祁連—海原斷裂帶庫侖應(yīng)力演化及地震危險(xiǎn)性＊

朱 琳 戴 勇 石富強(qiáng)， 邵輝成

1） 中國西安 710068 陜西省地震局

2） 中國呼和浩特 010010 內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局

引言

青藏高原東北緣是印度板塊俯沖、青藏高原向北東向推擠擴(kuò)展的最前緣，區(qū)域內(nèi)發(fā)育有多條大型活動(dòng)構(gòu)造，祁連—海原斷裂帶即是其中一條以走滑為主的大型活動(dòng)斷裂帶.該斷裂帶向西可延伸至哈拉湖附近的木里—江倉斷裂，向東經(jīng)過門源、古浪、景泰、海原、固原，直至六盤山斷裂，全長(zhǎng)約980 km （圖1）.地震活動(dòng)資料表明，祁連—海原斷裂帶強(qiáng)震活躍，僅1900年以來就發(fā)生了1920年海原M8?地震和1927年古浪M8地震，這兩次M8地震共引起祁連—海原斷裂帶長(zhǎng)約350 km的地表破裂（國家地震局蘭州地震研究所，寧夏回族自治區(qū)地震局，1980；Guoet al，2020；Hanet al，2021）.根據(jù)地震地質(zhì)研究，祁連—海原斷裂帶還存在三個(gè)強(qiáng)震危險(xiǎn)區(qū)，分別為包含祁連—海原斷裂帶西段的木里—江倉斷裂和拖萊山斷裂在內(nèi)的祁連山中段危險(xiǎn)區(qū)、包含祁連—海原斷裂帶中段的金強(qiáng)河—毛毛山—老虎山斷裂在內(nèi)的天?？諈^(qū)和包含六盤山斷裂在內(nèi)的六盤山南—西秦嶺東空區(qū)（M7專項(xiàng)工作組，2012）.基于大地測(cè)量的斷層閉鎖反演（Liet al，2017）和基于動(dòng)力學(xué)模擬（石富強(qiáng)等，2018）的斷層應(yīng)力狀態(tài)分析結(jié)果均顯示，這些區(qū)域斷層閉鎖強(qiáng)，應(yīng)力積累速率高，未來強(qiáng)震危險(xiǎn)性不容忽視.

圖1 青藏高原北部構(gòu)造環(huán)境和強(qiáng)震活動(dòng)沿祁連—海原斷裂帶（F3）的彩色散點(diǎn)為數(shù)值模擬給出的斷層剪應(yīng)力積累速率（石富強(qiáng)等，2018）.F1：阿爾金斷裂帶；F2：祁連山斷裂帶；F3：祁連—海原斷裂帶；F4：東昆侖斷裂帶；F5：柴達(dá)木盆地北緣斷裂；F6：鄂拉山斷裂；F7：日月山斷裂；F8：狼山山前斷裂；F9：六盤山斷裂；F10：西秦嶺北緣斷裂；F11：甘孜—玉樹斷裂；F12：青川—平武斷裂Fig. 1 The tectonic setting and the strong earthquake ruptures of the north Tibetan PlateauThe colored dots are the maximum shear stress rates of the Qilian-Haiyuan fault zone based on the finite element simulations（Shi et al，2018）.F1：Altyn fault zone；F2：Qilianshan fault zone；F3：Qilian-Haiyuan fault zone；F4：East Kunlun fault zone；F5：Northern marginal fault of Qaidam basin；F6：Elashan fault；F7：Riyueshan fault；F8：Langshan piedmont fault；F9：Liupanshan fault；F10：Northern marginal fault of west Qinling；F11：Garze-Yushu fault；F12：Qingchuan-Pingwu fault

