梁 寬 何仲太 姜文亮 李永生 劉澤民

1)應(yīng)急管理部國家自然災(zāi)害防治研究院， 北京 100085 2)防災(zāi)科技學(xué)院， 河北省地震動力學(xué)重點實驗室， 三河 065201 3)中國地震局地殼動力學(xué)重點實驗室， 北京 100085

0 引言

中國地震局現(xiàn)場工作隊通過災(zāi)區(qū)震害調(diào)查， 并綜合應(yīng)用地震構(gòu)造背景、 儀器烈度、 余震分布、 震源機制、 遙感影像等科技支撐成果， 確定了此次地震的烈度分布， 最高烈度為Ⅸ度， Ⅵ度區(qū)及以上面積約為23417km2， 等震線長軸呈NWW走向， 長軸約200km， 短軸約153km(3)https： ∥www.cea.gov.cn/cea/xwzx/fzjzyw/5646200/index.html。。據(jù)新華社報道， 本次地震共導(dǎo)致青海海北藏族自治州5831人受災(zāi)， 9人受傷， 無人員死亡； 緊急轉(zhuǎn)移分散安置16戶65人； 嚴重損壞房屋217間， 一般損壞房屋3835間； 畜棚倒塌6座、 一般損壞145座； 供排水管網(wǎng)損壞15km， 供熱管網(wǎng)損壞3.96km， 省道損壞3.3km， 鄉(xiāng)村道路損壞8km， 橋梁損壞3座， 涵洞損壞17處； 地質(zhì)災(zāi)害隱患點成災(zāi)1處， 祁連山國家公園管護站均不同程度受損(4)https： ∥m.thepaper.cn/newsDetail＿forward＿16210877。。地震發(fā)生后， 中國鐵路青藏集團有限公司立即啟動應(yīng)急預(yù)案， 封鎖蘭青線、 青藏線海石灣—察汗諾站， 蘭新客專西寧高速場—浩門站間線路， 并立即扣停封鎖區(qū)間內(nèi)所有在途列車。地震導(dǎo)致蘭新高鐵浩門—軍馬場區(qū)間隧道群及線路設(shè)備嚴重受損， 致使蘭新高鐵中斷運行(5)https： ∥mp.weixin.qq.com/s/4feFa4kinGzfwWeBPMtdFg。。

該地震震中東南側(cè)發(fā)生過2016年1月21日青海門源MS6.4 地震， 震源機制為逆沖型， 震中處于冷龍嶺斷裂中部以北(胡朝忠等， 2016； Guoetal.， 2017)。這2個地震之間的聯(lián)系以及其地震誘發(fā)機制是什么亟需解答。同時， 相繼發(fā)生在青藏高原東北緣的2次近距離6級以上地震也為研究青藏高原東北緣的最新變形和區(qū)域地震危險性提供了機會。想要解決以上問題， 首先需要了解此次地震的地震地表破裂特征。為了快速掌握地震瞬間造成的地表破裂特征， 我們利用地震當天獲取的國產(chǎn)高分7號衛(wèi)星等數(shù)據(jù)， 基于影像特征快速確定了同震地表破裂帶的總體展布特征。在高分7號遙感解譯結(jié)果的基礎(chǔ)上， 在地震當天進入震中現(xiàn)場開展野外調(diào)查， 并對典型破裂地點開展了詳細的地面和航空攝影測量， 基本掌握了地震地表破裂的幾何分布、 破裂長度和最大同震位錯。在此基礎(chǔ)上， 結(jié)合InSAR同震形變場和同震滑動分布反演、 震源機制解和余震精定位分析等結(jié)果， 認為此次地震的發(fā)震構(gòu)造為冷龍嶺斷裂西段， 托萊山斷裂同時參與破裂。

1 地震構(gòu)造背景

印度板塊向歐亞大陸板塊NNE向的持續(xù)推擠導(dǎo)致了青藏高原的快速隆升， 并持續(xù)向大陸內(nèi)部擴展(Gaudemeretal.， 1995； Tapponnieretal.， 2001)。青藏高原東北緣是高原向大陸內(nèi)部擴展的前緣部位， 在吸收和調(diào)節(jié)印度板塊向歐亞板塊NNE向的擠壓會聚過程中發(fā)揮著重要作用(圖1a)(Meyeretal.， 1998； Yuanetal.， 2013)。該地區(qū)構(gòu)造變形與地震活動十分強烈， 歷史上曾發(fā)生多次M≥7.0破壞性地震， 造成了巨大的人員傷亡和經(jīng)濟損失(Zhangetal.， 1987； Peltzeretal.， 1988； Liu-Zengetal.， 2007； Xuetal.， 2010； 張維歧等， 2015； Zhengetal.， 2016)。青藏高原東北緣的主要構(gòu)造變形特征， 為由托萊山斷裂、 冷龍嶺斷裂、 古浪斷裂、 金強河斷裂、 毛毛山斷裂、 老虎山斷裂、 海原斷裂等共同組成長約1000km的祁連-海原斷裂帶的左旋剪切和擠壓增厚(圖1b)(Lasserreetal.， 2002； 袁道陽等， 2004； Zhengetal.， 2013； Huetal.， 2015； Allenetal.， 2017； Xiongetal.， 2017)。2022年1月8日門源MS6.9 地震便發(fā)生在祁連-海原斷裂中西部托萊山斷裂和冷龍嶺斷裂的交會位置。

