、大地电性测深等)和远震体波接收函数等方法可获得地壳上地幔顶部结构和形态，依靠层析成像等方法获得上地幔结构和形态，研究其发育成因、发育历史、电性、流变和力学性质等。青藏高原东北缘地壳形变初期，地壳物质向NE流动，挤压松潘-甘孜地块，在华南地块、鄂尔多斯地块、阿拉善地块及祁连地块等阻挡下，地壳增厚，边缘隆起，开启造山运动^[3]。青藏高原东北缘地区扩展模式以连续流变为主，在水平方向上，形变强度较高的阿拉善、柴达木地块包夹着强度较低的祁连地块、强度较低的松潘-甘孜地块逐渐过渡到强度较高的鄂尔多斯地块。岩石圈符合垂直连贯变形模式，广泛增厚^[4]。缝合带和造山带的中下地壳普遍存在以多层高低速相间、低速结构为主的破碎松弛结构，为流变滑动的重要场所^[3]。西秦岭北缘断裂带、北祁连南缘断裂带、祁连北缘-海原断裂带均观测到电性梯度带或低阻异常带结构^[5]。相对于北部的稳定地块，青藏高原东北缘外侧垂向相对运动速率在0 mm/a左右，高原内侧则普遍表现为1~2 mm/a^[6]，重力势能也是高原周缘地壳变形的重要驱动力^[7]。

活动断裂危险性受周遭岩石介质的构造产状、受力、电性和流变性质等影响，同闭锁部位、闭锁程度紧密相关。强震一般发生在块体边界断裂的闭锁段，尤其是强闭锁段与弱闭锁段、压性与张性闭锁段的连接处，或锁定位错量不合理处。而继承条件下的GNSS局部滑动速率和应变变化是判断断裂是否存在应变积累和闭锁的重要依据。加载在同震破裂周围及下地壳和上地幔的应力，在震间、同震、震后阶段根据不同的岩石流变特性而累积或衰减，在地表产生可被GNSS观测的震间、同震、震后形变^[8]。GNSS具有时间跨度长、覆盖面积大、精度高、趋势性强等优势。

本文使用基于弹性位错理论的DEFNODE开源程序模型，充分利用毗邻块体与断裂的关联性，反演获得断裂滑动速率、滑动亏损速率、闭锁率年变化。结合断裂运动特征、地质构造、流变性质、电性、力学性质与地震活动性，初步探索强震危险地点。

1 青藏高原东北缘速度场

本文速度场由中国地震局地震研究所提供，采样间隔为30 s，基准站南北、东西向长期重复性均方根误差分别小于2.6 mm和2.9 mm；单日解坐标水平、垂直方向均方根误差为2 mm和5 mm；连续站、流动站平差后的速度场水平向均方根误差分别小于0.5 mm/a和1 mm/a。

由速度场获得的速度投影结果表明，阿尔金断裂肃北宽滩山段剪应变积累速度高于压应变。祁连山北缘断裂旱峡-玉门段显示出较弱的压应变积累；佛洞庙-肃南段表现为明显的剪应变和压应变积累。六盘山断裂显示出较弱的剪应变和压应变积累。海原断裂表现为较弱的左旋剪应变积累，具有一定的压应变积累。东昆仑断裂西段显示出剪切和逆应变积累；断裂东段垂向速率差异不明显，水平速率差异减弱，幅度约为1 mm/a。西秦岭北缘断裂天水段挤压持续，应变积累稳定，剪应变较弱；鸾凤段、漳县段具有一定的压应变和剪应变积累；锅麻滩段两侧水平、垂向速度差异不大。

图 1~9为各活动断裂段两侧固定距离(≤150 km)内GNSS站点的速度投影，取N/E向为正。垂直于阿尔金断裂肃北宽滩山段方向，两侧整体速率下降1.0 mm/a，平行方向升高1.0 mm/a。

