2021, Vol. 64
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郝洪涛1,2△,
韩宇飞4,
赵云峰5,
刘金钊6,
郑兵7,
张新林1,3,
张毅1,2,
李忠亚1,3,
王嘉沛1,3,
汪健1,3,
尹鹏1,3,
吴云龙1,2,
韦进1,2,
吴桂桔1,2
2. 防灾科技学院, 河北廊坊 065201;
3. 武汉引力与固体潮国家野外科学观测研究站, 武汉 430071;
4. 中国地震台网中心, 北京 100000;
5. 中国地震局第二监测中心, 西安 710000;
6. 中国地震局第一监测中心, 天津 300000;
7. 四川省地震局, 成都 610000
, HAO HongTao1,2, HAN YuFei4, ZHAO YunFeng5, LIU JinZhao6, ZHENG Bing7, ZHANG XinLin1,3, ZHANG Yi1,2, LI ZhongYa1,3, WANG JiaPei1,3, WANG Jian1,3, YIN Peng1,3, WU YunLong1,2, WEI Jin1,2, WU GuiJu1,2
2. Institute of Disaster Prevention, Hebei Langfang 065201, China;
3. National Observation and Research Station of Gravitation and Earth Tide, Wuhan 430071, China;
4. China Earthquake Networks Center, Beijing 100000, China;
5. The Second Monitoring and Application Center, China Earthquake Administration, , Xi'an 710000, China;
6. The First Monitoring and Application Center, China Earthquake Administration, Tianjin 300000, China;
7. Sichuan Earthquake Administration, Chengdu 610000, China
2021年5月22日，青海省果洛藏族自治州玛多县发生MS7.4地震，震中位于巴颜喀拉块体北边界以南(98.34° E，34.59° N)、震源深度17 km(中国地震台网)，初步判断发震断裂为玛多—甘德断裂带(詹艳等，2021)，地震序列精定位显示发震断裂为昆仑山口—江错断裂(王未来等，2021)，GCMT的快速震源机制解显示本次地震为走滑兼正断性质事件.地震所在的巴颜喀拉块体是21世纪以来我国MS7.0大震活动的主体区域，其东部地区近十余年以来就先后发生过2008年四川汶川MS8.0、2010年青海玉树MS7.1、2013年四川芦山MS7.0、2017年四川九寨沟MS7.0等大地震.
大地震的孕育和发生与活动块体边界构造密切相关(张培震等，2013).块体边界带往往是地壳构造变化区域，可能呈现与强震孕育相关的重力场均衡背景(王谦身等，2008；张永谦等，2010；陈石等，2011；付广裕等，2015；付广裕和王振宇，2020).震前更有可能观测到显著的重力变化(贾民育和詹洁晖，2000；申重阳等，2009；祝意青等，2015)，且依据重力变化范围、量级，及其时间演化过程，可以对强震地点进行一定程度的中长期预测(祝意青等，2018；胡敏章等，2019).因此，开展大震震区重力均衡背景和震前重力场变化的研究对深入理解其孕育和发生机理、提高未来区域强震预测能力均有较重要意义.
本文拟基于岩石圈挠曲均衡模型，利用EIGEN6C4重力场模型(http://icgem.gfz-potsdam.de)和SIO V15.1地形数据(http://topex.ucsd.edu)，计算震区及周边岩石圈有效弹性厚度(Te，effective elastic thickness)和挠曲均衡重力异常，分析区域孕震环境；利用地震流动重力监测资料，提取震前重力场变化图像，分析区域重力变化过程.研究结果可为区域大地构造环境、大震孕育机理等研究，以及后续震情演化分析提供参考.
1 区域构造背景新生代以来印度—欧亚板块的持续碰撞造成了青藏高原的剧烈隆升、地壳缩短和增厚(Wang et al., 2001；Zhang et al., 2004；Gan et al., 2007)，并形成了主要以大型走滑断裂带为边界的活动块体构造(张培震等，2003).其中，巴颜喀拉块体是目前地震最为活跃的区域，中国大陆近20年来所有MS7.0以上地震均发生在该块体周缘.
