2022年门源MS6.9和2016年门源MS6.4地震序列比较分析

孟令媛 解孟雨 臧阳

中国地震台网中心，北京 100045

0 引言

据中国地震台网测定，2022年1月8日1时45分青海省海北州门源县发生MS6.9 地震，震中位置37.77°N，101.26°E，震源深度10km，此次地震位于青藏高原东北缘祁连山地震带托莱山断裂、冷龙岭断裂的阶区部位，构造较为复杂。2016年1月21日1时13分青海门源发生MS6.4 地震，震中位置37.68°N，101.62°E，震源深度10km，该地震位于2022年门源MS6.9 地震东侧约33km处，震中位于冷龙岭断裂附近(邓起东，2007； 徐锡伟等，2016； 姜文亮等，2017； 韩立波，2022； 李智敏等，2022)。

2022年门源MS6.9 地震是继2016年门源MS6.4 地震后祁连山地震带发生的又一次强烈地震。祁连山地震带位于昆仑山和柴达木盆地北侧，河西走廊盆地及阿尔金断裂以南，长约1000km，宽约300km，具有高坡度、高陡度的造山带边缘山系及高海拔、低起伏山间盆地发育的地貌特征(张会平等，2012)。

祁连山地震带位于青藏高原东北缘北部，是青藏高原向NE方向扩展生长的前缘地区之一，晚新生代到现今的构造变形强烈、区域内地震活跃，历史上曾发生过多次7级以上地震，包括1654年天水MS8.0 、1879年武都MS8.0 、1920年海原MS8.5、1927年古浪MS8.0 和1932年昌马MS7.6 地震(侯康明等，1998、1999； 郑文俊等，2009；Guo et al，2019a、2019b、2020； 鞠慧超，2020)。

本文主要针对2022年门源MS6.9 和2016年门源MS6.4 地震的序列演化特征进行比较分析和讨论，基于震源机制及主震发震断层破裂过程，分析两次门源地震在震源过程中所表现出的显著差异。初步对比研究结果显示，2022年门源地震矩震级高、主震发震断层破裂至地表且地震能量释放充分，2016年门源地震矩震级低、主震发震断层破裂不充分，两个地震序列余震数量、震级水平差异明显。

1 发震构造及震源特征

2022年门源MS6.9 地震和2016年门源MS6.4 地震震中均位于冷龙岭断裂附近(邓起东，2007)，两次地震的余震沿冷龙岭断裂分布且密集区相接(图1)。冷龙岭断裂东起甘肃省天祝县，经红疆岘、闸渠河进入青海省境内，至门源-祁连公路的八道班以西为止，全长近130km，总体走向N60°W～N70°W，倾向NE，倾角50°～60°。冷龙岭断裂北侧为走廊过渡带，南侧为中祁连隆起带，东端与古浪断裂及毛毛山断裂相接，西端与托莱山断裂相连，由一组近于平行的次级断裂组成，断裂带宽1～3km(何文贵等，2000、2010； 姜文亮，2018)。

图1 2022年1月8日门源 MS6.9 地震(截至2022年2月7日)和2016年1月21日门源 MS6.4 地震(截至2016年2月20日)主震位置及余震分布

中国地震台网中心给出的2022年门源MS6.9 地震震源机制解反演结果显示(支明等，2022)，此次地震矩震级为MW6.6，断层节面I走向193°，倾向89°，滑动角-159°； 节面Ⅱ走向102°，倾角69°，滑动角-2°，波形拟合质心深度为11km，分析认为此次地震为一次走滑型破裂的地震事件。2016年门源MS6.4 地震矩震级为MW5.9，震源机制结果显示，断层节面I走向335°，倾向56°，滑动角97°； 节面Ⅱ走向143°，倾角35°，滑动角80°，波形拟合质心深度为8km，推断该地震为一次逆冲型的地震事件(1)https：//data.earthquake.cn/index.html。两次门源地震的震源机制解结果与全球大震矩心矩张量解(GCMT)公布的地震矩张量反演结果较为一致(表1)。

