2022年門源MS6.9和2016年門源MS6.4地震序列比較分析

孟令媛 解孟雨 臧陽

中國地震臺網(wǎng)中心，北京 100045

0 引言

據(jù)中國地震臺網(wǎng)測定，2022年1月8日1時45分青海省海北州門源縣發(fā)生MS6.9 地震，震中位置37.77°N，101.26°E，震源深度10km，此次地震位于青藏高原東北緣祁連山地震帶托萊山斷裂、冷龍嶺斷裂的階區(qū)部位，構(gòu)造較為復(fù)雜。2016年1月21日1時13分青海門源發(fā)生MS6.4 地震，震中位置37.68°N，101.62°E，震源深度10km，該地震位于2022年門源MS6.9 地震東側(cè)約33km處，震中位于冷龍嶺斷裂附近(鄧起東，2007； 徐錫偉等，2016； 姜文亮等，2017； 韓立波，2022； 李智敏等，2022)。

2022年門源MS6.9 地震是繼2016年門源MS6.4 地震后祁連山地震帶發(fā)生的又一次強(qiáng)烈地震。祁連山地震帶位于昆侖山和柴達(dá)木盆地北側(cè)，河西走廊盆地及阿爾金斷裂以南，長約1000km，寬約300km，具有高坡度、高陡度的造山帶邊緣山系及高海拔、低起伏山間盆地發(fā)育的地貌特征(張會平等，2012)。

祁連山地震帶位于青藏高原東北緣北部，是青藏高原向NE方向擴(kuò)展生長的前緣地區(qū)之一，晚新生代到現(xiàn)今的構(gòu)造變形強(qiáng)烈、區(qū)域內(nèi)地震活躍，歷史上曾發(fā)生過多次7級以上地震，包括1654年天水MS8.0 、1879年武都MS8.0 、1920年海原MS8.5、1927年古浪MS8.0 和1932年昌馬MS7.6 地震(侯康明等，1998、1999； 鄭文俊等，2009；Guo et al，2019a、2019b、2020； 鞠慧超，2020)。

本文主要針對2022年門源MS6.9 和2016年門源MS6.4 地震的序列演化特征進(jìn)行比較分析和討論，基于震源機(jī)制及主震發(fā)震斷層破裂過程，分析兩次門源地震在震源過程中所表現(xiàn)出的顯著差異。初步對比研究結(jié)果顯示，2022年門源地震矩震級高、主震發(fā)震斷層破裂至地表且地震能量釋放充分，2016年門源地震矩震級低、主震發(fā)震斷層破裂不充分，兩個地震序列余震數(shù)量、震級水平差異明顯。

1 發(fā)震構(gòu)造及震源特征

2022年門源MS6.9 地震和2016年門源MS6.4 地震震中均位于冷龍嶺斷裂附近(鄧起東，2007)，兩次地震的余震沿冷龍嶺斷裂分布且密集區(qū)相接(圖1)。冷龍嶺斷裂東起甘肅省天祝縣，經(jīng)紅疆峴、閘渠河進(jìn)入青海省境內(nèi)，至門源-祁連公路的八道班以西為止，全長近130km，總體走向N60°W～N70°W，傾向NE，傾角50°～60°。冷龍嶺斷裂北側(cè)為走廊過渡帶，南側(cè)為中祁連隆起帶，東端與古浪斷裂及毛毛山斷裂相接，西端與托萊山斷裂相連，由一組近于平行的次級斷裂組成，斷裂帶寬1～3km(何文貴等，2000、2010； 姜文亮，2018)。

圖1 2022年1月8日門源 MS6.9 地震(截至2022年2月7日)和2016年1月21日門源 MS6.4 地震(截至2016年2月20日)主震位置及余震分布

中國地震臺網(wǎng)中心給出的2022年門源MS6.9 地震震源機(jī)制解反演結(jié)果顯示(支明等，2022)，此次地震矩震級為MW6.6，斷層節(jié)面I走向193°，傾向89°，滑動角-159°； 節(jié)面Ⅱ走向102°，傾角69°，滑動角-2°，波形擬合質(zhì)心深度為11km，分析認(rèn)為此次地震為一次走滑型破裂的地震事件。2016年門源MS6.4 地震矩震級為MW5.9，震源機(jī)制結(jié)果顯示，斷層節(jié)面I走向335°，傾向56°，滑動角97°； 節(jié)面Ⅱ走向143°，傾角35°，滑動角80°，波形擬合質(zhì)心深度為8km，推斷該地震為一次逆沖型的地震事件(1)https：//data.earthquake.cn/index.html。兩次門源地震的震源機(jī)制解結(jié)果與全球大震矩心矩張量解(GCMT)公布的地震矩張量反演結(jié)果較為一致(表1)。

表1 2022年門源 MS6.9 地震和2016年門源 MS6.4 地震震源參數(shù)

