2025年1月7日西藏定日M_S6.8地震震源破裂过程及余震分布特征

Rupture Process and Aftershock Distribution of the M_S6.8 Earthquake in Dingri, Xizang, on January 7, 2025

摘要

为了解西藏定日M_S6.8地震的破裂机制，利用远震波形反演了主震的破裂过程并采用双差定位方法对地震序列进行了精定位.研究结果显示，主震破裂过程持续约22 s，破裂面沿发震断层向北单侧扩展，破裂长度约60 km，在主震以北约30 km附近，最大滑移量2.4 m并在地表形成同震破裂带，与野外地质调查结果相吻合.余震序列呈南北分带特征，可大致划分为三个余震丛集区，其中，南部和中部丛集区的地震分布表明发震断层较为复杂，揭示了多条次级断裂的联动活动.早期余震集中分布于主破裂区外围的低滑移区，与高滑移区（>1.5 m）形成空间互补，符合“应力阴影”效应；后期余震向南迁移，并形成NE-SW与NW-SE向共轭集中区，揭示震后的多向应力调整过程.结果表明，区域构造应力场对地震破裂过程具有显著控制作用，余震分布与主震破裂后的应力调整过程和区域构造密切相关.

Abstract

To investigate the rupture mechanism of the M_S6.8 earthquake in Dingri, Xizang, it inverted the rupture process of the mainshock using teleseismic waveforms and refined the hypocenter locations of the aftershock sequence through the double-difference relocation method. The results indicate that the rupture process lasted approximately 22 seconds, with unilateral propagation northward along the causative fault.The rupture extended for about 60 km, and the maximum slip reached 2.4 m, located roughly 30 km north of the mainshock, forming a co-seismic surface rupture zone that is consistent with the results of field geological surveys. The aftershock sequence exhibits a characteristic north-south distribution, which can be roughly categorized into three clusters. The earthquake distribution in the southern and central clusters indicates a complex fault structure and suggests the co-seismic activation of multiple secondary faults. Early aftershocks are concentrated in the low-slip regions at the periphery of the main rupture zone, complementing the high-slip areas (>1.5 m), consistent with the “stress shadow” effect. Subsequent aftershocks migrated southward and formed conjugate clusters trending NE-SW and NW-SE, revealing a multi-directional stress adjustment process in the post-seismic stage. These findings suggest that the regional tectonic stress field plays a significant role in controlling the rupture process, and that the aftershock distribution is closely related to post-rupture stress redistribution and regional tectonics.

Graphical abstract

关键词

西藏定日地震 / 破裂过程 / 精定位 / 发震构造 / 地震 / 构造地质.

Key words

the M_S6.8 earthquake in Dingri, Xizang / rupture process / precise location / seismogenic structure / earthquakes / structural geology

0 引言

据中国地震台网测定，北京时间2025年1月7日9时5分，在西藏日喀则市定日县（28.50°N，87.45°E）发生M_S 6.8地震，震源深度为10 km.地震导致长所乡、措果乡等地多处建筑物倒塌破坏，极震区最高烈度Ⅸ度，共造成126人遇难、188人受伤，约6.15万群众不同程度受灾，是近十年来我国致灾程度最高的地震灾害之一.