巴颜喀拉块体北边界为东昆仑断裂带，是一条近EW走向的巨型左旋走滑断裂带，是控制青藏高原物质东向运动的重要边界带(Tapponnier，2001).自西向东，断裂带滑动速率逐步减小，由西部格尔木—玛沁段约10 mm·a-1向东衰减至玛曲段约5 mm·a-1，至东部末端的塔藏段进一步衰减至3 mm·a-1以下(Van der Woerd et al., 2000, 2002；李陈侠，2009；Ren et al., 2013).震源机制解也显示，东昆仑断裂带主要发生左旋走滑型地震(闻学泽等，2011).
巴颜喀拉块体南边界为甘孜—玉树—鲜水河断裂带，是一条NW向左旋走滑断裂带.甘孜—玉树—鲜水河断裂带总体左旋走滑运动速率较大，其中玉树断裂带晚更新世晚期以来平均速率为12.5 mm·a-1，而鲜水河断裂带平均约10 mm·a-1(闻学泽等, 2003, 2011).整个边界断裂带均强震活跃，尤其是作为巴颜喀拉和川滇菱形块体边界的鲜水河断裂带，自有地震记录以来就发生过8次MS7.0以上大地震.
向东运动的巴颜喀拉块体被四川盆地阻挡，形成龙门山逆冲推覆构造带，为其东边界.龙门山构造带自西向东主要由汶川—茂县断裂、映秀—北川断裂和灌县—江油断裂等三条主干断裂组成，呈叠瓦状向四川盆地内逆冲推覆，约到20多公里深处合并形成一条剪切带(张培震等，2008).地震地质研究的万年时间尺度和GNSS观测的现今地壳运动速率均表明，龙门山构造带形变以水平缩短-挤压逆冲为主、伴有水平剪切运动(张培震等，2008；闻学泽等，2011).
除边界带外，巴颜喀拉块体内部也发育有一系列断裂带.其中，龙日坝断裂带东西两侧GNSS运动速率明显不同，是块体内部构造分界带，将巴颜喀拉块体分成东南部的龙门山次级块体和西北部的阿坝次级块体(徐锡伟等，2008；陈长云等，2013).龙门山次级块体内部除龙门山构造带外，还分布有岷江断裂带、虎牙断裂带等，与塔藏断裂等构成东昆仑断裂带东端的系列分支断裂.2017年九寨沟MS7.0地震即发生在岷江、虎牙、塔藏三条断裂带交汇部位(徐锡伟等，2017).阿坝次级块体内部主要分布有NW向的玛多—甘德、达日、五道梁—长沙贡玛等系列左旋走滑断裂带.达日断裂带控制了1947年达日MS7.7地震，而玛多—甘德断裂带则初步判定为本次MS7.4地震的发震断层(梁明剑等, 2014, 2020；詹艳等，2021).
2 岩石圈有效弹性厚度与均衡重力异常计算 2.1 计算方法根据岩石圈挠曲均衡模型，Moho面在地形等载荷作用下将发生挠曲形变，而岩石圈有效弹性厚度(Te)是决定其形变量的关键参数之一(Watts，2001).通过对地形和重力异常数据进行谱分析等，可定量计算岩石圈有效弹性厚度，为区域地震构造背景研究提供参考(McNutt，1979；Kirby，2014；郑勇等，2012；李永东等，2013；陈波，2013).
本节利用SIO V15.1地形数据(图 1)和EIGEN6C4重力异常(图 2)，基于空域法计算玛多MS7.4地震震区及周边岩石圈有效弹性厚度及均衡重力异常(赵俐红等，2004；Jordan and Watts, 2005；姜效典等，2014；胡敏章等，2020).与谱分析方法相比，空域法具有可顾及岩石圈强度横向变化的优势.根据岩石圈挠曲均衡模型，在地形载荷q(可记为ρcgh)和水平应力场(σxx，σyy，σxy)作用下，岩石圈的挠曲形变(以Moho挠曲表征)微分方程为(van Wees and Cloetingh, 1994)
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图 1 2021年青海玛多MS7.4地震震区及周边地形与大地构造 震源机制解为GCMT快速解，历史MS5.0以上地震为来自中国地震台网(https://news.ceic.ac.cn/)1500年以来地震记录，3级以上余震为截止到5月27日的中国地震台网记录.地形数据为来自斯克利普斯海洋研究所的地形模型SIO V15.1. Fig. 1 The tectonic settings around the Madoi MS7.4 earthquake area The focal mechanism solution is the fast solution of GCMT, and the historical earthquakes larger than MS5.0 are from China seismic network (https://news.ceic.ac.cn/), according to the records of earthquakes since 1500, the aftershocks with MS≥3.0 are records from China seismic network before May 27, 2021. The background topography model is downloaded from Scripps Institute of Oceanography, SIO V15.1. |
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图 2 2021年青海玛多MS7.4地震震区及周边EIGEN6C4模型布格重力异常(1 mGal=1×10-5m·s-2) Fig. 2 The EIGEN6C4 Bouguer gravity anomalies around the Maduo MS7.4 earthquake, 2021, in Qinghai Province(1 mGal=1×10-5m·s-2) |
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式中岩石圈抗挠刚度D=ETe3/12(1-υ2)，E为杨氏模量，Te为岩石圈有效弹性厚度，w为岩石圈挠曲，υ为泊松比，dρ=ρin-ρm为地幔密度与挠曲填充物质密度之差.