2022年門源MS6.9 地震和2016年門源MS6.4 地震震中距離約33km，兩個地震序列的余震區(qū)均沿冷龍嶺斷裂密集分布且相接，但門源MS6.9 地震的余震分布范圍沿破裂的尺度明顯長于門源MS6.4 地震，且前者震源機(jī)制為走滑型，而后者震源機(jī)制則為逆沖型為主的破裂(圖1，表1)。

2022年門源MS6.9 地震發(fā)生后，張勇等(2)張勇等，2022. 私人通訊.給出了該地震發(fā)震斷層面位移分布圖及破裂過程(圖2(a))，由圖2(a)可見，2022年門源地震主發(fā)震斷層破裂較為充分，沿走向雙側(cè)破裂30～40km，沿傾向破裂超過15km，且出露至地表，與野外考察結(jié)果一致(韓竹軍等，2022； 韓帥等，2022； 潘家偉等，2022)。2016年門源MS6.4 地震則以單側(cè)破裂為主，沿走向破裂集中在震中一側(cè)約10km范圍內(nèi)，沿傾向破裂集中在5～15km范圍內(nèi)且未出露至地表，此外主發(fā)震斷層面上破裂逆沖特征較為明顯，整個區(qū)域呈現(xiàn)不規(guī)則的圓形分布(圖2(b))(鄭緒君等，2018)。

圖2 2022年門源MS6.9(a)③和2016年門源MS6.4地震(b)(鄭緒君等，2018)發(fā)震斷層面上滑動位移分布

2 門源 MS6.9 和門源 MS6.4 地震序列

截至2022年2月7日，門源MS6.9 地震余震區(qū)共記錄ML≥1.0余震2266次，其中ML1.0～1.9地震1877次，ML2.0～2.9地震325次，ML3.0～3.9地震51次，ML4.0～4.9地震10次，ML5.0～5.9地震3次，最大余震為1月12日18時20分ML5.7(MS5.2 )地震(表2)。

表2 2022年門源 MS6.9 地震序列目錄(ML≥4.0)

為分析門源MS6.9 地震空間分布特征，將目錄中的單臺定位結(jié)果除去，而在計算b值、h值等參數(shù)時，為盡可能增加數(shù)據(jù)，提高計算結(jié)果的可靠性，使用包含單臺定位結(jié)果的全部序列數(shù)據(jù)。在空間上，門源MS6.9 地震余震集中區(qū)呈近EW向展布，長軸約48km，短軸約18km，最大余震(MS5.2 )則位于主震東側(cè)，距主震約22km，1月8日5.1級余震則位于主震西側(cè)約8km處(圖3(a))。

圖3 (a)2022年門源MS6.9地震余震震中分布； (b)地震序列M-t圖；(c)余震G-R關(guān)系圖； (d)余震衰減關(guān)系h值示意圖(截至2022年2月7日)

表3 2016年MS 門源6.4地震序列目錄(ML≥3.0)

利用ZMAP軟件中最小完整性震級Mc的計算方法(Wyss et al，1999；Wiemer et al，2000；Mignan et al，2020)，計算得到門源MS6.9 地震序列的最小完整性震級Mc為ML2.1(圖3(c))。基于所得最小完整性震級，利用最大似然法(Marzocchi et al，2003)，對門源6.9級地震序列震級-頻度曲線進(jìn)行G-R關(guān)系擬合，得到序列a值和b值分別為 4.05±0.12和 0.74±0.04，進(jìn)而推測序列最大余震震級為ML5.5，與實際發(fā)生的最大余震震級ML5.7相差0.2(圖3(c))。

門源MS6.9 地震序列中主震與最大余震(MS5.2 )的震級差為1.7，主震釋放能量占序列釋放總能量的99.45%，表明該序列主震釋放了此次地震序列的絕大部分能量。截至2月7日，門源6.9級地震序列的h值計算結(jié)果為1.586(圖3(d))，表明該地震序列后續(xù)發(fā)生更大地震的可能性較小(蔣海昆等，2007)。結(jié)合上述分析，2022年門源MS6.9 地震序列為主震-余震型地震序列。

2022年門源MS6.9 地震序列余震活動水平較高，共記錄到2次5級以上余震，分別是1月8日MS5.1 和1月12日MS5.2 地震，2次強(qiáng)余震的震源機(jī)制解均顯示地震為走滑型破裂，與主震的震源機(jī)制解一致(表2，圖3(a))。2016年門源MS6.4 地震序列余震水平則相對偏低，最大余震為1月21日1時18分MS3.4 地震(表3)。

2016年1月21日至2月20日，門源MS6.4 地震余震區(qū)共記錄到ML≥1.0余震704次，其中ML1.0～1.9地震574次，ML2.0～2.9地震113次，ML3.0～3.9地震16次，ML4.0～4.9地震1次，最大余震為1月21日1時18分門源ML4.1(MS3.4 )地震(表3)。

