基于GPS數據分析巴顏喀拉塊體邊界強震活動特征

李寧 季靈運 蔣鋒云 朱良玉 劉傳金

摘要：基于巴顏喀拉塊體邊界大地震序列，運用多彈簧滑塊系統理論分析未來各邊界斷裂發生強震的可能時間；基于1991—2016年中國大陸GPS水平速度場數據，采用均勻彈性塊體模型計算了巴顏喀拉塊體各邊界斷裂帶的長期活動特征，并以此作為參考背景，計算了1999—2007、2009—2013、2013—2015、2015—2017、2017—2020年各邊界斷裂帶的活動性質及時空演化特征，同時結合1995年以來發生在各邊界斷裂帶上的M≥7.0地震震源機制解綜合分析強震活動與塊體運動的關系。結果表明：1995年以來發生在塊體各邊界斷裂帶上的M≥7.0地震震源機制與塊體邊界的運動特征一致，這一系列地震可能是由巴顏喀拉塊體向E—SE向運動增強所致。綜合塊體邊界大震序列與塊體相對運動結果認為，未來十年，甘孜—玉樹斷裂、龍門山斷裂南段、東昆侖斷裂帶東段存在發生M≥7.0地震的可能。

關鍵詞：巴顏喀拉塊體；大地震序列；塊體運動；均勻彈性模型；強震活動

中圖分類號：P315.727文獻標識碼：A文章編號：1000-0666（2024）03-0405-14

doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2024.0041

0引言

地震的孕育和發生與斷層活動密切相關。基于GPS、水準、InSAR等大地測量觀測資料研究斷層的運動特征與孕震能力，是分析區域地震危險性的手段之一（季靈運等，2017；李寧等，2018；劉艷慧等，2022；張晨等，2022；康帥等，2020，2021；Zhao et al，2023）。活動塊體理論認為塊體邊界斷層變形相對較大，地震活動相對較強（Nur et al，2013；徐錫偉等，2003）。在斷裂系統強震的序次-時間關系的研究方面，Mogi（1977）在研究1918—1973年發生于千島—日本海溝板塊俯沖帶的大地震活動時發現，地震事件的時間間隔隨著事件序次的增加呈現逐漸縮短的趨勢，且這種縮短的時間間隔呈現指數函數的形式。張國民和傅征祥（1985）在研究公元1400年以來中國大陸華北地區M≥7.0歷史強震活動時也發現了上述現象。從強震的累積頻次-時間關系曲線發現，在同一個地震活動期內，M≥7.0強震的發生在時間軸上呈“前疏后密”的狀態，且強震發生的累積頻次隨著時間增長呈現指數函數形式的變化。聞學澤等（2011）分析了巴顏喀拉塊體東邊界斷裂系統自18世紀以來M≥7.0地震與北邊界斷裂系統自19世紀中晚期以來發生的M≥6.9地震之間的關聯性，探討了兩個邊界斷裂系統大地震應變釋放的時間進程以及大地震的序次-時間關系，并依此預測下一次大震的發生時間，結果表明，北邊界斷裂系統發生下一次M≥7.0地震的可能時間為2010—2021年，東邊界斷裂系統發生下一次M≥7.0地震的可能時間為2031—2035年。2021年瑪多MS7.4地震的發生再一次表明了強震的累積頻次-時間指數函數關系的有效性。本文基于1991—2016年中國大陸的GPS水平速度場數據分析巴顏喀拉塊體邊界運動與已發生的M≥7.0地震活動的相互關系，并從時、空兩個尺度分析塊體各邊界斷裂系統未來M≥7.0地震的發震時間與地點。

1構造背景

青藏高原是中國大陸6個一級活動塊體之一，亦是我國大陸最新構造活動與地震活動最強烈的地區之一（張培震等，2003；鄧起東等，2002）。作為一級活動塊體，青藏高原自南向北又可被進一步劃分為拉薩、羌塘、巴顏喀拉、柴達木、祁連和川滇6個二級塊體（張培震等，2003；李平恩等，2019），其中巴顏喀拉塊體位于青藏高原主體地區的北部，是青藏高原地殼運動方向轉變的樞紐地區之一。塊體北邊界的東昆侖斷裂帶（北邊界斷裂系統）以左旋走滑運動為主，南邊界自東向西分布的鮮水河斷裂、甘孜—玉樹斷裂和瑪爾蓋茶卡斷裂（南邊界斷裂系統）均以左旋走滑運動為主，東邊界的龍門山斷裂帶（東邊界斷裂系統）以逆沖擠壓作用為主，西邊界的阿爾金斷裂帶西南段（西邊界斷裂系統）則主要表現為走滑拉張性質（鄧起東等，2010，2014）。該塊體以北的青藏高原東北緣地區普遍存在著強烈的擠壓隆升作用，塊體以南地區則主要表現為東向擠出，這種地殼形變方式使得巴顏喀拉塊體周緣斷裂帶活動尤為強烈（聞學澤等，2011；程佳，徐錫偉，2018）。

