柴達(dá)木盆地北部2021年6月16日青海茫崖MS5.8地震發(fā)震構(gòu)造分析

張博譞 鄭文俊 陳 杰 何驍慧 李啟雷 張冬麗 段 磊 陳 干

1)中山大學(xué)，地球科學(xué)與工程學(xué)院，廣東省地球動(dòng)力作用與地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，珠海 510275 2)南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室(珠海)，珠海 519082 3)中國地震局地質(zhì)研究所，地震動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029 4)新疆帕米爾陸內(nèi)俯沖國家野外科學(xué)觀測研究站，北京 100029 5)青海省地震局，西寧 810001 6)防災(zāi)科技學(xué)院，三河 065201

0 引言

繼2021年5月22日在青海果洛州瑪多縣(34.59°N，98.34°E)發(fā)生MS7.4 地震后，6月16日16時(shí)49分在青海省海西蒙古族藏族自治州茫崖附近再次發(fā)生地震。中國地震臺(tái)網(wǎng)中心(CENC)測定的震級(jí)為MS5.8 ，震中位于(38.14°N，93.81°E)，震源深度約10km(1)https： ∥www.cea.gov.cn。。美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS)網(wǎng)站給出的地震初始破裂點(diǎn)為(38.21°N，93.72°E)，震級(jí)為MW5.5 ，震源深度為14km(2)https： ∥earthquake.usgs.gov。。全球矩心矩張量(GCMT)目錄網(wǎng)站給出的地震初始破裂點(diǎn)為(38.25°N，93.72°E)，震級(jí)為MW5.5 ，震源深度為 16.5km(3)https： ∥www.globalcmt.org。。德國GFZ網(wǎng)站給出的地震初始破裂點(diǎn)為(38.13°N，93.76°E)，震級(jí)為MW5.5 ，震源深度為17km(4)https： ∥geofon.gfz-potsdam.de。。顯然，不同機(jī)構(gòu)給出的地震破裂起始點(diǎn)位置、 震源機(jī)制解均有所不同(表1)。

表1 不同機(jī)構(gòu)給出的茫崖 MS5.8 地震的參數(shù)

此次地震發(fā)生在柴達(dá)木盆地北部(圖1，2)，這里發(fā)育了眾多第四紀(jì)活動(dòng)褶皺及隱伏斷層(劉志宏等，2005； 王步清，2005； 魏國齊等，2005； 高長海等，2007a)。盡管前人已對(duì)這些構(gòu)造的變形樣式、 演化歷史和油氣運(yùn)移等方面做了大量工作(狄恒恕等，1991； 楊明慧，1998； Yueetal.，1999； 戴俊生等，2000； 高先志等，2003； 王步清等，2006； 高長海等，2007b； 白亞東等，2019； Luoetal.，2022)，但對(duì)其第四紀(jì)活動(dòng)習(xí)性、 發(fā)震構(gòu)造模式與最大震級(jí)上限等尚缺乏研究。近年來，柴達(dá)木盆地發(fā)生了多個(gè)約5級(jí)的地震，如2019年3月27日青海茫崖MS5.0 地震、 2021年12月18日的青海茫崖MS5.1 地震、 2021年12月29日青海格爾木市MS4.8 地震等。這些地震發(fā)生在哪條斷裂上、 具有怎樣的發(fā)震構(gòu)造模式、 該區(qū)未來是否仍有發(fā)生中強(qiáng)地震的可能都是亟需回答的問題。

圖1 柴達(dá)木盆地及鄰區(qū)主要構(gòu)造簡圖與2021年6月16日青海省海西蒙古族藏族自治州茫崖5.8級(jí)地震的震中位置

本次地震的發(fā)生為研究上述問題提供了難得的機(jī)會(huì)。本文利用CAP方法反演了茫崖MS5.8 地震的震源機(jī)制解和震源深度，結(jié)合震區(qū)地表地質(zhì)、 衛(wèi)星影像解譯和重點(diǎn)地震反射剖面的重新分析，討論了青海茫崖MS5.8 地震的發(fā)震構(gòu)造，初步評(píng)估了震區(qū)主要構(gòu)造的震級(jí)上限。文中工作為進(jìn)一步理解柴達(dá)木盆地與祁連山之間的現(xiàn)今構(gòu)造變形、 應(yīng)力狀態(tài)及動(dòng)力學(xué)過程提供了更多數(shù)據(jù)支持，也為該區(qū)的未來強(qiáng)震趨勢預(yù)測提供理論依據(jù)。

