0 引言

据中国地震台网测定，2022年3月17日08时26分在甘肃张掖市肃南县发生M_S 5.1地震（39.02°N，97.66°E），震源深度9 km，截至4月30日，共记录M_L≥1.0余震7次，其中M_L 2.0—2.9地震5次，M_L 3.0—3.9地震2次，最大余震为3月17日8时37分青海天骏M_L 3.4地震。

2022年肃南M_S 5.1地震发生在2022年度“甘肃嘉峪关至青海门源6.0级左右年度地震重点危险区”附近16 km处，震中位于祁连山地震带西段，与距离最近的断层——疏勒南山断裂相距约6 km，震源机制解显示，该地震为走滑型破裂。

本文针对此次肃南M_S 5.1地震，详细介绍了震中地区构造背景、区域历史地震活动特征、震源机制、地震序列衰减特征及序列参数计算结果，并总结分析了震前出现的地震活动异常和地球物理观测异常，以便为祁连山地震带中强地震中短期地震预测积累震例资料。

1 构造背景和历史地震

2022年甘肃肃南M_S 5.1地震发生在青藏高原前缘祁连山地震带西段，位于青藏Ⅰ级活动区的祁连Ⅱ级活动地块和西域Ⅰ级活动区的阿拉善Ⅱ级活动地块交界处，祁连山地震带西段属祁连山主体地区，地质构造复杂，东段为陇西盆地及局部隆起地区（图 1）。祁连山在早古生代作为洋盆出现在阿拉善地块和泛柴达木地块之间，白垩纪以来经拉萨地块和羌塘地块的碰撞出现隆升剥蚀，构成青藏高原东北缘边界，晚新生代以来青藏高原快速挤压隆升并向NE方向持续扩展，祁连山地区发生NE向挤压缩短、顺时针旋转和SEE向的挤出构造变形，形成NWW向的山系和山间盆地（Tapponnier et al，1990, 2001；许志琴等，2004；袁道阳等，2004；戚帮申等，2016；Sun et al，2023）。

中生代起祁连山逐步向北逆冲推覆在酒泉盆地之上，产生一系列逆冲断裂活动，白垩纪—新近纪地层不整合在逆冲断裂之上，在新生代继续活动，并使山体不断朝北推进。距肃南M_S 5.1地震震中仅6 km的疏勒南山断裂位于祁连山体内部，长约150 km，总体走向NW，断层性质为左旋走滑兼逆断，最新一次活动时代为晚更新世（徐锡伟等，2016）。在志留纪至第四纪，祁连山地区地层中均发现有丰富的古地震记录，基于在上三叠统砂岩中发现的大量地震成因液化变形，祁连—海原断裂带在晚三叠纪开始活动，与印支期造山地震相一致（Du et al，2001；李海兵等，2004；杨剑萍等, 2008, 苏德辰等，2013）。

肃南M_S 5.1地震震中所在海原—祁连断裂带是青藏高原东北缘重要的大型地质与地球物理场边界之一。戈壁—阿拉善块体与东部鄂尔多斯块体表现为大范围重力高异常，青藏高原东北缘整体重力低异常，且具明显分区性，呈相间平行排列，揭示了该区域在青藏高原NE向挤压应力下，地壳发生复杂强烈变形，造成东北缘地壳破碎化（姜文亮等，2017）。青藏高原东北缘构造变形场在北部受到戈壁—阿拉善块体、东部受到鄂尔多斯块体的强烈挤压阻挡作用，发生顺时针旋转变化（Tapponnier et al，1990；葛伟鹏等，2013），造成该区构造活动强烈，强震频繁发生（Guo et al，2022）。