当顾及岩石圈有效弹性厚度的横向变化时，可采用有限差分方法求其数值解，即以中心差分公式代替(1)
式中的偏导数，将此偏微分方程转换成线性方程组以获得其数值解，即
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(2) |
式中W=(w1, w2, …, wi, …, wMN-1, wMN)T，H=C2(h1, h2, …, hi, …, hMN-1, hMN)T为MN行列向量(以从左到右、从上到下的顺序排列)，
基于岩石圈挠曲均衡理论，以地形数据为输入载荷，根据公式(2)计算地形载荷作用下产生的Moho面挠曲，进而计算Moho面挠曲引起的布格重力异常，当布格重力异常的计算值与观测值之差的均方根RMS(Root Mean Square)达到最小时，获得Te计算结果，同时区域布格重力异常计算值与观测值之差即为挠曲均衡重力异常.计算过程中采用表 1所示的平均地壳参数，具体数据处理流程参见胡敏章等(2020).
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表 1 岩石圈有效弹性厚度计算时采用的平均地壳参数 Table 1 The theoretical crustal parameters for calculating of Te |
玛多MS7.4地震震中及周边地区岩石圈有效弹性厚度计算结果见图 3，挠曲均衡重力异常见图 4.
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图 3 2021年青海玛多MS7.4地震震区及周边岩石圈有效弹性厚度计算结果 Fig. 3 The lithospheric effective elastic thickness (Te) around the Madoi MS7.4 earthquake, 2021, in Qinghai Province |
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图 4 2021年青海玛多MS7.4地震震区及周边挠曲均衡重力异常计算结果(1 mGal=1×10-5m·s-2) Fig. 4 The calculated flexural isostatic gravity anomalies around the Madoi MS7.4 earthquake, 2021, in Qinghai Province (1 mGal=1×10-5m·s-2) |
从图 3可以看出，巴颜喀拉块体及周边地区岩石圈有效弹性厚度为0~100 km，在青藏高原内部一般小于70 km.总体上，巴颜喀拉块体岩石圈有效弹性厚度较周边块体小，约为0~20 km，即岩石圈强度相对较弱，其内部岩石圈有效弹性厚度自西向东呈减小趋势.北部祁连块体岩石圈有效弹性厚度较小，大部分地区为0~30 km；柴达木块体大部分有效弹性厚度在30 km以上，特别是柴达木盆地格尔木至海西等地区有效弹性厚度达50~80 km，岩石圈强度相对较大.南部羌塘块体大部分地区有效弹性厚度大于20 km，且在块体东部玉树-德格地区存在局部高值，有效弹性厚度达40 km以上.东部四川盆地为稳定地块，成都以东地区岩石圈有效弹性厚度达50 km以上.因此，巴颜喀拉块体处于“南北夹持、东部受阻”的构造态势，强震主要发生在岩石圈强度快速变化的“梯度带”地区，以及有效弹性厚度较小(＜10 km)的区域.玛多MS7.4地震发生在巴颜喀拉块体北部岩石圈强度较弱的区域，有效弹性厚度约15 km.
根据地壳均衡理论，基于与真实地球均衡状态更匹配的均衡模型计算获得的均衡重力异常量值应更小、分布也应更“平缓”.从图 4看，巴颜喀拉块体及周缘地区挠曲均衡重力异常幅度大多在±20 mGal(1 mGal=1×10-5m·s-2)以内，变化平缓，显示该区域岩石圈符合挠曲均衡模式，也间接说明图 3所示岩石圈有效弹性厚度计算结果是可靠的.巴颜喀拉块体边界上的较明显均衡重力异常主要分布在两个地区，一是格尔木以南的北边界地区，沿断裂带存在自南向北由负向正的均衡重力异常条带；二是东部的龙门山断裂带及三岔口地区，沿断裂带分布有正负交替的局部均衡重力异常.这些均衡重力异常较突出的地区，也是MS7.0以上地震多发的区域.