1 區(qū)域構(gòu)造背景

柴達(dá)木盆地為三角形內(nèi)流山間盆地，東北以南祁連山—黨河南山為界，西北以阿爾金斷裂為界，南接祁曼塔格山和東昆侖斷裂。柴達(dá)木盆地在古生代是一個(gè)被地槽所包圍的穩(wěn)定地塊，海西晚期—印支期周邊地槽相繼褶皺隆起，盆區(qū)開始下陷，形成了中、 新生代的陸相沉積盆地(中國石油地質(zhì)志編寫組，1990)。中、 新生代陸相沉積巖的最大厚度>17000m，其中新生代沉積物厚達(dá)10km(中國石油地質(zhì)志編寫組，1990； Fangetal.，2007)。這些新生代地層自下向上被劃分為7個(gè)巖性單元，分別為路樂河組、 下干柴溝組、 上干柴溝組、 下油砂山組、 上油砂山組、 獅子溝組和七個(gè)泉組(中國石油地質(zhì)志編寫組，1990)。

由于受東昆侖向N的推擠、 阿爾金構(gòu)造帶的左行走滑以及南祁連向SW的沖斷作用，柴達(dá)木盆地、 阿爾金斷裂帶與南祁連山交會(huì)區(qū)的中、 新生代構(gòu)造變形十分復(fù)雜(青海地質(zhì)礦產(chǎn)局，1991； 李廷棟，1995； 戴俊生等，1999； 胡受權(quán)等，1999； 郭占謙等，2001； 魯如魁等，2005； 王步清，2005； 王步清等，2006； Luoetal.，2022)。由北而南可劃分為以下幾個(gè)新構(gòu)造單元： 向SW逆沖的南祁連-黨河南山逆沖系、 柴北緣逆沖系以及北柴達(dá)木盆地(Yinetal.，2008)。

柴北緣逆沖系是南祁連-黨河南山逆沖系向S逆沖最前緣的大型韌性剪切帶，長約500km(Yinetal.，2008)，往往由幾條近平行的逆斷層構(gòu)成疊瓦狀構(gòu)造，斷層傾向NE，斷面傾角上陡下緩，地表或淺部為高角度(60°～80°)逆斷層，向深部傾角逐漸變緩(<20°)，且有自淺部向深部逐漸收斂歸并之勢，形成鏟式斷裂(狄恒怒，1984)。

此次地震震區(qū)自北向南主要由4條近NW走向的構(gòu)造帶組成，包括平臺(tái)凸起、 賽南凹陷、 冷湖逆斷裂-褶皺帶和鄂博梁逆斷裂-褶皺帶(王步清等，2005； Luoetal.，2022)(圖2)。三臺(tái)逆斷裂-褶皺帶是平臺(tái)凸起的西南邊界，位于賽什騰山西南緣邊界斷裂賽南逆斷裂以西，是柴北緣逆沖系向S逆沖的最前緣構(gòu)造(Zhangetal.，2022)。冷湖逆斷裂-褶皺帶由1～7號(hào)共7個(gè)不同規(guī)模的背斜構(gòu)造組成，參與構(gòu)造變形的地層有石炭系，中、 下侏羅統(tǒng)和新生界地層(戴俊生等，1999)。鄂博梁逆斷裂-褶皺帶由鄂博梁Ⅰ號(hào)、 鄂博梁Ⅱ號(hào)、 葫蘆山、 鄂博梁Ⅲ號(hào)和鴨湖5個(gè)不同規(guī)模的背斜構(gòu)造組成(孔紅喜等，2021)。

