殷 娜，邓 淼，万 飞，贾建鹏，纪同娟， 程 昊

(1.防灾科技学院，河北 三河 065201；2.河北省地震动力学重点实验室，河北 三河 065201)

0 引言

2016年1月21日在青海门源县境内发生Ms6.4地震(以下简称门源6.4级地震)，震中位置为37.68°N，101.62°E，震源深度为10 km(见第22页图1，图中灰色矩形代表第25页图4中的构造变形剖面位置)。此次地震发生在祁连山中东段广义的海原断裂带北侧，地震类型表现为逆冲型。

图1 门源地震区构造地貌简图Fig.1 Tectonic geomorphology map of Menyuan earthquake area

祁连山主体受高原东北缘两条大型边界走滑断裂(阿尔金断裂和海原-祁连山断裂)控制，发育一系列以挤压逆冲为主兼具左旋走滑特征的活动断裂系[1](见第22页图2)。这些活动断裂系共同吸收转化两条边界走滑断裂因滑动速率衰减、走向转变所形成的走滑转换和应变分解[1-2]。在本次地震发育的祁连山中东段，受高原向北东方向挤压作用的影响，其新构造运动和地震活动强烈，褶皱分布广泛，发育高原边界主控断裂—海原—祁连山断裂，并形成由断裂控制的三大地貌单元[2-4]；另外，祁连山中东段及其邻区曾发生多次中强以上地震甚至大地震，如1888年景泰61/2级地震、1920年海原8.5级地震以及1927年古浪8级大震以及1954山丹71/4级地震及1986门源6.4级地震等(见图2)。

诸多学者对2016年门源6.4级地震的震源特征、孕震机制和发震构造等进行探讨，但仍存争议。笔者拟在该区构造活动特征、构造转换、地貌发育、历史地震以及现代地震活动性分析的基础上，综述2016年门源6.4级地震的孕震机制特征，同时从区域动力学的大尺度特征探讨其新构造运动的意义，获得其大震孕震机制和构造意义的新认识。

1 研究区断裂活动特征与构造转换

从区域构造图像上看，祁连山地区作为阿尔金断裂与海原-祁连山断裂这两条边界左旋走滑断裂之间的构造岩桥，正经历着强烈的构造变形；岩桥内部各次级断裂、活动褶皱分配、吸收、调整着两条断裂之间的应变差异[1,5-6]。近年来，随着具发震能力活动层的大比例尺填图及重要边界断裂的精细化研究，前人重新厘定了祁连山及其周边地区活动断裂滑动速率的定量数据。作为主控边界断裂之一的阿尔金断裂，其滑动速率一直存在较大争议， Zhang P Z等通过定量分析河流阶地断错地貌得到了阿尔金断裂中段的滑动速率约10 mm/a并向东逐渐递减，到疏勒河口滑动速率仅为1～2 mm/a，这与GPS观测到的断裂滑动速率相吻合并得到广泛认可[7]。同时，Yu Z等基于探槽古地震和构造地貌研究，认为酒西盆地诸多NE走向的逆断层和褶皱吸收了阿尔金断裂的主要变形，宽滩山断裂全新世以来的垂直滑动速率约0.16 mm/a[8]。另一条边界走滑断裂海原-祁连山断裂(又名广义海原断裂)

各段的滑动速率，前人做了详细的工作并得到精确的定量数据；如Li C Y等通过断错地貌的精细测量得到海原断裂平均滑动速率为4.5±1.0 mm/a，这与GPS得到的4.3±1.5 mm/a相吻合[9]；刘百篪等通过活动断裂填图得到全新世以来水平滑动速率为3.54～3.84 mm/a，垂直滑动速率为0.44 mm/a[10-11]；何文贵等得到冷龙岭断裂晚更新世和全新世以来的水平滑动速率分别为4.3±0.7 mm/a 和3.9±0.36 mm/a[12-16]。

位于两条边界断裂之间起转换作用的断裂，其滑动速率近年来也逐渐定量化。Tapponnier通过对洪积扇的位错变形，测量得到榆木山北缘断裂平均逆冲速率为0.4～1.9 mm/a[17]；Hetzel等通过地貌面测量以及宇宙成因核素年代，获得榆木山东缘断裂的逆冲速率为0.64±0.8 mm/a到0.88±0.16 mm/a[18-19]；罗浩等得到昌马断裂不同分段上的左旋走滑速率分别为1.33±0.39 mm/a、3.11±0.31 mm/a与3.68±0.41 mm/a[20]。正是上述活动断裂不同的变形方式和滑动速率等构成了祁连山构造变形的总体图像，并吸收、转化、调整着两条边界走滑断裂之间的构造差异。

