祁连—海原断裂带刻画了青藏高原的东北边界（图1），调节着高原的北东挤压和阿拉善地块的东西运动（Tapponnier et al., 2001; Tapponnier and Molnar, 1977）。青藏高原东北缘晚第四纪的变形主要被祁连—海原断裂带的左旋剪切和跨越祁连褶皱冲断带的地壳缩短和增厚吸收。

断层弯曲作为一种典型的几何不连续，在调节断层应变分配和影响地震破裂的传播中扮演着重要的角色。2022 年 1 月 8 日，在连接托莱山断层和冷龙岭断裂的“门源弯曲”处发生了左旋走滑主导的MS 6.9地震（图1）。值得注意的是，1986年和2016年在冷龙岭断裂北部发生了两次MS 6.4逆冲型地震，与冷龙岭断裂的运动学特征相矛盾（Guo et al., 2019）。为什么这些地震发生的距离如此之近，却表现出不同的震源机制？“门源弯曲”附近活动断裂的现今运动学对于评估区域地震危险性起着至关重要的作用。然而，现有的地质观测资料过于稀疏，无法描述连续的断层滑移。此外，人们对青藏高原东北部地块和戈壁-阿拉善地块之间的斜向汇聚如何分解到复杂断层系仍知之甚少。

图1. （a）区域构造和（b）断层滑动速率观测

TLSF:拖莱山断裂；LLLF:冷龙岭断裂；NLLLF：北冷龙岭断裂；MDF：民乐-大马营断裂；HSF：皇城-双塔断裂；JHQF：金强河断裂。

为了回应上述问题，中国地震局地球物理研究所黄禄渊副研究员考虑活动断层的摩擦行为，建立包含托莱山断层和冷龙岭断裂的三维粘弹塑性有限元模型。采用GPS速度场和断层滑动速率联合约束，计算块体斜向汇聚背景下的断层滑动速率分配和孕震应力积累，并尝试建立应力积累和地震类型之间的联系。

研究表明，块体斜向汇聚框架下的变形分配导致了复杂断裂系滑动速率的空间非均匀分布。数值模型估计的托莱山断裂和冷龙岭断裂的走滑速率分别约为2-4 毫米/年和4-7 毫米/年（图2）。冷龙岭断层的滑动行为呈现出空间过渡的特征，其西段走滑分量占主导，东段兼具逆冲和走滑分量。数值模拟揭示了祁连—海原断裂带上的应力积累表现出走滑型主导，而北冷龙岭断裂附近的孕震应力为逆冲挤压占优（图3），解释了三次门源地震震源机制解的差异。本研究提出铲状的北冷龙岭断裂在深部地壳与冷龙岭断裂汇聚，形成了有利于挤压应力积累的正花状结构（图4）。

图2. 数值模型刻画的断层（a）走向和（b）倾向的滑动速率

图3.  数值模拟的断裂附近三维应力状态

绿色沙滩球代表2009年1月至2017年12月震级ML≥3.5的震源机制解。蓝色沙滩球代表15公里深度模拟所得应力状态。

图4.  祁连-海原断裂带西北段及邻区的断层滑动分配卡通图

本研究基于运动学约束的数值模型，刻画门源弯曲附近断裂系的连续运动学图像，建立断层运动学和孕震应力积累之间的桥梁—揭示了距离相近的3次门源地震震源机制差异的动力学成因。为探索滑动分配、断层几何和区域应力之间的关系提供了有价值的视角，模型给出的断层连续滑动速率和孕震应力积累为区域地震危险性评价提供基础参数。

成果于2023年发表在学术期刊《Tectonophysics》 （Luyuan Huang, Shi Chen, Slip partitioning and seismogenic stress buildup adjacent to the junction of the Lenglongling fault and the Tuolaishan fault: Insights from kinematically constrained numerical simulations, Tectonophysics,2023,230106,https://doi.org/10.1016/j.tecto.2023.230106.），受国家自然基金（批准号：42074111, 42174120, 41941017, U1939205）、中国地震局地球物理研究所基本科研业务费专项（批准号：DQJB22K43）以及国家留学基金委“地震英才项目”的共同资助。

【作者简介】

黄禄渊（第一作者），重力与地壳变形研究室副研究员，主要从事计算地球动力学研究工作。Email: luyuanhuang@cea-igp.ac.cn

陈石（通讯作者），重力与地壳变形研究室研究员，主要从事重磁位场方法与地球动力学研究工作。Email: chenshi@cea-igp.ac.cn