表1 2022年门源 MS6.9 地震和2016年门源 MS6.4 地震震源参数

2022年门源MS6.9 地震和2016年门源MS6.4 地震震中距离约33km，两个地震序列的余震区均沿冷龙岭断裂密集分布且相接，但门源MS6.9 地震的余震分布范围沿破裂的尺度明显长于门源MS6.4 地震，且前者震源机制为走滑型，而后者震源机制则为逆冲型为主的破裂(图1，表1)。

2022年门源MS6.9 地震发生后，张勇等(2)张勇等，2022. 私人通讯.给出了该地震发震断层面位移分布图及破裂过程(图2(a))，由图2(a)可见，2022年门源地震主发震断层破裂较为充分，沿走向双侧破裂30～40km，沿倾向破裂超过15km，且出露至地表，与野外考察结果一致(韩竹军等，2022； 韩帅等，2022； 潘家伟等，2022)。2016年门源MS6.4 地震则以单侧破裂为主，沿走向破裂集中在震中一侧约10km范围内，沿倾向破裂集中在5～15km范围内且未出露至地表，此外主发震断层面上破裂逆冲特征较为明显，整个区域呈现不规则的圆形分布(图2(b))(郑绪君等，2018)。

图2 2022年门源MS6.9(a)③和2016年门源MS6.4地震(b)(郑绪君等，2018)发震断层面上滑动位移分布

2 门源 MS6.9 和门源 MS6.4 地震序列

截至2022年2月7日，门源MS6.9 地震余震区共记录ML≥1.0余震2266次，其中ML1.0～1.9地震1877次，ML2.0～2.9地震325次，ML3.0～3.9地震51次，ML4.0～4.9地震10次，ML5.0～5.9地震3次，最大余震为1月12日18时20分ML5.7(MS5.2 )地震(表2)。

表2 2022年门源 MS6.9 地震序列目录(ML≥4.0)

为分析门源MS6.9 地震空间分布特征，将目录中的单台定位结果除去，而在计算b值、h值等参数时，为尽可能增加数据，提高计算结果的可靠性，使用包含单台定位结果的全部序列数据。在空间上，门源MS6.9 地震余震集中区呈近EW向展布，长轴约48km，短轴约18km，最大余震(MS5.2 )则位于主震东侧，距主震约22km，1月8日5.1级余震则位于主震西侧约8km处(图3(a))。

图3 (a)2022年门源MS6.9地震余震震中分布； (b)地震序列M-t图；(c)余震G-R关系图； (d)余震衰减关系h值示意图(截至2022年2月7日)

表3 2016年MS 门源6.4地震序列目录(ML≥3.0)

利用ZMAP软件中最小完整性震级Mc的计算方法(Wyss et al，1999；Wiemer et al，2000；Mignan et al，2020)，计算得到门源MS6.9 地震序列的最小完整性震级Mc为ML2.1(图3(c))。基于所得最小完整性震级，利用最大似然法(Marzocchi et al，2003)，对门源6.9级地震序列震级-频度曲线进行G-R关系拟合，得到序列a值和b值分别为 4.05±0.12和 0.74±0.04，进而推测序列最大余震震级为ML5.5，与实际发生的最大余震震级ML5.7相差0.2(图3(c))。

门源MS6.9 地震序列中主震与最大余震(MS5.2 )的震级差为1.7，主震释放能量占序列释放总能量的99.45%，表明该序列主震释放了此次地震序列的绝大部分能量。截至2月7日，门源6.9级地震序列的h值计算结果为1.586(图3(d))，表明该地震序列后续发生更大地震的可能性较小(蒋海昆等，2007)。结合上述分析，2022年门源MS6.9 地震序列为主震-余震型地震序列。