據(jù)中國地震臺(tái)網(wǎng)中心（2022）記錄，2022年1月8日在祁連—海原斷裂帶青海門源發(fā)生的MS6.9地震是繼1927年古浪M8地震后，祁連—海原斷裂帶發(fā)生的震級(jí)最大的一次地震，該地震造成祁連—海原斷裂帶長(zhǎng)約22 km的地表破裂（袁道陽，2022；Yanget al，2022）.此次門源MS6.9地震同時(shí)也是繼1990年共和M7.0地震后，南北地震帶北段發(fā)生的最為顯著的一次地震，可能預(yù)示著青藏高原東北緣地震活動(dòng)水平增強(qiáng).此外，青藏高原東北緣及其周邊區(qū)域1900年以來還發(fā)生了1932年昌馬M7.6地震和1954年騰格里和山丹M7以上地震，區(qū)域外圍發(fā)生了2001年昆侖山口西M8.1和2008年汶川M8.0兩次特大地震以及1963年阿蘭胡M7.0、2017年九寨溝M7.0和2021年瑪多M7.4等多次M7以上強(qiáng)震.針對(duì)這些強(qiáng)震之間的應(yīng)力觸發(fā)關(guān)系和青藏高原東北緣的地震危險(xiǎn)性，研究人員開展了大量的研究工作（傅征祥等，2001；萬永革等，2007；陳為濤等，2013；Xiao，He，2015；孫云強(qiáng)，羅綱，2018；張瑞等，2021），指出青藏高原東北緣的歷史強(qiáng)震之間存在顯著的應(yīng)力觸發(fā)關(guān)系，暗示區(qū)域活動(dòng)構(gòu)造之間存在動(dòng)力學(xué)關(guān)聯(lián)，并據(jù)此對(duì)該區(qū)域的地震危險(xiǎn)性進(jìn)行了討論分析.

然而隨著地震地質(zhì)研究的不斷深入，對(duì)于一些歷史強(qiáng)震的破裂有了更深入的認(rèn)識(shí).以1927年古浪M8地震為例，以往研究由于對(duì)該地震的同震位錯(cuò)和破裂長(zhǎng)度的認(rèn)識(shí)還不夠充分，所給出的同震位錯(cuò)模型（傅征祥等，2001；萬永革等，2007；Xiao，He，2015）與最新的地震地質(zhì)研究結(jié)果（Guoet al，2020）存在一定差異.此外，2017年九寨溝地震、2021年瑪多地震和2022年門源M6.9地震的發(fā)生，勢(shì)必也會(huì)引起祁連—海原斷裂帶的應(yīng)力變化.為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)祁連—海原斷裂帶當(dāng)前應(yīng)力累積水平和地震危險(xiǎn)性，本文擬調(diào)研整理該斷裂帶上歷史地震同震位錯(cuò)的最新研究成果，并基于分層黏彈性模型計(jì)算青藏高原東北緣及其周邊區(qū)域1900年以來M7以上強(qiáng)震對(duì)祁連—海原斷裂帶的應(yīng)力加載，以期討論祁連—海原斷裂帶未來的強(qiáng)震危險(xiǎn)性.

1 理論方法及模型參數(shù)

一次強(qiáng)震的發(fā)生，可以改變周邊區(qū)域巖石圈的應(yīng)力狀態(tài)，進(jìn)而觸發(fā)區(qū)域地震.基于庫侖破裂準(zhǔn)則，經(jīng)過一系列的假定，可以得到我們常見的庫侖應(yīng)力表達(dá)（Kinget al，1994） ΔCFS＝Δτ＋μ′Δσn，式中：Δτ和△σn分別為指定斷層面上的剪應(yīng)力變化和正應(yīng)力變化；μ′為斷層有效摩擦系數(shù)，與斷層介質(zhì)物性、流體侵入等相關(guān)，表征斷層阻礙兩側(cè)地塊相對(duì)運(yùn)動(dòng)的能力，也有研究人員認(rèn)為其與斷層類型（Aliet al，2008）和滑動(dòng)速率（Parsons，Dreger，2000）相關(guān).He等（2013）基于GPS觀測(cè)的青藏高原東北緣地殼變形機(jī)制模擬研究顯示海原斷裂帶的有效摩擦系數(shù)可低至0.05，本文認(rèn)為該研究基于現(xiàn)有觀測(cè)資料約束給出的斷層有效摩擦系數(shù)更接近于真實(shí)的斷層力學(xué)狀態(tài).綜合考慮青藏高原北部的斷層類型和He等（2013）的結(jié)果，本文取μ′＝0.1.由于M6地震影響的空間范圍有限（Verdecchiaet al，2018），本文主要考慮青藏高原北部及其周邊區(qū)域發(fā)生的M7以上地震，震源參數(shù)詳見表1.計(jì)算程序采用汪榮江教授開發(fā)的PSGRN/PSCMP （Wanget al，2006），庫侖應(yīng)力計(jì)算深度參考區(qū)域震源平均深度，取10 km.