利用前文所述最小完整性震級Mc的計算方法，截至2016年2月20日，計算得到門源MS6.4 地震序列的Mc為ML1.3，進(jìn)一步利用最大似然法對該序列震級-頻度曲線進(jìn)行G-R關(guān)系擬合，得到序列a值和b值分別為 3.67±0.09和 0.80±0.03(圖4(c))，進(jìn)而推測序列最大余震震級為ML4.6，與實際發(fā)生的最大余震震級ML4.1相差0.5，門源MS6.4 地震序列的h值計算結(jié)果為2.239，顯著大于1(圖4(d)))。

圖4 (a)2016年門源 MS6.4 地震余震震中分布； (b)地震序列M-t圖； (c)余震G-R關(guān)系圖； (d)余震衰減關(guān)系h值示意圖(截至2016年2月20日)

圖5 2022年門源 MS6.9 (a)和2016年門源 MS6.4 地震(b)序列b值隨時間變化對比

3 討論和結(jié)論

2016年門源MS6.4 地震發(fā)生后，中國地震局地質(zhì)研究所提供的第一版區(qū)域地震構(gòu)造圖中指出，門源MS6.4 地震震中位于冷龍嶺斷裂附近，該斷裂是全新世的左旋走滑兼逆沖性質(zhì)的斷裂，斷裂走向近WN向(3)http：//www.eq-igl.ac.cn/upload/images/2016/1/219011690.jpg ⑤ https：//www.activefault-datacenter.cn/news＿detail/265。2022年門源MS6.9 地震發(fā)生后，中國地震震害防御中心提供的地震構(gòu)造圖顯示，門源MS6.9 地震震中位于冷龍嶺斷裂西端與托萊山北緣斷裂交接部位，2個斷裂均為全新世活動斷裂，具有左旋逆走滑性質(zhì)⑤。

結(jié)合2022年門源MS6.9 地震和2016年MS6.4 門源地震的余震分布和序列附近構(gòu)造信息(圖1)，采用鄧起東(2007)給出的1︰400萬中國活動構(gòu)造圖，可以發(fā)現(xiàn)2次地震主震震中均位于冷龍嶺斷裂附近，但由于冷龍嶺斷裂位處青藏高原東北緣北部祁連山地震帶，附近區(qū)域構(gòu)造復(fù)雜、強(qiáng)震頻發(fā)，明確2次地震的發(fā)震構(gòu)造仍是一個值得深入研究的問題。

關(guān)于2016年門源地震的發(fā)震構(gòu)造，胡朝忠等(2016)結(jié)合高分辨率遙感解譯和野外考察分析認(rèn)為，冷龍嶺斷裂為該地震的控震構(gòu)造，但發(fā)震構(gòu)造為其北側(cè)發(fā)育的一條走向約為140°的活動斷裂； 姜文亮等(2017)根據(jù)同震形變場、余震精定位及GPS等資料的研究結(jié)果，認(rèn)為2016年門源地震發(fā)生在冷龍嶺斷裂西段北側(cè)的分支斷層上，該地震的發(fā)生造成分支斷層兩側(cè)發(fā)生背斜式褶曲隆升。

強(qiáng)震發(fā)生后，如何快速、準(zhǔn)確判定其發(fā)震構(gòu)造對震后開展序列分析及區(qū)域地震危險性研究具有重要的意義。依據(jù)現(xiàn)有資料初步判定兩次門源地震的附近斷裂或者可能的發(fā)震構(gòu)造均為冷龍嶺斷裂，結(jié)合震源機(jī)制解反演的結(jié)果，2016年門源地震的主震震源機(jī)制為典型的逆沖破裂，與冷龍嶺斷裂左旋走滑的主要運動性質(zhì)不符，鄭緒君等(2018)反演給出的破裂過程持續(xù)過程較短，且以單側(cè)破裂為主，未破裂至地表(圖2(b))，破裂區(qū)域位于震源東南側(cè)冷龍嶺斷裂與民樂-大馬營斷裂之間，與地震現(xiàn)場震害調(diào)查和基于InSAR數(shù)據(jù)反演推斷的結(jié)果一致，即2016年門源MS6.4 地震的發(fā)震斷層為冷龍嶺斷裂北側(cè)的一條斷裂(胡朝忠等，2016； 姜文亮等，2017； 趙強(qiáng)等，2017；Guo et al，2017；He et al，2020)。