此次地震发生在青藏高原南部，区域由南向北依次由喜马拉雅地块、拉萨地块和羌塘地块组成，区域构造活动主要受控于印度板块向北俯冲和欧亚板块的挤压作用（吴珍汉等，2005； 王国灿等，2010；张佳伟等， 2020）.板块间相互作用导致青藏高原中南部发生了大规模东西向伸展和一系列近南北向裂谷（Molnar and Tapponnier， 1978； Armijo et al.， 1986； Harrison et al.， 1992； 张进江和丁林，2003；Taylor and Yin， 2009； 张佳伟等，2020）.其中，近南北向裂谷系自西向东主要有隆格尔裂谷、尼玛‒定日裂谷、申扎‒定结裂谷、亚东‒谷露裂谷和桑日‒错那裂谷等，它们向南穿过雅鲁藏布缝合带和藏南拆离系，向北贯穿拉萨地块，最终到达羌塘地块（England and Houseman， 1989； 张进江和丁林， 2003； Gao et al.， 2016；白玲等，2025）.此次地震即位于申扎‒定结裂谷（张进江和丁林，2003；Wang et al.， 2014；田婷婷和吴中海，2023）南段与藏南拆离系（Yang et al.， 2009； 褚杨等， 2024）的交汇区域（图1）.申扎‒定结裂谷北起申扎县（Wang et al.， 2014），中间与格仁错断裂相连，向南穿过雅鲁藏布江缝合带和藏南拆离系，直至定结县，总长度超过300 km.申扎‒定结裂谷南段的登么错断裂是一条全新世活动的正断层，是登么错地堑东缘的主边界断裂，2015年尼泊尔M_S 8.1地震后该断裂附近地震出现集中活跃（田婷婷和吴中海，2023；李楠等，2024）.根据震后野外地质调查结果，登么错断裂产生了长约25 km的不连续同震地表破裂带，同时在登么错湖东岸产生了长约 10 km的地裂缝密集形变带，据此确认此次定日M_S6.8地震的发震断层为登么错断裂（石峰等，2025）.

由于构造位置的特殊性和致灾程度的严重性，定日M_S6.8地震在国内外引发了广泛关注，不同学者分别从不同角度对此次地震开展了相关研究.根据目前公开发表的研究成果，综合不同研究方法和野外调查结果，普遍认为此次地震发震构造为申扎‒定结裂谷系南段的登么错断裂，断层走向近NS向，倾向W，倾角介于40°~55°，断层最大滑移量介于1.5~6.8 m，断层以正断性质为主，兼有少量走滑性质（石峰等，2025；白玲等，2025；陈鲲等，2025；王楠等，2025；Yu et al.， 2025；李雨森等，2025；Kusky and Meng， 2025）.相关研究揭示，此次地震具有单侧破裂的特征，破裂过程持续约22 s，最大能量释放发生在初始破裂后的11~14 s，表明地震具有较强的瞬时释放特征（王楠等，2025；Yu et al.， 2025；Kusky and Meng， 2025）​；同时，早期余震主要集中在主震破裂区域（Yao et al.， 2025； Kusky and Meng， 2025）.

根据现有研究成果，目前对定日地震的破裂动力学机制及深部构造响应仍存在若干关键科学问题亟待厘清：其一，现有反演结果对断层滑移量的描述仍存在显著差异（1.5~6.8 m）；其二，单侧破裂传播方向与断层的耦合机制尚未明晰，能量释放的时空非均匀性是否受控于断裂带预存障碍体或介质物性突变仍需深入探讨；其三，早期余震分布与主震破裂区的空间对应关系仍需地震精定位数据验证，余震序列迁移规律对潜在应力调整过程的指示意义有待揭示.针对上述问题，本研究将开展震源破裂过程反演与地震序列精定位研究.通过对比精定位余震丛集与反演得到的滑移亏损区域的空间耦合关系，将有助于全面理解地震的发生机制、震后余震活动的动态变化，并为未来类似地震的风险评估和应急响应提供科学依据.

