2021年5月22日，一次7.4級走滑地震發生于青藏高原東北部松潘-甘孜塊體内部的江錯斷層。這是2008年汶川地震之後我國發生的最大地震，也是過去30年我國地震活動性最高的巴彥卡拉塊體發生的一次重大地震。不同于該塊體之前發生的塊體邊界地震，瑪多地震發生于塊體内部斷層上，對于分析塊體形變模式以及地震危險性有重要意義。beat365地球物理系嶽漢助理教授聯合本專業諸多地震方向研究人員研究了本次地震的發震過程以及讨論了松潘甘孜塊體的曆史形變模式。文章于2022年6月發表于美國科學院院刊PNAS（Preceeding of National Academy of Science)。文章由自然科學基金委“創新科研群體”項目支持。該項目由地球物理系黃清華教授牽頭，6名骨幹成員皆參與了該研究工作。

青藏高原被稱為“世界屋脊”,其隆升和溢出由印度闆塊和歐亞闆塊碰撞産生，其獨特的高程形态和形變模式是反應了大陸持續碰撞擠壓的作用。具體而言，其地表形變經曆了南側喜馬拉雅山附近的擠壓，中部羌塘塊體的拉伸，松潘甘孜塊體的剪切以及北部柴達木盆地和祁連山的擠壓幾種形變模式的轉化（圖1）。其中松潘-甘孜塊體的剪切形變協調了羌塘塊體東西向的擴張和柴達木塊體南北向擠壓之間的形變差異。該塊體也是我國最活躍的一個塊體。過去30年間的幾次大地震，包括1997瑪尼，2001昆侖，2008汶川以及2010玉樹等地震，都發生在塊體邊界斷層上，如昆侖斷層，龍門山斷裂帶以及甘孜-玉樹斷層。因此在“活動塊體模型”中，該區域的形變主要集中塊體邊界。然而，當代大地測量觀測顯示松潘甘孜塊體的形變主要集中于塊體内部（圖2）。 這些觀測的差别讓高原形變研究産生兩個疑問：1. 塊體内部的形變以何種形式釋放？2當代形變觀測是否反映了高原長期的形變模式? 2021年發生于松潘甘孜塊體内部的瑪多地震提供了回答該問題的一個契機。

圖1、青藏高原地表形變以及沿着東北向剖面下的地下物質狀态。

圖2、 上圖背景顔色為青藏高原東北緣的剪切應變分布，剪切應變主要集中于松潘甘孜塊體内部。

beat365地球物理專業研究人員結合了多種觀測數據反演了瑪多地震的破裂過程。反演結果顯示該地震為雙側破裂。而向東的破裂速度為超剪切（破裂速度超過剪切波波速），向西的破裂速度為亞剪切。該研究同時分析了形成這種雙側雙速破裂的原因可能與兩側破裂的集中深度有關。西側破裂較淺，導緻淺部速度強化深度在整個破裂深度占比較高，因此維持破裂傳播将消耗較高的應變能，導緻破裂速度較低。而東側破裂較深，淺部強化區消耗的應變能占比低，有更多的應變能形成超剪切破裂。（圖3）

圖3、從上至下分别為地表形變分布，斷層面上的同震位錯分布，向西和向東的速度殘差曲線以及反投影輻射點源的時空分布。

同時該工作也分析了松潘甘孜塊體區域的剪切應變率和地震波速各向異性的分布。發現剪切應變集中區域和各向異性分布具有高度的空間相關性，同時剪切方向和各向異性方向也有較好的一緻性。由于剪切應變隻反應了當代地表形變模式，而各向異性反應了在地質年代下（百萬年)尺度的應變模式。兩種觀測的一緻性反應了現今觀測到的地表分布式形變在整個松潘甘孜塊體的演化曆史中也是一種主要的形變模式。地震波各向異性的深度反應了這一特征集中于地表30km深度以内（圖4）。 同時結合松潘甘孜塊體内部廣泛發育的褶皺結構，該研究提出了用HTI（水平橫觀各向同性）介質解釋應變以及波速模型。并指出松潘甘孜塊體在三疊紀和第三紀經曆的兩次縮短事件将古特提斯洋遺留的增生楔沉積層擠壓褶皺，形成了縱向分布的分層結構。這些分層結構在水平剪切力的作用下導緻了各向異性和剪切形變的一緻性。該分析同時指出塊體兩側的剪切應力加載性形成該形變模式的主要驅動力，這與青藏高原流體模型下來自下地殼流的驅動力不同。

圖4、上圖為青藏高原東北緣的剪切形變分布和波速各向異性分布。下圖為沿着兩個剖面下的剪切形變下剪切形變分布和各向異性的深度分布。

參考文獻：

Han Yue, Zhengkang Shen, Zeyan Zhao, Teng Wang, Bonan Cao, Zhen Li, Zxuewei Bao, Li Zhao, Xiaodong Song, Yong Zhang, Jing Liu-Zeng, Min Wang, Qinghua Huang, Shiyong Zhou, Lian Xue, (2022), Rupture process of the 2021 M7.4 Maduo earthquake and implication for deformation mode of the Songpan-Ganzi terrane in Tibetan Plateau, PNAS, 119(23)e2116445119

文章鍊接： https://doi.org/10.1073/pnas.2116445119