1900年以來，青藏高原經歷了3個M≥7.0地震活動叢集系列，當前正在經歷昆侖—汶川地震序列（1995年至今）（鄧起東等，2010，2014），其主體活動區就是巴顏喀拉塊體，因此，該地震序列活動與巴顏喀拉塊體密切相關（聞學澤等，2011）。自20世紀90年代中期起，巴顏喀拉塊體一直是我國大陸強震發生的主體地區，先后發生了1997年11月8日瑪尼MS7.5地震、2001年11月14日昆侖山口MS8.1地震、2008年3月21日于田MS7.3地震、2008年5月12日汶川MS8.0地震、2010年4月14日玉樹MS7.1地震、2013年4月20日蘆山MS7.0地震、2014年2月12日于田MS7.3地震、2017年8月8日九寨溝MS7.0地震以及2021年5月22日瑪多MS7.4地震（圖1）。圖1中震源機制解來自美國哈佛大學GCMT（1995—2021年），1900—2011年的地震參考聞學澤等（2011）的研究；藍色箭頭表示GPS水平運動速度場（1991—2016年）（Wang，Shen，2020）。

2巴顏喀拉塊體邊界未來強震發生時間分析

Mogi（1977）曾采用多彈簧滑塊系統的破壞過程來解釋大地震發生的物理機制：假定一個系統的強度由所有并聯彈簧的強度構成，并用某一個彈簧的破壞對應一次地震的發生。地震發生后，破壞的彈簧喪失了支撐構造力的作用，其原本該承受的構造力將由其他彈簧來承受。隨著系統中破壞的彈簧越來越多，系統的強度則會越來越弱，彈簧破壞的時間間隔也會隨之呈指數逐漸縮短，這表示相應的地震事件的時間間隔也會以指數函數的形式逐漸縮短。

1900年至今，巴顏喀拉塊體邊界相繼發生了近20次M≥7.0地震（表1），其再次發生M≥7.0地震的可能時間對于研究區域強震活動狀態至關重要。本文運用多彈簧滑塊系統理論，參考聞學澤等（2011）的研究成果，分別對1900年以來巴顏喀拉塊體北、東、南各邊界斷裂系統的M≥7.0地震進行了統計（表1），并計算了瑪多7.4級地震后這3個邊界斷裂系統未來發生M≥7.0地震的可能時間（西邊界斷裂系統僅發生2次地震，無法進行擬合計算）。圖2為1900年以來北、東、南三個邊界斷裂系統大地震應變釋放的時間進程關聯性曲線圖和大地震序列的序次-時間關系圖。

從圖2擬合結果看，無論將2021年瑪多MS7.4地震視為巴顏喀拉塊體內部的地震（趙韜等，2021）還是塊體邊界的地震（潘家偉等，2021），擬合的各邊界下一次大震發生的時間都比較接近，即北邊界地震發生在2060年前后，東邊界地震發生在2023—2025年，南邊界地震發生在2028年左右。

3巴顏喀拉塊體邊界未來強震發生地點分析

本文基于1991—2016年中國大陸GPS水平速度場數據（Wang，Shen，2020），采用均勻彈性塊體模型計算了巴顏喀拉塊體各邊界斷裂系統的活動特征，并以此作為后續分析塊體不同時期運動速率的背景參考，采用均勻彈性塊體運動模型計算了1999—2007、2009—2013、2013—2015、2015—2017、2017—2020年5個時期巴顏喀拉塊體邊界運動性質，分析邊界活動性質的時空演化特征，結合1995年以來發生在各邊界斷裂系統的M≥7.0地震的震源機制解綜合分析塊體未來的地震活動趨勢。