圖 1 研究區(qū)活動構(gòu)造圖Fig. 1 Sketch map of active structure in the study area.a 研究區(qū)位于青藏高原東北緣的祁連-海原斷裂帶內(nèi)， 歷史地震和斷層數(shù)據(jù)來自文獻(鄧起東等， 2007； 徐錫偉等， 2016)； b2022年1月8日門源地震的震中位于冷龍嶺斷裂和托萊山斷裂的交界部位， 最高烈度為Ⅸ度， 余震精定位數(shù)據(jù)來自文獻(Fan et al.， 2022)， 地震烈度圖來自網(wǎng)頁(6)https： ∥www.cea.gov.cn/cea/xwzx/fzjzyw/5646200/index.html。； c 該次地震的余震(黃點)主要沿冷龍嶺斷裂和托萊山斷裂分布， 震源機制解顯示該地震以走滑為主； d 地震形成地表破裂的遙感解譯結(jié)果， 底圖為高分7號衛(wèi)星震后(2022年1月8日)拍攝的影像， 綠色線為遙感解譯地表破裂跡線， 白色點為野外現(xiàn)場觀測點。地表破裂帶①呈NWW走向， 解譯長度約為23.3km， 東段(長約13.3km)沿冷龍嶺斷裂展布， 西段(長約10km)沿冷龍嶺斷裂往NW向的延長線展布； 地表破裂帶②近EW走向， 解譯 長度為2.3km， 沿托萊山斷裂展布

托萊山斷裂和冷龍嶺斷裂所處的祁連-海原斷裂帶是中國大陸地殼運動最強烈、 地震活動頻度最高、 強度最大的地區(qū)之一， 具有發(fā)生強震的構(gòu)造背景， 如海原斷裂發(fā)生過1920年MS8.5 大地震、 古浪斷裂發(fā)生過1927年MS8.0 大地震等， 并且這些斷層的強震復(fù)發(fā)周期較短， 約為1000～2000a(袁道陽等， 1998； 鄭文俊等， 2004； Liu-zengetal.， 2007； Guoetal.， 2019)。Gaudemer等(1995)提出冷龍嶺斷裂、 金強河斷裂、 毛毛山斷裂和老虎山斷裂所在區(qū)段是祁連-海原斷裂帶的一個地震空區(qū)(天祝地震空區(qū))， 該區(qū)的構(gòu)造變形與地震活動需給予重點關(guān)注。同時， 冷龍嶺斷裂也是徐錫偉等(2017)識別的青藏高原及其鄰近地區(qū)未來高震級地震危險區(qū)——祁連山中段危險區(qū)的重要潛在發(fā)震斷層。該區(qū)先后發(fā)生1986年MS6.4 地震、 2016年MS6.4 地震和本次MS6.9 地震， 這也使得對該區(qū)的地震地質(zhì)與地震活動性研究更加緊迫。

2 地表破裂特征

為了快速掌握地震造成的地表破裂特征， 我們在地震發(fā)生當天快速獲取了國產(chǎn)高分7號衛(wèi)星等震前、 震后的數(shù)據(jù)， 基于影像特征快速確定了地震地表破裂帶的總體分布特征。通過遙感影像的解譯發(fā)現(xiàn)， 門源MS6.9 地震在地表形成了南、 北2條破裂帶(地表破裂帶①和地表破裂帶②)， 其中地表破裂帶①沿冷龍嶺斷裂帶主斷層的西段發(fā)育， 影像中可識別長度約為23.3km； 地表破裂帶②沿托萊山斷裂東段分布， 影像中可識別長度約為2.3km(圖1d)。在此基礎(chǔ)上， 我們第一時間進入震中現(xiàn)場開展野外地表破裂調(diào)查， 相關(guān)工作主要包括地表破裂帶的識別、 破裂特征調(diào)查、 斷錯地貌測量、 典型破裂點高精度地面和航空攝影測量、 最大同震位錯識別和測量以及地震災(zāi)害調(diào)查等。航空攝影測量中采用大疆“精靈 4RTK”無人機連接網(wǎng)絡(luò)RTK以實現(xiàn)實時差分， 采用“#”字飛行或五向飛行規(guī)劃航線， 從多角度采集高清照片， 并通過Pix4D軟件完成解算、 點云加密等， 生成DSM(數(shù)字表面模型)和DOM(正射影像)， 用于地表破裂空間重現(xiàn)和斷錯特征測量分析等。下文將按照自西向東的順序?qū)潺垘X斷裂西段地表破裂(圖1d 中的地表破裂帶①)和托萊山斷裂東端地表破裂(圖1d 中的地表破裂帶②)典型點位的破裂情況進行論述， 點位位置見圖1d。