3 震前重力变化 3.1 地震流动重力监测概况自1998年以来，中国地震局联合国家测绘地理信息局、中国科学院等多部委建立了全国性的流动重力监测网络，每2~3年进行一次复测.2008年汶川MS8.0地震后，中国地震局通过综合地球物理场观测等项目，在青藏高原东缘建立了区域地震流动重力监测网.2017年，湖北省地震局(中国地震局地震研究所)牵头，将全国流动重力监测网进行了整合优化，形成了覆盖中国大陆的重力监测网，并计划每年开展1~2期观测，获取重力场变化信息，为地震分析预报和地球科学研究提供基础数据.
图 5所示为玛多MS7.4级地震震区及周边流动重力测网，由21个绝对重力测点和450个相对重力联测点组成.青藏高原东部地区，2018以前，每2~3年观测1期，2018年以来每年观测1期；位处南北地震带、河西走廊的四川、甘肃等地区，每年观测2期.需要注意的是，青海省内格尔木—五道梁测线与玛多—玉树测线之间的南北两条连接线均是2017年青藏高原东缘测网改造时增加的测线，2018年以来才形成稳定可靠的观测.
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图 5 2021年青海玛多MS7.4地震震区及周边流动重力测网 Fig. 5 The repeated gravimetry network around the Madoi MS7.4 earthquake, 2021, in Qinghai Province |
流动重力观测采用绝对重力控制下的相对重力联测方法完成.绝对重力测量主要由湖北省地震局采用FG5型高精度绝对重力仪完成、部分测点由中国地震局第二监测中心利用A10型便携式绝对重力仪完成；相对重力联测则由中国地震局第二监测中心、四川省地震局、中国地震局第一监测中心、湖北省地震局等采用BURRIS、LCR、CG5/6等型号的高精度相对重力仪完成.
为保持区域数据资料完成性，本文主要对2015年以来每年9月前后观测获取的流动重力资料进行了处理.以绝对重力为起算基准，采用经典平差方法计算了测网每期重力点值，并通过作差计算获取了测点重力变化.相对重力仪的格值等参数采用绝对重力控制下的直接计算结果，各期数据选用、仪器参数见表 2，数据解算精度情况见表 3.从表 3看，各期计算结果点值精度约为2~30×10-8m·s-2，4个年度观测结果点值平均精度均优于15×10-8m·s-2，2018—2020年的点值平均精度更是优于10×10-8m·s-2，显示流动重力观测精度较高，数据处理结果可靠.
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表 2 2021年青海玛多MS7.4地震震区及周边流动重力数据选用、仪器参数统计 Table 2 Statistics about the selected gravimetry data and instruments′ parameters used around the Madoi MS7.4 earthquake, 2021, in Qinghai Province |
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表 3 2021年青海玛多MS7.4地震震区及周边流动重力数据解算精度(单位：10-8m·s-2) Table 3 Statistics of the gravimetry data processing accuracy around the Madoi MS7.4 earthquake, 2021, in Qinghai Province (Unit: 10-8m·s-2) |
尽管2018年以前青藏高原地区流动重力观测网非常稀疏，但利用依托陆态网络工程建立的格尔木—五道梁和玉树—玛多两条测线，以及东部的区域流动重力测网，我们提取了本次地震周边地区2015年以来的流动重力变化.
(1)2015年以来的累积重力变化
以2015年度观测结果为基准，将2018、2019、2020年观测结果与之作差，计算获得3~5年的累积重力变化.图 6(a、b、c)分别展示了2015年以来玛多MS7.0地震前3、4、5年的累积重力变化特征，显示本次地震周边地区存在较显著的重力变化，地震发生在重力正-负变化的高梯度带.