圖2 震區(qū)地質(zhì)圖及條帶地形剖面

柴達(dá)木盆地北部構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，歷史及現(xiàn)今曾發(fā)生過多次破壞性地震。在霍布遜湖附近發(fā)生了1962年5月21日6.8級(jí)地震和1977年1月19日6.3級(jí)地震。錫鐵山地區(qū)附近于1991—1993年和1997—1999年發(fā)生過2次小地震群，尤其是1991年9月2日在錫鐵山發(fā)生的MS5.1 地震，雖然沒有造成人員傷亡，但造成的經(jīng)濟(jì)損失超過270萬元(姚生海等，2020)。德令哈附近于2003年4月17日發(fā)生了6.6級(jí)地震，使宗務(wù)隆山逆沖斷層發(fā)生部分破裂(孫長虹等，2012； Zhaetal.，2013)。2008年11月10日和2009年8月28日在德令哈斷裂帶西部相繼發(fā)生了6.3級(jí)和6.4級(jí)地震(Elliottetal.，2011； Chenetal.，2013； Liuetal.，2015)。Wang等(2020)對(duì)2019年3月27日青海茫崖MW5.0 地震開展了細(xì)致研究，認(rèn)為該地震使沿NE傾英雄嶺逆斷層上部斷坡的一部分發(fā)生破裂，致使正在施工中的8孔鉆井鉆桿發(fā)生同震斷錯(cuò)，最大同震位移約為40cm，破裂面積約為45km2。Wang等(2020)認(rèn)為英雄嶺逆斷層為全新世活動(dòng)斷裂，其最大震級(jí)上限可達(dá)MW7.7 。

2 主震的震源機(jī)制解與震源矩心深度

震源機(jī)制解是利用地球物理學(xué)方法判斷斷層類型和地震發(fā)震機(jī)制的一種方法，不僅可描述發(fā)震斷層的幾何特征，也可揭示震源處斷層的運(yùn)動(dòng)方式(王志偉等，2018； 易桂喜等，2021)。CAP(Cut-and-Paste)方法是一種基于近場地震波形記錄進(jìn)行地震矩張量解的反演方法，該方法對(duì)近震數(shù)據(jù)中的體波和面波分別賦予不同的權(quán)重進(jìn)行震源機(jī)制反演，結(jié)合體波部分包含的深度震相信息可更好地求解震源機(jī)制解，并獲得相對(duì)準(zhǔn)確的震源矩心深度(Dziewonskietal.，1981； 羅艷，2010； Ekstr?metal.，2012； 龍鋒等，2021； 王月等，2021)。

本文利用CAP方法反演茫崖MS5.8 地震的震源機(jī)制解和震源深度。選取震中450km范圍內(nèi)波形記錄良好的地震監(jiān)測臺(tái)站的波形數(shù)據(jù)參與反演，最終篩選出青海、 新疆及甘肅地震臺(tái)網(wǎng)的15個(gè)寬頻帶臺(tái)站(圖3a)。在CAP反演中，Pnl和面波部分的時(shí)窗長度均為60s，濾波頻段均為0.05～0.1Hz。由于茫崖MS5.8 地震發(fā)生在柴達(dá)木盆地與阿爾金斷裂的交會(huì)區(qū)域，速度結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，為獲取可靠的震源機(jī)制參數(shù)，本文首先測試了3種速度模型對(duì)結(jié)果的影響： Crust1.0、 Crust2.0以及阿爾金地區(qū)的地殼層析成像結(jié)果(姜枚等，1999； 陳俊廂等，2003)。在不改變其他反演參數(shù)的情況下，Crust2.0速度模型(表2)對(duì)應(yīng)的波形擬合殘差小于Crust1.0和阿爾金地區(qū)的地殼層析成像模型，這可能是由于臺(tái)站分布范圍較大，采用更平均的速度模型可以對(duì)大多數(shù)臺(tái)站的波形記錄有較好的擬合效果。

圖3 a 茫崖 MS5.8 地震震中與地震監(jiān)測臺(tái)站分布圖； b 茫崖 MS5.8 地震震源機(jī)制反演誤差隨震源深度的變化圖(初始深度設(shè)定為10km)

表2 速度模型

反演結(jié)果顯示，在不同震源深度獲取的震源機(jī)制解較為穩(wěn)定，均為逆沖性質(zhì)，當(dāng)震源深度為13km時(shí)殘差達(dá)到極小值(圖3b)，2個(gè)雙力偶節(jié)面參數(shù)依次為： 節(jié)面I，走向291°、 傾角41°、 滑動(dòng)角91°； 節(jié)面Ⅱ，走向110°、 傾角49°、 滑動(dòng)角89°。表1 列出了本文、 USGS與GCMT給出的震源機(jī)制解結(jié)果，本文結(jié)果介于USGS和GCMT結(jié)果之間，與二者的Kagan角均<15°，一致性較好。圖4 為茫崖MS5.8 地震的理論地震圖與觀測波形擬合圖，大部分臺(tái)站的波形擬合較好，在參與擬合的75個(gè)擬合分量中，88%的擬合分量相關(guān)系數(shù)>0.6，表示二者具有較好的擬合關(guān)系。

