近日，南方科技大学地球与空间科学系陈克杰团队及其合作者在Geology 发表题为“Buckling contributes to both coseismic uplift and long-term fold growth in active fold-thrust belts”的研究论文，剖析了活动褶皱冲断带长期褶皱生长和瞬时同震变形之间的关系和协调机制，为理解突发、剧烈的地震如何影响到数百万年的慢速、渐进的褶皱变形、地形塑造提供了新视角。
活动褶皱冲断带分布在亚平宁山脉、扎格罗斯山脉、喜马拉雅山脉、洛基山脉和安第斯山脉等变形剧烈的造山带山前，这里人口众多，工业聚集，是世界范围内对人类文明影响较大的重要潜在地震危险区。了解断层滑动、褶皱生长和地震之间的复杂关系将有助于这些地区的地震风险评估，并揭示长期地形生长和短期同震隆升之间复杂的相互作用，对理解突发、剧烈的地震如何影响到数百万年的慢速、渐进的褶皱变形、地形塑造至关重要。
先前的研究经常强调下伏断层在形成褶皱和引发周期性地震中的主要作用。因此，科学家应用断层相关褶皱模型（Fault-related model）将长期褶皱生长与同震变形联系起来，并估计隐伏断层的滑动速率和地震风险。然而，纵弯褶皱作用（岩层在受到顺层挤压力的作用后发生弯曲的褶皱作用）在褶皱发育和地震活动中也起着至关重要的作用。尽管早于断层相关褶皱理论的提出，并且最近在数值和物理模拟实验中受到关注，但在不断发展的文献中，纵弯褶皱作用以及与之相关的地震仍然被低估。地震相关研究往往优先考虑同震地表变形的分析，然而，地下发震构造的精确几何形状和运动学特征很难量化，这对提高我们对纵弯褶皱作用的认识构成了重大阻碍，特别是在以复杂发震构造为特征的地区。
本文以发生在青藏高原柴达木盆地西部活动褶皱冲断带内的狮子沟背斜的2019年芒崖5.0级地震为研究对象，来应对这些技术上的挑战和解决上述科学问题。英雄岭背斜带是青藏高原北部柴达木盆地内最高、最宽的背斜带，同时也是最活跃的地震带，发生过多次5级以上的地震（图1）。
图1 柴达木盆地西南部及邻区地质图，指示英雄岭背斜带位置、地表地质特征与历史地震发生情况
2019年3月28日在其南侧狮子沟背斜发生了5.0级地震，利用合成孔径干涉雷达干涉技术（In-SAR）对其同震变形进行了分析，发现地震导致的最大抬升区不在背斜核部，而是在背斜的翼部，与断层相关褶皱模型预测不太一致（图2）。
图 2 升轨和降轨的同震差分结果，相位未解缠
地表地质和地震剖面显示，狮子沟地区有深浅两套潜在的发震构造，由膏盐层隔开。在钻杆被错断数据约束下的贝叶斯反演断层参数特征表明，既不是深部的断层，也不是浅部的控制狮子沟背斜的断层导致的此次地震，而是由于刚性层（上干柴沟组）和软弱层（下干柴沟组上段）之间的层间滑动引起，地震深度极浅，在地下2 km深处（图3）。根据纵弯褶皱的定义，我们由此认为2019年茫崖地震是由于纵弯褶皱作用而导致的层间滑动引起的。这种褶皱作用不仅可以引起中等震级的地震，还可以通过层间滑动对褶皱的长期生长有重要贡献。
图3 地下发震构造与长期褶皱生长、同震地表隆升的关系
本研究表明在活动褶皱冲断带，主震不一定发生在控制褶皱长期生长和形态的隐伏断层上，纵弯褶皱作用导致的层间滑动也可以独立产生至少中等震级的地震。这种类型的地震可能广泛分布于挤压机制形成的沉积盆地内，这些地区有大量的工业和人口，纵弯褶皱作用造成的地震震源深度极浅，必须加以注意和防范。
黄凯博士后为论文第一作者，陈克杰为第二作者和通讯作者，南方科技大学是论文第一单位。浙江大学吴磊为第三作者和共同通讯作者，合作者还包括南方科技大学张伟、魏国光、温贵森，浙江大学石许华、林秀斌、肖安成、陈汉林，东方地球物理公司张军勇、李艳明，青海油田张永庶、王波，中国地震台网姚琪。以上研究得到了国家自然科学基金、广东省高精度成像实验室等基金的支持。