蓋海龍 李智敏 姚生海 李 鑫

(青海省地震局， 西寧 810001)

0 引言

此次門源MS6.9 地震是進(jìn)入2022年以來全球震級(jí)最大的一次地震， 也是青海省境內(nèi)繼2021年5月22日瑪多MS7.4 地震后的又一次6.0級(jí)以上地震， 同時(shí)也是繼1986年8月26日和2016年1月21日2次門源6.4級(jí)地震之后該地區(qū)發(fā)生的震級(jí)最高、 地表破裂最長的地震事件。因此， 該地震備受社會(huì)關(guān)注， 及時(shí)查明此次地震的同震地表破裂展布、 組合特征、 運(yùn)動(dòng)性質(zhì)和同震位移， 對(duì)于正確認(rèn)識(shí)地震的發(fā)震構(gòu)造、 破裂過程、 近期地震危險(xiǎn)性判別、 重大工程選線、 抗震設(shè)防及搶險(xiǎn)救災(zāi)具有重要意義。

地震發(fā)生后， 筆者隨青海省地震局第一時(shí)間派出的現(xiàn)場(chǎng)工作隊(duì)趕赴震區(qū)開展烈度調(diào)查和現(xiàn)場(chǎng)地震地質(zhì)考察工作。其間， 在地表調(diào)查的基礎(chǔ)上， 基于高分辨率衛(wèi)星遙感圖像的解譯分析， 結(jié)合無人機(jī)低空攝影測(cè)量(大疆精靈PHANTOM 4RTK)， 在沿此次地震產(chǎn)生的地表破裂帶內(nèi)重點(diǎn)獲得了5處典型地點(diǎn)的同震破裂資料。在室內(nèi)利用Agisoft Metashape Professional軟件對(duì)每個(gè)區(qū)段航拍的照片進(jìn)行處理， 生成了高分辨率正射影像圖(DOM)， 同時(shí)在Arcgis pro軟件中基于正射圖對(duì)5處典型的地震地表破裂段進(jìn)行了詳細(xì)解譯。本文主要基于這一調(diào)查結(jié)果， 結(jié)合已有資料和余震分布特征等， 對(duì)此次地震同震地表破裂的發(fā)育特征及破裂組合模式進(jìn)行分析， 以期為區(qū)域防震減災(zāi)、 重點(diǎn)地震危險(xiǎn)區(qū)判別及近期地震發(fā)展趨勢(shì)等提供重要的理論和實(shí)際參考。

1 區(qū)域地震地質(zhì)構(gòu)造背景

新生代以來， 印度板塊與歐亞大陸的持續(xù)碰撞使青藏高原不斷向周邊擴(kuò)展和增生(Molnaretal.， 2009)， 受北側(cè)戈壁-阿拉善地塊和東側(cè)鄂爾多斯塊體的阻擋， 青藏高原東北緣晚新生代以來構(gòu)造變形十分強(qiáng)烈(鄧起東等， 2002)。20世紀(jì)20～30年代的僅12年間內(nèi)， 在青藏高原東北緣就先后發(fā)生了1920年海原8.5級(jí)地震、 1927年古浪8級(jí)地震和1932年昌馬7.6級(jí)地震(顧功敘等， 1983； Peltzeretal.， 1988； Gaudemeretal.， 1995； 國家地震局震害防御司， 1995； 張培震等， 2003； Xuetal.， 2010)。1920年海原M8.5地震在海原斷裂上產(chǎn)生了長約220km的地震地表破裂帶(Zhangetal.， 1987)。1927年古浪M8地震在皇城-雙塔斷裂東段冬青頂山前和山頂位置分別產(chǎn)生了長約23km的壓性地表破裂帶和21km的張性破裂(Xuetal.， 2010)， 同時(shí)武威盆地南緣斷裂在1927年古浪M8地震中也形成了地表破裂(艾晟等， 2017)； Guo等(2019a， b)在祁連山中東段的冷龍嶺斷裂揭示了一條長約120km的地表破裂帶， 該破裂帶很可能也是在1927年古浪M8地震中產(chǎn)生的。此次門源MS6.9 地震發(fā)生的區(qū)域?qū)儆谇嗖馗咴硇律鶱E向擴(kuò)展變形的前緣地帶， 在大地構(gòu)造上位于青藏高原東北緣的北祁連褶皺帶， 北側(cè)為河西走廊過渡帶， 南側(cè)為中祁連隆起帶。區(qū)域內(nèi)發(fā)育一系列NW、 NWW走向且規(guī)模不等的活動(dòng)斷裂帶(Tapponnieretal.， 1977； Zhangetal.， 2004)， 主要包括NWW走向、 以左旋走滑為主的祁連-海原斷裂(國家地震局地質(zhì)研究所等， 1990； 袁道陽等， 1998)， NW走向、 以右旋走滑為主的鄂拉山斷裂(袁道陽等， 2004)、 日月山斷裂(李智敏等， 2018)以及在河西走廊兩側(cè)分布的逆沖性質(zhì)的皇城-雙塔斷裂、 佛洞廟-紅崖子斷裂和榆木山斷裂等(圖 1)。其中， NW向的祁連-海原斷裂系是青藏高原東北緣一條長約1000km的大型邊界走滑斷裂(Tapponnieretal.， 1977； Peltzeretal.， 1988)， 由西向東主要由托萊山斷裂、 冷龍嶺斷裂、 金強(qiáng)河斷裂、 毛毛山斷裂、 老虎山斷裂和海原斷裂組成(圖 1)(Zhengetal.， 2013； 郭鵬等， 2017b； 劉金瑞等， 2018)。其中， 冷龍嶺斷裂附近于1986年8月26日和2016年1月21日分別發(fā)生了2次6.4級(jí)地震(徐紀(jì)人等， 1986； 郭鵬等， 2017a)。此次門源MS6.9 地震發(fā)生在冷龍嶺斷裂與托萊山斷裂交會(huì)的位置(圖 1)(鄧起東等， 2003， 2007)。