表1 青藏高原北部及周邊1900年以來的強(qiáng)震同震位錯(cuò)模型Table 1 Coseismic rupture models of the strong earthquakes in northern Tibetan Plateau since 1900

巖石圈介質(zhì)物性參數(shù)中的彈性參數(shù)參考邵志剛等（2008），詳見表2.震后形變研究（Broerseet al，2015）表明，巖石圈流變性質(zhì)對(duì)區(qū)域地殼形變影響顯著，且表現(xiàn)出時(shí)間尺度差異性（Huanget al，2014）.本文采用能夠協(xié)調(diào)短期變形和長(zhǎng)期變形的伯格斯（Burgers）體模型，其中表征短期變形的開爾文（Kelvin）體黏滯系數(shù)ηk參考邵志剛等（2008）關(guān)于昆侖山口西MS8.1地震震后變形模擬研究，表征長(zhǎng)期變形的麥克斯韋爾（Maxwell）體黏滯系數(shù)ηm參考He等（2013）的震間應(yīng)力場(chǎng)模擬結(jié)果，具體見表2.

表2 青藏高原東北緣巖石圈介質(zhì)模型參數(shù)Table 2 The model parameters of the lithosphere structure in the northeastern margin of the Tibetan Plateau

2 計(jì)算結(jié)果分析

2.1 祁連—海原斷裂帶強(qiáng)震應(yīng)力觸發(fā)

前人已對(duì)祁連—海原斷裂帶強(qiáng)震應(yīng)力觸發(fā)開展了大量的研究（傅征祥等，2001；萬永革等，2007；Xiao，He，2015）.本文結(jié)合地震地質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查研究成果更新1927年古浪M8地震的同震破裂模型（表1），在此基礎(chǔ)上結(jié)合2022年門源M6.9地震進(jìn)一步討論祁連—海原斷裂帶的應(yīng)力觸發(fā).結(jié)果顯示：1920年海原M8? 地震對(duì)1927年古浪M8地震破裂面的同震和震后松弛累積庫侖應(yīng)力加載約為0.01—0.2 MPa （圖2a）；由于空間距離較遠(yuǎn)，1920年海原M8?地震對(duì)2022年門源M6.9地震的累積庫侖應(yīng)力加載約為0.01 MPa （圖2b）.地震地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，2022年門源M6.9地震發(fā)生在1927年古浪M8地震破裂區(qū)的北端，且二者的地表破裂有一定重合（韓竹軍等，2022）.此外，本文計(jì)算結(jié)果顯示1927年古浪M8地震對(duì)2022年門源M6.9地震的應(yīng)力加載最為顯著，同震庫侖應(yīng)力加載約0.3 MPa，考慮到近百年的巖石圈流變松弛，同震和震后松弛累積庫侖應(yīng)力加載可達(dá)0.75 MPa （圖2c，圖4a）.

2.2 歷史強(qiáng)震對(duì)門源M6.9地震的應(yīng)力加載

以2022年門源M6.9地震震源機(jī)制為接收斷層，利用表2中的區(qū)域巖石圈分層流變模型計(jì)算表1所列區(qū)域歷史強(qiáng)震對(duì)2022年門源M6.9地震的應(yīng)力加載，結(jié)果顯示1920年海原M8?地震、1927年古浪M8地震和1954年山丹M7.3地震對(duì)2022年門源M6.9地震的庫侖應(yīng)力加載最為顯著（圖2，圖4a）.扣除這三次地震的應(yīng)力影響，給出祁連—海原斷裂帶周邊歷史強(qiáng)震對(duì)2022年門源M6.9地震的庫侖應(yīng)力加載（圖3，圖4b）.結(jié)果顯示：發(fā)生在祁連—海原斷裂帶周邊的歷史強(qiáng)震對(duì)2022年門源M6.9地震的同震庫侖應(yīng)力加載相對(duì)較低，約為0.002 MPa；與之形成鮮明對(duì)比的是，數(shù)十年至百年的巖石圈流變松弛，可造成2022年門源M6.9地震震源區(qū)約0.006 MPa的庫侖應(yīng)力加載，同震和震后松弛庫侖應(yīng)力加載可達(dá)0.008 MPa，接近常見的觸發(fā)閾值0.01 MPa，這表明祁連—海原斷裂帶周邊歷史強(qiáng)震對(duì)2022年門源地震的發(fā)生同樣具有一定的應(yīng)力觸發(fā)作用.從應(yīng)力加載的時(shí)序圖可見，祁連—海原斷裂帶周邊歷史強(qiáng)震對(duì)2022年門源地震的應(yīng)力加載主要來自于1932年昌馬M7.6地震、1954年騰格里M7.0地震、1990年共和地震和2008年汶川地震；而1947年達(dá)日M7.7地震、1963年阿蘭湖M7.0地震和2001年昆侖山口西M8.1地震對(duì)2022年門源地震表現(xiàn)為庫侖應(yīng)力卸載，但卸載作用不明顯，累積庫侖應(yīng)力卸載約為0.001 MPa.