3.1數據與反演方法

本文使用的1991—2016年的中國大陸GPS速度場資料來源于Wang和Shen（2020）的研究結果；1999—2007、2009—2013、2013—2015、2015—2017、2017—2020年5個不同時期的GPS數據資料主要來自“中國地殼運動觀測網絡”和“中國構造環境監測網絡”項目在巴顏喀拉塊體觀測得到的GPS連續站和流動站數據，流動站點觀測了多期數據，本文選取了這5個時段進行研究，其中1999—2020年其他不同期次的觀測結果也參與了相應時間段的解算。每期觀測時采用30 s采樣間隔，連續觀測4 d，每天24 h；采用雙差模式進行數據采集，并由GAMIT/GLOBK軟件進行數據處理。數據處理時首先通過GAMIT軟件獲取GPS觀測臺站的位置參數及其方差-協方差矩陣的單日松弛解，并消除大氣潮汐、海洋潮汐、對流層、電離層等因素的影響，單日解中包含了測站坐標、衛星軌道、極移、對流層天頂延遲等參數的初值及方差-協方差矩陣；后續計算時用GLOBK軟件將全球ITRF站和區域站的所有單日松弛解進行組合，從而進一步估算出基于ITRF2008參考框架的各區域站的速率與誤差。

前人已經在塊體運動方面做了大量的研究工作，并逐漸形成了3種塊體模型：剛性塊體模型、彈性塊體模型和均勻彈性塊體模型。剛性塊體模型認為變形主要集中在塊體的邊界帶上，塊體內部不存在變形或變形小到可以忽略不計；彈性塊體模型認為塊體內部存在變形，且塊體邊界斷裂存在應變積累；均勻彈性塊體模型則是介于前兩者之間的一種模型。本文采用的即是均勻彈性塊體模型，該模型既考慮了塊體的整體旋轉，也考慮了塊體內部變形，且認為塊體內部變形是均勻的（李延興等，2001），即認為觀測點的運動速度由塊體的剛性旋轉和內部均勻形變二者引起的速度共同組成。具體理論公式如下：[FL）][KH-1]

[JB（［]VeVn[JB）］]=r[JB（［][HL（3]-sinφcosλ[]-sinφsinλ[]cosφsinλ[]-cosλ[]0[HL）][JB）］][JB（［]ωxωyωz[JB）］]+r[JB（［]εeεenεne[KG*5/6]εn[JB）］][JB（［]（λ-λ0）cosφφ-φ0[JB）］][JY]（1）[HJ1.95mm]

式中：第一部分為剛性塊體的旋轉運動模型；第二部分為塊體的彈塑性應變模型；λ、φ分別表示觀測點經度和緯度；Ve、Vn分別表示東向速度和北向速度；ωx、ωy、ωz表示塊體的歐拉矢量；λ0、φ0、 r分別表示研究塊體的幾何中心經度、幾何中心緯度和平均曲率半徑；εe、εen、εne、εn均為常數，分別代表區域內的應變率張量，常數表示假定塊體內部的應變為均勻的。式（1）中，除了3個歐拉矢量為未知數外，3個應變參數也是未知數，因此至少需要3個GPS站點的數據才可以進行解算，而進行精度評定則至少需要4個GPS站點的數據。

對于實際觀測得到的GPS速度場，雖然塊體內部整體上呈現出較好的連續性和一致性，但實際上會出現個別測站速度與周圍測站速度在大小或方向上差異較大的情況，需要剔除這類異常測站點。為此，本文利用二倍中誤差原則進行篩選：首先采用塊體內部所有測站速度計算模型參數，基于模型參數反算每個測站的理論速度值，再計算實際觀測值和理論速度值之差（殘差）的中誤差，對于殘差大于二倍殘差中誤差的站點進行剔除，用剩余的測站速度計算模型參數，如此反復，直到所有測站殘差都滿足二倍中誤差原則。同時為防止計算模型參數失真，剔除過程中遵循“剔除的只是個別站點，且空間分布具有偶然性”的原則。采用上述方法，本文對1999—2007、2009—2013、2013—2015、2015—2017和2017—2020年5個時間段的速度場結果進行了篩選，用篩選后的結果作為計算數據，利用篩選后的GPS數據通過式（1）計算得到10個塊體的應變參數和歐拉極，再通過得到的參數計算塊體上任何一點在相應時間段的速度值，基于此計算了每一個塊體邊界上均勻分布的各點的速度。需要說明的是，因為巴顏喀拉塊體各邊界均為2個塊體的公共邊界，所以計算時需要分別計算屬于每個塊體時的邊界速度值，再進行求差，最終得到2個塊體公共邊界上的相對速度，即本文需要的邊界速度結果。

