大型走滑断裂上的弯曲会阻碍相邻板块之间的相对运动、改变应变分配、甚至影响相邻断裂的发育。现今祁连山的构造体系以大型NE和NW走向的走滑断裂以及NW走向的逆冲断裂为特征，它们共同吸收了印-亚板块碰撞导致的缩短（图1a）。大型走滑断裂的走向通常会沿断裂发生变化，产生一系列弯曲。走向多变的走滑断裂与逆冲断裂之间的变形分配和构造转换对揭示造山过程和变形机制至关重要；而且走滑断裂与逆冲断裂之间会发生活动速率的转换，并存在级联破裂的可能。

海原断裂是青藏高原东北的一条大型左旋走滑断裂，其走向变化处存在一系列弯曲（图1a）。沿着走滑断裂上的弯曲移动通常比沿直线移动需要更多能量，因此断裂弯曲有可能成为大地震的成核点。近年来，海原断裂的门源弯曲附近曾多次发生中强地震，如1986年Ms 6.4、2016年Ms 6.4和2022年Ms 6.9三次门源地震，这指示了门源弯曲附近较高的地震危险性。海原断裂在门源弯曲附近的应力变化及其对邻近断裂产生的影响值得深入探讨。

针对上述问题，中国地震局地质研究所刘晴日博士后及其所在课题组，与陶玮研究员和中国地震局地球物理研究所黄禄渊副研究员合作，以祁连山北缘近平行的民乐-大马营逆冲断裂和海原走滑断裂研究对象，对民乐-大马营断裂的活动性和这两条断裂之间的变形分配进行研究（图1b）。此研究涉及地质和地球物理两方面的工作：其一在民乐-大马营断裂沿线的5个关键位置进行阶地废弃年代和垂直错断量的分析（图2），以获取该断裂变形速率的时空变化；其二在民乐-大马营断裂和走向变化的海原断裂之间建立弹性和粘弹塑性两种有限元模型，以探究这两条断裂之间的应力-应变分布（图3和图4）。主要结论如下：

（1）民乐-大马营断裂活动性的分段。民乐-大马营逆冲断裂活动性以西大河段为界可分为东、西两段，在西大河段未发现断裂晚第四纪活动迹象。东、西两段自晚第四纪以来的水平缩短速率在空间上分别呈现梯形变化的趋势，范围在0.2-2.4 mm/a之间，而西大河段和断裂端点的活动速率极低（图5）。西大河段晚第四纪以来的极弱活动与GPS速率在此处的低值一致，并与北祁连山在西大河附近的低地形相协调（图5）。此外，有限元模型也表明西大河段的应力、应变和位移均小于其东、西两段（图3）。

（2）门源弯曲的高变形速率。海原断裂上的门源弯曲在平行于应力场（N30°E）的方向上与民乐-大马营断裂上的西大河段相对应（图1b）。GPS速率显示，在平行于应力场的方向上，门源弯曲的缩短速率远大于其北东方向的活动构造；且门源弯曲的缩短速率明显大于其东、西两侧海原断裂平直段的缩短速率。粘弹塑性有限元模型清晰地指示了门源弯曲容纳了很大一部分缩短应变（图4），这可能是门源弯曲在北东向应力场中呈现出明显高缩短速率的原因。

（3）门源弯曲对西大河段活动性的影响。在平行于应力场方向上，门源弯曲长期以来的应变积累可能减弱了其北东方向的构造的活动性，其中包括民乐-大马营断裂上的西大河段（图 4），从而造成了该断裂的活动性分段。

（4）走滑断裂带弯曲对造山过程的影响。门源弯曲及其以东的天祝弯曲在平行于应力场方向上都对应了一系列弱活动的构造和地势较低的区域。与之相反，门源弯曲两侧的海原断裂平直段在平行于应力场方向上则对应着北祁连山强烈隆升的区域。这表明走滑断裂带上的弯曲对应变的长期积累可能在百万年尺度上影响造山机制和地貌过程。

（5）走滑与逆冲断裂关系，暗示了级联破裂以及大震潜力，该地区的高应变速率值得引起重视。

图1 区域地形及活动构造。(a)青藏高原东北部地形及活动构造，亮蓝色的方框指示了图5中条带高程剖面的位置；(b)民乐大马营断裂周边地质背景和活动构造。

图2民乐-大马营断裂错断部分河流阶地的照片。(a)斜河处阶地错断和断层露头，(b)-(c)小柏树沟处阶地错断和断层露头，(d)-(e)大柏树沟处阶地错断和断层露头。

图 3 民乐-大马营断裂在y方向和z方向上的应力(a-b)、应变率(c-d)和位移(e-f)分布。模拟结果基于弹性有限元模型。对于应力和应变率，负值代表压缩，正值代表张力。

图4 基于粘弹塑性有限元模型建立的塑性应变率等效分布模型。黄框表示在平行于应力场的方向上，门源弯曲与位于其北东的西大河段相对应。

图 5 沿民乐-大马营断裂的速率变化。灰线表示沿北祁连山走向10公里宽的带状高程剖面，Emax、Emean和Emin分别代表最高、平均和最低海拔，位置见图1a。

本项工作的合作者来自多个研究单位，包括中国地震局地质研究所、北京大学、中山大学和中国地震局地球物理研究所；本项目受到国家自然科学基金（42225205, 42372271, 42488201, 42074111）和中国地震局地质研究所基本科研业务专项（IGCEA2212, IGCEA2424）的联合资助。

研究成果于2024年8月在线发表于Tectonics: Liu Qingri (刘晴日), Xiong Jianguo (熊建国)*, Zhang Peizhen (张培震), Tao Wei (陶玮), Huang Luyuan (黄禄渊), Yang Xuhang (杨旭航), Zhang Yihui (张熠辉), Huang Feipeng (黄飞鹏), Zhang Xiuli (张秀丽), Zhang Huiping (张会平), Li Chuanyou (李传友), Li Youli (李有利), 2024. The bend on the Haiyuan strike‐slip fault leads to segmented activity of the Minle‐ Damaying thrust fault in the Qilian Shan, the northeastern Tibetan Plateau. Tectonics, 43, e2023TC008239.

论文网址链接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2023TC008239