圖2 祁連—海原斷裂帶三次顯著強(qiáng)震之間的應(yīng)力觸發(fā)（a） 1920年海原地震對(duì)1927年古浪地震的庫侖應(yīng)力加載；（b） 1920年海原地震對(duì)2022年門源地震的庫侖應(yīng)力加載；（c） 1927年古浪地震對(duì)2022年門源地震的庫侖應(yīng)力加載；（d） 1920年海原地震和1927年古浪地震對(duì)2022年門源地震的庫侖應(yīng)力加載Fig. 2 Stress interaction among the three strong earthquakes along the Qilian-Haiyuan fault zoneThe magenta lines and beach balls are the current earthquake ruptures and the related focal mechanisms，and the light blue lines and beach balls express the receive faults and the related focal mechanisms. （a，b） The cumulated Coulomb stress changes associated with 1920 Haiyuan earthquake just before 1927 Gulang earthquake and 2022 Menyuan earthquake；（c） The cumulated Coulomb stress changes associated with the 1927 Gulang earthquake just before 2022 Menyuan earthquake；（d） The joint Coulomb stress interaction on 2022 Menyuan earthquake associated with 1920 Haiyuan and 1927 Gulang earthquakes

圖3 祁連—海原斷裂帶周邊強(qiáng)震對(duì)2022年門源M6.9地震的應(yīng)力加載Fig. 3 The Coulomb stress loading on the rupture plane of 2022 Menyuan M6.9 earthquake associated with the strong earthquakes around the Qilian-Haiyuan fault zone

圖4 （a） 青藏高原北部歷史強(qiáng)震對(duì)2022年門源M6.9地震的累積庫侖應(yīng)力加載；（b） 扣除1920年海原M8.5地震、1927年古浪M8.0地震和1954年山丹M7.3地震應(yīng)力影響后，2022年門源M6.9地震斷層面的庫侖應(yīng)力累積變化Fig. 4 （a） The temporal evolution of the Coulomb stress on the rupture plane of the 2022 Menyuan M6.9 earthquake associated with the strong earthquakes in Table 1；（b） Same as Fig. （a），but without the stress loading associated with the 1920 Haiyuan M8.5，1927 Gulang M8.0 and 1954 Shandan M7.3 earthquakes

2.3 祁連—海原斷裂帶累積庫侖應(yīng)力演化

將祁連—海原斷裂帶（圖1）離散為10 km的小段，根據(jù)每段首尾點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算每個(gè)斷層段的走向，通過最近點(diǎn)插值將地震地質(zhì)研究給出的不同斷層傾角和滑動(dòng)角賦值到10 km的離散斷層段，給出計(jì)算祁連—海原斷裂帶庫侖應(yīng)力的接收斷層信息（圖5）.基于表1給出的青藏高原北部1900年以來的M7以上強(qiáng)震和表2構(gòu)建的巖石圈分層流變結(jié)構(gòu)，計(jì)算出祁連—海原斷裂帶1900年以來周邊歷史強(qiáng)震同震和震后松弛加載的庫侖應(yīng)力累積變化（圖5）.結(jié)果顯示，受1920年海原M8?地震、1927年古浪M8地震和1932年昌馬M7.6地震的影響，祁連—海原斷裂帶目前還存在兩個(gè)顯著的庫侖應(yīng)力加載區(qū)域，即祁連—海原斷裂帶中段的金強(qiáng)河—老虎山斷裂和西段的木里—江倉斷裂和托萊山斷裂，累積庫侖應(yīng)力加載已達(dá)到1.0 MPa以上.這兩個(gè)區(qū)域是地震地質(zhì)研究給出的大震破裂空段（M7專項(xiàng)工作組，2012），同時(shí)也是動(dòng)力學(xué)模擬（石富強(qiáng)等，2018）給出的高應(yīng)力累積區(qū)域（圖1）和大地測(cè)量給出的斷層高閉鎖區(qū)域（Liet al，2017），未來地震危險(xiǎn)性值得高度關(guān)注.