3.2巴顏喀拉塊體邊界運動狀態與強震關系分析

根據活動塊體的基本概念及其劃分原則，結合前人大量研究成果（鄧起東等，2010，2014；李煜航等，2015；Loveless，Meade，2011），本文將巴顏喀拉塊體及其鄰區塊體劃分為10個計算塊體：巴顏喀拉塊體（B1、B2）、華南塊體（B3）、雅江次級塊體（B4）、羌塘塊體（B5、B6）、西昆侖塊體（B7）、柴達木塊體（B8）、共和南山塊體（B9）、西秦嶺塊體（B10）。考慮到塊體的南、北邊界斷裂系統以左旋走滑運動為主，東邊界斷裂系統以逆沖擠壓作用為主，西邊界斷裂系統則表現為走滑拉張性質，在進行塊體邊界運動分析時，對南、北邊界主要分析其平行斷層的走滑的運動性質，對東、西邊界則主要分析其垂直斷層運動性質。通過反演計算得到1991—2016年巴顏喀拉塊體各邊界斷裂系統運動結果如圖3所示，圖3a中，速率為負表示左旋運動，速率為正表示右旋運動；圖3b中，速率為負表示拉張運動，速率為正表示擠壓運動。

從圖3中可以看出，北邊界斷裂系統以左旋走滑運動為主，速率從西段至東段依次約為（7.6±1.2）、（6.9±0.6）、（5.9±0.5）mm/a。南邊界斷裂系統也以左旋走滑為主，從東段至西段速率依次減小，鮮水河斷裂的左旋走滑速率達（10.5±1.3）mm/a；甘孜—玉樹斷裂的左旋走滑速率約為（5.2±0.9）mm/a；往西至瑪爾蓋茶卡斷裂也表現為左旋走滑運動，速率約為（2.0±0.4）mm/a，甘孜玉樹斷裂到鮮水河斷裂速率是逐漸增大的，這與Zhang等（2022）根據InSAR和GPS得到的結果及Qiao等（2022）利用InSAR得到的結果基本一致。東邊界龍門山斷裂帶顯示以擠壓運動為主，南段速率為（2.5±0.5）mm/a，北段速率約為（1.9±0.5）mm/a，同時還兼有右旋走滑運動；龍日壩斷裂總體以右旋走滑運動為主，北段速率約為（5.1±0.7）mm/a，南段約為（2.0±0.7）mm/a，這與徐錫偉等（2008）得到的右旋滑動速率為（5.4±2.0）mm/a的結果基本一致，另外還兼有一定程度的擠壓運動。西邊界主要以拉張運動為主，速率為（3.6±1.0）mm/a，兼有左旋走滑運動，北段尤為顯著。另外，巴顏喀拉塊體鄰區各塊體的主應變率（圖3a）結果顯示，柴達木塊體內部以NNE向的主壓應變為主；羌塘塊體西部藏西次級塊體主要表現為近EW向的主張應變和近SN向的主壓應變，藏東次級塊體以NNW向的主張應變為主；雅江次級塊體以NE向的主張應變為主；西昆侖塊體表現為NE向主壓應變和NW向的主張應變；龍門山斷裂和龍日壩斷裂之間的次級塊體以NWW向的主壓應變為主。

本文收集了1995年以來塊體各邊界斷裂系統發生的M≥7.0地震的震源機制解，其與各自發震斷裂的活動性質對比見表1。從表1可知，北邊界斷裂系統發生的2001年昆侖山口西MS8.1地震震源機制解、南邊界斷裂系統發生的1997年瑪尼MS7.5、2010年玉樹MS7.1地震震源機制解都與斷裂的左旋走滑性質一致。東邊界斷裂系統整體顯示逆沖為主兼具右旋的性質，發生在龍門山斷裂帶的2008年汶川MS8.0、2013年蘆山MS7.0地震震源機制解也與斷裂的運動性質一致；而在東邊界斷裂系統北端靠近東昆侖斷裂帶東端處，則存在有旋轉走滑運動特征，此處發育有呈弧形的塔藏—岷山—虎牙斷層組成的左旋走滑斷裂帶，2017年九寨溝MS7.0地震的發震構造為九寨溝—虎牙斷裂，該斷裂為一條斜切岷山隆起的左旋走滑斷裂（張岳橋等，2018）。巴顏喀拉塊體西北端邊界由阿爾金斷裂西南段構成，顯示走滑拉張性質，發生在西邊界斷裂系統的2008年于田MS7.3地震與2014年于田MS7.3地震震中相距約110 km，且兩次于田地震的發震構造不同，這表明巴顏喀拉塊體西邊界的阿爾金斷裂帶西段不同段落的運動學特征有明顯差異，在西邊界北端靠近北邊界斷裂帶西端的段落走滑性質更為顯著，但兩次地震都顯示出一定的正斷性質，這與巴顏喀拉塊體西邊界斷裂帶具有一定拉張性質的特征是一致的。