关于祁连山地区的构造变形，Wang E认为受左旋走滑的阿尔金断裂与右旋走滑的温泉断裂(又称鄂拉山断裂)，所加持的拥有刚性基底的柴达木盆地向祁连山内部的楔入，使得祁连山内部发育多条次级以逆冲活动为主的断裂，柴达木地块的顺时针旋转不仅形成阿尔金断裂与温泉断裂之间的走滑速率差，也使得祁连山内部断裂多具左旋走滑特征[21]；袁道阳等根据分析该区晚第四纪活动断裂几何分布图像认为，作为左旋右阶区的巨大岩桥，祁连山地区在通过区内原有断裂吸收调节两条边界走滑断裂滑移量的同时，也形成一系列以逆冲推覆为主兼具左旋滑移量的活动构造带[1]。Zheng W J等利用GPS观测结果，认为祁连山西段内部断裂系(如昌马断裂、祁连山北缘断裂)调节吸收了阿尔金断裂绝大部分的左旋滑移分量，并将之转换为自身逆冲分量[22]，而向东表现为逆冲分量逐渐增加的特征[11]，到海原-祁连山断裂，其吸收了阿尔金断裂通过祁连山内部断裂系所传递过来的滑移速率[8]，将之转换为六盘山、马东山两侧新生代盆地的变形以及山脉向东的逆冲作用[23-25]。

2 区域地貌特征

祁连山地区普遍存在两级夷平面(包括山顶面和主夷平面)、一级剥蚀面及多级河流阶地[26]，不同级别、不同期次的面状构造揭示青藏高原(或者祁连山地区)多次强隆升事件[27]；前人通过野外勘察及室内航片判读发现，祁连山西段的主夷平面略高于东段[26]，可能预示西段的隆升强度相比东段较大；近期，有学者在祁连山北翼开展河流地貌参数研究工作，结果证实东段岩体抬升速率小于中、西段的假设[3, 27]。

在本次发震地点的祁连山中东段，宏观地貌受构造活动影响明显。Hu X F,Pan B T等[28-29]通过实测祁连山东段北翼各河流的阶地分布、拔河高度及年代数据并整合前人已有测年数据，得到各河流自上而下的下切速率，结果显示高山区(High mountain range)拥有较大的河流下切速率，低山区(Lower mountain range)河流下切速率明显较低，在整合各影响因素的基础上，认为不同逆冲断裂的差异性活动是造成祁连山东段地貌分区的主要原因，而这些逆冲断裂的构造变形受控于山脉顶部走滑断裂的活动影响；Pan B T等据此将祁连山东段划分为三大地貌单元：高山带(3 200～4 500 m)、低山带(2 200～3 100 m)及走廊平原带(<1 800 m)，地貌分区界限为区内主干活动断裂[29]。

3 门源6.4级地震基本特征与相关断裂的活动特征

该地震的宏观震中位于广义的海原断裂带北侧，通过震后的矩张量反演结果显示为逆冲型，而地震动预测结果及中国地震局公布的地震烈度图长轴均表现为NW-SE向，与震源区各断裂活动方式、展布方向一致，说明本次地震与该区断裂的活动密切相关。

此次宏观震中曾于1986年发生Ms6.4地震，之后短期内连续发生Ms5.0、Ms5.7、Ms4.5三次中强余震。通过分析震源机制解发现，这四次地震均源于具有较大倾滑分量的正断层活动，这也证实了1986年门源6.4级地震造成的极震区张性破裂带[30-31]。震后调查及区域形变背景分析认为，1986年门源6.4级地震的发震断裂是冷龙岭断裂[31]。何文贵等[12-16]发现冷龙岭断裂中、东段第四纪以来表现为正走滑断层的活动性质，并沿断裂形成多级反向陡坎，证实冷龙岭断裂是1986年门源6.4级地震的发震断裂。

此次研究的门源地震属于挤压逆冲型破裂，应与第四纪以来表现为伸展变形的冷龙岭断裂无关，其发震断裂很可能是香山-天景山-天桥沟-黄羊川-冷龙岭断裂带西段(由民乐-大马营断裂、皇城-双塔断裂等组成)。

4 祁连山地区地震活动特点

5 区域孕震环境研究现状及新认识

从祁连山地区活动断裂的几何学和运动学图像看出，祁连山地区整体处于阿尔金断裂与海原-祁连山断裂两条大型左旋走滑断裂的右阶岩桥区，区内断裂在继承原有构造特性的基础上，形成以挤压逆冲为主兼具走滑特征的活动断裂带，整体上构成一个挤压推覆构造区[1-2, 21]；区内断裂在继承、吸收、传递两条边界走滑断裂运动分量的过程中起着至关重要的作用。无论是断裂的实地调查[8, 10, 36]，还是GPS观测结果[6, 22,41]，均显示出从祁连山西段到东段各次级断裂逆冲分量依次减少而走滑分量依次增加。袁道阳等研究认为高原东北缘的柴达木-祁连活动地块受区域NE向构造应力作用，同时遭受来自塔里木板块(西)、阿拉善地块(北)以及鄂尔多斯刚性块体(东)的阻挡，发生NE向的挤压缩短、顺时针旋转以及向SEE方向的挤出[1]；现代GPS观测同样揭示了这一现象，在相对于稳定的欧亚板块的基础上，祁连山西段的GPS速率大致垂直于山体展布，向东其运动方向发生顺时针旋转，出现GPS速率与山脉小角度相交甚至于平行的情况[7]；另外，横跨祁连山不同部位的GPS速率剖面均显示出不同程度的速率衰减[22]，显示出祁连山内部的地壳缩短、增厚以及物质的向东流动；祁连山北翼河流阶地的变形揭示，祁连山地区的地壳缩短很有可能是通过各次级断裂的逆冲活动来实现[27, 42]。本次门源地震就属于该区域孕震环境下的产物。