圖5 祁連—海原斷裂帶庫侖應(yīng)力時(shí)空演化彩色圓圈為接收斷層參數(shù)，其中圓圈大小表示斷層傾角，顏色表示斷層滑動(dòng)角Fig. 5 The spatio-temporal Coulomb stress evolution along the Qilian-Haiyuan fault zoneThe colored circle marks the receiving fault parameters，the geometric size expresses the fault dip and the color expresses the fault rake

3 參數(shù)不確定分析

3.1 有效摩擦系數(shù)影響

有效摩擦系數(shù)是庫侖應(yīng)力計(jì)算的不確定性參數(shù)，通常采用不同的有效摩擦系數(shù)取值討論庫侖應(yīng)力計(jì)算結(jié)果的可靠性（Steacyet al，2004；Wan，Shen，2010；Wanget al，2014；石富強(qiáng)等，2020）.本文以老虎山斷裂西端的庫侖應(yīng)力時(shí)序變化為對(duì)象，討論不同有效摩擦系數(shù)取值對(duì)庫侖應(yīng)力計(jì)算結(jié)果的影響，結(jié)果如圖6所示.可以看到，對(duì)于給定的三個(gè)有效摩擦系數(shù)取值，老虎山斷裂西段的庫侖應(yīng)力變化趨勢(shì)一致，近百年的流變松弛引起的庫侖應(yīng)力變化最大差值約為0.05 MPa.

圖6 基于不同有效摩擦系數(shù)μ′給出的庫侖應(yīng)力時(shí)間演化Fig. 6 The temporal evolution of the Coulomb stress associated with different effective frictions μ′

實(shí)際上，有效摩擦系數(shù)對(duì)庫侖應(yīng)力計(jì)算結(jié)果的影響源于斷層面正應(yīng)力的變化.當(dāng)正應(yīng)力和孔隙應(yīng)力的變化相較于剪切應(yīng)力變化較小時(shí)，有效摩擦系數(shù)的選取一般不會(huì)影響庫侖應(yīng)力的計(jì)算結(jié)果（Pollitzet al，2006）；反之，當(dāng)剪切應(yīng)力變化相對(duì)于正應(yīng)力和孔隙應(yīng)力的變化較小時(shí)，基于不同有效摩擦系數(shù)計(jì)算得到的庫侖應(yīng)力之間存在顯著的差異（Jiaet al，2018，2021）.祁連—海原斷裂帶乃至整個(gè)青藏高原北部的歷史強(qiáng)震，特別是M7.5以上特大地震，基本以走滑為主且走向近乎一致（圖1），這使得庫侖應(yīng)力計(jì)算結(jié)果主要以接收斷層面的剪應(yīng)力變化為主，正應(yīng)力變化相對(duì)較小.當(dāng)斷層面剪應(yīng)力變化絕對(duì)值遠(yuǎn)大于正應(yīng)力變化時(shí)，有效摩擦系數(shù)在庫侖應(yīng)力計(jì)算中發(fā)揮的作用有限，對(duì)計(jì)算結(jié)果影響不大.