2022年门源MS6.9 地震序列余震活动水平较高，共记录到2次5级以上余震，分别是1月8日MS5.1 和1月12日MS5.2 地震，2次强余震的震源机制解均显示地震为走滑型破裂，与主震的震源机制解一致(表2，图3(a))。2016年门源MS6.4 地震序列余震水平则相对偏低，最大余震为1月21日1时18分MS3.4 地震(表3)。

2016年1月21日至2月20日，门源MS6.4 地震余震区共记录到ML≥1.0余震704次，其中ML1.0～1.9地震574次，ML2.0～2.9地震113次，ML3.0～3.9地震16次，ML4.0～4.9地震1次，最大余震为1月21日1时18分门源ML4.1(MS3.4 )地震(表3)。

利用前文所述最小完整性震级Mc的计算方法，截至2016年2月20日，计算得到门源MS6.4 地震序列的Mc为ML1.3，进一步利用最大似然法对该序列震级-频度曲线进行G-R关系拟合，得到序列a值和b值分别为 3.67±0.09和 0.80±0.03(图4(c))，进而推测序列最大余震震级为ML4.6，与实际发生的最大余震震级ML4.1相差0.5，门源MS6.4 地震序列的h值计算结果为2.239，显著大于1(图4(d)))。

图4 (a)2016年门源 MS6.4 地震余震震中分布； (b)地震序列M-t图； (c)余震G-R关系图； (d)余震衰减关系h值示意图(截至2016年2月20日)

图5 2022年门源 MS6.9 (a)和2016年门源 MS6.4 地震(b)序列b值随时间变化对比

3 讨论和结论

2016年门源MS6.4 地震发生后，中国地震局地质研究所提供的第一版区域地震构造图中指出，门源MS6.4 地震震中位于冷龙岭断裂附近，该断裂是全新世的左旋走滑兼逆冲性质的断裂，断裂走向近WN向(3)http：//www.eq-igl.ac.cn/upload/images/2016/1/219011690.jpg ⑤ https：//www.activefault-datacenter.cn/news＿detail/265。2022年门源MS6.9 地震发生后，中国地震震害防御中心提供的地震构造图显示，门源MS6.9 地震震中位于冷龙岭断裂西端与托莱山北缘断裂交接部位，2个断裂均为全新世活动断裂，具有左旋逆走滑性质⑤。

结合2022年门源MS6.9 地震和2016年MS6.4 门源地震的余震分布和序列附近构造信息(图1)，采用邓起东(2007)给出的1︰400万中国活动构造图，可以发现2次地震主震震中均位于冷龙岭断裂附近，但由于冷龙岭断裂位处青藏高原东北缘北部祁连山地震带，附近区域构造复杂、强震频发，明确2次地震的发震构造仍是一个值得深入研究的问题。

关于2016年门源地震的发震构造，胡朝忠等(2016)结合高分辨率遥感解译和野外考察分析认为，冷龙岭断裂为该地震的控震构造，但发震构造为其北侧发育的一条走向约为140°的活动断裂； 姜文亮等(2017)根据同震形变场、余震精定位及GPS等资料的研究结果，认为2016年门源地震发生在冷龙岭断裂西段北侧的分支断层上，该地震的发生造成分支断层两侧发生背斜式褶曲隆升。

强震发生后，如何快速、准确判定其发震构造对震后开展序列分析及区域地震危险性研究具有重要的意义。依据现有资料初步判定两次门源地震的附近断裂或者可能的发震构造均为冷龙岭断裂，结合震源机制解反演的结果，2016年门源地震的主震震源机制为典型的逆冲破裂，与冷龙岭断裂左旋走滑的主要运动性质不符，郑绪君等(2018)反演给出的破裂过程持续过程较短，且以单侧破裂为主，未破裂至地表(图2(b))，破裂区域位于震源东南侧冷龙岭断裂与民乐-大马营断裂之间，与地震现场震害调查和基于InSAR数据反演推断的结果一致，即2016年门源MS6.4 地震的发震断层为冷龙岭断裂北侧的一条断裂(胡朝忠等，2016； 姜文亮等，2017； 赵强等，2017；Guo et al，2017；He et al，2020)。