2.1 冷龍嶺斷裂西段的地表破裂

景陽嶺觀測點(37°49′59.117″N， 101°8′0.324″E)位于地表破裂帶①的最西側(cè)(圖1d)， 是本次地震地表破裂可追索的最西端點位。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)該處發(fā)育大量地表裂隙， 主要由NW和NE向2組地表裂隙組成。其中， NW向裂隙連續(xù)且規(guī)模較大， 為主要裂隙； NE向裂隙規(guī)模較小， 為局部裂隙， 是NW向主破裂的伴生裂隙(圖2a)。NW向地表裂隙在國道G227南側(cè)， 表現(xiàn)為2、 3條間距為3～5m的平行地裂縫， 左旋走滑同震位錯為5～10cm(圖2b)， 北東盤相對南西盤上升， 垂直位錯約20cm(圖2c)。NE向地表裂隙垂直穿過國道G227寧張公路， 破壞路基和路面， 在國道上行成多條NE向地表陡坎， 陡坎北西高、 南東低， 累計垂直位移達20cm或更大， 車輛通過時產(chǎn)生劇烈顛簸， 路面上的地表破裂走向主要集中在13°～42°(圖2a)。路側(cè)交通標志線指示右旋走滑， 右旋同震位移量約為6cm(圖2d)。

圖 2 景陽嶺的地表破裂特征Fig. 2 Surface rupture of Jingyangling site.a 景陽嶺無人機航拍的正射影像， 該處發(fā)育NE向和NW向的2組地表裂隙； b、 c NW向地表裂隙規(guī)模較大， 表現(xiàn)出左旋特征， 且北東盤相對上升； d NE向地表裂隙錯裂了國道G227寧張公路， 交通標志線右旋錯斷約6cm

圖 3 道溝觀測點的錯斷地貌Fig. 3 Faulted landform in Daogou site.a 無人機航拍的正射影像， 道溝結(jié)冰河床、 河漫灘、 兩側(cè)山體皆被左旋錯斷， 地表破裂總體走向為280°； b 土路西側(cè)牧場護欄左旋偏移； c 土路東側(cè)護欄左旋偏移； d 斷層南盤的凍土層被推擠到北盤之上， 局部形成擠壓鼓包； e 沿道溝結(jié)冰河床上 發(fā)育的冰面上形成的鼓包

道溝東觀測點(101°14′31.037″E， 37°48′20.068″N)位于道溝測量點與硫磺溝1號點位之間的山梁上， 與道溝觀測點的直線距離約為1.6km， 與硫磺溝1號點位的直線距離約為2.0km(圖1d)。該處地表破裂較平直， 走向約為285°， 變形帶寬度較窄， 集中在5～10m范圍內(nèi)。斷層呈現(xiàn)明顯的左旋走滑特征， 連續(xù)錯斷了與斷層近垂直的4條相鄰NNE向的牧場鐵絲網(wǎng)護欄， 自西向東水平位錯分別為2m、 2.1m、 2.1m和2.15m(圖4a， d， e)。該處裂縫發(fā)育的寬度較大， 深度也較深， 在該點附近測得地裂縫的最大寬度達1.7m(圖4b)， 可測得的地裂縫的最大深度約為12m， 仍未見底。在該點往西約300m處發(fā)育大型擠壓鼓包， 鼓包高約1.5m(圖4c)。

圖 4 道溝東的地表破裂Fig. 4 Surface rupture of the east Daogou site.a 無人機航拍的正射影像， 4條近平行的牧場護欄被斷層連續(xù)左旋錯斷， 自西向東錯距分別為2m、 2.1m、 2.1m和2.15m(紅點為護欄樁， 白線為其連線)； b 地表裂縫的最大寬度達1.7m； c 該點附近發(fā)育高達1.5m的擠壓鼓包； d、 e 野外測量牧場護欄位錯的照片