祁连山地震带历史地震活动强度大、频次高（张培震，1999；张培震等, 2003, 2013；刘泽民等，2022；许英才等，2022；Jia et al，2023），其中1920年在祁连山地震带东段发生海原8½级地震，1927年在中段发生古浪8.0级地震，1932年在西段发生昌马7.6级地震，1954年在祁连山地震带北部龙首山断裂带上发生山丹7.3级地震。1900年以来，在此次肃南M_S 5.1地震震中100 km范围内发生5级以上地震10次，其中5.0—5.9级地震8次，6.0—6.9级地震2次，震级最大的为1927年3月16日青海海西州天峻县6.0级地震，与本次肃南地震距离约59 km，发生时间最近的为2022年1月23日青海海西州德令哈市M_S 5.8地震，与本次肃南地震距离约69 km，空间距离最近的为2001年7月11日甘肃张掖市肃南县M_S 5.3地震，距离约21 km。

中国地震台网中心（CENC）和中国地震局地震预测研究所（IEF-CEA）分别给出肃南M_S 5.1地震主震的震源机制解，结果显示，两家机构所得震源机制解结果走向和倾向相近，但滑动角相差较大（表 1，图 2）。结合区域地质背景和构造环境，主震震中位于青藏高原东北缘前缘位置，受到印度板块NE向挤压作用，断层滑动方向应与中国地震台网中心结果较为一致，综合分析认为此次肃南地震为一次走滑型破裂。

2 肃南地震序列活动特征

2022年3月17日至4月30日，在肃南M_S 5.1地震余震区共记录M_L≥1.0余震7次，其中M_L 2.0—2.9地震5次，M_L 3.0—3.9地震2次，最大余震为3月17日8时37分青海天骏M_L 3.4地震（表 2，图 2，图 3）。

肃南地震序列中M_S 5.1主震（M_L 5.2）与最大余震（M_L 3.4）的震级差为1.8，主震释放能量约占序列的99.95%，显示5.1级主震释放了此次地震序列的主要能量，综合震级差和主震释放能量比例，此次地震序列应为主余型（蒋海昆等，2006）。从空间分布看，余震活动集中在主震震中10 km范围内，沿近NE—SW向展布，余震区展布长约8 km，宽约3 km，最大余震位于主震以南，距离约2 km（图 2）。

3 震前异常特征

2022年肃南M_S 5.1地震发生前，其震中所处位置附近地震活动异常偏少，仅祁连山地震带5级地震成组活动被认为与此次地震有一定相关性。地球物理观测方面，震中200 km范围内地球物理异常测项共6项，其中5项为趋势异常，1项为短期异常；此外，震中所处西北地区震前出现地磁低点位移、逐日比异常和加卸载响应比异常现象。

3.1 地震活动异常

2021年5月22日青海玛多M_S 7.4地震发生后，我国西北地区（31°—43°N，89°—109°E）中强地震活跃，发生了2022年1月8日青海门源M_S 6.9和1月23日青海德令哈M_S 5.8地震，此后祁连山地震带进入5级地震成组活动时段。统计结果显示，1900年以来至2022年门源M_S 6.9地震前，祁连山地震带共出现6次5级地震成组活动现象，其成组时间均超过1个月，且最长成组时间不超过3个月（表 3）。2022年德令哈M_S 5.8地震发生后，认为祁连山地震带后续3个月内具有发生5级及以上地震的可能，其R值评分为0.09，而此次肃南M_S 5.1地震即在德令哈M_S 5.8地震后约53天发生，符合震例总结规律。

3.2 地球物理观测异常

2022年肃南地震震中300 km范围内，地球物理观测台站主要布设钻孔应变、垂直摆、水平摆、重力、地磁、水位、气氡等测项，共168个观测台项，震前异常测项共14项，其中形变12项、电磁1项、流体1项，主要为趋势异常。其中：震中100 km范围内有测项44项，异常测项1项，占比2.3%；震中101—200 km范围内有测项78项，异常测项6项，占比5%。震中200—300 km范围内有测项46项，异常测项8项，占比17%（图 4）。