本文進一步通過不同時段GPS水平速度場（圖4）計算了巴顏喀拉塊體邊界的階段性運動與大震活動的關系（圖5）。

1999—2007年東昆侖斷裂帶以左旋走滑性質為主，速率約為4.9～5.3 mm/a，較1991—2016年的背景速率明顯減弱，期間發生了2001年昆侖山口西MS8.1地震，速率值偏小可能與昆侖山口西地震前斷層存在一定程度的閉鎖有關。甘孜—玉樹—鮮水河斷裂以左旋走滑為主，其中鮮水河斷裂帶速率約為7.0 mm/a，較背景結果顯著減弱，表明川滇菱形塊體整體向南東方向運動速率減弱，巴顏喀拉塊體向S—SE方向運動受阻；再往西至瑪爾蓋茶卡斷裂左旋走滑速率遞減，速率約為2.3 mm/a。龍門山斷裂帶顯示以擠壓為主，南段速率約為2.0 mm/a，擠壓速率略低于背景水平，2008年汶川MS8.0地震便是在這種情況下發生的。龍日壩斷裂右旋走滑運動速率較背景值偏小，另外還兼有一定程度的擠壓運動（圖5a）。

2009—2013年巴顏喀拉塊體向東運動速率也有所增強，川滇菱形塊體向SE方向運動速率較上期增強，具體表現為：東昆侖斷裂帶的左旋走滑速率為6.2～7.1 mm/a，較前期明顯增強。鮮水河斷裂帶左旋走滑速率約為7.9 mm/a。甘孜—玉樹斷裂左旋走滑速率低于上期且與背景值相當，約為5.3 mm/a，在此背景下發生了2010年玉樹MS7.0地震。龍門山斷裂帶南段的擠壓速率與上期基本相當，但仍低于背景水平，可能表明斷層在此階段存在一定程度的閉鎖，此背景下發生了2013年蘆山MS7.0地震。龍日壩斷裂帶右旋走滑速率仍小于背景速率，但較上期增大，這可能與巴顏喀拉塊體整體運動速率有所增強有關。西邊界在該時段拉張速率也高于背景值，此外還兼具一定的左旋走滑特征（圖5b）。

2013—2015年巴顏喀拉塊體運動速率較前期顯著減弱，表現為：東昆侖斷裂左旋走滑明顯減弱，速率為3.9～5.5 mm/a。鮮水河斷裂左旋性質增強，較前期速率增長10.9 mm/a。龍門山斷裂帶南段擠壓速率有所增強，速率約為2.5 mm/a。龍日壩斷裂帶南段右旋走滑速率較前期減小。西邊界拉張速率較2009—2013年也有所減弱，在此背景下發生了2014年于田MS7.3地震（圖5c）。

2015—2017年巴顏喀拉塊體向SE方向運動速率較2013—2015年明顯增強，主要體現在：東昆侖斷裂左旋走滑顯著增強，速率為6.0～9.7 mm/a。鮮水河斷裂左旋走滑性質明顯減弱，約為7.5 mm/a。龍門山斷裂帶南段擠壓速率較上期減弱，龍日壩斷裂帶的走滑運動速率與上期相當，依然小于背景速率。該時期東邊界北端與北邊界交界處發生了2017年九寨溝MS7.0地震，與邊界的運動性質一致。西邊界的拉張速率顯著增強，約為5.9 mm/a（圖5d）。

2017—2020年巴顏喀拉塊體向南東方向運動速率較2015—2017年略微減弱，表現在東昆侖斷裂左旋走滑較上期減弱，速率大致為4.5～7.2 mm/a。甘孜—玉樹斷裂左旋走滑速率高于前期和背景水平。龍門山斷裂帶擠壓速率為1.6～2.2 mm/a，這表明東邊界由擠壓性質導致的應變積累狀態依然很強，值得關注。西邊界拉張運動低于上期，但高于背景值的狀態依然持續（圖5e）。

3.3巴顏喀拉塊體邊界未來大震發生地點分析

3.3.1基于塊體運動分析未來大震發生地點

本文通過進一步梳理巴顏喀拉塊體邊界運動狀態與大震活動的關系，繪制了各個時段塊體邊界斷層運動速率的增強和減弱性質特征（圖6）。從圖6可以看出，2010年玉樹MS7.0地震是在甘孜—玉樹斷裂出現一定的“左旋走滑速率增強”背景下發生的，甘孜—玉樹斷裂帶在玉樹地震發生前（1999—2007、2009—2013年）左旋走滑性質明顯增強，在地震后（2013—2015、2015—2017年）左旋走滑性質逐漸減弱，當前（2017—2020年）左旋性質又一次顯著增強；2008年汶川MS8.0、2013年蘆山MS7.0均是在東邊界龍門山斷裂帶“擠壓性質減弱”的背景下發生的；2014年于田MS7.3地震是在西邊界斷裂“拉張性質增強—減弱”轉折背景下發生的；2001年昆侖山口西MS8.1地震是在東昆侖斷裂帶具備一定的“左旋走滑性質減弱”性質的背景下發生的。

