2021年5月22日，一次7.4级走滑地震发生于青藏高原东北部松潘-甘孜块体内部的江错断层。这是2008年汶川地震之后我国发生的最大地震，也是过去30年我国地震活动性最高的巴彦卡拉块体发生的一次重大地震。不同于该块体之前发生的块体边界地震，玛多地震发生于块体内部断层上，对于分析块体形变模式以及地震危险性有重要意义。北京大学地球物理系岳汉助理教授联合本专业诸多地震方向研究人员研究了本次地震的发震过程以及讨论了松潘甘孜块体的历史形变模式。文章于2022年6月发表于美国科学院院刊PNAS（Preceeding of National Academy of Science)。文章由自然科学基金委“创新科研群体”项目支持。该项目由地球物理系黄清华教授牵头，6名骨干成员皆参与了该研究工作。

青藏高原被称为“世界屋脊”,其隆升和溢出由印度板块和欧亚板块碰撞产生，其独特的高程形态和形变模式是反应了大陆持续碰撞挤压的作用。具体而言，其地表形变经历了南侧喜马拉雅山附近的挤压，中部羌塘块体的拉伸，松潘甘孜块体的剪切以及北部柴达木盆地和祁连山的挤压几种形变模式的转化（图1）。其中松潘-甘孜块体的剪切形变协调了羌塘块体东西向的扩张和柴达木块体南北向挤压之间的形变差异。该块体也是我国最活跃的一个块体。过去30年间的几次大地震，包括1997玛尼，2001昆仑，2008汶川以及2010玉树等地震，都发生在块体边界断层上，如昆仑断层，龙门山断裂带以及甘孜-玉树断层。因此在“活动块体模型”中，该区域的形变主要集中块体边界。然而，当代大地测量观测显示松潘甘孜块体的形变主要集中于块体内部（图2）。 这些观测的差别让高原形变研究产生两个疑问：1. 块体内部的形变以何种形式释放？2当代形变观测是否反映了高原长期的形变模式? 2021年发生于松潘甘孜块体内部的玛多地震提供了回答该问题的一个契机。

图1、青藏高原地表形变以及沿着东北向剖面下的地下物质状态。

图2、 上图背景颜色为青藏高原东北缘的剪切应变分布，剪切应变主要集中于松潘甘孜块体内部。

北京大学地球物理专业研究人员结合了多种观测数据反演了玛多地震的破裂过程。反演结果显示该地震为双侧破裂。而向东的破裂速度为超剪切（破裂速度超过剪切波波速），向西的破裂速度为亚剪切。该研究同时分析了形成这种双侧双速破裂的原因可能与两侧破裂的集中深度有关。西侧破裂较浅，导致浅部速度强化深度在整个破裂深度占比较高，因此维持破裂传播将消耗较高的应变能，导致破裂速度较低。而东侧破裂较深，浅部强化区消耗的应变能占比低，有更多的应变能形成超剪切破裂。（图3）

图3、从上至下分别为地表形变分布，断层面上的同震位错分布，向西和向东的速度残差曲线以及反投影辐射点源的时空分布。

同时该工作也分析了松潘甘孜块体区域的剪切应变率和地震波速各向异性的分布。发现剪切应变集中区域和各向异性分布具有高度的空间相关性，同时剪切方向和各向异性方向也有较好的一致性。由于剪切应变只反应了当代地表形变模式，而各向异性反应了在地质年代下（百万年)尺度的应变模式。两种观测的一致性反应了现今观测到的地表分布式形变在整个松潘甘孜块体的演化历史中也是一种主要的形变模式。地震波各向异性的深度反应了这一特征集中于地表30km深度以内（图4）。 同时结合松潘甘孜块体内部广泛发育的褶皱结构，该研究提出了用HTI（水平横观各向同性）介质解释应变以及波速模型。并指出松潘甘孜块体在三叠纪和第三纪经历的两次缩短事件将古特提斯洋遗留的增生楔沉积层挤压褶皱，形成了纵向分布的分层结构。这些分层结构在水平剪切力的作用下导致了各向异性和剪切形变的一致性。该分析同时指出块体两侧的剪切应力加载性形成该形变模式的主要驱动力，这与青藏高原流体模型下来自下地壳流的驱动力不同。

图4、上图为青藏高原东北缘的剪切形变分布和波速各向异性分布。下图为沿着两个剖面下的剪切形变下剪切形变分布和各向异性的深度分布。

参考文献：

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

文章链接： https://doi.org/10.1073/pnas.2116445119