石峽門觀測點(37°48′12.681″N， 101°15′4.987″E)位于道溝與硫磺溝中間的山梁上， 與硫磺溝1號點的直線距離約為1km， 與道溝觀測點的直線距離約為2.6km， 在道溝東觀測點東側(cè)約1km處(圖1d)。該處地表破裂規(guī)模較大且較明顯， 地表破裂較平直。古地震形成的山脊斷錯、 斷層槽谷、 反向陡坎被清晰地保留下來。2條相鄰沖溝被斷層同步錯斷約30m， 推斷為斷層多次活動的累積位錯量， 且上一次地震事件的離逝時間可能并不久遠(圖5a， b)。在東側(cè)沖溝中， 斷層活動形成的斷層陡坎高約13.5m， 北側(cè)高、 南側(cè)低， 沖溝兩側(cè)山脊明顯被左旋錯斷， 斷錯地貌保留完整。在該處， 我們觀測到了本次地震所形成的3個擦痕剖面， 其中2個斷層擦痕剖面顯示左旋逆沖， 側(cè)伏角分別為66°和65°?，F(xiàn)場觀察認為這是由于地震動導(dǎo)致地表凍土層向上翹起， 可能是斷層相對運動和凍土層被擠壓拋起運動的疊加(圖5c， e)。中間位置的擦痕剖面表現(xiàn)為左旋走滑， 側(cè)伏角為27°， 凍土層未見翹起現(xiàn)象， 可以代表本次地震中斷層2盤的相對運動方向(圖5d)， 即本次地震在地表以左旋水平走滑為主， 兼有逆沖分量。

圖 5 石峽門觀測點的地表破裂和地貌圖Fig. 5 Surface rupture and faulted landform of the Shixiamen site.a 無人機攝影測量獲得DSM山影圖， 斷層走向約為 N286°W ， 斷裂將2條沖溝同步左旋錯斷約30m和31m。b 錯斷地貌照片。斷層連續(xù)錯斷了山脊、 沖溝等地貌單元， 形成斷層槽谷和反向陡坎等。在沖溝中還行成了垂直高約13.5m的斷層陡坎。 c—e 地表破裂帶中出露的3組擦痕

硫磺溝 1 號點(37°47′56.929″N， 101°15′37.529″E)是本次地震地表破裂現(xiàn)象較為綜合的典型區(qū)域。地震地表破裂呈NW向(300°)斜穿過此段， 將近EW向的硫磺溝河床以及兩側(cè)山體錯斷， 在山坡上、 河床冰面、 岸邊道路和階地上形成壯觀的地面、 冰面破裂并導(dǎo)致瀝青路面破損(圖6a)。原本完好的瀝青路段被斷錯成3段， 從路兩側(cè)瀝青路邊緣測得斷層的左旋水平位錯達1.8～2m。河床冰面和礫石壟被斷裂錯斷， 指示斷裂左旋走滑， 冰面斷錯指示水平位移達1.61m， 礫石壟斷錯指示水平位移達1.5m(圖6d)。河床冰面被斷錯， 西南側(cè)抬升約0.95m(圖6e)。

圖 6 硫磺溝1號點的地表破裂特征Fig. 6 Surface rupture of the Liuhuanggou No.1 site.a 無人機近地面的正射影像， 斷層呈 N300°W 穿過硫磺溝河床， 導(dǎo)致地面、 冰面破裂， 路面破損； b 從NW側(cè)山坡上拍攝的硫磺溝地表破裂照片； c 地面破裂寬達0.7m； d 河床中冰面和礫石壟被斷層左旋錯斷約1.61和1.5m； e 河床中的冰面被錯斷， 通過剖面EE′(位置見圖 6a)測得垂直錯距為0.95m， 西南側(cè)抬升

硫磺溝 2 號點(101°16′53.018″E； 37°47′31.154″N)位于硫磺溝1號點東側(cè)1.6km處(圖1d)。地表破裂從硫磺溝南側(cè)山腰上通過， 多條沖溝表現(xiàn)出明顯的左旋走滑特征(圖 7)。沖溝左旋位移約70m， 可能因斷裂多次破裂而形成。斷裂走向總體為289°， 在中間2條較大的沖溝之間產(chǎn)生局部NE向破裂， 形成似階區(qū)排列。

圖 7 硫磺溝2號點地表破裂的DOM和DSMFig. 7 DOM and DSM of the surface rupture in the Liuhuanggou No.2 site.

硫磺溝 3 號點(37°47′24.894″N， 101°17′15.456″E)位于硫磺溝2號點東側(cè)1km處(圖1d)。地表破裂從硫磺溝南側(cè)山腰上通過， 總體走向為288°(圖8a， b)。NNE向的沖溝被斷裂左旋斷錯， 左旋累計位移約為20m， 可能為斷裂多次破裂形成， 此次地震造成的沖溝兩壁同震左旋位錯量為2.3m(圖8d)。

圖 8 硫磺溝3號點的地表破裂Fig. 8 Surface rupture of the Liuhuanggou No.3 site.a 無人機航拍的震后正射影像， 地表破裂從硫磺溝南側(cè)半山坡上通過， 總體走向為288°； b 無人機航拍的震后數(shù)字地面模型； c 斷裂在山前近垂直穿過沖溝； d 正射影像反映沖溝兩壁左旋位錯2.3m