圖4 茫崖 MS5.8 地震的理論地震圖與觀測波形擬合圖

3 震區(qū)主要第四紀(jì)構(gòu)造及其變形特征

震區(qū)主要構(gòu)造總體走向NW，由北而南包括三臺(tái)逆斷裂-褶皺帶、 小丘林逆斷裂-褶皺帶、 冷湖逆斷裂-褶皺帶和鄂博梁逆斷裂-褶皺帶，均是延伸超過千米的線形斷裂帶(圖1，2)，每個(gè)構(gòu)造帶均由一系列斜列的第四紀(jì)活動(dòng)背斜及下伏隱伏逆斷層組成(劉志宏等，2005； 王步清等，2005； 魏國齊等，2005； 肖安成等，2005； Zhangetal.，2022)。

地質(zhì)、 地貌填圖及鉆井、 地震反射剖面解譯結(jié)果表明(肖安成等，2005； 高長海等，2007a； Luoetal.，2022)，冷湖逆斷裂-褶皺帶和鄂博梁逆斷裂-褶皺帶在平面上呈反“S”形展布，總體向NW阿爾金斷裂方向收斂，向盆內(nèi)展開，具有雁列和帚狀展布特征。在剖面上往往表現(xiàn)為分層變形特征(如冷湖五號(hào)、 冷湖六號(hào)、 鄂博梁Ⅱ號(hào)與Ⅲ號(hào)、 葫蘆山、 鴨湖等背斜構(gòu)造)，深部主控逆沖斷裂多發(fā)育于下干柴溝組及以下地層，對(duì)中—新生界沉積具有明顯的控制作用，具有多期活動(dòng)的特點(diǎn)，第四紀(jì)仍在活動(dòng)，均為隱伏斷層，未出露于地表； 淺部滑脫斷層多發(fā)育于上干柴溝組及以上地層，直接控制著地表第四紀(jì)褶皺的生長與演化，該組斷裂的活動(dòng)期主要在上新世末—更新世(肖安成等，2005； 高長海等，2007a； Luoetal.，2022)。此外，斷裂的活動(dòng)時(shí)代、 斷距大小、 活動(dòng)強(qiáng)度沿走向存在變化，具有西早東晚、 西強(qiáng)東弱的特點(diǎn)。

需要指出的是，地震反射剖面揭示的深部主控逆斷層大多為高角度逆斷層，地表8km以深同向反射軸很不清晰，因而無法判斷震區(qū)深部是否發(fā)育統(tǒng)一的滑脫面。

3.1 三臺(tái)逆斷裂-褶皺帶

三臺(tái)逆斷裂-褶皺帶是柴北緣逆沖系向S逆沖最前緣的古生代基底卷入斷展褶皺帶，總體走向NW，長約26km，寬約8km。此褶皺帶下伏斷層面為一上陡下緩、 傾向N的基底卷入式逆沖斷層，斷層上盤僅保留部分新生代地層(圖5)。其中位于最前緣的為三臺(tái)背斜，深部主控逆斷層傾向NE，傾角約為62°，上斷點(diǎn)斷錯(cuò)了獅子溝組地層(圖5)(Zhangetal.，2022)。新生代所有地層均卷入褶皺變形，地表背斜南翼在獅子溝組地層中出露了清晰的生長地層，Zhang等(2022)認(rèn)為該背斜約在距今(3.0±1.1)Ma開始最新一次的快速變形。橫穿背斜的晚更新世洪積扇面及沖溝階地面均發(fā)生了褶皺變形，并廣泛發(fā)育彎滑斷層陡坎，距今125ka以來的縮短速率約為0.4mm/a(Zhangetal.，2022)。

圖5 三臺(tái)背斜帶構(gòu)造的典型地震反射剖面

3.2 小丘林逆斷裂-褶皺帶

小丘林逆斷裂-褶皺帶位于三臺(tái)逆斷裂-褶皺帶西南側(cè)，總體走向NW，地表由2個(gè)不連續(xù)的背斜斜列組成，未見斷層出露。小丘林西背斜長約33km，東背斜長約44km，寬約12km(圖2)。地表背斜為一個(gè)南西翼陡傾、 北東翼緩傾的不對(duì)稱背斜，深部主控?cái)鄬訛橐粋€(gè)傾向NE的逆斷層，構(gòu)成斷展褶皺。在背斜兩翼的獅子溝組地層及七個(gè)泉組地層中發(fā)育明顯的生長地層，推測其第四紀(jì)以來仍在活動(dòng)(圖6)。