圖 1 青海門源 MS6.9 地震的構(gòu)造背景圖(修改自郭鵬等， 2017a)Fig. 1 Seismotectonic map of the Menyuan MS6.9 earthquake in Qinghai Province(modified from GUO Peng et al.， 2017a).五角星表示門源 MS6.9 地震的震中， 紅色及粉紅色圓圈表示青藏高原周緣1900AD以來發(fā)生的6級(jí)以上地震。LSHF 龍首山斷裂； YMSF 榆木山斷裂； ML-DMYF 民樂-大馬營斷裂； HC-STF 皇城-雙塔斷裂； GLF 古浪斷裂； FDM-HYZF 佛洞廟-紅崖子斷裂； CMF 昌馬斷裂； TLSF 托萊山斷裂； LLLF 冷龍嶺斷裂； JQHF 金強(qiáng)河斷裂； MMSF 毛毛山斷裂； LHSF 老虎山斷裂； HYF 海原斷裂； RYSF 日月山斷裂； ELSF 鄂拉山斷裂

2 地震序列及地表破裂帶展布情況

2.1 地震序列

圖 2 2022年門源 MS6.9 地震序列的精定位結(jié)果(據(jù)Fan等(2022)和許英才等(2022))、 野外調(diào)查點(diǎn)和同震地表破裂帶Fig. 2 Precise location results of the Menyuan MS6.9 earthquake sequence in 2022(after Fan et al.， 2022； XU Ying-cai et al.， 2022)， field survey sites and coseismic surface rupture zones.

表 1 2022年門源 MS6.9 地震的震源參數(shù)Table1 Source parameters of the 2022 Menyuan MS6.9 earthquake

2.2 地表破裂帶的展布情況

2.3 地震序列與地表破裂空間分布的關(guān)系

從余震定位的結(jié)果看(圖 2)， 余震空間分布呈現(xiàn)明顯的分區(qū)特征， 在一棵樹溝以東至崗斯卡以西區(qū)域， 余震在空間上呈NW向集中展布， 且分布于冷龍嶺斷裂的兩側(cè)， 此段未見有地表破裂； 在一棵樹溝以西的區(qū)域， 余震空間上呈近EW向集中展布， 余震集中分布于冷龍嶺斷裂的南側(cè)， 且同震地表破裂空間展布與余震分布不重合， 地表破裂展布于余震集中分布帶的北側(cè)。余震分布的差異性表明余震區(qū)東、 西部分的構(gòu)造變形模式可能存在較為顯著的差異。最大余震5.2級(jí)地震發(fā)生在東南部， 且在東南部未產(chǎn)生地表破裂， 地表破裂與余震分布的不協(xié)調(diào)性表明該地區(qū)地震構(gòu)造機(jī)理的復(fù)雜性， 這也是下一步值得深入研究的內(nèi)容。