硫磺溝4號點(37°47′12.177″N， 101°18′9.271″E)位于硫磺溝3號點東側(cè)1.2km處(圖1d)。地表破裂從硫磺溝南側(cè)山腰上通過， 斷裂走向總體為287°， 2條沖溝表現(xiàn)出明顯的左旋走滑特征(圖9a)。SN向大型沖溝上部西側(cè)的小型沖溝左旋位移約2.53m， 為本次地震的同震位錯(圖9b， c)。

圖 9 硫磺溝4號點的地表破裂Fig. 9 Surface rupture of the Liuhuanggou No.4 site.a 無人機航拍的震后DSM， 地表破裂從硫磺溝南側(cè)半山坡上通過， 錯斷了2條沖溝； b、 c 小沖溝兩側(cè)左旋位錯2.53m。 其中圖b為DSM， 圖c為正射影像， 位置見圖 9a

國家重點工程、 蘭新高鐵硫磺溝大橋和大梁隧道(37°47′1.326″N， 101°18′42.328″E)在本次地震中嚴重受損， 導(dǎo)致線路中斷運行， 造成了巨大的經(jīng)濟損失。蘭新高鐵在地表破裂處由硫磺溝橋(走向353°， 長約260m)和南、 北兩側(cè)的大梁隧道和祁連山隧道組成。斷裂未從橋體下方穿過， 但在橋體下發(fā)育多條不同走向的地裂縫(走向為0°、 130°、 148°)。橋墩下部未見明顯破壞， 但橋體與橋墩接觸位置破壞嚴重， 由于地震時產(chǎn)生的強地面運動和慣性作用， 橋面整體向E掀斜， 橋面鐵路軌道表現(xiàn)為假右旋(圖10b， c)。地表破裂帶從大梁隧道南側(cè)上方的山坡上穿過， 切穿大梁隧道， 靠近斷裂南側(cè)的大梁隧道和鐵路破壞明顯大于北側(cè)遠離斷層的祁連山隧道(圖10a)。南側(cè)山坡上的地表破裂距大梁隧道北出口約400m， 但在隧道內(nèi)距離大梁隧道北出口約700m處破壞最為嚴重， 軌道最大左旋位錯為2.7～2.8m， 內(nèi)襯錯斷， 鋪底全部翹起。在隧道之上山坡東側(cè)的沖溝中， 車轍印被斷層左旋錯斷了2.77m(圖10d)。在硫磺溝兩岸的階地上， 地震產(chǎn)生了不同走向的地表破裂(走向為218°、 290°、 252°、 322°、 300°、 318°、 262°、 295°等)， 階地面拔河23～35m， 規(guī)模較大的破裂表現(xiàn)為NW側(cè)抬升， 垂直高50～100cm， 裂縫寬40～50cm， 左旋走滑位移量為20～40cm(圖10e)， 初步判斷階地面上的裂隙是由于地震強地面運動使河床兩側(cè)陡峭階地前緣臨空面產(chǎn)生重力失穩(wěn)所導(dǎo)致， 并非斷裂直接通過產(chǎn)生的地表破裂。

圖 10 大梁隧道點的錯斷地貌Fig. 10 Faulted landform of the Daliang tunnel site.a 無人機航拍的震后正射影像， 地表破裂從大梁隧道南側(cè)半山坡上通過， 錯斷了大梁隧道； b 蘭新高鐵硫磺溝橋遭到嚴重破壞， 橋上軌道出現(xiàn)假右旋現(xiàn)象； c 鐵路橋面向E翻轉(zhuǎn)； d 車轍印被斷層左旋錯斷2.77m； e 階地面上形成的裂縫

圖 11 硫磺溝6號和7號點的地表破裂照片F(xiàn)ig. 11 Photos of the surface rupture in the Liuhuanggou No. 6 and 7 sites.a 無人機航拍的硫磺溝6號點震后正射影像； b 硫磺溝6號點的DEM， 沖溝被左旋位錯了約74.7m； c 無人機航拍的硫磺溝7號點震后正射影像； b 硫磺溝7號點的照片

在硫磺溝 6 號點(37°46′50.472″N， 101°19′19.445″E)處， 地表破裂從硫磺溝南側(cè)山坡上穿過， 走向為294°， 地表破裂線性跡線明顯， 沖溝的左旋錯斷位移約為74.7m， 可能為多次地震事件所致。在硫磺溝7號點(37°46′20.602″N， 101°20′21.031″E)處， 斷裂從冷龍嶺山前穿過， 斷錯了沖溝和階地， 形成線性陡坎， 斷層總體走向為304°。

2.2 托萊山斷裂東端地表破裂

圖 12 羊腸子溝口地表破裂觀測點Fig. 12 Surface rupture of the Yangchangzigoukou site.a 無人機攝影測量獲得的DSM山影圖， 主破裂帶近EW走向， 將沖溝左旋錯斷了16m， 分支破裂帶主要有NE和NW 2組； b主破裂帶照片； c NW向分支裂縫的照片， 冰體表現(xiàn)出左旋走滑特征； d NE向分支斷裂的照片， 冰體表現(xiàn)出右旋走滑特征， 并形成了菱形的小型拉分地貌； e 羊腸子溝口測量點往西2.7km處的地表裂縫照片(位置見圖 1d)