圖6 冷湖七號(hào)東背斜的典型地震反射剖面(據(jù)余夢(mèng)麗，2018； Luo et al.，2022修改)

3.3 冷湖逆斷裂-褶皺帶

冷湖逆斷裂-褶皺帶位于小丘林逆斷裂-褶皺帶的西南側(cè)，西接小賽什騰山，東臨南八仙構(gòu)造，總體呈NW-SE走向，由1～7號(hào)等7個(gè)不同規(guī)模、 不同類型的背斜構(gòu)造組成，總長約144km，最寬處可達(dá)17km，在平面上呈反“S”形組合。由NW向SE，背斜核部出露地層由老變新，地層埋深逐漸增加，如路樂河組地層的埋藏深度在冷湖七號(hào)背斜為5000m，向NW逐漸變淺(馬達(dá)德等，2018； 周飛等，2019)； 構(gòu)造變形程度由NW向SE逐漸減弱(戴俊生等，1999； Luoetal.，2022)。

冷湖逆斷裂-褶皺帶大致可以分為西段、 中段和東段3段(趙寒森，2010)。西段包括冷湖一號(hào)、 冷湖二號(hào)、 冷湖三號(hào)，長約26km，走向NWW，呈右列式展布，以近EW向斷裂、 褶皺展布為特征，表現(xiàn)為向N逆沖的斷層或北陡南緩的背斜構(gòu)造，與阿爾金斷裂呈銳角相交，明顯受阿爾金走滑斷裂體系的控制。

中段包括冷湖四號(hào)和冷湖五號(hào)構(gòu)造，長約38km，軸向NNW，呈斜列式展布。冷湖四號(hào)背斜的地表露頭西翼緩東翼陡，核部出露油砂山組與獅子溝組地層。從已發(fā)表的地震反射剖面(Luoetal.，2022)可見，地表冷湖四號(hào)背斜是受淺部W傾隱伏逆斷層控制的斷展褶皺，但該斷層及背斜西翼隨后又被更深部的E傾主逆斷層斷錯(cuò)。冷湖五號(hào)構(gòu)造在地表為北東翼緩、 南西翼陡的不對(duì)稱背斜。從Luo等(2022)的研究中可見，該構(gòu)造由深、 淺2套逆斷層系統(tǒng)組成，深層隱伏陡傾主逆斷層傾向NE，控制了整個(gè)背斜的生長。淺層發(fā)育了傾向SW的陡傾逆斷層，改造了地表背斜的幾何形態(tài)，南西翼可見清晰的生長地層，更新統(tǒng)地層也卷入變形(Luoetal.，2022)。

東段包括冷湖六號(hào)和冷湖七號(hào)構(gòu)造，長約80km，總體走向NWW，呈左列式展布(趙寒森，2010； Luoetal.，2022)。在高分辨率衛(wèi)星影像上未發(fā)現(xiàn)任何地表斷層陡坎。與冷湖五號(hào)構(gòu)造類似，冷湖六號(hào)背斜之下發(fā)育了深、 淺2套隱伏逆斷層，淺層主斷層向S陡傾，上盤發(fā)育斷展褶皺，北翼可見生長地層，上新統(tǒng)—更新統(tǒng)卷入變形； 深層主斷層傾向NE，上盤發(fā)育S傾次級(jí)斷層，表現(xiàn)為正花狀構(gòu)造(Luoetal.，2022)。冷湖七號(hào)背斜構(gòu)造是冷湖逆斷裂-褶皺帶中規(guī)模最大的背斜(圖2)，長約45km，寬約16km，地表為西窄東寬的大型長軸背斜構(gòu)造，深部由2條分別傾向N和S的逆斷層相背逆沖，構(gòu)成一個(gè)沖起背斜(圖6，7)。深、 淺層構(gòu)造協(xié)調(diào)，深、 淺層構(gòu)造的高點(diǎn)基本一致，地層彎曲形態(tài)相似，核部發(fā)育多條小規(guī)模次級(jí)斷層(戴俊生等，1999； 李宏義等，2007； Luoetal.，2022)。