3 同震地表破裂特征

地表調(diào)查顯示， 此次地震形成了一系列由張裂隙、 擠壓鼓包、 張剪裂隙和剪切裂隙等多種構(gòu)造類型組合而成的復(fù)雜同震地表破裂帶， 整體構(gòu)成一寬數(shù)米至近百米不等的左旋剪切變形帶。

3.1 南支大西溝段考察點(diǎn)

南支大西溝段的同震地表破裂帶主要沿大西溝北側(cè)展布， 破裂帶總體走向275°， 近EW向， 連續(xù)性好， 全長約4km(圖 2)。本段破裂主要由斜列的擠壓鼓包、 張裂隙、 張剪裂隙等多種構(gòu)造類型組合而成(圖 3， 3a)； 在一小沖溝處可見小沖溝等被左旋斷錯(cuò)(圖3b)， 現(xiàn)場(chǎng)通過皮尺測(cè)量獲得小沖溝被左旋斷錯(cuò)1.0m(圖3c)； 在被斷錯(cuò)小沖溝(圖3b， c)的西側(cè)可見一規(guī)模宏大的對(duì)稱帳篷型擠壓鼓包(圖3e)， 鼓包高達(dá)0.8m， 長達(dá)3.6m， 寬達(dá)2.6m， 鼓包走向340°； 在該段的中部位置可以見擠壓鼓包、 張剪裂隙組合(圖3d， f)， 張剪裂隙的走向?yàn)?40°～250°； 在該段東部位置可見雁列狀張裂縫(圖3g)。

圖 3 大西溝段的地表破裂帶變形特征(位置見圖 2) Fig. 3 Coseismic surface rupture along the Daxigou segment(see Fig. 2 for the location).a 大西溝段的正射影像圖及觀察點(diǎn)分布圖； b 小沖溝左旋位錯(cuò)； c 小沖溝被左旋位錯(cuò)1.0m； d 斜列張剪裂隙和擠壓鼓包； e 擠壓鼓包； f 張剪裂隙和擠壓鼓包； g 雁列狀張裂縫

3.2 北支主破裂段

北支主破裂主要沿冷龍嶺斷裂西段分布， 整體走向呈295°， 西起上大圈溝西側(cè)， 向E經(jīng)道溝， 在腦兒墩橋西側(cè)斜跨硫磺溝(永安河)， 后沿硫磺溝南側(cè)展布經(jīng)紅溝溝口， 終止于一棵樹溝附近， 長約18km(圖 2)。本段破裂主要由斜列的張裂隙、 張剪裂隙、 擠壓鼓包和塌陷等多種構(gòu)造類型組合而成， 可見河心灘、 冰面和道路等被左旋斷錯(cuò)， 連續(xù)性較好； 同時(shí)， 本段破裂中可見逆沖形成的反向陡坎及水平擦痕。下文將分別對(duì)道溝、 硫磺溝西段、 硫磺溝斜跨河流段、 硫磺溝東段4個(gè)考察點(diǎn)進(jìn)行描述。

3.2.1 道溝考察點(diǎn)的地表破裂

地表破裂自西向東橫穿道溝， 在道溝兩岸可見清晰的地表破裂， 地表破裂帶最寬處可達(dá)80m， 主要由右階的張裂縫、 左階的大型擠壓鼓包、 張剪裂隙和塌陷等樣式組合而成(圖 4)。在道溝西岸， 地表破裂將一處河心灘左旋位錯(cuò)1.2m(圖5a， b)， 地表破裂穿過溝谷向E在山前高臺(tái)地上， 可見規(guī)模較大的擠壓鼓包和張裂縫組合(圖5c)； 在道溝河的一級(jí)階地上可見一大型張剪裂縫(圖5d， e)， 裂縫寬2.0m， 深達(dá)3m， 同時(shí)形成了塌陷(圖5d)。在道溝河的西岸可見一對(duì)稱帳篷型擠壓鼓包， 鼓包高0.6m， 寬1.8m(垂直對(duì)稱軸方向)， 長1m(圖5f)； 該段東部的張裂縫和鼓包的斜列方式指示破裂帶以左旋走滑運(yùn)動(dòng)為主(圖5g)； 在一處張剪裂縫的南側(cè)可見水平向的擦痕(圖5h)， 擦痕傾伏向?yàn)?05°， 與地表破裂帶的走向近一致， 指示擦痕所在的南盤向E運(yùn)動(dòng)； 傾伏角為3°， 近水平， 指示斷層的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)為典型的水平走滑。

圖 4 道溝段地表破裂帶的正射影像圖及考察點(diǎn)(位置見圖 2)Fig. 4 Orthophotograph of the surface rupture zone of the Daogou segment and the inspection points(see Fig. 2b for the location).