3 討論

3.1 地表破裂長度

基于影像特征快速確定了地震地表破裂帶的分布特征、 構(gòu)造樣式與位錯強度等。通過解譯發(fā)現(xiàn)， 門源MS6.9 地震在地表形成了南、 北2條破裂帶， 其中北支沿冷龍嶺斷裂帶主斷層的西段發(fā)育， 影像可識別長度約為23.3km； 南支沿托萊山斷裂東段分布， 影像可識別長度約為2.3km。高分7號衛(wèi)星提供的是分辨率優(yōu)于0.7m的全色立體像對及分辨率優(yōu)于3.2m的多光譜影像， 在解譯過程中發(fā)現(xiàn)小于1個像素的地表破裂很難從影像中識別出來， 因此通過震后高分7號衛(wèi)星影像解譯獲得的地表破裂長度可能小于實際地表破裂的長度。

野外調(diào)查中發(fā)現(xiàn)， 地表破裂帶①西側(cè)的景陽嶺點發(fā)育了NWW和NE 2組地表裂隙(圖2a)。遙感解譯地表破裂帶①的走向約為NWW(約290°)。地表破裂在高分7號衛(wèi)星遙感影像上清晰可見， 向W至上大圈溝和下大圈溝附近地表破裂都較為連續(xù)； 在下大圈溝—下店溝一帶， 可解譯的地表破裂呈斷續(xù)狀， 但行跡仍較為清晰； 景陽嶺觀測點位于該條地表破裂帶的延長線上， 且該處NW向裂縫與地表破裂帶的走向一致。實地測量發(fā)現(xiàn)景陽嶺點地表裂隙有明顯的同震位移， 同震左旋位錯達5～10cm(圖2b)， 垂直位錯約為20cm(圖2c)。從地形上看， 景陽嶺裂縫出露位置接近沖溝底部， 為局部較低點， 不存在明顯的臨空面， 不太可能是受地形的影響或者重力失穩(wěn)而產(chǎn)生的裂隙。同時， 地形上， 景陽嶺點發(fā)育沿裂隙方向的小陡坎， 陡坎高0.3～0.5m， 可能為古地震所形成。因此， 我們認為景陽嶺點的地表裂隙更可能為斷層出露地表所致， 為地表破裂帶①的西側(cè)末端。

通過野外同震地表破裂調(diào)查與高分7號衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)解譯相互補充， 共同約束本次地震的地表破裂空間分布。獲得的此次地震中冷龍嶺斷裂西段和托萊山斷裂東段的地表破裂長度分別為26km和3.5km， 這與此次地震烈度分布的極震區(qū)等震線長軸展布基本一致(圖1b)(7)https： ∥www.cea.gov.cn/cea/xwzx/fzjzyw/5646200/index.html?；赪ells等(1994)給出的經(jīng)驗公式M=5.16+1.12lg(L)(其中M為震級，L為同震地表破裂長度/km)進行計算， 則可得到本次地震同震地表破裂長度為35.77km。在解譯的地表破裂最東端以東缺少震后高分7號衛(wèi)星的遙感數(shù)據(jù)， 但經(jīng)野外實際調(diào)查發(fā)現(xiàn)， 在硫磺溝7號點位以東仍然存在較大規(guī)模同震地表破裂， 而由于該區(qū)沒有可通行道路并受到冰雪覆蓋的影響， 使得野外調(diào)查很難繼續(xù)向E進行， 因此地表破裂在解譯破裂最東端以東可能還有一段延伸。我們認為本次地震形成的地表破裂長度可能超過目前已知的26km， 希望未來能在天氣條件允許的情況下再次開展實地考察， 確定地表破裂的最東端位置和準確的地表破裂長度。

3.2 發(fā)震構(gòu)造

利用InSAR技術(shù)獲得的降軌視線向的同震形變場顯示， 本次地震造成的地表形變范圍達30km×20km， 形變場中間分割區(qū)大致呈NWW-SEE方向(李振洪等， 2022)?；赟entinel-1 升、 降軌衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取的門源地震的同震InSAR形變場作為約束， 我們反演了門源地震的震源機制和斷層破裂模型(圖 13)， 結(jié)果顯示本次地震造成了2個主要的破裂帶， 其中主破裂沿著冷龍嶺斷裂帶， 走向為112°， 傾角為88°， 次級破裂沿著托萊山斷裂， 走向為87°， 傾角為82°。這與李振洪等(2022)的反演結(jié)果、 中國地震局地球物理研究所、 美國地質(zhì)調(diào)查局(8)http： ∥earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us10004fv5#scientific＿moment-tensor。、 全球矩心矩張量項目(GCMT)等機構(gòu)發(fā)布的震源參數(shù)的走向基本一致(表1)， 且該方向與冷龍嶺斷裂基本平行。斷層滑動分布模型揭示本次地震為左旋走滑型地震； 結(jié)合冷龍嶺斷裂的運動性質(zhì)和幾何特征， 可初步判定發(fā)震斷層主要為冷龍嶺斷裂的西段， 其西側(cè)的托萊山斷裂同時發(fā)生了破裂。同時震源機制解和斷層參數(shù)也顯示2條斷裂均為近直立小角度向S傾的斷裂性質(zhì)。