在地震預測中進行大震發生后回溯總結時，通常認為地震前出現異于背景的變化即出現異常時，這種異常有可能是地震的前兆異常。本文計算得到的2001年昆侖山口西MS8.1地震和2010年玉樹MS7.1地震前的斷裂運動速率變化異常情況不同，存在兩種情況：①2001年昆侖山口西MS8.1地震是在東昆侖斷裂活動減弱的時候發生，通常認為如果斷裂的運動速率一直很高，當運動速率降低時，斷層閉鎖并且正在積累能量，存在發震的可能；②2010年玉樹MS7.0地震是在甘孜—玉樹斷裂活動增強的時候發生，如果斷層的運動速率一直較低，當速率增大時，可能也有利于斷層釋放能量，導致地震發生。從力學角度講，地震是斷層的快速錯動，有兩個主要條件：一是斷層協同化程度較高，一旦應力條件達到，能夠迅速連接造成較長斷層段的快速錯動；二是斷層上一些部位積累了足夠高的應變，能夠克服局部高強部位的錯動阻力。地震的力學過程存在穩態、亞穩態、亞失穩態、失穩態4種狀態（馬瑾，郭彥雙，2014；馬瑾，2016），而2010年玉樹MS7.0地震前甘孜—玉樹斷裂活動增強可能與地震力學過程中的亞失穩階段相對應。亞失穩是斷層失穩前應力由以積累為主轉變為以釋放為主的最后階段，斷層進入亞失穩階段，已經處于以釋放為主的變形階段，表現在斷層運動速率上，就顯示為速率增大的現象。對于一些復發周期很長的斷層來說，亞失穩階段可以超過1 a。在亞失穩階段初期，應變釋放區擴大和增多，應變積累區范圍收縮和遷移，應變水平提高；在亞失穩后期應變釋放區加速擴展，相互連接，逐步貫通整個斷層段。斷層帶應變釋放區的加速擴展是進入必震階段的標志。斷層上應變釋放區的擴展和連接體現了斷層活動的協同化程度，指示了失穩的必然性和時間上的臨近。而斷層的粘滑過程中實際存在兩次失穩，前者與弱部位的釋放有關，后者與強部位的快速釋放有關，表現為強震。前者的加速擴展促進了后者的發生（馬瑾等，2012，2014）。

當前東昆侖斷裂東段、龍門山斷裂南段運動速率均小于背景速率；甘孜—玉樹斷裂最新一期運動速率增大，且遠高于背景水平，結合各邊界斷裂帶目前的運動性質時空演化特征與以往發生的M≥7.0地震綜合分析，應注意這幾條斷裂發生大震的危險。

3.3.2基于能量累積分析未來大震發生地點

利用斷裂的滑動速率V、閉鎖深度D和長度L可估算斷裂的累積能量速率M（Ahadov，Jin，2021），表示為：

M/L=μVD[JY]（2）

式中：剪切模量μ設定為30 GPa；V可通過跨斷裂GPS、InSAR剖面反演得到；D既可以通過跨斷裂GPS、InSAR剖面反演得到，也可以通過分析斷裂現今90%的小震活動的深度獲得。

有研究表明，中、強地震的最大破裂深度與99.9％小震釋放能量深度一致，閉鎖深度與小震深度分布的90%、95%分位數具有一定的對應關系，大震震源深度與發震構造上小震深度分布的90%、95%和99%分位數具有很好的對應關系，不同分位數表示占小震總數不同百分比的地震深度下界值（李姜一等，2020）。通常，利用地表形變數據（如GPS、InSAR等）和數值模型來反演得到斷層震間應力積累的閉鎖深度，利用地震數據得到孕震深度，當閉鎖深度與孕震深度下界值一致時，斷層在孕震層處于閉鎖狀態，更具有發生中強地震的危險，當孕震深度下界值與閉鎖深度不相等時，如斷層脆性層存在蠕滑，其差異可能反映不同應力積累情況。因此，本文根據式（2），通過對比M來分析斷裂未來發生中、強地震的可能。需要說明的是，本文是利用反正切方法獲得的斷層閉鎖深度，無法獲得斷層的破裂長度L，因此在分析時，無法進一步估算未來可能發生地震的震級大小。