3.2.2 硫磺溝西段考察點(diǎn)的地表破裂

該段整體走向290°， 地表破裂在正射影像上清晰可見(圖6a)。實(shí)測(cè)的一處本來連在一起的雪面被左旋錯(cuò)動(dòng)1.1m(圖6b)； 破裂形成的一對(duì)稱帳篷型擠壓鼓包， 高達(dá)1.2m(圖6c)； 在該段可見北盤向S逆沖形成的反向陡坎(圖6d)； 在該段的中部可見由擠壓鼓包、 張裂縫和張剪裂隙形成的組合破裂(圖6e)； 在該段的東部可見逆沖形成的2.4m的鼓包(圖6f)， 同時(shí)可見北盤向上逆沖時(shí)的擦痕(圖6g)， 指示了此段既有左旋水平運(yùn)動(dòng)， 也有逆沖運(yùn)動(dòng)。

圖 6 硫磺溝西段地表破裂的變形特征(位置見圖 2) Fig. 6 Coseismic surface rupture in the western Liuhuanggou segment(see Fig. 2 for the location).a 該段的正射影像圖； b 左旋位錯(cuò)1.2m； c 對(duì)稱帳篷型擠壓鼓包； d 逆沖形成的反向陡坎； e 由擠壓鼓包、 張裂縫和張剪裂隙形成的組合破裂； f 逆沖形成2.4m的鼓包； g 擦痕

3.2.3 硫磺溝斜跨河流段考察點(diǎn)的地表破裂

地表破裂在在腦兒墩橋西側(cè)從NW向SE斜跨硫磺溝(永安河)(圖 7)， 向E在硫磺溝南側(cè)山坡分布， 破裂的組合形式主要以線性剪裂隙、 斜列的張裂隙和擠壓鼓包為主。在硫磺溝公路北側(cè)可見以擠壓鼓包和張裂縫組合的地表破裂(圖8a)， 實(shí)測(cè)的一處冰面的左旋錯(cuò)動(dòng)位移為1.65m(圖8b)， 張裂縫寬達(dá)0.8m， 可容納一個(gè)人進(jìn)入； 據(jù)中國地震局地質(zhì)研究所韓竹軍的報(bào)道結(jié)果， 地表破裂在斜穿硫磺溝時(shí)， 在硫磺溝(永安河)的北岸被左旋位錯(cuò)3.1m(圖8c)， 此處為同震水平位錯(cuò)最大處(4)https： ∥www.eq-igl.ac.cn/zhxw/info/2022/36632.html。； 同時(shí)地表破裂將硫磺溝公路北側(cè)的柵欄左旋位錯(cuò)2.7m(圖8e)； 在硫磺溝(永安河)冰面上可見明顯的地表破裂， 冰面上形成了線性剪裂隙、 斜列的張裂隙和擠壓鼓包(圖8e)； 在硫磺溝公路北側(cè)山坡上形成的擠壓鼓包明顯， 為單個(gè)呈不對(duì)稱的帳篷型， 高0.8m(圖8f)； 山坡上還可見雁列狀張剪裂隙(圖8g)； 該段可見北盤向南盤逆沖形成的鼓包， 鼓包高達(dá)1.0m(圖8h)。以上現(xiàn)象指示此段既有左旋水平運(yùn)動(dòng)， 也有逆沖運(yùn)動(dòng)。

圖 7 硫磺溝斜跨河流段地表破裂帶的正射影像圖及考察點(diǎn)(位置見圖 2)Fig. 7 Orthophotographic map of the surface rupture zone and investigation points of the Sushuanggou oblique cross-river segment(see Fig. 2 for the location).

圖 8 硫磺溝斜跨河流段段地表破裂帶的變形特征(位置見圖 7)Fig. 8 Coseismic surface rupture zone and investigation points of the Sushuanggou oblique cross-river segment(see Fig. 7 for the location).a 擠壓鼓包和張裂縫組合的地表破裂； b 冰面被左旋位錯(cuò)1.65m； c 左旋位錯(cuò)3.1m； d 柵欄被左旋位錯(cuò)2.7m； e 冰面上的破裂； f 不對(duì)稱帳篷型擠壓鼓包， 高0.8m； g 雁列狀張剪裂隙； h 逆沖形成的鼓包， 鼓包高達(dá)1.0m

