2023, Vol. 43
2. 中国地震局第二监测中心，西安市西影路316号，710054
2022-01-08 01：45青海门源县(37.77°N，101.26°E)发生MS6.9强震，400 km半径范围内震感强烈。本次门源MS6.9地震发生在冷龙岭断裂与托莱山断裂交汇处，北侧为昌马-俄博断裂，地质构造复杂。2016年冷龙岭北侧断裂上曾发生MS6.4地震，2次地震是否存在内部因果联系，需对其地震震源机制进行探讨。已有学者对本次地震进行实地调查，开展地震学、地质构造学等方面的研究。韩立波[1]利用CAP方法反演本次地震震源机制解与震源深度发现，此次地震与1986年和2016年2次门源地震的发震构造背景不同；潘家伟等[2]对本次地震的地表破裂位置与发震构造进行详细探讨发现，此次地震的发震断裂为海原断裂带西段呈挤压弯曲部分的冷龙岭断裂；李智敏等[3]通过野外考察对此次地震的地表破裂位置给出明确的调查结果。上述学者多围绕地震学、地质构造学方面展开研究，本文将从形变角度入手，借助GPS形变资料给出该研究区运动与形变场的变化情况，探讨此次门源地震前不同时期形变场的变化特征。
1 地震震源机制不同研究机构已给出2022年门源MS6.9地震震源机制解，全球矩心矩张量(GCMT)给出震中位置为37.80°N、101.31°E，震源深度14.8 km，节面Ⅰ走向104°、倾角82°、滑动角1°，节面Ⅱ走向14°、倾角89°、滑动角172°，矩震级MW6.7，发震位置位于海原断裂带西段的冷龙岭断裂(图 1)，即冷龙岭断裂西端与西侧托莱山断裂的交汇地区。中国地震台网中心给出震中位置为37.68°N、101.62°E，震源深度10 km，节面Ⅰ走向335°、倾角56°、滑动角97°，节面Ⅱ走向143°、倾角35°、滑动角80°。从2次地震的触发断裂看，2022年门源地震发生在冷龙岭断裂西段，2016年门源地震发震断层则为冷龙岭北侧断裂，为冷龙岭断裂的伴生断裂；从震源机制性质看，2022年门源地震表现为左旋走滑运动，2016年门源地震则为逆冲型地震[4-6]。由此可见，2次地震在发震断裂与震源机制性质上存在较大差异，两者之间并不存在直接的内部联系。
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图 1 青藏块体东北缘地区断裂带及地震震中分布 Fig. 1 Fault zone and epicenter distribution in the northeastern margin of Qinghai-Tibet block |
“中国大陆构造环境监测网络”项目[7]主要用于监测中国大陆地壳运动、重力场形态及其变化，由260个连续站和2 000个流动站组成，每2 a观测一期(图 2)。本文所用数据为剔除运动方向和观测误差与周围测站差异较大的GPS站点后的速度场结果，因此在某个站点位置上可能会出现4期数据不全的情况，且点位密度越大，解算的应变率场结果越精细。同时，利用位移与应变的偏导关系，可获取水平应变率场[8]。研究区主应变率、最大剪应变率、面膨胀率如图 3、4、5所示。
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图 2 青藏块体东北缘地区GPS水平运动矢量图 Fig. 2 GPS horizontal motion vector map in the northeastern margin of Qinghai-Tibet block |
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图 3 研究区主应变率 Fig. 3 Principal strain rate in the study area |
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图 4 研究区最大剪应变率 Fig. 4 Maximum shear strain rate in the study area |
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图 5 研究区面膨胀率 Fig. 5 Surface expansion rate in the study area |
由GPS原始形变场资料可知，2013~2015年周期应变场整体运动方向为NEE，在受到武威北侧阿拉善块体阻挡作用后，地壳物质流转向东偏，年运动速率自西向东递减。由图 3(a)可见，该期具有明显的应变特征，即门源同纬度带存在东西向主压-主拉应变特征交替出现的现象，量值约为(8.0~10.0)×10-8/a。而震中同纬度地区存在NE-NEE向一致的压性应变特征，最大压应变率区域位于震中西侧附近，由此可知，本期主应变在震中附近以压性特征为主。由图 4(a)可见，最大剪应变率高值区集中在门源县附近，其西北方向的震中则位于等值线高密度梯度带内。由图 5(a)可见，门源县地区东西两侧交替出现面压缩现象，冷龙岭断裂及其南侧区域均出现交替变化的膨胀-压缩速率场，震中位于门源县西侧由正转负(膨胀转压缩)的高梯度过渡带内。同时，2016年门源地震震中位于门源县西北侧的高密度正负转换带内。