本文利用研究斷裂的2015—2020年InSAR數據（Zhu et al，2021；Zhang et al，2022）及2015—2019年小震數據，分別計算了巴顏喀拉塊體邊界的東昆侖斷裂和風火山—甘孜—玉樹—鮮水河斷裂的閉鎖深度和孕震深度，并進而獲得了兩種不同的能量累積速率（圖7）。圖7中藍色立柱表示利用小震深度和大地測量獲取的斷層滑動速率計算得到的斷裂每千米能量累積速率；紅色立柱表示利用大地測量獲取的閉鎖深度和斷層滑動速率計算的斷裂每千米能量累積速率。圖7顯示，東昆侖斷裂東段整體地震能量累積速率較大，其中瑪沁—瑪曲段由閉鎖深度獲得的能量累積速率基本與由地震層深度獲取的能量累積速率相當；甘孜—玉樹—鮮水河斷裂從西向東地震能量累積速率逐漸增大，部分段落的閉鎖深度能量累積速率與地震層獲取的能量累積速率相當，表明存在發生較大地震的背景。

4討論

2008年汶川MS8.0地震及2013年蘆山MS7.0地震發生后，大量學者對龍門山斷裂帶進行了諸多研究，其中有不少學者認為龍門山斷裂西南段的地震危險性仍值得高度重視，如陳運泰等（2013）通過分析汶川、蘆山地震發震構造、地震活動性、地震矩釋放“虧空”區等，認為龍門山斷裂帶西南段在蘆山MS7.0地震后仍存在發生M7.0左右地震的危險；徐錫偉等（2013）在蘆山地震后對震區進行了科學考察并提出“仍應高度重視并跟蹤龍門山斷裂帶西南段尚未發生歷史地震破裂的空段”的觀點；武艷強等（2013）通過GPS觀測結果對蘆山地震同震位移場、余震分布等進行分析，認為該地震的能量釋放不足以完成對龍門山斷裂帶南段斷層的解鎖；趙靜等（2021）利用2010—2013年布設于龍門山斷裂中段汶川地震破裂斷層的GPS時間序列進行反演，發現汶川MS8.0地震破裂斷層的不同段落在震后活動性存在明顯差異，其中震中NE方向的斷裂段落在研究時段（2010—2013年）一直處于蠕滑狀態，而西南段則處于比較強烈的愈合過程，顯示強閉鎖狀態，這同樣說明龍門山斷裂西南段在一定的動力學背景下，擠壓彈性應變正快速積累，更有利于發生大震。另外，聞學澤等（2011）研究認為，19世紀中晚期至今，巴顏喀拉塊體北邊界斷裂系統在這100多年所發生的大地震序列中呈現出逐漸加速發生的變化過程，反映了該塊體在相應時間段朝E—SE方向的推進作用也在逐漸加強。該過程引起巴顏喀拉塊體東邊界斷裂帶發生了相應的應變積累和加速變形，并以另一個亦呈逐漸加速趨勢的、滯后于北邊界斷裂系統至少數十年的大地震序列進行響應，而2008年汶川MS8.0地震、2013年蘆山MS7.0地震正是該響應序列中的事件。同時，巴顏喀拉塊體北邊界斷層的左旋走滑運動在該塊體東邊界轉換為斷層的逆沖或逆沖兼走滑運動，巴顏喀拉塊體的運動對東邊界斷裂帶具有明顯的“加載”作用，而北邊界和東邊界大地震序列之間存在的關聯性即是該“加載”作用的反映。2021年瑪多MS7.4地震即是在此背景下發生的，這對塊體東邊界斷裂帶也可能具有明顯的“加載”作用。

甘孜—玉樹斷裂帶作為巴顏喀拉塊體南邊界的一條重要的斷裂，也是巴顏喀拉塊體與羌塘塊體的共同邊界，具有典型的左旋走滑特征。圖3a中各塊體的主應變率結果顯示羌塘塊體西部藏西次級塊體基本以近EW向的主張應變和近SN向的主壓應變為主，主壓應變與羌塘塊體所處的青藏高原受到印度板塊北推的大動力作用背景有關，主張應變則反應出塊體內部存在一定的東西向局部伸展作用，而已有研究表明羌塘塊體西部存在地表地塹盆地（徐錫偉等，2014），這與其EW向的力學伸展作用密切相關。前人對于甘孜—玉樹斷裂運動的研究中，對斷裂左旋走滑性質的認識比較一致（彭華等，2006；石峰等，2013）。已有地震地質研究表明，甘孜—玉樹斷裂的不同段落均具備發生大地震的能力（聞學澤等，2003；陳立春等，2010）。