3.2.4 硫磺溝東段考察點(diǎn)的地表破裂

該段整體走向310°， 雁列狀裂縫在正射影像上清晰可見(圖9a)。地表破裂主要是逆沖形成的陡坎及鼓包； 斷層陡坎以左階的形式排列(圖9b)； 在一沖溝處， 逆沖形成的鼓包高達(dá)1.4m(圖9c)； 多處照片顯示南盤向北盤的逆沖運(yùn)動(dòng)(圖9d， e)， 未見明顯的水平運(yùn)動(dòng)標(biāo)志。

圖 9 硫磺溝東段地表破裂的變形特征(位置見圖 2)Fig. 9 Coseismic surface rupture in the eastern Liuhuanggou segment(see Fig. 2 for the location).a 該段的正射影像圖； b 左階斷層陡坎； c 逆沖鼓包； d 陡坎及鼓包； e 陡坎

3.3 地表破裂帶的空間分布特征

圖 10 地震地表破裂的空間展布及位移空間展布圖Fig. 10 Spatial distribution of earthquake surface rupture(a)and displacement(b).a 地震地表破裂的空間展布； b 位錯(cuò)量的空間展布圖

4 破裂組合模式

圖 11 發(fā)育于上大圈溝的地表裂隙和冰面裂隙Fig. 11 Surface fissures and ice surface fissures developed in the Shangdaquangou.a 走向的裂縫； b 走向135°的裂縫

圖 12 門源MS6.9地震地表破裂帶的組合模式圖Fig. 12 The combined model of the surface rupture zone of the Menyuan MS6.9 earthquake.a 拉分盆地的其中一種構(gòu)造演化模式(Koide et al.， 1977)； b 門源 MS6.9 地震地表破裂帶的組合模式圖

5 初步認(rèn)識(shí)

本文綜合震源參數(shù)、 余震分布和地表地質(zhì)調(diào)查結(jié)果， 獲得了關(guān)于2022年門源MS6.9 地震地表破裂特征的一些初步認(rèn)識(shí)， 主要包括：

(1)此次門源MS6.9 地震是進(jìn)入2022年以來全球震級(jí)最大的一次地震， 也是青海省境內(nèi)繼2021年5月22日瑪多MS7.4 地震后的又一次6.0級(jí)以上地震， 同時(shí)也是繼1986年8月26日和2016年1月21日2次門源6.4地震之后該地區(qū)發(fā)生的震級(jí)最高、 地表破裂最長的地震事件。

(2)此次門源MS6.9 地震的同震地表破裂具有典型的左旋走滑運(yùn)動(dòng)性質(zhì)， 同時(shí)兼有一定的逆沖分量， 垂直位錯(cuò)最大為0.8m。

(4)整個(gè)地表破裂主要由線性剪裂隙、 斜列張裂隙和張剪裂隙、 擠壓鼓包等多種構(gòu)造類型組合而成。

(5)余震空間分布呈現(xiàn)明顯的分區(qū)特征， 在一棵樹溝以東至崗斯卡以西區(qū)域， 余震在空間上呈NW向集中展布， 且分布于冷龍嶺斷裂的兩側(cè)， 此段未見有地表破裂； 在一棵樹溝以西區(qū)域， 余震在空間上呈現(xiàn)近EW向集中展布， 余震集中分布于冷龍嶺斷裂的南側(cè)， 且同震地表破裂的空間展布與余震分布不重合， 地表破裂展布于余震集中分布帶的北側(cè)。余震分布的差異性表明余震區(qū)東、 西部分的構(gòu)造變形模式可能存在較為顯著的差異。最大余震5.2級(jí)地震發(fā)生在東南部， 且在東南部未產(chǎn)生地表破裂， 地表破裂與余震分布的不協(xié)調(diào)性表明該地區(qū)地震構(gòu)造機(jī)理的復(fù)雜性， 這也是下一步值得深入研究的內(nèi)容。

(6)本次門源地震的主破裂沿著冷龍嶺斷裂西端破裂， 向W又使托萊山斷裂的東端破裂了約4km。冷龍嶺斷裂和托萊山斷裂的深部構(gòu)造特征特別是兩者之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系值得深入研究。本研究可為區(qū)域防震減災(zāi)、 重點(diǎn)地震危險(xiǎn)區(qū)判別、 重大建設(shè)工程選線及近期地震發(fā)展趨勢(shì)等提供重要的理論和實(shí)際參考。

致謝審稿專家對(duì)本文進(jìn)行了高效率的評(píng)審并提出了寶貴意見， 在此表示衷心感謝！