（1）高台钻孔倾斜异常。自2021年10月15日至2022年门源M_S 6.9地震前，高台钻孔倾斜NS分量呈持续加速N倾变化，门源地震后在短期波动后恢复原速率变化趋势[图 5(a)]，直至2022年3月26日德令哈M_S 6.0地震的发生，N倾趋势呈转折变化。此次肃南M_S 5.1地震发生在门源地震与德令哈地震期间，考虑到其震级偏低，且NS分量异常转折变化时间与之对应性不高，因此认为该项异常与此次地震的发生关系不大。

自2022年3月8日开始，高台钻孔倾斜EW分量呈加速W倾变化[图 5(b)]，在加速过程中发生德令哈M_S 6.0地震，且加速变化时间与此次地震对应性不高，因此认为该项异常与此次地震的发生关系不大。

（2）安西垂直摆及洞体应变异常。自2021年12月16日开始，安西垂直摆NS分量呈加速上升N倾异常[图 6(a)]；自2022年2月27日开始，安西垂直摆EW分量呈加速W倾变化[图 6(b)]。在NS、EW分量异常变化期间，先后发生肃南M_S 5.1、德令哈M_S 6.0地震，考虑到此次肃南地震震级偏低，且异常转折变化时间与之对应性不高，因此认为安西垂直摆异常变化与此次肃南M_S 5.1地震的发生关系不大。

自2022年1月9日起，安西洞体应变NS分量呈快速下降压缩变化，在2022年1月23日德令哈M_S 5.8地震发生后逐渐转为拉张变化[图 6(c)]，并于肃南M_S 5.1地震和德令哈M_S 6.0地震后再次呈压缩趋势变化。考虑到此次肃南地震震级偏低，且异常转折变化时间与之对应性不高，因此认为安西洞体应变异常与此次肃南M_S 5.1地震的发生关系不大。

（3）嘉峪关气氡。嘉峪关气氡位于此次肃南地震震中NE向100 km处。该测项自2015年开始趋势上升，至2017年7月底月均值达历史最高值87 Bq·L^-1，之后呈趋势下降变化，持续至今。根据年最高值计算，气氡累计下降14 Bq·L^-1。2022年肃南M_S 5.1地震前，嘉峪关气氡未出现短期异常变化，且在趋势下降过程中台站周边400 km范围内发生了2019年9月16日张掖M_S 5.0、2021年8月26日阿克塞M_S 5.5、2022年1月8日门源M_S 6.9和1月23日德令哈M_S 5.8等4次5.0级及以上地震（图 7）。鉴于异常的复杂性和孕震过程的不确定性，难以判定该异常是否与此次肃南M_S 5.1地震有关。

（4）2022年2月23日地磁低点位移异常。地磁低点位移法为目前用于我国大陆地区地震地磁预测的一种重要方法。我国位于中低纬度地区，地磁垂直分量在磁静日的日变化形态类似V字形，其日变化曲线极小值时间一般出现在地方时12时前后，在空间上整体呈现为缓变过程，但在某些日期，一个大区域的低点时间明显与另一个大区域的不同，而每个大区域内部的低点时间基本一致，2个区域之间的低点时间有明显的突变分界线，低点时间相差一般在2小时以上，这条突变分界线被称为“地磁低点位移线”，这种现象称为“地磁低点位移异常”（丁鉴海等，2009）。地磁低点位移实质上是地震前地磁垂直分量日变化相位的改变现象（王亚丽等，2009）。

2022年2月23日，我国大陆西北部地区出现地磁低点位移异常（图 8）。依据地磁低点位移预测规则，异常出现后第27天及41天前后在异常线附近有发生5级以上地震的可能。2022年3月17日甘肃肃南M_S 5.1地震发生在异常出现后的第22天，接近第一个预测时间点，基本符合异常预测指标。因此，该地磁低点位移异常可能为此次肃南M_S 5.1地震的震前异常。

