基于GPS资料约束的2021年玛多地震发震断层的滑动速率

中国地质大学（武汉）熊熊教授团队最新成果, 以横跨发震区的震间密集GPS观测剖面为约束，估算了5.22青海玛多地震发震断裂和昆仑断裂托索湖段的滑动速率，并进一步讨论发震区域的地震危险性和断层滑动速率显示的构造意义。论文第一作者为朱亚戈，通讯作者为刁法启教授。

2021年5月22日在青海省玛多县发生Mw7.4地震，该地震发生在巴颜喀拉块体主边界内侧的一条次级断裂上。发震断层的滑动速率是描述其运动学特征的关键参数，也能为地震危险性评估定量的证据。我们以横跨发震区的震间密集GPS观测剖面为约束，考虑发震断裂和昆仑主断裂的共同作用，估算了发震断裂和昆仑断裂托索湖段的滑动速率。基于前人研究和本文结果，我们进一步讨论了发震区域的地震危险性和断层滑动速率显示的构造意义。

图1 玛多地震发震区域的构造背景

2021年Mw7.4玛多地震发震断层的滑动速率对认识这个地震的发震构造和区域地震危险性有重要意义。但由于缺少有效的大地测量资料，对这个断层的运动学特征的研究比较匮乏。本文基于研究组积累的较为密集的跨断层GPS观测剖面，研究了发震断层的滑动速率，并讨论了其构造特征。

从2005年开始, 我们研究团队在昆仑断裂托索湖段加密布设了13个GPS测点, 与陆态网测点联合构成了一条横跨发震断层区域的密集GPS观测剖面(图1)，是本研究区目前最密集的震间GPS变形剖面。基于走滑断层的震间变形模型，我们同时考虑玛多地震发震断裂和昆仑断裂的作用，以这组GPS观测数据为约束，采用网格搜索法来确定两条断层滑动速率的最佳取值(图2)。此外，我们还用蒙特卡洛法从统计学的角度估计了参数估值的不确定度。结果显示，玛多地震发震断层的现今滑动速率为(1.2±0.8)mm a-1, 昆仑断裂托索湖段的滑动速率为(5.4±0.3)mm a-1（图2）。

图2 网格搜索结果

V1是发震断裂的滑动速率, V2是昆仑断裂托索湖段的滑动速率

我们基于震间GPS观测得到的最佳模型可以很好地解释数据(图3)，GPS测点沿断层走向的近东向运动速度从南至北发生了两次梯度变化。跨过玛多地震发震断层时，速度减小不明显。而跨过昆仑断裂时，速度呈现明显的梯度变化，对应于较大的断层滑动速率。我们进一步测试了观测数据每个模型参数的敏感度(图4)。结果说明，观测数据对断层的滑动速率比较敏感，而对断层的闭锁深度不敏感。

图3 最佳模拟速度的拟合结果

F1表示发震断裂的位置, F2表示昆仑断裂托索湖段的位置

图4 模型参数的敏感度测试

D1和D2分别是发震断层和昆仑断裂托索湖段的闭锁深度. 每次测试只改变目标参数的取值,固定其他参数, 对比相应的模拟结果和观测数据之间的拟合程度.目标参数分别为(a) V1, (b) V2, (c) D1和(d) D2

结合现有震源破裂模型给出的平均滑动量，我们推算发震断层上的地震复发周期为年(1100~5500年)。玛多地震的发生提醒我们，缓慢积累能量的次级断层也可能存在发生较大地震的风险，只不过需要更长的能量积累周期。今后不仅要关注块体边缘主要断裂带的地震危险性，块体内部活跃程度低的次级断裂也不容忽视。

基于前人研究和本文结果，我们推测昆仑断裂的滑动速率可能从托索湖段至尾端逐渐减小。造成滑动速率衰减的其中一个原因是托索湖段南侧一系列平行的次级断裂，如玛多地震发震断裂和玛多-甘德断裂等共同分担了主断裂的滑动，造成了主断裂滑动速率的衰减，本次玛多地震的发生就是次级断裂滑动分解的最直接证据。发震断裂及其附近的平行次级断层和昆仑主断裂共同分担了断层两侧块体之间的相对运动。

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中文版: 朱亚戈, 刁法启, 付誉超, 刘成利, 熊熊. 2021. 基于GPS资料约束的2021年玛多地震发震断层的滑动速率. 中国科学: 地球科学, 51, doi: 10.1360/SSTe-2021-0156

英文版: Zhu Y, Diao F, Fu Y, Liu C, Xiong X. 2021. Slip rate of the seismogenic fault ofthe 2021 Maduo earthquake inferred from GPS observations. Science China Earth Sciences, 64(8): 1363-1370, https://doi.org/10.1007/s11430-021-9808-0