3.4 鄂博梁逆斷裂-褶皺帶

鄂博梁逆斷裂-褶皺帶發(fā)育在冷湖逆斷裂-褶皺帶的西南側(cè)(圖2)，長約175km，總體走向NNW。地表由鄂博梁I號(hào)、 Ⅱ號(hào)、 Ⅲ號(hào)、 葫蘆山、 鴨湖、 伊克雅烏汝、 臺(tái)吉乃爾等大型背斜構(gòu)造組成。所有地表構(gòu)造均為近對(duì)稱的背斜構(gòu)造，未見深部主控?cái)鄬映雎兜乇?。這些背斜構(gòu)造的翼部均發(fā)育生長地層，新近紀(jì)—更新世地層均卷入變形，背斜起始變形時(shí)間由北向南漸新(孔紅喜等，2021； Luoetal.，2022)。

鄂博梁Ⅰ號(hào)背斜位于逆斷裂-褶皺帶的西北端，是一近對(duì)稱背斜，深、 淺層褶皺形態(tài)相似，深部由一條向SW陡傾的主逆斷層控制，表現(xiàn)為斷展褶皺，主斷層上盤發(fā)育多條小規(guī)模、 傾向SW的次級(jí)斷層(Luoetal.，2022)。除鄂博梁I號(hào)背斜外，其他背斜構(gòu)造均具有上、 下分層變形特征，深、 淺層變形不協(xié)調(diào)，淺層主斷層均傾向SW，形成近對(duì)稱的斷展褶皺； 深層斷層較淺層發(fā)育，主斷層傾向SW，多表現(xiàn)為花狀構(gòu)造(圖8)(Luoetal.，2022)。

4 討論與初步認(rèn)識(shí)4.1 發(fā)震構(gòu)造分析

地震發(fā)生后，相關(guān)機(jī)構(gòu)給出的青海茫崖MS5.8 地震的震中分別位于冷湖逆斷裂-褶皺帶東南端的冷湖七號(hào)背斜帶和小丘林東逆斷裂-褶皺帶(圖2)。冷湖七號(hào)背斜帶的地表由上油砂山組、 獅子溝組和七個(gè)泉組地層組成，為寬緩近對(duì)稱的背斜。從衛(wèi)星影像中可清晰地看出地表冷湖七號(hào)背斜帶總體呈一個(gè)向SW凸出的弧形構(gòu)造，由東、 西2個(gè)背斜組成。西背斜走向NW，東背斜西段走向NW，東段走向近NWW(圖2)。已有的研究表明(王步清等，2005； 魏國齊等，2005； 肖安成等，2005； Luoetal.，2022)，由于受阿爾金斷裂左旋走滑作用的影響，冷湖逆斷裂-褶皺帶與鄂博梁逆斷裂-褶皺帶近EW走向段的斷裂和褶皺構(gòu)造主要以沖斷推覆為特征，而NW或NNW走向段表現(xiàn)為斜向的右旋走滑沖斷。

由圖2 可見，GCMT給出的震中位于小丘林東逆斷裂-褶皺帶W傾伏端南翼，USGS給出的震中位于冷湖七號(hào)西背斜東段北翼，GFZ給出的震中位于冷湖七號(hào)東背斜西段南翼近核部，中國地震臺(tái)網(wǎng)中心給出的震中則位于冷湖七號(hào)東背斜軸線附近(圖2)。利用CAP方法反演的本次地震的震源深度約為13km，震源機(jī)制解為純逆沖性質(zhì)，2個(gè)雙力偶節(jié)面參數(shù)依次為： 節(jié)面I，走向291°、 傾角41°、 滑動(dòng)角91°； 節(jié)面Ⅱ，走向110°、 傾角49°、 滑動(dòng)角89°。據(jù)此判斷，該地震應(yīng)發(fā)生在近EW走向的逆斷層上，而非NW走向的斜向右旋走滑沖斷層上。

由橫穿冷湖七號(hào)東背斜東段的地震反射剖面(圖6，7)可見，背斜深部發(fā)育2條分別向N和S傾的隱伏逆斷層，相背逆沖構(gòu)成一個(gè)沖起背斜構(gòu)造，斷層傾角向下由62°逐漸變緩。將不同機(jī)構(gòu)給出的震中位置投影在如圖7 所示的地震反射剖面上，可見中國地震臺(tái)網(wǎng)中心給出的震中位于N傾逆斷層向下的延伸線上，而USGS給出的震中則位于S傾逆斷層向下的延伸線上?？紤]到該次地震震中和震源深度定位的不確定性，這2條不同傾向的隱伏逆斷層均有可能是本次地震的發(fā)震構(gòu)造(圖9)。