圖3a中各二級塊體的主應變率結果顯示柴達木塊體內部以近NNE向的主壓應變為主，與青藏高原主要承受印度板塊向北推擠作用的大構造動力環境有關。Zhu等（2021）基于InSAR形變場反演了東昆侖斷裂帶的斷層運動和斷層面閉鎖特征，認為瑪沁段閉鎖強度較高，存在大震發生的可能。

5結論

巴顏喀拉塊體作為青藏高原地殼運動方式轉變的重要樞紐，塊體以北的青藏高原東北緣的強烈擠壓隆升作用和塊體以南地區的強烈東向擠出作用使得巴顏喀拉塊體周緣斷裂帶的活動極其強烈。

本文基于巴顏喀拉塊體邊界大地震序列，根據強震的累積頻次-時間指數函數關系，結合多彈簧滑塊系統模型機制，分析認為未來十年巴顏喀拉塊體東邊界和南邊界存在發生M≥7.0地震的可能。

基于1991—2016年中國大陸GPS水平速度場數據，采用均勻彈性塊體模型計算了巴顏喀拉塊體各邊界斷裂帶的長期活動特征，并以此作為參考背景，計算了1999—2007、2009—2013、2013—2015、2015—2017、2017—2020年各邊界斷裂帶的活動性質及時空演化特征，同時結合1995年以來發生在各邊界斷裂帶上的M≥7.0地震震源機制解綜合分析強震活動與塊體運動的關系。綜合分析認為，1995年以來，巴顏喀拉塊體向E—SE向運動增強，發生在塊體邊界的一系列M≥7.0地震震源機制與塊體邊界的運動特征一致；當前，東昆侖斷裂東段運動速率持續減小；甘孜—玉樹斷裂運動速率增大，且遠高于背景水平；龍門山斷裂南段運動速率持續低于背景水平。結合塊體邊界斷裂現今閉鎖程度和累積能量釋放相互關系，分析認為上述斷裂可能是未來發生7級以上地震的主要地點。

本文小震數據由四川省地震局正高級工程師龍鋒提供，在此表示感謝。

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Analysis of Future Strong Earthquake Activity at the Boundary Faults?of the Bayan Har Block Based on GPS Data

LI Ning1，2，JI Lingyun1，2，3，JIANG Fengyun1，2，ZHU Liangyu1，2，LIU Chuanjin1，2

（1.The Second Monitoring and Application Center，China Earthquake Administration，Xian 710054，Shaanxi，China）

（2.Department of Geological Hazards，National Remote Sensing Center of China，Beijing 100036，China）

（3.School of Earth Sciences，Institute of Disaster Prevention，Sanhe 065201，Hebei，China）

Abstract

Nearly ten strong earthquakes（M≥7.0）have occurred on the boundary faults of the Bayan Har block since 1995，providing an opportunity and showing the necessity for the researchers to study the strong earthquake activities along these boundary faults in future.Which boundary fault will be potential place for the next strong earthquake（M≥7.0），and when the earthquake will happen are questions to be addressed.In this article，based on the historical earthquake events（M≥7.0）on the boundary faults of the Bayan Har block since 1900，we use the model of the multi-spring slider system to calculate the possible time of the potential earthquake and judge the possible boundary fault on which the earthquake may occur.Then we use the GPS data of the horizontal velocity field in the region of the Bayan Har block from 1991 to 2016 and the homogeneous elastic block model to calculate the long-term seismic characteristics of the boundary faults of the Bayan Har block.We further calculate the seismic properties of the boundary faults in 5 periods（1999-2007，2009-2013，2013-2015，2015-2017，and 2017-2020），and obtain the temporalspatial evolution characteristics of these faults.On this basis，we analyze the seismic trend of the faults with the help of the focal mechanisms of the strong earthquakes（M≥7.0）on the faults since 1995.We find that the seismic characteristics of the boundary faults are consistent with the focal mechanisms，and strong earthquakes（M≥7.0）on the faults since 1995 are caused by the enhancement of the eastwardsoutheast movement of the Bayan Har block.Strong earthquakes（M≥7.0）are more likely to occur on the Ganzi-Yushu fault and the South Longmenshan fault in ten years.In addition，the east segment of the East Kunlun fault should be paid more attention to.

Keywords：?the Bayan Har block；strongearthquake sequence；block activity；homogeneous elastic model；strongearthquake activity

收稿日期：2023-03-01.

基金項目：國家自然科學基金（42104061，41904007）.

第一作者簡介：李寧（1985-），副研究員，主要從事地震斷層形變機理研究工作.E-mail：lee_eq@163.com.

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