垂直于祁连山北缘断裂旱峡-玉门段方向，两侧整体速率下降0.5 mm/a，平行方向升高1.0~3.0 mm/a。

平行于祁连山北缘断裂佛洞庙-肃南段方向，两侧整体速率升高0.5~2.0 mm/a。

垂直于海原断裂方向，两侧整体速率升高0.1~1.0 mm/a，平行方向升高0.3~1.3 mm/a。

垂直于六盘山断裂方向，两侧整体速率升高0.5~1.0 mm/a，平行方向升高0~1.0 mm/a。

垂直于东昆仑断裂库赛湖、东西大滩、秀沟-阿拉克湖段方向，两侧整体速率升高0~1.0 mm/a，平行方向升高1.5~2.0 mm/a，南侧速率高于北侧。

垂直于东昆仑断裂阿拉克湖-玛曲方向，两侧整体速率升高0~1.5 mm/a，平行方向升高1.0~1.5 mm/a。

平行于西秦岭北缘断裂天水段方向，两侧50 km内速率变化相反，幅值介于0.5~1.0 mm/a。南侧平行方向速率高于北侧，为6.0~10.0 mm/a。

平行于西秦岭北缘断裂鸾凤段、漳县段方向，两侧整体速率升高0~0.3 mm/a。

将投影速度分别取均值，均值差值作为滑动速度估值(平行向右旋为正、左旋为负，垂直向挤压为正、拉张为负)。结果表明，祁连山北缘断裂活跃；六盘山断裂、阿尔金断裂肃北宽滩山段、西秦岭北缘断裂锅麻滩段接近停滞；东昆仑北缘断裂西段收敛，东段走滑活跃。

2 青藏高原东北缘应变率场

从图 10可以看出，2015~2020年期间，祁连山北缘断裂和柴达木块体南边界压应变率分别为-2.6×10^-8/a和-2.3×10^-8/a，祁连块体南边界中部仅为-1.6×10^-8/a，可能闭锁。西秦岭北缘断裂锅麻滩段压应变率最大落差约为0.7×10^-8/a，压应变积累较低；天水段张应变率介于(0.3~0.9)×10^-8/a，主压应变率介于(-1.2~-0.6)×10^-8/a，压应变较低。阿尔金断裂肃北宽滩山段主压应变率仅为0.4×10^-8/a，认为存在压应力闭锁。海原断裂压应变积累较低。六盘山断裂走向方向压应变率介于(-1.5~0)×10^-8/a，压应变较低。东昆仑断裂库赛湖、东西大滩、秀沟-阿拉克湖段主张应变率介于(1.5~3.0)×10^-8/a，主压应变率介于(-3.0~-2.1)×10^-8/a，认为西段存在压应变积累；阿拉克湖-托索湖段主张应变率和托索湖-玛曲段主压应变率分别为(1.2~2.1)×10^-8/a和(-2.4~-1.5)×10^-8/a，该区域东段存在压应力闭锁。可可西里山压应变积累明显。

由图 10可知，2015~2020年期间，祁连山北缘断裂和阿拉善块体交界、柴达木块体南部、巴颜喀拉块体中东部、羌塘块体东部位于第一剪应变率高值区，应变率介于(1.6~2.5)×10^-8/a。阿尔金断裂肃北宽滩山段剪应变率为0.7×10^-8/a，存在弱应变积累；祁连山北缘断裂剪应变率介于(1.2~1.5) ×10^-8/a，存在走滑闭锁；可可西里山剪应变积累较低。东昆仑断裂带西段剪应变率介于(1.8~2.1)×10^-8/a，应变积累较低；东段存在走滑闭锁。西秦岭北缘断裂东段剪应变率介于(0~0.9)×10^-8/a，受到华南块体阻挡作用，存在走滑闭锁；海原断裂剪应变率介于(1.3~1.4)×10^-8/a，应变积累较低；六盘山断裂剪应变率介于(0~1.5)×10^-8/a，应变积累较低。

按照二级地块的活动断裂走向^[9]划分子块体(图 11)，通过站点速度获得子块体的剪应变、主应变和面应变。阿尔金断裂肃北宽滩山段以北地区和鄂尔多斯块体处于应变率偏低水平，阿拉善块体正常。陇中南北段最大剪应变，陇中南南段最大剪应变、第一剪应变、主张应变、NE应变、面应变，陇中盆地西段最大剪应变，盆地西部东段最大剪应变，均处于正常或偏低水平。2015~2020年期间，陇中盆地北段最大剪应变、主张应变、面应变较高，第二剪应变、NE应变和NE应变绝对值达到1998年以来的最高值；陇中北部南段最大剪应变、第二剪应变、NE应变、主张应变达到1998年以来的最高值。祁连块体面应变率绝对值小于3×10^-8/a，最大剪应变、主压应变、EW应变、第一剪应变均达到1998年以来绝对值的最高值，NE应变、第二剪应变也较高。柴达木块体西部应变处于正常偏高水平，中东部正常，2015年以来该块体最西部NS应变、面应变、最大剪应变、主压应变、第一剪应变均为1998年以来的最高值。巴颜喀拉块体中西部应变正常，东部应变处于正常偏高水平。羌塘块体西部应变率绝对值小于3×10^-8/a，第一剪应变、主张应变、面应变均达到1998年以来的最高值；该块体东部EW应变、NS应变、第一剪应变、主张应变、主压应变、最大剪应变均达到1998年以来的最高值。华南块体北部和中西部应变率处于正常偏低水平。青藏高原东北缘东北部应变率处于正常水平。