圖7 冷湖七號(hào)東背斜的典型地震反射剖面(據(jù)李宏義等，2007； Luo et al.，2022修改)

圖8 鄂博梁Ⅱ號(hào)背斜的典型地震剖面(據(jù)Luo et al.，2022)

圖9 青海茫崖5.8級(jí)地震的發(fā)震構(gòu)造模型

4.2 震區(qū)主要活動(dòng)構(gòu)造的最大潛在震級(jí)評(píng)估

如前文所述，震區(qū)發(fā)育了眾多第四紀(jì)背斜與隱伏逆斷層，亟需評(píng)估這些構(gòu)造的地震危險(xiǎn)性。我們利用Wells等(1994)的逆斷層破裂面積-震級(jí)經(jīng)驗(yàn)公式估算了震區(qū)主要活動(dòng)構(gòu)造的最大震級(jí)上限(表3)：

表3 震區(qū)主要活動(dòng)構(gòu)造的破裂面積及其最大潛在地震的矩震級(jí)

M=4.33+0.90×log(RA)

(1)

式中，M為矩震級(jí)，RA為斷層破裂面積(km2)。

計(jì)算斷層破裂面積時(shí)綜合考慮了以下因素： 1)由于震區(qū)眾多地表活動(dòng)背斜主要由深層隱伏陡傾主控逆斷層所控制，因此采用地表背斜的長度作為發(fā)震斷層的最大破裂長度。2)從現(xiàn)有的地震反射剖面無法判別深部主控逆斷層向下延伸的深度，因此采用柴達(dá)木盆地孕震層的深度至深部主控逆斷層上斷點(diǎn)的距離作為地震破裂面的寬度來計(jì)算最大破裂面積。震區(qū)深部主控逆斷層上斷點(diǎn)的埋深主要依據(jù)已發(fā)表的地震反射剖面(高長海等，2007a； Luoetal.，2022)、 地層等深線和鉆孔資料(周飛等，2019)獲得(表2)。最近20年發(fā)生在柴達(dá)木盆地的地震震源深度大都分布在10～18km之間(Elliottetal.，2011； Daoutetal.，2020； 張迎峰，2021)，因此分別將孕震層深度設(shè)為10km和18km計(jì)算每條斷層的最大潛在震級(jí)(表3)。3)震區(qū)每條主要逆斷裂-褶皺帶均由多個(gè)不同尺度的次級(jí)逆斷裂-褶皺帶組成，如冷湖逆斷裂-褶皺帶的地表由7個(gè)長短不一的背斜組成，控制這些背斜構(gòu)造生長的深部主控?cái)鄬佑锌赡塥?dú)自破裂產(chǎn)生地震，也有可能多條斷層同時(shí)發(fā)生級(jí)聯(lián)破裂，從而引發(fā)強(qiáng)震。因此，分別計(jì)算了單個(gè)構(gòu)造和整個(gè)構(gòu)造帶的最大潛在震級(jí)(表3)。

此外，采用Leonard(2010)提出的板內(nèi)逆斷型地震破裂統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)(式(2))，結(jié)合Hanks等(1979)提出的式(3)計(jì)算了每條斷層的最大潛在震級(jí)(表3)。

log(M0)=6.38+1.50×log(A)

(2)

M=-10.7+(2/3)×log(M0)

(3)

式中，M0為地震矩，M為矩震級(jí)，A為斷層破裂面積(m2)。

由表3 可見，利用Wells等(1994)和Leonard(2010)提出的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的最大潛在震級(jí)結(jié)果差別不大。如果冷湖七號(hào)構(gòu)造深部主控?cái)鄬尤堪l(fā)生破裂，則會(huì)產(chǎn)生MW6.7 ～7.1地震。顯然，此次茫崖5.8級(jí)地震僅使深部逆斷層發(fā)生了部分破裂，并未破裂至地表，因此是一次典型的褶皺地震。