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图 6 2015年以来累积重力变化 (a) 2015—2018年累积重力变化；(b) 2015—2019年累积重力变化；(c) 2015—2020年累积重力变化(1 μGal=1×10-8m·s-2). Fig. 6 Cumulative gravity change since 2015 (a) Cumulative gravity change during 2015—2018, (b) cumulative gravity change during 2015—2019, and (c) cumulative gravity change during 2015—2020 (1 μGal=1×10-8m·s-2). |
2015—2018年(图 6a)的3年累积重力变化显示，玛多震区及周边重力场变化呈西北负-东南正的特征，震中东南局部正重力变化量级超过75×10-8m·s-2，正负重力变化差异超过100×10-8m·s-2.
2015—2019年(图 6b)的4年累积重力变化显示，玛多震区及周边重力场变化继续维持了西北负-东南正的态势，重力场变化等值线在震中南部平行于断裂带走向，至东部转向为垂直，震中东南局部正重力变化量级稍减，但依然达60×10-8m·s-2以上，正负重力变化差异超过90×10-8m·s-2.
2015—2020年(图 6c)的5年累积重力变化显示，区域重力场总体上自西向东呈正-负-正-负的变化趋势，玛多震区及周边重力场呈西负-东正变化特征，重力变化梯度带走向垂直于断裂带，震中东部的局部正重力变化显著，但较图 6(a、b)范围收窄、量级减小，局部超过45×10-8m·s-2，正负重力变化差异超过110×10-8m·s-2.
从累积重力变化看，至少自2018年以来震中周边区域即出现较明显重力变化.震中以西(玉树—玛多测线以西)由于无观测点，重力变化细节不明；震中以东则有较明显的正变化.2019年以来，震中以东正重力变化范围逐步收窄、量级逐步减小，至2020年形成了与断裂带走向垂直的重力变化梯度带.
(2)2018年以来的重力变化
2018年以来，玉树—玛多测线至格尔木—五道梁测线之间增加了少量测点，从图 7(a、b、c)看，震前近两年震中及周边主要呈区域性重力变化，整体幅度较小，震中位于重力变化零值线.
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图 7 2018年以来重力变化 (a) 2018—2019年重力变化；(b) 2019—2020年重力变化；(c) 2018—2020年重力变化(1 μGal=1×10-8m·s-2) Fig. 7 Gravity changes since 2018 (a) Gravity changes during 2018—2019; (b) Gravity changes during 2019—2020, and (c) gravity changes during 2018—2020 (1 μGal=1×10-8m·s-2) |
2018—2019年(图 7a)的1年期重力变化显示，地震周边地区总体呈西北正-东南负的微弱重力变化，震中东南局部负重力变化约-15×10-8m·s-2.
2019—2020年(图 7a)的1年期重力变化显示，地震周边地区总体重力变化微弱，震中附近有局部弱变化，存在重力变化零值线局部变化.
2018—2020年(图 7a)的2年累积重力变化显示，地震周边重力变化呈西南正-东北负的区域弱变化，大致与2015年以来的较长期累积重力变化趋势相反，震中周边地区重力变化依然不大，在±15×10-8m·s-2以内.
从近两年的年际和2年累积重力变化看，2018年以来，玛多地震周边地区重力变化很小，显示震区地壳在震前两年已进入“固化”状态，活动性减弱，但内部应力持续增强.
4 讨论 4.1 Te与大地构造研究区域Te值为0~100 km，与活动块体构造关系密切.
祁连块体岩石圈强度较低(0 km < Te < 30 km)，易于发生形变，是青藏高原与刚性的阿拉善块体汇聚的前缘地带，自第四纪以来发生强烈隆升，内部发育多条活动断裂，地壳形变剧烈，地震活跃(刘小凤等，2005).
柴达木块体Te值较高，特别是柴达木盆地格尔木至海西等地区达50~80 km，与李永东等(2013)给出的50~90 km、Jordan和Watts(2005)给出的50~60 km、Braitenberg等(2003)给出的60~80 km一致.柴达木盆地的高Te值与其为古老克拉通碎片、下伏有古生代地壳这一构造背景相符(Jordan and Watts, 2005; 李永东等，2013).
巴颜喀拉块体是青藏高原物质东向运动的主要区域，Te值为0~20 km，岩石圈强度弱.自五道梁以东，Te由20 km逐步减小至龙门山次级块体的10 km以下.较弱的岩石圈强度也使得在南北“夹持”下的巴颜喀拉块体更易于东向挤出，并在受刚性的四川盆地阻挡后造成地壳变形、缩短、增厚，以及形成逆冲推覆构造等.巴颜喀拉块体东部中下地壳出现低速层结构(Wang et al., 2010；嘉世旭等，2014)，同时具有高导/低阻的大地电磁特性(王绪本等，2009；詹艳等，2021)，表明该区域存在低强度的地壳软弱层.同时，广泛分布的断裂带也会降低岩石圈整体强度，因此巴颜喀拉块体东部特别是龙门山次级块体Te表现为显著低值(＜10 km).