2022年门源MS6.9 地震发生后，中国地震局第一时间开展震后应急及现场科学考察工作，其中科考队地质组的工作由中国地震局地质研究所牵头，在震中附近区域开展了现场调研及无人机精细地貌测量和分析，初步认识如下：①该地震的区域构造较为复杂，位于冷龙岭断裂、托莱山断裂和肃南-祁连断裂的阶区部位(邓起东，2007； 徐锡伟等，2016)；②此次地震在地表产生了破裂带，北支和南支地表破裂带规模较大，整体展布约25km；③发震构造为发育在冷龙岭断裂和托莱山断裂之间阶区的道沟断裂(韩竹军等，2022； 万秀红等，2022)。

结合震源机制解和震源参数反演的结果，2次门源地震MS震级相差0.5，MW震级相差0.7。门源MS6.4 地震逆冲型破裂性质和未出露至地表的特征表明，该地震发震断层破裂不充分，地震波辐射能主要消耗在断层垂向位移的过程中，后续余震活动次数少、震级低； 余震释放的能量相对有限，无强余震发生。

两次门源地震序列所表现出的差异性，与地震破裂过程和区域构造环境均密切相关，冷龙岭断裂与托莱山断裂两大断裂相互交汇的复杂构造环境，导致了该区域既存在发生左旋走滑型强震的可能，同时具备孕育逆冲型强震的构造条件。当地震震源机制、破裂过程与区域主要构造特征较为一致时，发震断层往往经历更为充分的破裂，在该过程中消耗的能量也相对较少，剩余较多的地震波辐射能则通常伴随较为活跃的余震； 当地震震源机制和破裂过程与区域构造特征差异较大时，断层破裂受到构造环境限制，在破裂过程中消耗的能量较大，可能导致后续余震活动水平普遍偏弱。

分析2次地震的破裂过程，门源MS6.4 地震为单侧破裂，图4(a)中余震定位结果未经过重定位等处理，余震空间上分布于主震两侧，可能是由于逆冲型地震余震空间展布较为集中且地震定位存在误差所致。门源MS6.9 地震则以主震为中心，向西侧沿托莱山断裂破裂发生了一次MS5.1 余震，随后向东侧沿冷龙岭断裂破裂发生了MS5.2 最大余震，呈现出典型的双侧破裂特征，东侧余震密集区与2016年门源地震余震区相接。从应力触发的角度来看，2次地震存在一定的关联，静态库仑应力计算结果显示，2022年门源MS6.9 地震位于2016 年门源MS6.4 地震的库仑应力正影响区，其对2022 年门源MS6.9 地震的发生具有一定的促进作用(李振洪等，2022； 刘博瀚，2021)。

进一步综合对比2022年和2016年门源地震的余震演化特征，可以发现，尽管震级存在一定差异，在同一构造区域发生的这两次强震，主发震断层破裂过程及震源特征是导致余震衰减特征显著不同的主要因素，由于目前两个余震区已经相接，表明两次地震现有的破裂交汇区可能不再具备发生强震的构造空间。

考虑冷龙岭断裂和托莱山断裂交汇区域历史地震丰富，尽管2016年门源MS6.4 地震的余震区与1986年门源MS6.5地震的余震区重叠程度更高，可能是受到该区域构造复杂，如断裂交汇、多发育隐伏断裂等特征影响(He et al，2020)，因此，该区域未来仍然具备发生左旋走滑或逆冲型强震的构造条件。

致谢：中国地震台网中心国家地震科学数据中心(http：//data.earthquake.cn)提供数据支撑，审稿专家为本文提出了宝贵修改建议，在此一并表示诚挚的感谢。