1 数据与方法

1.1　断层模型

定日M_S6.8地震发生后，国内外多家机构和多位学者迅速给出了此次地震的震源机制解（表1）.根据震后野外地质调查、InSAR同震形变场和高清光学遥感解译等方法，确定地表同震破裂带整体呈近SN至NNE向（石峰等，2025；王楠等，2025；赵伟华等，2025；李雨森等，2025），与表1中节面Ⅱ走向较一致.在上述反演结果中，中国地震台网中心在震源机制解反演过程中，使用了全球宽频带地震台站（GSN）和中国大陆宽频带台站，台站数量更多、方位角覆盖更优，同时作者从历史地震对比、不同机构反演结果对比和不同方法对比等方面开展复核工作（Yang et al.， 2024），进一步保证其反演结果具有较高的稳定性和可靠性，因此，本文选择中国地震台网中心发布的震源机制解节面Ⅱ（走向181°，倾角51°，滑动角-81°）作为反演震源破裂过程的断层面参数.根据精定位结果（详见下文第3节），早期余震整体沿NS向分布，长度约70 km，震源深度主要集中在0~20 km，基于此，反演区域沿走向和倾向方向分别设置18个和6个子断层，每个子断层尺寸为4 km×4 km.此外，精定位结果显示，主震位于早期余震序列南段10 km处，震源深度5.67 km，因此，将初始破裂点设置在沿走向方向的第16个子断层、倾向方向的第2个子断层.

1.2　远震波形数据

在大地震震源破裂过程反演中，远震波形相较于近震波形，受局部地形和介质效应的影响较小，能够提供更加平稳、清晰的震源信息（Ichinose， 2000；Moratto et al.， 2017；Yue et al.， 2020），因此本文按震中距30°~90°从地震学联合研究院（Incorporated Research Institution for Seismology，IRIS）数据中心下载了全球地震台网（GSN）54个台站的远震宽频带垂直向P波波形数据.为尽可能使参与反演的台站均匀分布，本文首先按照震中距采样间隔10°、方位角采样间隔10°初步筛选台站，在数据处理中，对波形进行去仪器响应和0.01~0.2 Hz带通滤波，并筛选信噪比大于10的台站，最终挑选出29个台站（图2）参与震源破裂过程反演.

1.3　震源破裂过程反演方法

本文采用基于有限震源路径近似的波形直接反演方法（Zhang et al.， 2012）反演震源破裂过程.该方法基于位移表示定理，将断层面离散为N个子断层，台站x处的位移U\left(x,t\right)与子断层的滑动分布M_k\left(t\right)之间的关系可以表示为：U\left(x,t\right)={\sum }_{k=\mathrm{1}}^N\left[M_k\left(t\right)*G_k\left(x,t\right)\right].式中，M_k\left(t\right)是第k个子断层的滑动矩时间函数，表征子断层的动态破裂特征；G_k\left(x,t\right)为子断层到台站的格林函数，表征波形传播路径的介质响应；*表示时间域卷积.基于远场近似假设，格林函数可通过初始破裂点格林函数的时移简化为：G_k\left(x,t\right)=G_{\mathrm{0}}\left(x,t-∆T_k\right).式中，∆T_k为子断层k相对初始破裂点的破裂传播时差.反演通过构建观测波形d与合成波形Gm的残差目标函数{‖d-Gm‖}^{\mathrm{2}}，并引入空间拉普拉斯光滑约束\left({\lambda }_s{L}_{s}m\right)、时间光滑约束\left({\lambda }_t{L}_{t}m\right)及标量地震矩最小化约束，形成超定线性方程组：\left[\begin{array}{c}G\\ {\lambda }_s{L}_s\\ {\lambda }_t{L}_t\end{array}\right]m=\left[\begin{array}{c}d\\ \mathrm{0}\\ \mathrm{0}\end{array}\right].采用加权最小二乘法求解该方程，获得断层滑动时空分布的最优解.通过多台站波形数据的全局拟合与约束优化，定量揭示断层面的破裂过程特征.图3给出了29个台站观测波形和反演合成波形的对比图，可以看出，观测波形和合成波形的相关性较高，其中22个台站的相关系数在0.9以上.

1.4　地震精定位

地震精定位采用双差定位方法（Waldhauser， 2000）.本文共收集了2025年1月7日至2月14日8时期间9 367个地震事件的震相观测报告，精定位过程中，设置搜索地震对的最大震源距离为10 km，组成事件对的最少震相对数为5 个，地震事件的最大邻居数为20 个，参与精定位的台站来自震中附近300 km范围内（图1）.