圖 13 利用InSAR數(shù)據(jù)反演的2020年門源 MS6.9 地震的斷層破裂模型Fig. 13 InSAR inversion of fault rupture model of Menyuan MS6.9 earthquake in 2020.

截至2022年1月17日6時1分共記錄到余震584次， 其中6.0～6.9級地震0次， 5.0～5.9級地震2次， 4.0～4.9級地震4次， 3.0～3.9級地震19次， 3.0級以下地震559次(9)https： ∥www.qhdzj.gov.cn/。。從主震和余震的平面分布圖來看， 2022年1月8日MS6.9 主震位于托萊山斷裂的南盤、 冷龍嶺斷裂的西南盤， 即2條斷層地表交會處的南側(cè)。一部分余震沿托萊山斷裂南側(cè)平行于斷裂呈EW向展布， 另一部分沿冷龍嶺斷裂呈NWW向展布(圖14a)。根據(jù)余震數(shù)量和埋深的統(tǒng)計直方圖可以看出， 余震大多集中在6～12km的深度上(圖14f)。我們分別平行和垂直于2條斷裂做了AA′、BB′、CC′和DD′ 4條剖面。AA′剖面平行于托萊山斷裂， 剖面揭示主震的發(fā)震位置位于托萊山斷裂的東端， 余震在托萊山斷裂和冷龍嶺斷裂處均較多， 而在二者相交的位置附近余震較少， 這可能與2條地表破裂帶并未在地表連接有關(guān)(圖14b)。垂直于托萊山斷裂的剖面CC′揭示， 主震和余震皆位于S傾的托萊山斷裂的上盤(圖14c)。平行于冷龍嶺斷裂的剖面BB′和垂直于冷龍嶺斷裂的剖面DD′揭示， 余震沿著近直立的冷龍嶺斷裂展布， 在斷層2盤余震數(shù)量相當(圖14d， e)。從余震的發(fā)震時間上看， 在主震發(fā)生后， 余震主要集中在托萊山斷裂的南側(cè)和冷龍嶺斷裂的西北端(紅色點)， 之后余震沿托萊山斷裂向SE遷移(綠色點)， 于2022年1月12日傍晚18：20、 20：16和21：01在破裂的東南側(cè)分布發(fā)生了5.3級、 4.6級和4.3級3次較強的余震活動。此后， 余震在托萊山斷裂和冷龍嶺斷裂各部位分布較均勻(藍色)。主震和余震序列均在地表破裂帶②南側(cè)或沿地表破裂帶①分布的特點也顯示托萊山斷裂和冷龍嶺斷裂近直立并略微向S傾的幾何特征。

表 1 震源機制解和斷層參數(shù)Table1 Focal mechanism solutions and fault parameters

圖 14 余震分布圖Fig. 14 Aftershocks distribution map.a 震后余震主要沿冷龍嶺斷裂西段和托萊山斷裂東端分布； b 平行于托萊山斷裂所做的剖面； c 垂直于托萊山斷裂所做的剖面； d 近平行于冷龍嶺斷裂所做的剖面； e 垂直于冷龍嶺斷裂所做的剖面； f 余震數(shù)量與深度統(tǒng)計直方圖， 余震精定位數(shù)據(jù)來自文獻(Fan et al.， 2022)

綜合高分 7 號衛(wèi)星震后高分辨率遙感影像解譯、 野外現(xiàn)場地表破裂調(diào)查、 InSAR反演震源機制和斷層破裂模型、 小地震精定位結(jié)果分析認為， 此次地震的發(fā)震構(gòu)造為NWW向近直立的冷龍嶺斷裂西段， 同時其西側(cè)近EW向的托萊山斷裂東端參與破裂(圖 15)。地震發(fā)生在托萊山斷裂和冷龍嶺斷裂于10km深度處的交會部位。

