2023年拉吉山构造带东南部鸡石山地震的深层地壳结构及地震生成环境通过三维磁大地电成像技术得以揭示

《Tectonophysics》：Deep crustal structure and seismogenic environment of the 2023 Jishishan earthquake in the Southeastern Lajishan tectonic belt revealed by three-dimensional magnetotelluric imaging

东南青藏高原东北缘Lajishan断层群2023年Ms6.2地震的深部结构及致灾机制研究显示，通过磁电测深与三维反演揭示断层下伏低阻边界带及刚性上地壳覆盖下的过渡带，构造阻挡导致应力在过渡带聚集，逆冲走滑破裂触发地震，刚性上地壳高效传递能量致次生灾害显著。研究成果为区域地震机制解析与灾害评估提供关键电性约束。

　　
2023年Jishishan地震的深部构造与发震机制研究解读

一、研究背景与科学问题
青藏高原东北缘作为欧亚板块与印度板块持续碰撞的产物，其地壳变形与地震活动具有显著特征。近年来该区域频繁发生中强地震（如2021年马塘地震、2022年门源地震等），但深部构造控制机制尚不明确。Jishishan地震作为该区域最新的6.2级地震，其发震构造存在争议：部分研究支持东倾逆冲断层模型，而另一些基于微震分布的研究提出西倾逆冲机制。这种学术分歧凸显了深部地球物理场对地震构造格架的关键控制作用。

二、研究方法与技术路线
研究团队采用多学科交叉方法构建三维电性模型，具体实施路径包括：（1）沿Lajishan断陷带南北向布置两条高密度磁电测深剖面（LJSD和EKLA），获取5个典型测站的电阻率-相位联合数据；（2）建立包含上地壳刚性块体、过渡带弱化层和下地壳高导层的三维电性反演模型；（3）将地球物理场与GPS形变场、震源机制解进行耦合分析。特别值得关注的是，研究创新性地将熔融物质含量与电导率参数建立经验关系模型，为下地壳物质状态提供重要约束。

三、区域地质构造特征
研究区处于多重构造体系的交汇部位：南部为西秦岭造山带，具有陡倾的逆冲断层系统；西部毗邻礼县-宕昌断裂带，该带呈现显著的东西向挤压特征；北部发育海原断裂带，构成区域主压应力方向的重要通道。三维电阻率成像显示（图4a,c），东南部Lajishan断陷带深部存在连续性好（延伸达30km）、电导率异常高（达2000Ω·m）的基底导体层，其顶面埋深约15km，与浅层地震活动呈现明显空间对应关系。

四、深部电性结构解析
1. 主构造控制：西秦岭造山带北缘主断裂（WQLNf）作为区域关键电性界面，具有典型"导体-绝缘体"接触带特征。其电阻率梯度达2个数量级，空间展布与GPS测站显示的NE向缩短变形方向一致。
2. 过渡带结构：在20-25km深度范围，电性参数呈现显著各向异性。沿测线方向（NE-SW）电阻率降低约40%，相位响应显示弱化层具有不对称分布特征，可能对应地壳深部不连续面。
3. 岩石圈底界效应：在30km深度处出现电阻率陡升带，结合地震波速分布，推断该界面为岩石圈与地幔过渡带，其形态与区域应力场方向存在显著相关性。

五、地震动力过程重建
基于多源数据融合分析，提出"三阶段"发震模型：（1）区域NE向挤压导致上地壳刚性块体与下地壳高导层间的物质交换受阻；（2）应力通过过渡带集中释放，形成约15km深度的高应力聚焦区；（3）上覆刚性块体提供足够摩擦耗能，最终在过渡带脆-塑转变界面触发逆冲走滑断裂。该模型成功解释了主震与两个次级震群的方位分布规律，其中主震发震点恰好位于上地壳电阻率阈值过渡带（图3b）。

六、地表破坏与深部过程的耦合机制
地表观测显示，主破裂由三条相互关联的断裂段构成（图5），其中SW倾断裂段长达8.5km，最大地表位移达1.2m。地球物理反演揭示，这些地表破裂带与深部电性异常带存在对应关系：主破裂带下伏电阻率梯度带（Δρ/Δz=0.5Ω·m?1·km?1），而次级破裂区则位于过渡带弱化核心区。这种空间对应关系支持"深部驱动-浅层响应"的地震动力学模型。

七、区域地震危险性启示
研究构建的3D电性模型显示：（1）西秦岭造山带基底导体层呈NE-SW走向延伸，长度超过200km；（2）过渡带弱化层在深部呈现分段式发育特征，其中Jishishan断裂带区域存在多个弱化单元；（3）上覆刚性层与下伏高导层接触带具有显著应力集中特征。这些发现为评估该区域未来地震风险提供新判据：当区域缩短速率超过5mm/a时，过渡带弱化区可能成为新的地震策源地。

八、研究创新与学术价值
1. 首次将熔融物质含量参数引入地壳三维反演，建立电阻率-熔融度经验模型，将深部物质状态参数化精度提升至85%以上。
2. 揭示刚性上地壳与塑性下地壳接触带具有独特的地震能量传递通道，证实该接触带在大陆内部逆冲地震中的关键作用。
3. 提出"应力冻结-突然释放"机制解释该区低滑移率背景下的强震发生，为理解青藏高原边缘地震动力学提供新视角。

九、工程应用与防灾启示
研究建议在以下区域加强地震监测：（1）过渡带弱化单元与刚性块体接触带；（2）深部导体层边缘的应力集中区；（3）地表破裂带与深部电性异常的空间叠合区。同时，提出"分层韧性"评价体系，通过上地壳刚度与下地壳塑性的组合参数预测地震潜在能量。

该研究通过多尺度地球物理探测与数值模拟的结合，不仅澄清了Jishishan地震的深部构造机制，更建立了大陆内部逆冲地震的深部过程模型。研究团队后续计划开展沿主断裂带的三维电磁波导探测，以验证模型预测的深部破裂面形态。这一研究成果为揭示青藏高原边缘地震的深部驱动机制提供了重要理论支撑，对区域地震风险评估和工程抗震设计具有重要指导意义。