2022年門源MS6.9 地震發(fā)生后，中國地震局第一時間開展震后應(yīng)急及現(xiàn)場科學(xué)考察工作，其中科考隊地質(zhì)組的工作由中國地震局地質(zhì)研究所牽頭，在震中附近區(qū)域開展了現(xiàn)場調(diào)研及無人機(jī)精細(xì)地貌測量和分析，初步認(rèn)識如下：①該地震的區(qū)域構(gòu)造較為復(fù)雜，位于冷龍嶺斷裂、托萊山斷裂和肅南-祁連斷裂的階區(qū)部位(鄧起東，2007； 徐錫偉等，2016)；②此次地震在地表產(chǎn)生了破裂帶，北支和南支地表破裂帶規(guī)模較大，整體展布約25km；③發(fā)震構(gòu)造為發(fā)育在冷龍嶺斷裂和托萊山斷裂之間階區(qū)的道溝斷裂(韓竹軍等，2022； 萬秀紅等，2022)。

結(jié)合震源機(jī)制解和震源參數(shù)反演的結(jié)果，2次門源地震MS震級相差0.5，MW震級相差0.7。門源MS6.4 地震逆沖型破裂性質(zhì)和未出露至地表的特征表明，該地震發(fā)震斷層破裂不充分，地震波輻射能主要消耗在斷層垂向位移的過程中，后續(xù)余震活動次數(shù)少、震級低； 余震釋放的能量相對有限，無強(qiáng)余震發(fā)生。

兩次門源地震序列所表現(xiàn)出的差異性，與地震破裂過程和區(qū)域構(gòu)造環(huán)境均密切相關(guān)，冷龍嶺斷裂與托萊山斷裂兩大斷裂相互交匯的復(fù)雜構(gòu)造環(huán)境，導(dǎo)致了該區(qū)域既存在發(fā)生左旋走滑型強(qiáng)震的可能，同時具備孕育逆沖型強(qiáng)震的構(gòu)造條件。當(dāng)?shù)卣鹫鹪礄C(jī)制、破裂過程與區(qū)域主要構(gòu)造特征較為一致時，發(fā)震斷層往往經(jīng)歷更為充分的破裂，在該過程中消耗的能量也相對較少，剩余較多的地震波輻射能則通常伴隨較為活躍的余震； 當(dāng)?shù)卣鹫鹪礄C(jī)制和破裂過程與區(qū)域構(gòu)造特征差異較大時，斷層破裂受到構(gòu)造環(huán)境限制，在破裂過程中消耗的能量較大，可能導(dǎo)致后續(xù)余震活動水平普遍偏弱。

分析2次地震的破裂過程，門源MS6.4 地震為單側(cè)破裂，圖4(a)中余震定位結(jié)果未經(jīng)過重定位等處理，余震空間上分布于主震兩側(cè)，可能是由于逆沖型地震余震空間展布較為集中且地震定位存在誤差所致。門源MS6.9 地震則以主震為中心，向西側(cè)沿托萊山斷裂破裂發(fā)生了一次MS5.1 余震，隨后向東側(cè)沿冷龍嶺斷裂破裂發(fā)生了MS5.2 最大余震，呈現(xiàn)出典型的雙側(cè)破裂特征，東側(cè)余震密集區(qū)與2016年門源地震余震區(qū)相接。從應(yīng)力觸發(fā)的角度來看，2次地震存在一定的關(guān)聯(lián)，靜態(tài)庫侖應(yīng)力計算結(jié)果顯示，2022年門源MS6.9 地震位于2016 年門源MS6.4 地震的庫侖應(yīng)力正影響區(qū)，其對2022 年門源MS6.9 地震的發(fā)生具有一定的促進(jìn)作用(李振洪等，2022； 劉博瀚，2021)。

進(jìn)一步綜合對比2022年和2016年門源地震的余震演化特征，可以發(fā)現(xiàn)，盡管震級存在一定差異，在同一構(gòu)造區(qū)域發(fā)生的這兩次強(qiáng)震，主發(fā)震斷層破裂過程及震源特征是導(dǎo)致余震衰減特征顯著不同的主要因素，由于目前兩個余震區(qū)已經(jīng)相接，表明兩次地震現(xiàn)有的破裂交匯區(qū)可能不再具備發(fā)生強(qiáng)震的構(gòu)造空間。

考慮冷龍嶺斷裂和托萊山斷裂交匯區(qū)域歷史地震豐富，盡管2016年門源MS6.4 地震的余震區(qū)與1986年門源MS6.5地震的余震區(qū)重疊程度更高，可能是受到該區(qū)域構(gòu)造復(fù)雜，如斷裂交匯、多發(fā)育隱伏斷裂等特征影響(He et al，2020)，因此，該區(qū)域未來仍然具備發(fā)生左旋走滑或逆沖型強(qiáng)震的構(gòu)造條件。

致謝：中國地震臺網(wǎng)中心國家地震科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http：//data.earthquake.cn)提供數(shù)據(jù)支撐，審稿專家為本文提出了寶貴修改建議，在此一并表示誠摯的感謝。