近日，南方科技大学地球与空间科学系副教授陈克杰团队在Nature旗下期刊Communications Earth & Environment (CEE)发表题为“Complex strike-slip faulting during the 2021 Mw7.4 Maduo earthquake”的文章，对2021年M7.4级青海玛多地震的发震断层几何，基于课题组开发的贝叶斯反演算法，综合大地测量观测、地质调查数据和余震机制进行了深入研究，发现此次地震虽为走滑破裂,但东南分支断层为低角度。这表明低角度断层也可能孕育走滑破裂，对于理解断层动力学、大型走滑破裂机制等具有重要意义。

众所周知，断层几何形态对地震、地壳运动和岩石变形等地质过程具有重要影响。了解和准确描述断层的几何形态是地质学和地震学领域的关键挑战之一，对于地震灾害的预测和减轻至关重要。通过大地测量、遥感同震形变测量数据，陈克杰老师团队构建了基于多源大地测量数据直接反演非平面断层几何贝叶斯非线性反演框架。该贝叶斯反演框架可以同步估计非平面断层几何参数、在空间上滑移方向可变的断层滑移分布以及多源观测数据权重大小。在提出的贝叶斯反演框架中，所有模型参数的验后概率密度分布通过马尔科夫链蒙特卡洛方法进行估计。上述成果已于今年1月份发表于地球物理领域权威期刊JGR: Solid Earth，并被美国地球物理学会（AGU）会刊《地球与空间科学新闻》（EOS），作为编辑亮点（Editors’ Highlights）进行报道。

2021年5月21日，青海省玛多县发生M7.4级地震，该地震是我国2008年M8.0级汶川地震以来的最大地震，引起了国内外学界的广泛关注。该地震破裂了新的断层系统，且余震序列空间分布与地表破裂痕迹不一致，目前关于断层几何研究仍具有争议，尤其在东南分支断层处具有明显差异。

图1.  2021年玛多地震同震形变. Sentinel-1合成孔径雷达卫星升降轨干涉测量形变场(a, b) 和像素偏移方法测量同震形变场(c, d).

根据遥感地表破裂迹线观测和地质调查结果, 本研究采用八个分支段层剖析玛多地震发震断层几何（图1）。具体而言，使用Sentinel-1测量结果和全球导航卫星系统（GNSS）静态位移，采用课题组开发贝叶斯非线性反演框架，反演每个断层平面的倾角、宽度（沿下倾方向）和滑移参数的概率分布，进一步根据各个参数概率分布中值得到的八个断层分段的几何形状和滑移大小，构建了断层三维几何（图2a）。

安德森（Anderson）断层理论从构造应力背景出发，预测走滑断层应该接近垂直，大多数观测显示走滑断层带具有高倾角，证实了安德森的预测。本研究结果则显示，东南分支断层（分段F8）为低角度（44±5°），其走滑分量（1.0米）明显大于倾滑分量（0.2米）。此外，本研究采用近场300公里内宽频带波形反演了该分支断层西南侧最大余震J的震源机制，结果显示余震J的深度为5.5 km, 与东南分支断层表面的垂直距离仅为0.1公里（图2b）。余震J包含一个走向为129°，倾角为53°的节面，这与东南分支断层走向112°、倾角44±5°的断层几何相近。因此，进一步显示浅倾孕震断层的存在，这表明浅倾断层也可能孕育走滑破裂，这反映断层东南部主应力方向可能改变，使得走滑断层向逆冲断层转换。断层几何复杂性影响断层破裂特征，使得玛多地震破裂断层滑移分布具有不均匀性和分段特征。在震中西侧，断层面略微向北倾斜。相应地，断层滑移主要分布在较浅深度，最大滑移位于地表附近（图2c）。与之相比，震中东侧断层面呈垂直倾斜，断层滑移更深，范围更广，最大滑移位于3-6公里深度处。最后，东南分支断层上的滑移分布范围较小，最大滑移位于2-6公里深度处（图2d）。

图2.  (a) 滑移分布模型与构造背景. 余震事件A-N的震源机制按照深度进行颜色编码. (b) 滑移分布模型与余震位置的三维视图. (c) 主断层滑移分布平视图. (d) 东南分支断层滑移分布平视图.

陈克杰团队博士生魏国光为论文第一作者，硕士生吕明哲（现为南洋理工大学博士生）为第三作者，陈克杰为通讯作者。合作者还包括南科大地空系叶玲玲老师、博士生龚文正、苏黎世联邦理工学院Luca Dal Zilio 研究员和青海地震局屠泓为研究员。该研究工作受到了国家自然科学基金(No. 42074024)和欧盟研究项目 “A Digital Twin for Geophysical Extremes” (DT-GEO) (No: 101058129) 、 “Fault Activation and Earthquake Rupture” (FEAR) (No. 856559)的支持。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s43247-023-00980-6

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2022JB025225

供稿：地球与空间科学系

主图：丘妍

编辑：曾昱雯