3.2 古浪地震位錯(cuò)模型對(duì)模擬結(jié)果的影響

在本文引言中，我們簡(jiǎn)單介紹了不同研究給出的1927年古浪M8地震同震破裂模型存在一定的差異.為進(jìn)一步理解同震破裂模型的選取對(duì)模擬結(jié)果的影響，本文分別基于Xiao和He （2015）、傅征祥等（2001）、萬永革等（2007）和Guo等（2020）給出的1927年古浪地震同震位錯(cuò)模型，計(jì)算1927年古浪地震對(duì)周邊斷層的庫侖應(yīng)力影響，結(jié)果如圖7所示.可見：對(duì)于鄂拉山斷裂、日月山斷裂、云霧山斷裂以及黃河—靈武斷裂等距離古浪地震震源較遠(yuǎn)的活動(dòng)斷裂，不同的古浪地震同震位錯(cuò)模型引起的庫侖應(yīng)力變化均以加載為主且量級(jí)相當(dāng).但對(duì)于震源附近的斷裂，基于古浪地震的不同位錯(cuò)模型所得的斷層庫侖應(yīng)力計(jì)算結(jié)果存在差異.對(duì)于托萊山斷裂，基于萬永革等（2007）和Guo等（2020）的古浪地震破裂模型得到的斷層庫侖應(yīng)力變化表現(xiàn)為加載（圖7c，d），而基于Xiao和He （2015）和傅征祥等（2001）的破裂模型表現(xiàn)為庫侖應(yīng)力卸載（圖7a，b）；對(duì)于金強(qiáng)河斷裂，結(jié)果剛好相反，基于Xiao和He （2015）和傅征祥等（2001）的古浪地震破裂模型表現(xiàn)為庫侖應(yīng)力加載（圖7a，b），基于萬永革等（2007）和Guo等（2020）的結(jié)果表現(xiàn)為庫侖應(yīng)力卸載（圖7c，d），與托萊山斷裂的情形剛好相反；對(duì)于毛毛山斷裂和老虎山斷裂，基于Xiao和He （2015）和萬永革等（2007）的古浪地震破裂模型的結(jié)果表現(xiàn)為庫侖應(yīng)力卸載（圖7a，c），而基于Guo等（2020）的結(jié)果表現(xiàn)為庫侖應(yīng)力加載.此外，對(duì)于祁連山斷裂、香山—天景山斷裂、六盤山斷裂和海原斷裂，基于不同模型的庫侖應(yīng)力計(jì)算結(jié)果也存在不同程度的差異.

圖7 古浪地震位錯(cuò)模型對(duì)周邊主要斷裂的庫侖應(yīng)力影響F1：祁連山北緣斷裂；F2：香山—天景山斷裂；F3：鄂拉山斷裂；F4：日月山斷裂；F5：海原斷裂；F6：云霧山斷裂；F7：龍首山斷裂；F8：皇城—雙塔斷裂；F9：金強(qiáng)河斷裂；F10：毛毛山斷裂；F11：黃河—靈武斷裂；F12：木里—江倉斷裂；F13：拖萊山斷裂；F14：冷龍嶺斷裂；F15：老虎山斷裂；F16：六盤山斷裂（a） 基于Xiao和He （2015）的位錯(cuò)模型；（b） 基于傅征祥等（2001）的位錯(cuò)模型；（c） 基于萬永革等（2007）的位錯(cuò)模型；（d） 基于Guo等（2020）的位錯(cuò)模型Fig. 7 The cumulated Coulomb stress changes on the main active faults associated with different coseismic models of the 1927 Gulang earthquakeF1：Qilianshan northern marginal fault；F2：Xiangshan-Tianjingshan fault；F3：Elashan fault；F4：Riyueshan fault；F5：Haiyuan fault；F6：Yunwushan fault；F7：Longshoushan fault ；F8：Huangcheng-Shuangta fault；F9：Jinqianghe fault；F10：Maomaoshan fault；F11：Huanghe-Lingwu fault；F12：Muli-Jiangcang fault；F13：Tuolaishan fault；F14：Lenglongling fault；F15：Laohushan fault；F16：Liupanshan fault（a） The coseismic rupture model from Xiao and He （2015）；（b） The coseismic rupture model from Fu et al （2001）；（c） The coseismic rupture model from Wan et al （2007）；（d） The coseismic rupture model from Guo et al （2020）

總之，Guo等（2020）的研究是在前人地震地質(zhì)調(diào)查工作的基礎(chǔ)上，通過進(jìn)一步的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查測(cè)量和測(cè)年分析而得到的結(jié)果，其給出的古浪地震破裂模型更接近于真實(shí)，且計(jì)算所得的祁連—海原斷裂帶庫侖應(yīng)力加載區(qū)域、斷層高閉鎖（Liet al，2017）與M7專項(xiàng)工作組（2012）圈定的強(qiáng)震破裂空段一致，因此本文采用Guo等（2020）給出的古浪地震破裂模型.