2 震源破裂过程反演结果

在震源破裂过程反演中，视震源时间函数的波形特征与方位分布特性是揭示破裂时空演化规律的关键数据依据（Zhang et al.，2012）.图4给出了参与破裂过程反演的29个台站的视震源时间函数（图4a）及其平均结果（图4b）.从图4a可见，不同台站视震源时间函数具有较为一致的形态特征，所有记录均表现为由三个子事件构成的复合型视震源时间函数.值得注意的是，代表三个子事件的波峰到时表现出随方位角的系统性变化，这种符合破裂前缘多普勒效应的特征揭示出三个子事件的单侧破裂传播特性，优势方向为近N向.

图4b中平均震源时间函数进一步量化了破裂过程的阶段性特征.整个破裂过程持续了约22 s，与陈鲲等（2025）和Yu et al.（2025）的结果基本一致.依据地震矩释放率的演化特征，可将破裂过程划分为三个阶段：第一阶段（1~7 s）表现为低地震矩释放率的破裂起始阶段，累计释放约15%的总地震矩；第二阶段（7~18 s）为能量集中释放的主破裂期，其地震矩释放速率在15 s达到峰值3.64× 10¹⁸ N·m/s，贡献了全事件65%的地震矩；第三阶段（18~23 s）显示矩释放速率快速衰减，完成剩余20%的地震矩释放.此外，从破裂过程第二阶段的震源时间函数来看，该过程又存在两个子破裂事件.整个破裂过程释放的地震矩约为3.73×10¹⁹ N·m，相当于矩震级M_W7.0.表1给出了不同机构和学者发布的地震矩反演结果，其值介于3.3×10¹⁹~ 7.02×10¹⁹N·m，本文所得结果与之相对一致.不同反演结果存在一定差异，可能源于多重因素.速度模型的低速层厚度偏大或波速值偏高，可能导致破裂尺度被低估，进而导致地震矩被低估（Dreger et al.， 2005）；反演参数的设置，如子断层的划分方式、初始破裂点位置和破裂速度等，也会对反演结果造成显著影响；此外，波形滤波范围的差异将导致反演对滑动量幅值的约束不同，如未充分抑制高频噪声，可能低估深部滑移的贡献（Ji， 2002），从而造成反演的地震矩偏低.

图5展示了定日地震断层面的静态滑移量分布，由图5可见，定日地震断层面滑移量呈现显著的非均匀分布，破裂范围介于28.45°~29.0°N，沿断层倾角方向向下延伸至20 km，并且整个破裂区域可以划分为三个滑移集中区域.其中，靠近震源（即起始破裂点）位置的集中区，破裂范围最小，滑移量最小；中间集中区破裂范围最大，滑移量也最大，最大滑移量约2.4 m，位于28.8°N附近；而最北侧滑移集中区的破裂位置相对最深，最大滑移量约2.0 m.需要特别注意的是，中间滑移集中区显示该区域可能存在地表同震破裂，该结果与石峰等（2025）的野外地质调查结果相吻合.