羌塘块体大部分区域的Te大于20 km，五道梁以南出现局部大于30 km的高值区，玉树—德格地区出现局部大于40 km的高值区.这些局部高值区内部构造相对稳定，MS5.0以上地震主要围绕高值区边界区域发生.
综上所述，研究区域岩石圈有效弹性厚度横向变化明显，块体之间岩石圈强度差异较大，块体内部也可能存在局部的高强度岩石圈.Te较小的区域往往是易于发生地壳形变的边界带区域，块体边界多为岩石圈强度变化梯度带.青藏高原东北部这种高Te区域被低Te区域分割的分布形态在印度半岛和澳大利亚均有发现(Jordan and Watts, 2005；Simons et al., 2000).Te反映的这种高原内部岩石圈强度横向差异说明在青藏高原形成过程中，板块碰撞对大陆块体的改造作用不是均一的，岩石圈强度大的块体不易被构造运动所改造，而可能被继承保留下来，形成高原内局部构造稳定的高Te区域.
4.2 Te与强震活动岩石圈有效弹性厚度虽与地球各圈层厚度无直接对应关系，但其作为表征岩石圈整体力学强度的参数，与壳幔物质组成、热状态等相关(Forsyth，1985；Burov and Diament, 1995；安美建和石耀霖，2006).Te计算结果也可以为高原内部构造运动机制等研究提供参考依据(赵俐红等，2004；姜效典等，2014).
从地震分布看，研究区域强震活动主要发生在Te强弱变化的过渡地带，以及Te较小区域的断裂带上.柴达木盆地、羌塘块体内部玉树—德格等局部Te高值区代表了高原内部的局部构造稳定区域，这些区域内部相对少发MS5.0以上中强地震，更无MS7.0以上大地震.巴颜喀拉块体东部、川滇菱形块体北部，岩石圈强度很小(一般Te＜10 km)，反映这些区域岩石圈易于发生构造形变，其地震活动虽不如活动块体边界带频繁，但震级较高原内局部高Te值区域大，例如巴颜喀拉块体东部块体内部就发生过1947年达日MS7.7地震.
本次玛多MS7.4地震发生在巴颜喀拉块体内部，震中Te较小(~15 km)，其北部Te逐渐增大，也属于岩石圈强度由弱向强的过渡地带.发震断层两侧没有发现明显的Te变化，同时挠曲均衡重力异常幅度小(＜20×10-5 m·s-2)，变化平缓，显示在垂向上震中区域处于整体均衡状态，断层的运动应以水平方向的错动为主，这与本次玛多地震以走滑为主的震源机制解一致.
4.3 玛多MS7.4地震前重力变化机理地震实际上是在区域构造应力作用下，应变在活动断裂带上不断积累并达到极限状态后而突发失稳破裂的结果(张培震等，2013).地震的孕育发生过程中必然伴随地球内外的形变、物质迁移等，引起地表重力场的变化.高精度的流动重力复测可以捕捉到大震前重力场有序性变化，并应用于大震地点的预测(祝意青等，2020).
数十年来，学者们根据大地震前后重力变化特征，对震前重力变化机理开展了探索.陈运泰等(1980)在分析1975年海城地震和1976年唐山地震前后重力变化时指出地表观测到的重力变化大部份是质量迁移引起的，并对形变和质量迁移引起的重力变化效应进行了理论上的分析.Li和Fu(1983)采用扩容模式来解释唐山地震前后重力场的变化过程.认为唐山地震前后震中区经历了应力积累压缩(重力增大)-膨胀扩容(重力减小)-发震-震后恢复的过程，并且理论计算的重力变化值与实测值具有较好的一致性.申重阳等(2011)根据对2009年云南姚安MS6.0地震前重力场变化特征的分析，结合震源机制解，指出：震中区相对重力变化四象限分布图像反映出孕震体先存剪应力，并提出了“闭锁剪力”前兆模式，也为震前出现的“梯度带”和“四象限”前兆标志解释提供了一种思路.虽然目前尚未有一种成熟的理论模式能够解释所有观测到震前重力变化现象，但是无论其背后的物理过程为何，地表观测到的重力场变化均可归结为观测点位置变化(地壳形变)和物质迁移(局部密度变化、地下流体运动等)的综合影响(李瑞浩，1990).