（5）2021年11月25日地磁逐日比异常。2021年11月25日我国西北地区出现地磁日变化相关超阈值现象，阈值线穿过新疆、甘肃、青海、内蒙古等地，综合日变化空间相关指标，分析认为，在地磁日变化高于3.0的异常区内，2022年8月25日前有发生5.5级左右地震的可能，但阈值线高曲率特征不明显，无法预测明确的发震地点（图 9）。2022年3月17日甘肃肃南M_S 5.1地震发生在阈值线附近，认为该地磁逐日比异常可能为此次肃南M_S 5.1地震的震前异常。

（6）2021年12月12日地磁加卸载响应比异常。2021年12月12日，新疆、青海、甘肃等地区出现地磁加卸载响应比超阈值现象（图 10），阈值线曲率较高位置地处新甘青交界区域。据以往震例总结，地震多发生在异常日阈值线曲率较高处，因此预测2022年9月11日前新甘青交界区域（圈内）有发生5.5级左右地震的可能。该异常可能为此次肃南M_S 5.1地震的震前异常。

4 讨论与结论

2022年1月8日青海门源M_S 6.9和1月23日青海德令哈M_S 5.8地震发生后，祁连山地震带进入5级地震成组活动时段。肃南M_S 5.1地震的发生时间距德令哈M_S 5.8地震约53天，符合地震成组活动特征，显示祁连山地震带可能进入5级地震活跃阶段，3月26日德令哈再次发生M_S 6.0地震，表明此次肃南地震应属于最近一组5、6级地震活动。

祁连山地震带历史地震频度高、强度大，曾发生多次7级及以上甚至8级强震。目前该区域仍处于地震活跃时段，为5、6级地震成组活动，强度最高的地震为2022年1月的青海门源M_S 6.9地震。据宋治平等（1999）、杨立明等（1999）的研究，该地震带后续地震成组活动有可能持续，表明研究区仍具有发生中强地震的可能。

文中针对此次肃南M_S 5.1地震，从构造背景、震源参数、序列特征和震前异常现象等方面进行了总结分析，并获得以下认识：

（1）肃南M_S 5.1地震发生在青藏高原前缘祁连山地震带西段，该地属地震多发区。震中靠近疏勒南山断裂，是一次走滑型地震。主震前后地震活动特征显示，此次肃南M_S 5.1地震序列为主震—余震型序列。

（2）肃南M_S 5.1地震序列余震活动呈现衰减趋势，截至2022年4月10日，共记录M_L≥1.0余震4次，呈明显衰减趋势。

（3）肃南M_S 5.1地震震中附近地球物理观测异常，与肃南地震并无较好对应性。震前震中周边地球物理观测异常多为趋势异常，短期变化特征不突出。仅存在高台钻孔倾斜短期异常，但异常转折变化时间与此次地震对应性不强，均非此次肃南M_S 5.1地震异常。

（4）肃南M_S 5.1地震与后续于3月26日发生的青海德令哈M_S 6.0地震的发生均符合地磁3项异常的预测指标，在以往震例中也存在一次异常对应一组地震活动的情况，因此该地磁异常预测对象为肃南M_S 5.1、德令哈M_S 6.0等地震成组活动，并不仅仅对应肃南M_S 5.1地震。

综上所述，此次肃南M_S 5.1地震发生前仅地震活动异常可作为其映震异常，地磁低点位移、逐日比异常和加卸载响应比异常等趋势异常震后仍然存在，表明震中及附近地区未来仍有发生中强地震的可能性。

本文撰写得到王海涛研究员和刘杰研究员的指导和鼓励，蒋海昆研究员、晏锐研究员、孟令媛研究员、闫伟教授级高工和余怀忠研究员亦给予帮助，中国地震台网中心国家地震科学数据中心（http://data.earthquake.cn）提供数据支撑，在此对他们及中国地震台网中心预报部同事的辛苦工作，一并表示衷心感谢。