3 地震精定位结果

利用HypoDD程序对定日地震序列进行精定位，最终共获得8 210个地震事件的精定位结果.精定位后震源相对位置精度显著提高，其中，平均水平定位误差由2.81 km下降至0.19 km，平均深度定位误差下降至0.17 km，平均走时残差由0.35 s下降至0.16 s，相对定位误差统计如图6所示.由图1可见，地震精定位使用的台站主要集中分布于定日地震序列的北侧，而南侧缺乏足够的定位台站，导致精定位过程中对地震水平位置的约束相对不足；与此同时，余震区正上方架设有流动台站，能够对震源深度提供更强的约束.由于台站分布的不对称性以及流动台站架设在余震区正上方，导致精定位中深度误差小于水平误差.该结果与台站几何分布对定位精度的影响机制相吻合，即在近震中区域，垂直方向的观测对于震源深度的定位具有更好的分辨率.根据精定位结果，定日地震序列展现出复杂的空间分布格局，但整体呈NS走向（图7），其分布特征与Yao et al.（2025）基于深度学习检测和定位的早期余震分布特征较为一致.其中，主震位于28.470°N，87.512°E，深度为5.67 km.由图7可见，在空间分布上，余震呈显著的南北分带特征，可划分为三个具有构造指示意义的地震丛集区.南部丛集区（区域Ⅰ）地震优势分布方向为NW⁃SE向，主震位于该丛集中间偏东位置；中间丛集区（区域Ⅱ）展现出典型的多级破裂特征，余震在NE⁃SW、NW⁃SE和近N⁃S向三组优势方向上呈放射状扩展，形成约15 km×10 km的三角形分布区，揭示出多组次级断裂的协同作用或共轭破裂机制；北部丛集区（区域Ⅲ）地震分布相对分散，整体呈NW⁃SE向分布.

4 讨论

4.1　破裂过程的时空演化与发震机制

为深入剖析定日地震的破裂过程，我们绘制了定日地震断层面滑移量随时间变化图（图8）.结果显示，破裂开始后，破裂由震源位置沿近N向单侧扩展，整体破裂长度约60 km，最大滑移量位于震中以北约30 km处.在破裂开始1~7 s的初始阶段，滑移速率较低，破裂范围局限于震源附近，可能受断层浅部闭锁段或局部介质强度较高的限制；主能量释放阶段（7~18 s）表现为滑移速率的急剧上升，最大滑移量在28.8°N附近形成集中区，这一阶段的快速滑移可能触发了断层的脆性破裂，同时破裂向地表延伸，表明该段断层震前具有较高的应力积累；衰减阶段（18~23 s）滑移速率快速下降，破裂向北扩展至29.0°N（图5），但滑移量显著减小.

根据现有研究，定日地震附近区域构造学环境表现为近N⁃S向挤压、近W⁃E向拉张的应力结构（Liu， 1985； 李松林等，1986；Mercier et al.， 1987；王连捷等，2006）.破裂方向由南向北延伸，与主压应力方向（近N⁃S向）一致，表明破裂传播受控于区域主压应力的驱动，该一致性可能反映了断裂带在长期应力积累下的优势破裂方向.同时，相关研究指出，青藏高原南部正经历冰后期地壳均衡反弹和侵蚀卸载，导致区域拉张应力增强（Fielding， 1996；Liu and Yang， 2003），这种动力学背景促使N⁃S向登么错断裂发生正断型破裂.以上结果表明，区域构造应力场对此次地震破裂过程的控制作用明显.此外，滑移量分布的显著非均匀性（图5）可能源于深部介质强度差异等物性突变或预存障碍体的阻挡作用.

4.2　余震分布与应力调整过程

余震活动的时空迁移特征是揭示震后应力调整与断层相互作用的关键资料.定日地震余震序列的精定位结果表明，其空间分布与主震破裂区的滑移量分布呈现显著的空间耦合关系（图7，图9）.早期余震（主震后至1月13日20时57分M_S 5.0余震前）主要沿主破裂带展布，且密集分布于断层滑移量较低的区域（<1.0 m），高滑移区域（>1.5 m）与余震活动表现出明显的空间互补性（图9）.这一现象符合“应力阴影”效应理论，即高滑移区因应力释放相对充分而形成低应力区，而低滑移区未完全释放的应力则触发系列余震活动（Felzer and Brodsky， 2005； Liu et al.， 2018）.值得注意的是，在主震破裂过程中，28.6°E附近区域表现出明显的破裂空段特征，同时该区域余震活动显著稀疏，与周边区域形成鲜明对比.该破裂空段的存在可能与登么错断裂的几何结构突变有关.登么错断裂在该处走向发生明显偏转，形成几何屏障区，这种几何结构的复杂性导致破裂过程的局部不连续，进而形成破裂空段.此外，断层面摩擦特性的空间异质性和应力场的非均匀分布可能也是破裂空段形成的关键因素.在主震破裂过程中，由于断层面摩擦特性的异质性，沿断层面的应力分布往往表现出较强的非均匀性，并且由于该区域断层几何形态的变化，未能集中释放应力，从而形成了滑动空区.随着时间的推移，该区域的应力可能会进一步积累，进而在未来成为新的震源区，诱发新的滑动或地震事件，从而增加该区域的地震风险.1月13日20时57分 M_S 5.0地震后，余震向南突破主震初始破裂区，形成NE⁃SW与NW⁃SE向共轭集中区.南部丛集区（区域Ⅰ）余震优势方向由NW⁃SE向转为NE⁃SW向，可能与藏南拆离系的局部张性应力场重组有关；而北部丛集区（区域Ⅲ）余震向NW向迁移，可能反映登么错断层与弄曲断层的构造联动.