此外，通過對(duì)震區(qū)高分辨率衛(wèi)星影像的解譯和野外考察，除在三臺(tái)背斜南翼發(fā)現(xiàn)了多條彎滑斷層陡坎(Zhangetal.，2022)外，在其他第四紀(jì)褶皺地表處并未發(fā)現(xiàn)清晰的斷層陡坎，這表明發(fā)生在該區(qū)的地震可能都是褶皺地震，未產(chǎn)生地表破裂。震區(qū)眾多活動(dòng)背斜深部的隱伏逆斷層均具備發(fā)生MW5.9 ～7.2地震的構(gòu)造條件，因此其未來的地震危險(xiǎn)性不容忽視，亟需對(duì)這些構(gòu)造開展更為細(xì)致的活動(dòng)習(xí)性研究。

4.3 初步認(rèn)識(shí)

2021年6月16日青海海西蒙古族藏族自治州茫崖5.8級(jí)地震發(fā)生在柴達(dá)木盆地西北部。震區(qū)由北向南發(fā)育了三臺(tái)逆斷裂-褶皺帶、 小丘林逆斷裂-褶皺帶、 冷湖逆斷裂-褶皺帶和鄂博梁逆斷裂-褶皺帶，總體呈向北西阿爾金斷裂方向收斂、 向南東盆內(nèi)撒開的帚狀。每個(gè)逆斷裂-褶皺帶均由一系列斜列的、 第四紀(jì)活動(dòng)褶皺及下伏隱伏逆斷層組成。由西北向東南，背斜核部出露地層由老變新、 古生代基底埋深逐漸增加，構(gòu)造活動(dòng)時(shí)代漸新，構(gòu)造變形程度逐漸減弱。其中三臺(tái)逆斷裂-褶皺帶是柴北緣逆沖系向S逆沖最前緣的古生代基底卷入斷展褶皺帶，橫穿三臺(tái)背斜的晚更新世洪積扇面及沖溝階地面均發(fā)生了褶皺變形，并廣泛發(fā)育彎滑斷層陡坎，距今125ka以來的縮短速率約為0.4mm/a。小丘林逆斷裂-褶皺帶是一條向SSW逆沖的第四紀(jì)斷展褶皺。冷湖逆斷裂-褶皺帶主要受控于深部N傾的主控逆沖斷裂，鄂博梁逆斷裂-褶皺帶則主要受控于深部S傾的主控逆沖斷裂。

利用CAP方法反演得到的本次地震的震源深度約為13km，震源機(jī)制解為逆沖性質(zhì)，2個(gè)雙力偶節(jié)面參數(shù)依次為： 節(jié)面I，走向291°、 傾角41°、 滑動(dòng)角91°； 節(jié)面Ⅱ，走向110°、 傾角49°、 滑動(dòng)角89°。節(jié)面Ⅰ的走向和傾角與GFZ的結(jié)果相近，節(jié)面Ⅱ的走向和傾角與USGS的結(jié)果相近。

綜合震源機(jī)制解、 地表地質(zhì)與地震反射剖面解譯資料，我們認(rèn)為此次茫崖5.8級(jí)地震發(fā)生在冷湖逆斷裂-褶皺帶東南端，發(fā)震構(gòu)造可能為冷湖七號(hào)東背斜之下控制背斜生長的2條傾向相反的隱伏逆沖斷裂之一?？紤]到該次地震震中和震源深度定位的不確定性，冷湖七號(hào)東背斜之下的2條不同傾向的隱伏逆斷層均有可能是本次地震的發(fā)震構(gòu)造。此次茫崖5.8級(jí)地震僅使冷湖七號(hào)東背斜下伏的深部逆斷層發(fā)生了部分破裂，并未破裂至地表，因此是一次典型的褶皺地震。

根據(jù)逆斷層破裂面積-震級(jí)經(jīng)驗(yàn)公式，估算了震區(qū)眾多第四紀(jì)活動(dòng)背斜的最大震級(jí)上限，其下伏的深部隱伏逆斷層具備發(fā)生MW5.9 ～7.2地震的構(gòu)造條件。 雖然目前柴達(dá)木盆地內(nèi)部多發(fā)生約6級(jí)的中強(qiáng)地震，但也不排除因級(jí)聯(lián)地震破裂引發(fā)7級(jí)以上強(qiáng)震的可能。因此，震區(qū)未來的地震危險(xiǎn)性不容忽視，亟需對(duì)這些構(gòu)造開展更為細(xì)致的活動(dòng)習(xí)性研究。

致謝郭志副研究員、 李智敏高級(jí)工程師對(duì)本文提供了寶貴意見和幫助，在此表示衷心感謝！