在五代區(qū)劃圖中， NWW走向的冷龍嶺斷裂的西端終止于硫磺溝1號點附近， 與近EW走向的托萊山斷裂呈弧形接觸(圖1d 中紅色斷層線)。而本次門源MS6.9 地震地表破裂沿NWW向通過硫磺溝1號點后， 繼續(xù)向W延伸約10km， 至景陽嶺點附近終止(圖1d 中綠色地表破裂線)。同時野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)， 在硫磺溝1號點以西， 斷層跡線明顯， 山脊、 沖溝被斷層連續(xù)左旋錯斷， 在石峽門觀測點相鄰沖溝被同步錯斷了約30m， 分析認為是斷層多次原地復(fù)發(fā)的累積位錯量， 線性的斷層槽谷、 反向陡坎和最新地層中保存的陡坎等地貌的發(fā)育說明上次地震事件的離逝時間可能并不久遠(圖5a， b)。因此， 我們認為冷龍嶺斷裂的西端點比五代區(qū)劃圖上向W延伸更遠， 且托萊山斷裂與冷龍嶺斷裂交會部位更可能為“y”字形的接觸關(guān)系(圖 15)。

圖 15 門源 MS6.9 地震的發(fā)震構(gòu)造Fig. 15 Seismogenic structure map of Menyuan MS6.9 earthquake.冷龍嶺斷裂呈NWW走向， 傾向近直立； 托萊山斷裂走向近EW， 傾向S； 門源 MS6.9 地震發(fā)生在托萊山斷裂和冷龍嶺斷裂于10km深度的交會部位

祁連-海原構(gòu)造帶所處區(qū)域是中國大陸地殼運動最強烈、 地震活動頻度最高、 強度最大的地區(qū)之一， 周圍多條斷層都具有發(fā)生強震的構(gòu)造背景， 如海原斷裂發(fā)生過1920年M8.5大地震， 古浪斷裂發(fā)生過1927年M8.0大地震等(袁道陽等， 1998， 鄭文俊等， 2004； Liu-zengetal.， 2007)。冷龍嶺斷裂帶處于祁連-海原構(gòu)造帶的中間區(qū)域， 表現(xiàn)出強烈的左旋走滑作用(Jiangetal.， 2021)。Guo等(2020)的研究結(jié)果表明， 冷龍嶺斷裂在1927年古浪M8.0地震中發(fā)生整體破裂。沿冷龍嶺斷裂形成長約120km的地表破裂帶， 同震水平偏移量為2.4～7.5m， 地表破裂甚至抵達本次門源MS6.9 地震地表破裂的位置。冷龍嶺斷裂上廣泛存在保存較好的地表破裂是否由1927年古浪M8.0地震所致可能還有待于進一步研究。但不可否認的是， 冷龍嶺斷裂帶在全新世晚期發(fā)生過多次強震活動， 且強震復(fù)發(fā)周期很短。本次2022年門源MS6.9 地震更接近冷龍嶺斷裂主斷層的西段， 屬于天祝地震空區(qū)(Gaudemeretal.， 1995)， 具有高震級地震危險性(徐錫偉等， 2017)。在相對較短時間內(nèi)， 在冷龍嶺斷裂西段先后發(fā)生3次6級以上強震， 說明該地區(qū)仍為應(yīng)力和形變積累區(qū)域， 具有發(fā)生特大地震的潛在風(fēng)險。因此該區(qū)域地震危險性并不會因為門源MS6.9 地震的發(fā)生而降低， 反而應(yīng)該引起更多的關(guān)注與研究。

4 結(jié)論

本文根據(jù)震后高分7號衛(wèi)星高分辨率遙感影像解譯和現(xiàn)場調(diào)查， 認為2022年門源MS6.9 地震的地表破裂整體分可為NWW向冷龍嶺西段的地表破裂和近EW向托萊山東端的地表破裂。2條地表破裂的走向分別為291°和86.9°， 長度分別約為26km和3.5km。地表破裂主要由張裂隙、 張剪裂隙、 擠壓鼓包和震陷等多類型破裂雁行狀組合而成的復(fù)雜同震地表變形帶， 總體以左行走滑運動性質(zhì)為主， 局部兼有逆沖性質(zhì)， 最大同震左旋位錯為2.77m。

綜合高分辨率遙感影像解譯、 現(xiàn)場調(diào)查、 InSAR反演的震源機制和斷層破裂模型、 小地震精定位等結(jié)果， 確定了此次地震的發(fā)震構(gòu)造是冷龍嶺斷裂的西段， 其西側(cè)的托萊山斷裂東端同時發(fā)生破裂。其中主破裂沿著冷龍嶺斷裂帶， 走向為112°， 傾角為88°。

1986年MS6.4 地震、 2016年MS6.4 地震以及2022年MS6.9 地震皆發(fā)生于冷龍嶺斷裂的西段， 短時間內(nèi)發(fā)生3次6級以上強震， 說明該地區(qū)仍為應(yīng)力和形變積累區(qū)域， 具有發(fā)生特大地震的潛在風(fēng)險。

致謝應(yīng)急管理部國家自然災(zāi)害防治研究院的李康、 康文君、 楊朋濤、 劉冬英和宋鵬等參加了野外調(diào)查工作； 審稿專家對本文提出了寶貴的修改建議。在此一并表示感謝！