此外，从精定位结果不难发现，此次定日地震的发震断层存在明显的分段特征，且不同段构造复杂程度也不尽相同，特别是区域Ⅰ和区域Ⅱ存在多支次级断层（图7）.结合震源区位于登么错断裂与藏南拆离系交汇区的构造背景，推测障碍体的应力集中效应和区域断层复杂的几何形态变化可能是进一步调制余震空间迁移的关键因素.

5 结论

2025年1月7日西藏定日M_S6.8地震是青藏高原南部近十年来致灾程度最高的地震事件之一.本研究通过震源破裂过程反演与余震序列精定位，系统揭示了此次地震的破裂机制、发震构造特征及震后应力调整过程，主要结论如下：

（1）震源破裂过程与发震机制. 基于远震波形反演和野外地质调查，确认发震断层为申扎‒定结裂谷南段的登么错断裂，断层走向近NS，倾向W，倾角约51°.主震破裂过程持续约22 s，沿近N向单侧破裂，破裂长度约60 km，最大滑移量约2.4 m，位于震中以北28.8°N附近.破裂过程分为三个阶段：初始阶段（1~7 s）以低能量释放为主；主破裂阶段（7~18 s）集中释放65%的地震矩，滑移速率峰值达3.64×10¹⁸ N·m/s；衰减阶段（18~23 s）完成剩余能量释放.破裂传播方向与区域主压应力（近N⁃S向）一致，表明印度板块向北俯冲与欧亚板块挤压驱动的拉张应力场是此次地震的主要动力学背景.

（2）断层滑移分布的非均匀性. 断层滑移量呈现显著的空间非均匀性，可划分为三个滑移集中区.中间集中区（28.8°N）滑移量最大且延伸至地表，与野外地质调查的地表同震破裂带位置相吻合；北部集中区滑移位置最深，可能与深部介质强度差异或预存障碍体相关.滑移量分布的差异性揭示了断层物性非均一性对破裂传播的调控作用.此外，28.6°N附近区域破裂空段的存在，可能与登么错断裂的几何结构突变有关，同时印证了断层几何屏障对破裂空段的控制作用.

（3）余震分布与应力调整. 精定位结果显示，余震序列呈南北分带特征，大致可划分为三个丛集区：南部丛集（NW⁃SE向）与主震位置重叠，其南部区域在余震活动后期存在共轭断层活动；中部丛集（多向放射状）反映次级断层协同作用；北部丛集（NW向）分布相对分散.早期余震密集分布于主破裂区外围低滑移区（滑移量<1.0 m），与高滑移区（滑移量>1.5 m）形成空间互补，表明主震破裂区应力卸载充分，残余应力通过余震在低滑移区持续调整.后期余震向南迁移并形成NE⁃SW与NW⁃SE向共轭集中区，揭示震后应力场向多向扩展的动态调整过程.

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基金资助

中国地震局震情跟踪定向工作任务(CEA⁃ZQGZ⁃202501021)

山东省自然科学基金项目(ZR2024MD093)