3.3 1540年冷龍嶺斷裂M7地震和1888老虎山斷裂M7地震對(duì)模擬結(jié)果的影響

地震地質(zhì)調(diào)查研究（M7專項(xiàng)工作組，2012）指出，祁連—海原斷裂帶冷龍嶺段和老虎山段分別于1540年和1888年發(fā)生各發(fā)生一次M7地震.由于這兩次M7地震的地震地質(zhì)研究程度較低，尚無詳細(xì)的震源參數(shù)研究結(jié)果.本文根據(jù)M7專項(xiàng)工作組（2012）給出的破裂范圍給出了這兩次M7地震的破裂面長(zhǎng)度，破裂面寬度假設(shè)為20 km，破裂面走向、傾角、滑動(dòng)角參考圖5給出的結(jié)果，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)回歸關(guān)系（Wells，Coppersmith，1994）所得平均位錯(cuò)量1.3 m計(jì)算了這兩次M7地震對(duì)祁連—海原斷裂帶應(yīng)力的影響（圖8a），并將其疊加到圖5給出的1900年以來青藏高原北部M7地震對(duì)祁連—海原斷裂帶的應(yīng)力影響（圖8b）.結(jié)果顯示，這兩次地震可以引起祁連—海原斷裂帶西段的托萊山斷裂、中段的金強(qiáng)河—毛毛山斷裂和老虎山斷裂部分段落約0.1 MPa庫侖應(yīng)力增強(qiáng).綜合考慮1540年和1888年兩次M7地震以及表1給出的1900年以來青藏高原北部強(qiáng)震的共同作用，祁連—海原斷裂帶中段的金強(qiáng)河—老虎山斷裂和西段的木里—江倉斷裂和托萊山斷裂庫侖應(yīng)力增強(qiáng)顯著，與基于圖5得到的認(rèn)識(shí)一致.

圖8 祁連—海原斷裂帶庫侖應(yīng)力變化（a） 1540年和1888年兩次M7.0地震對(duì)祁連—海原斷裂帶的庫侖應(yīng)力影響；（b） 1540年M7.0地震、1888年M7.0地震和表1中的歷史強(qiáng)震引起的祁連—海原斷裂帶的累積庫侖應(yīng)力變化Fig. 8 The Coulomb stress changes of the Qilian-Haiyuan fault zone（a） The Coulomb stress changes associated with the 1540 M7 and 1888 M7 earthquakes；（b） The cumulated Coulomb stress changes of Qilian-Haiyuan fault zone associated with the 1540 M7 and 1888 M7 earthquakes as well as the strong earthquakes in Table 1

4 討論與結(jié)論

本文收集了青藏高原北部歷史強(qiáng)震同震破裂模型，并結(jié)合最新地震地質(zhì)研究成果對(duì)部分歷史強(qiáng)震的同震位錯(cuò)模型進(jìn)行了修正.在此基礎(chǔ)上，基于分層黏彈性流變模型計(jì)算了祁連—海原斷裂帶幾次強(qiáng)震之間的相互作用以及青藏高原北部1900年以來的強(qiáng)震對(duì)該斷裂帶的庫侖應(yīng)力加載.為保證分析結(jié)果的可靠性，本文還補(bǔ)充分析了有效摩擦系數(shù)、古浪地震同震破裂模型差異以及祁連—海原斷裂帶兩次離逝時(shí)間較近的M7地震對(duì)模擬計(jì)算結(jié)果的影響.

有效摩擦系數(shù)的選取是庫侖應(yīng)力計(jì)算過程中一個(gè)重要的參數(shù)，Ali等（2008）曾建議走滑斷層的有效摩擦系數(shù)取0.2，正斷層的有效摩擦系數(shù)取0.6，逆沖斷層的有效摩擦系數(shù)取0.8.本文的參數(shù)不確定計(jì)算結(jié)果顯示，對(duì)于走向相近的走滑型地震而言，庫侖應(yīng)力計(jì)算結(jié)果主要受斷層剪應(yīng)力變化的控制，有效摩擦系數(shù)對(duì)庫侖應(yīng)力計(jì)算結(jié)果影響不顯著，這一認(rèn)識(shí)與萬永革等（2007）的認(rèn)識(shí)一致.He等（2013）基于大地測(cè)量結(jié)果的祁連—海原斷裂帶動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果顯示，祁連—海原斷裂帶斷層的有效摩擦系數(shù)可低至0.05，本文認(rèn)為這一結(jié)果是對(duì)祁連—海原斷裂帶有效摩擦系數(shù)較為可靠的量化表征.因此，本文在計(jì)算過程中取有效摩擦系數(shù)為0.1，以確保計(jì)算分析結(jié)果的可靠性.