3 断裂滑动速率与滑动亏损

地球物理反演可利用观测数据估计断层的滑动角、滑动速率等：通过弹性半空间中矩形断裂滑动引起的地表位移观测值和格林函数，反演获得断层运动参数^[10]。将GNSS位移场旋转平移至断裂位置，即可映射两者关系。

DEFNODE程序使用三维块体模型^[11]，假设震间活动断裂均闭锁，速度场V可表示为刚性旋转速率V_B(Ω)、滑动亏损速率V_C(Ω)和块体内部均匀弹性应变速率${V_{\dot \varepsilon }}\left({\dot \varepsilon } \right)$之和。由GNSS水平速率可反演滑动速率和闭锁率，具体计算过程参考文献[11]。

根据邓起东等^[12]的研究结果，确定断层节点位置，反演主要活动断裂的滑动速率、滑动亏损速率。在深度0.5 km、14 km和30 km处规定同样数量节点；触发新格林函数计算的新节点位置距离需大于1 km，距离任何节点4 000 km外的站点不产生格林函数；使用模拟退火和网格搜索方法，初始温度为0 ℃，梯度搜索步长设为0.001 mm/a，使闭锁率沿深度递减；运行结束时，产出正向模型，计算应变和旋转残差；利用不整合数χ²，随时检验反演得到的各块体内部是否存在均匀应变速率，然后通过调整权重标准差因子f，使得χ²最接近1：

$ \chi_n^2=\frac{\left[\sum\limits_{i=1}^n\left(\frac{r_i}{f \sigma_i}\right)^2\right]}{\operatorname{dof}} $

(1)

式中，dof表示自由度(其值为观测值数量减去自由参数数量)，r_i表示残差，σ_i表示数据不确定度。

借助DEFNODE解算获得青藏高原东北缘部分活动断裂段的滑动亏损率、闭锁率、水平和倾滑速率范围，结果见表 1。

4 讨论 4.1 触发地震的地球物理因素

青藏高原各地区地质构造经历不同的岩浆作用和地壳改造过程。断裂附近的应力积累、破裂、应力释放等过程和介质不同部位的物理化学、流体力学、固体力学等性质互相影响。高原内部地壳、地幔观测到上下连贯的变形特征，表现为强烈耦合；剪切力学性能和耦合程度直接相关。一般地，高摩擦系数、高应力率、低应变率和高剪切模量对应滑动受阻-高滑动亏损率-高应力积累-闭锁。石富强等^[13]通过有限元动力学模型获得高应力率与强闭锁吻合的活动断裂危险区域。

中下地壳高导层发生缩短或剪切变形，应力传导至上地壳高阻、次高阻介质中，诱发脆弱部位克服闭锁，发生破裂^[2]。介质不均一性也是触发地震的直接原因之一。局部温度升高引起上地慢顶部隆起高度不均，此时处于顶部的断裂带承受较大剪应力，出现局部拉张。

相比热物质上涌导致的断裂带闭锁活化，横向的断裂带系统级联触发可能是地震发生的关键环节。同震位错和震后粘滞性松弛效应的库仑应力变化会对横向断裂带系统间的地震触发产生影响，一般前者的影响量级大于后者，影响大小与震级、间隔时间和距离有关^[14]。单纯库仑应力升高说明该地区接近破裂，不一定代表要发生地震，应力积累、断裂屈服强度等也关系到地震触发。粘弹塑性有限元数值模拟显示^[15]，加载在青藏高原东北缘各断裂上的应力不均，断裂带各段之间的库仑应力相互传递，当加载应力达到某些孕震断裂的屈服临界，引发地震丛集。

4.2 滑动速率与滑动亏损

周边断裂的长期构造加载效应触发阿尔金北缘断裂带上1932年昌马地震。震间构造加载引起的库仑应力相对同震应力量级较小，但也长期影响阿尔金北缘断裂带的绝大部分应力累积。本文研究表明，索尔库里-阿克赛段走滑与倾滑速率增加；肃北宽滩山段滑动亏损降低，为4.82 mm/a，走滑与倾滑速率降低幅度较大，整体闭锁深度约15 km。

海原断裂下方岩石圈较薄，岩石圈地幔盖层速度较高，下地壳存在高导薄弱层，上、下地壳共同增厚^[1]。本文研究显示，狭义海原断裂闭锁率分布均匀，但闭锁深度较浅，耦合程度较低；哈思山-马厂山段东端走滑速率较低，倾滑速率较高。六盘山断裂滑动亏损分布均匀且升高，闭锁区域深15~20 km且分布均匀；海原段、固原-泾源交界处倾滑速率下降。