从目前青藏高原主要的变形系统可知，发生于新生代早期的印度板块与欧亚大陆的拼合碰撞及其后的楔入作用，是高原东北缘隆升变形的主要动力来源[43-48]。无论在碰撞初期，应力是否已经传递到了目前高原北部[46-47]，祁连山作为高原向北扩展隆升的前缘部位已是不争的事实。在喜马拉雅地区吸收印-欧碰撞超过40%变形的基础上，剩余量通过高原各大次级块体及其之间的缝合带向北传递[45]，到高原北部祁连山地区后，主压应力转变为NE向，与祁连山北缘大断裂主压应力轴一致。地球物理学研究也表明，祁连山-河西走廊地区存在阿拉善地块向高原之下的俯冲[48]，而阿拉善作为一个稳定的地块，对于高原、特别是祁连山向北的扩展主要起到阻挡作用(见图3，白色箭头代表块体运动方向，黑色代表应力分解过程)，在强震孕育过程中起到重要的作用。图3中示意的应力分解模型代表了该俯冲动力学过程。

图3 青藏高原东北缘岩石圈结构概念模型Fig.3 Conceptual model of lithospheric structure in northeastern margin of the Tibet Plateau

印度板块以及阿拉善块体持续性向青藏高原之下俯冲(挠曲)，是高原北缘地壳增厚缩短及高原持续向北地推挤的主要原因，也是青藏高原东北缘各边界断裂与次级断裂发生向北(或北东)逆冲推覆的原动力。高原东北缘两条控边断裂，阿尔金断裂与海原-祁连山断裂在东北缘主压应力作用下均存在向北的推挤作用。与此次门源6.4级地震密切相关的海原-祁连山断裂，对其上盘进行磷灰石裂变径迹年代学测试及横跨断裂的地震剖面分析认为，海原断裂自晚新生代以来经历先逆冲、后走滑的两阶段变形过程，造成海原-祁连山断裂在垂直截面的“正花状构造”特征[38-41]，这一过程被高原东北缘盆地沉积物“忠实”记录[23-24]；深部地球物理数据同样揭示海原断裂有向北推挤的现象，并触发了河西走廊最北侧龙首山断裂上的1954年7级山丹地震[2]。

综合震区活动构造图像与变形模式、盆地底层与沉积物变化、深部地球物理探测、GPS速度场变化将此次地震邻区主要断裂在地下的接触关系表示于图4中(其中的剖面分布位置见图1)。从图中看出，在高原东北缘以NE向为主压应力的情况下，海原-祁连山断裂除了继承、吸收岩桥内部次级断裂的走滑分量外，在柴达木-祁连顺时针旋转及向SE方向挤出的过程中，向北推挤并发育一系列与其走向大致平行、由南向北依次推覆的铲式逆断层带，其中民乐-大马营断裂、皇城-双塔断裂及武威盆地南缘断裂构造变形的动力，主要来源于海原-祁连山断裂第四纪以来向北的扩展与推挤，这也印证了在本次门源震中以西的香山-天景山断裂带的变形过程[49]。此次海原-祁连山断裂带上门源6.4级地震的发育，正是高原东北缘目前强烈活动正在向北挤压扩展的证明。

图4 横穿祁连山东段的构造变形剖面Fig.4 Structural deformation profile across the Eastern Qilian Mountains

6 结论

受两条边界走滑断裂所控制的祁连山地区是青藏高原东北缘的重要组成部分，高原持续性的向北挤压扩展以及位于两条边界左旋走滑断裂右阶岩桥区的特殊位置，使得该地区强震多发。2016年1月21日Ms6.4地震同样发生在海原-祁连山断裂附近。区域构造变形的几何图像以及运动学特征分析发现，柴达木-祁连活动地块顺时针旋转以及向SSE方向的挤出，是震区构造应力集中的力学环境，而海原-祁连山地块向北挤压以及阿拉善块体阻挡作用，是门源及其邻区强震多发的主要原动力。同时，此次门源地震的发生也证明了海原-祁连山断裂带强烈的构造活动，以及高原东北缘持续性地向北推挤、扩展的地球动力学过程。