观测点随地表垂直运动1 mm引起的重力变化约为0.3086×10-8m·s-2，隆升引起负变化，沉降引起正变化.GNSS和水准测量表明青藏高原处于整体隆升过程中，且其东缘和喜马拉雅山相对于山前盆地隆升速率~6 mm·a-1，而高原内部一般隆升速率1~2 mm·a-1，局部张裂构造区还存在0~3 mm·a-1的沉降(Liang et al., 2013；Hao et al., 2014).尽管大震前可能有较短期的强烈地表垂直运动(张四新等，2008)，但总体上川西高原垂直运动速率约为±10 mm·a-1(高原内部较边缘小得多)，其重力变化影响量级应小于4×10-8m·s-2/a.因此，地表垂直运动不能完全解释观测到的玛多地震前累积重力变化(图 6)，它主要还是来源于地球内部构造运动相关物质迁移的影响.
玛多地震前重力场存在明显的有序性变化，3~5年的累积重力变化自西向东存在大范围的负-正-负变化趋势(图 6)，2018年以来的近期重力变化主要呈西正-东负区域性弱变化，重力变化方向与长期累积变化相反，震中位于重力变化零值线拐弯部位(图 7).负-正-负的累积重力变化态势显示高原物质向东运动过程中，震中以西因物质迁出而呈负重力变化，在震中以东、玛曲—阿坝以西地区堆积而呈正重力变化，玛曲—阿坝以东区域则因物质补充不足而呈负重力变化，显示了震前的构造运动态势.近期的弱重力变化则意味着块体物质迁移达到了新的平衡状态，而震中及周边地区岩石圈则已积累了巨大应力，地震危险性增强.
5 结论本文利用EIGEN6C4重力场模型和SIO V15.1地形数据，基于岩石圈挠曲均衡理论，计算了岩石圈有效弹性厚度和挠曲均衡重力异常，研究了玛多MS7.4地震周边地区重力均衡背景，探讨了区域大地构造特征；基于流动重力观测资料，分析了震前重力变化特征，研究了其可能的重力变化机理.本文的研究可得到如下结论：
(1) 玛多MS7.4地震及周边地区(青藏高原东北部)岩石圈有效弹性厚度为0~100 km，且各活动块体间差异较大.自北往南，祁连块体岩石圈强度较弱，有效弹性厚度为0~30 km；柴达木块体为50~80 km高值；巴颜喀拉块体为0~20 km低值；羌塘块体大部分区域Te大于20 km，且存在玉树—德格等局部大于40 km的高值区.
(2) 岩石圈有效弹性厚度分布与区域块体构造关系密切，青藏高原东北部块体间Te差异明显.Te反映的这种高原内部岩石圈强度横向差异说明在青藏高原形成过程中，板块碰撞对大陆块体的改造作用不是均一的，岩石圈强度大的块体不易被构造运动所改造，而可能被继承保留下来，形成高原内局部构造相对稳定的高Te块体或区域.巴颜喀拉块体Te较其北部柴达木块体和南部羌塘块体均小，易于在南北“夹持”下块体物质的东向运动.
(3) 区域强震活动主要发生在Te强弱变化的过渡地带，以及Te较小地区的断裂带上.块体及其内部的局部Te高值区是构造相对稳定的区域，这些区域内部相对少发MS5.0以上中强地震.岩石圈强度很小的地区(一般Te＜10 km)易于发生构造形变，其地震活动虽不如活动块体边界带频繁，但震级较局部高Te值区域大.
(4) 玛多MS7.4地震前观测到了较长时间尺度的累积重力变化，自2015年以来3~5年的累积正负重力变化差异均达~100×10-8m·s-2，自西向东呈大范围的负-正-负变化趋势，但2018年以来震中及周边地区则以区域性弱变化为主，地震发生在重力变化“零值线”拐弯部位.震前重力变化主要反映的是地球内部构造运动相关物质迁移过程，同时也再次说明MS7.0以上地震重力变化分析应关注长期变化特征，短期的弱变化可能意味着震区地壳已进入“固化”状态，内部应力持续增强.
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