研究表明，地震活動(dòng)與斷層應(yīng)力變化密切相關(guān)，即在庫侖應(yīng)力增強(qiáng)的地方，地震活動(dòng)性顯著提高，反之亦然（Harris，1998；Stein，1999；Todaet al，2008；Krollet al，2017）.強(qiáng)震相互作用計(jì)算結(jié)果顯示，1920年海原M8?地震對(duì)1927年古浪M8地震的累積庫侖應(yīng)力加載最大可達(dá)0.2 MPa，1927年古浪M8地震對(duì)2022年門源M6.9地震的累積庫侖應(yīng)力加載可達(dá)0.75 MPa，均遠(yuǎn)大于通常所用的觸發(fā)閾值0.01 MPa，表明祁連—海原斷裂帶強(qiáng)震之間的庫侖應(yīng)力觸發(fā)作用顯著.該過程與同為大型走滑斷裂的土耳其北部北安托利亞（Anatolian）斷層強(qiáng)震觸發(fā)過程相似（Steinet al，1997）.祁連—海原斷裂帶周邊強(qiáng)震對(duì)2022年門源M6.9地震的累積庫侖應(yīng)力加載接近0.01 MPa，且其隨時(shí)間的演化過程與祁連—海原斷裂帶M5以上地震活動(dòng)時(shí)序過程相似（圖9），進(jìn)一步表明青藏高原東北緣各活動(dòng)構(gòu)造之間存在動(dòng)力學(xué)相關(guān)性（Xiao，He，2015），是一個(gè)相互作用的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，2022年門源M6.9地震在孕育過程中也受到了祁連—海原斷裂周邊強(qiáng)震活動(dòng)的應(yīng)力觸發(fā)作用.

圖9 祁連—海原斷裂帶1920年以來M5以上地震活動(dòng)與周邊地震引起的庫侖應(yīng)力變化過程對(duì)比Fig. 9 Comparison of the M≥5 earthquake activity along the Qilian-Haiyuan fault zone since 1920 and the Coulomb stress loading associated with the surrounding strong earthquakes

祁連海原斷裂帶庫侖應(yīng)力的時(shí)空演化過程顯示：青藏高原北部歷史強(qiáng)震對(duì)祁連—海原斷裂帶西段的木里—江倉斷裂和托萊山斷裂以及中段的金強(qiáng)河—老虎山斷裂的應(yīng)力增強(qiáng)顯著，木里—江倉斷裂、托萊山斷裂和金強(qiáng)河—老虎山斷裂的同震庫侖應(yīng)力累積分別為0.000 7—0.013 3 MPa，0.002 3—1.608 MPa和0.094—5.06 MPa，相應(yīng)各段的平均同震庫侖應(yīng)力加載分別為0.006 45 MPa，0.367 MPa和1.125 MPa.考慮巖石圈的流變松弛作用，木里—江倉斷裂、托萊山斷裂和金強(qiáng)河—老虎山斷裂的最大累積庫侖應(yīng)力變化分別可達(dá)0.064 MPa，2.02 MPa和5.75 MPa，各段的平均累積庫侖應(yīng)力分別可達(dá)0.036 MPa，0.568 MPa和1.572 MPa，達(dá)到常用的觸發(fā)閾值0.01 MPa.顯著的強(qiáng)震庫侖應(yīng)力加載與地震地質(zhì)研究給出的強(qiáng)震破裂空段（M7專項(xiàng)工作組，2012）、數(shù)值模擬給出的高應(yīng)力積累區(qū)域（石富強(qiáng)等，2018）和斷層高閉鎖區(qū)域（Liet al，2017）吻合，表明祁連—海原斷裂帶西段的木里—江倉斷裂和托萊山斷裂以及中段的金強(qiáng)河—老虎山斷裂未來的地震危險(xiǎn)性高.考慮到青藏高原東北緣各活動(dòng)構(gòu)造之間的動(dòng)力學(xué)相關(guān)性（Xiao，He，2015），這些區(qū)域未來的強(qiáng)震危險(xiǎn)性不容忽視.

長(zhǎng)安大學(xué)李振洪教授提供了2016年和2022年兩次門源地震的破裂模型，德國地學(xué)研究中心（GFZ）汪榮江教授提供了庫侖應(yīng)力計(jì)算程序PSGRN/PSCMP，三位評(píng)審專家對(duì)本文提出了寶貴的意見和建議，作者在此一并表示感謝.