3.2 2015~2017年周期应变场由图 2可知，在未扣除2016年门源MS6.4地震同震形变的情况下，相较于2013~2015年周期，2015~2017年周期GPS速度场在NEE方向的运动速率有所变化，青藏块体内部运动速率明显减弱，而在古浪、永登及其以东地区，运动速率一致性增大，方向普遍较上个周期向北偏移。由图 3(b)可知，主应变率场在此次地震震中附近仍出现NE向较大的主压应变，南部共和地区普遍出现EW方向的压性特征，冷龙岭断裂西段与托莱山断裂NE、NEE向的压性特征明显减弱。由图 4(b)可见，最大剪应变率场比上个周期整体大幅减小，高值区由门源附近区域转移至西宁以南地区，上个周期最大剪应变高值区的显著减弱以及南向转移，反映出2016年门源地震后该地区内部应力调整的过程。由图 5(b)可见，面膨胀率整体表现稳定，与最大剪应变率较上个周期的变化特征一致。这种面膨胀或面压缩强度由强骤然减弱的现象，可能与震后区域应力调整有关。
3.3 2017~2019年周期应变场2017~2019年GPS形变运动继承了2015~2017年周期的减弱趋势，同站点运动速率较前2个周期普遍减缓，个别站点运动速率增大，除个别点位出现偏移较大的情况外，整体保持以往的NEE向运动。由图 3(c)可见，前2个周期对应的NS、NE向压性速率减弱，但仍表现出NS、NE向压性运动，速率约为(3.0~7.0)×10-8/a，这也反映出2016年门源地震逆冲为主的运动性质。由图 4(c)可见，继2015~2017年周期最大剪应变高值区向南转移后，本期高值区仍徘徊于西宁-循化一带，应变速率与上个周期相似，仍维持低速应变状态，约为5.0×10-8/a。在等值线形态上，自门源向北至祁连山北缘断裂，形成平行于托莱山断裂、冷龙岭断裂的等值线梯度带。由图 5(c)可见，本期面膨胀率场明显呈现以震中为中心的正-负-正-负等值线四象限分布状态，冷龙岭断裂西段与托莱山断裂东段位于四象限中心，该分布规律与祝意青等[9]的研究结果类似，且本期青藏块体东北缘地区压缩与膨胀密度较上个周期有所增强。
3.4 2019~2021年周期应变场GPS水平运动速度场在2022年门源地震发生前并未出现异常，但托莱山断裂-冷龙岭断裂南北运动速率较上个周期存在差异，托莱山断裂-冷龙岭断裂北侧的金昌-武威一带运动速率有增大迹象。由图 3(d)可见，主应变率场在经历2015~2017年、2017~2019年2个周期的持续减弱后，震中附近首次出现NW-SE向拉张特征，方向基本与冷龙岭断裂西段走向一致，该方向的骤然拉张特征反映出本次地震的走滑运动性质。由图 4(d)可见，最大剪应变率场同样在经历第二、三周期的弱化后，高值区又回归至震中附近，约为11.0×10-8/a。由图 5(d)可见，面膨胀率在2016年门源地震后出现与2017~2019年周期相同的正-负-正-负交替变化的等值线四象限分布特征，且震中位于四象限中心附近。该震中与四象限分布特征的关系在2016年新疆呼图壁MS6.2地震探讨中已有印证[10]，该特征可能可以作为中强地震的形变前兆信息。
4 结语基于4个周期GPS水平运动速度场的形变数据，计算并给出相应时期的主应变率、最大剪应变率、面膨胀率等应变场结果，在探讨研究区各周期局部应变场时空演化特征后，初步获得以下认识：
1) 在经历第一周期门源南侧整体EW向的压-拉高强度应变过程，以及第二、三周期的持续减弱应变后，2019~2021年震中附近出现沿冷龙岭断裂走向的主拉应变，约为15.0×10-8/a，该NW-SE向的巨幅张性应变从力学与运动学等角度支撑了此次地震走滑性质的运动事实，而第二、三周期主应变场的衰减可理解为2016年门源地震后的应力调整。
2) 应关注最大剪应变率场高值集中区，2016年、2022年门源地震前第一、四周期高值区空间位置的分布对地震风险区的研判具有一定指示作用。
3) 面膨胀率场的正-负分布主要体现在2个重点形态上：一是位于正-负转换区高密度梯度带内部；二是位于正-负-正-负等值线交替出现的四象限中心区域。如2016年门源地震前的2013~2015年周期，震中位于正-负变化的高梯度带内，而此次门源地震震中则位于2017~2019年、2019~2021年周期等值线四象限中心附近。因此，面膨胀、面压缩四象限中心的变化特征可作为中强地震的形变前兆信息。
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2. The Second Monitoring and Application Center, CEA, 316 Xiying Road, Xi'an 710054, China