深至20 km的祁连山北缘断裂带汇聚成倾角约15°的滑脱构造，与海原断裂联系紧密。历史记载的祁连山-河西走廊地区M≥7破坏型地震有5次；东端冷龙岭断裂在2016-01-21发生青海门源M6.4地震。祁连造山带壳幔可能存在数种形变机制，中下地壳不存在显著的低速层，推测地壳增厚发生在上地壳，下地壳存在明显的低速异常^[1]。本文研究表明，玉门段(断层跨高台县和肃南裕固族自治县西段)和肃南段滑动速率变化较小。祁连山北缘断裂旱峡-大黄沟段、玉门段和肃南段滑动亏损升高，佛洞庙-红崖子段滑动亏损下降。断裂闭锁率分布均匀，深度达15~20 km。

东昆仑破裂带发生过1937年花石峡M7.5地震、1963年都兰M7.1地震、1973年玛尼M7.3地震，2021-05-22玛多-甘德断裂发生玛多M7.4地震。研究表明，东昆仑断裂带整体滑动亏损较高，近期阿拉克湖-托索湖段滑动亏损升高。除托索湖和玛曲段外，其他部位闭锁率分布均匀，深度达15~20 km。库赛湖段走滑速率降低；东西大滩段走滑速率升高，倾滑速率降低；阿拉克湖-托索湖段倾滑速率升高；秀沟-阿拉克湖段、托索湖-玛曲段整体滑动速率变化较小且维持较高的闭锁率。除阿拉克湖-托索湖段外，其他部位滑动亏损有所降低。

西秦岭地区以“连续变形”为特征，多条相对低速滑动断裂显示为弥散状应变。2013年甘肃岷县漳县M6.6地震发生在造山带中段的临潭-宕昌断裂。研究显示，天水段滑动亏损集中在东段，漳县段集中在东段小部分区域，锅麻滩段集中在最东端，鸾凤段集中在西段且亏损升高。2013~2015年该断裂带约47%区域滑动速率接近0 mm/a；2015~2020年天水段倾滑速率下降为2.36 mm/a，其他部位升高，且从西到东递减。锅麻滩段东端走滑速率下降，漳县段和锅麻滩段耦合程度较低，鸾凤段存在滑动亏损。

本文综合考虑青藏高原东北缘的构造应力环境、流变性质、力学性质、地震波各向异性、大地电磁、重力等要素，包括上涌的地幔物质、壳内低阻软弱带等对地壳运动趋势、断裂两盘耦合度的影响，也包括库仑应力集中区流体侵入、断裂摩擦系数、区域粘弹塑性、断裂带级联等方面已取得的成果，结合排除非构造影响的地表应变、断裂滑动速率、滑动亏损等进行初步研判。但由于地球物理探测仅获得部分参数，测量、解释存在不确定性。地震层析成像受到台站布局、接收条件、解不唯一、分辨率不足、初始模型局限等限制，难以得到定量的结论。另外，由于这些因素的非独立纠缠性、框架思路方法的多样性、假设的非确定性和成果形成时间的非同步性等，无法准确给出权重。

5 结语

青藏高原东北缘及其两侧历史上发生过6次8级大震，现代强震活跃。阿尔金断裂两侧、海原断裂以北、阿拉善块体西南缘、鄂尔多斯块体西南缘、祁连块体北缘、银川盆地、阿拉善块体与鄂尔多斯块体毗邻区域的地表运动速率以维持或增大特征为主。鄂尔多斯块体南缘速率减小，祁连山北缘断裂东段观测到明显的地壳缩短和剪切变形。祁连块体、柴达木块体东部、陇中盆地构造区中部最小剪应变降低，海原-六盘山断裂、西秦岭北缘断裂剪应变上升。陇中盆地构造区北部、祁连块体中部和柴达木块体西部、羌塘块体东部均达1998年以来应变最高值；祁连块体南北边界、柴达木块体南边界西段、可可西里山地区存在较强的压应变积累；祁连山北缘断裂和阿拉善块体交界处、柴达木块体南部、巴颜喀拉块体中东部、羌塘块体东部剪应变率较高；阿尔金断裂肃北宽滩山段、海原断裂、西秦岭北缘断裂天水段、六盘山断裂、祁连山北缘断裂、祁连块体和柴达木块体交界、巴颜喀拉块体与羌塘块体交界、祁连块体南边界中部均观测到应变积累。由于大变形背景下的局部变形加强区为应变积累的闭锁区，根据已有研究成果认为，青藏高原东北缘阿尔金北缘断裂肃北宽滩山段、祁连山北缘断裂玉门和肃南段、西秦岭北缘断裂天水段、六盘山断裂固原-泾源段、东昆仑断裂秀沟-阿拉克湖段、阿拉克湖-托索湖段、托索湖-玛曲段可能存在闭锁。

致谢: 感谢中国地震局地震研究所赵斌研究员提供速度场数据，感谢中国地震局第一监测中心武艳强研究员提供应变率程序，感谢McCaffery提供DEFNODE开源程序。