焦其松，姜文亮，3，李強(qiáng)，賴積保，鄭藝，何仲太，申文豪，李永生，羅毅，張景發(fā)

1.應(yīng)急管理部國家自然災(zāi)害防治研究院,北京100085;

2.應(yīng)急衛(wèi)星工程與應(yīng)用應(yīng)急管理部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100124;

3.防災(zāi)科技學(xué)院,廊坊065201;

4.國家航天局 對地觀測與數(shù)據(jù)中心,北京100048

1 引言

2022年1月8日01時(shí)45分，在青海海北藏族自治州門源回族自治縣（37.77°N，101.26°E）發(fā)生Ms6.9級地震，震中靠近祁連—海原地震構(gòu)造帶的中段冷龍嶺斷裂帶，根據(jù)《DB/T 58-2014-地震名稱確定規(guī)則》，中國地震臺網(wǎng)中心發(fā)布的地震速報(bào)信息將其命名為青海門源Ms6.9級地震；美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）給出的該地震震矩M0=1.046×1019N·m，震級為Mw6.6，震源深度為11.5 km，根據(jù)震源機(jī)制解破裂走向?yàn)?04°、傾角為88°、滑動角為15°，為一次具有微量逆沖分量的左旋走滑錯(cuò)動事件。由于地震發(fā)生在無人區(qū)，平均海拔約3600 m，并無人員傷亡，經(jīng)濟(jì)方面也主要是造成了蘭新高鐵硫磺溝段嚴(yán)重破壞。在此之前，沿冷龍嶺斷裂帶還于1986年8月26日和2016年1月21日發(fā)生過兩次Ms6.4級地震，相關(guān)研究表明此前兩次地震發(fā)生在冷龍嶺斷裂帶的北側(cè)分支斷裂上（姜文亮等，2017）。本次Ms6.9級地震更接近冷龍嶺斷裂帶的主斷層（圖1）。此前有學(xué)者認(rèn)為該段屬于天祝地震空區(qū)（Gaudemer等，1995），但是又具有高震級地震危險(xiǎn)性（徐錫偉等，2017）。因此，在相對較短時(shí)間內(nèi)，在青藏高原東北緣祁連山南邊界的高山地區(qū)，先后發(fā)生3次強(qiáng)震，本次地震的地表破裂特征、發(fā)震構(gòu)造模式、未來該地區(qū)地震活動趨勢，成為社會關(guān)注的熱點(diǎn)問題。

強(qiáng)震地表破裂調(diào)查與災(zāi)情評估是地震應(yīng)急響應(yīng)與科學(xué)考察的重要工作內(nèi)容，由于本次地震發(fā)生在祁連山無人區(qū)，震中區(qū)域?qū)儆诟吆吆０螀^(qū)，部分區(qū)域常年積雪覆蓋，因此嚴(yán)重阻礙了震后現(xiàn)場科學(xué)考察進(jìn)度。高分遙感數(shù)據(jù)為我國活動斷層定量研究提供了快速有效的技術(shù)手段（Fu等，2005a和2005b；付碧宏等，2006；何宏林，2011；任治坤等，2014；姜文亮等，2018；姚生海等，2020），大地震活動通常在地表形成非常直觀的證據(jù)，如地震地表破裂帶、斷錯(cuò)沖溝、斷塞塘等，這些錯(cuò)斷地貌單元不僅可以指示斷層的位置，也可以記錄斷層位移的方向與位移量（姜文亮等，2018；魏永明等，2021）。近年來，以高分一號、高分二號、高分七號等為代表的國產(chǎn)高分衛(wèi)星具有高達(dá)亞米級的空間分辦率，并且具備了組網(wǎng)觀測的能力，在面向重特大自然災(zāi)害應(yīng)急時(shí)，具有響應(yīng)時(shí)間快、監(jiān)測范圍大等優(yōu)勢，近年來在中國重特大自然災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)及災(zāi)害調(diào)查中開始發(fā)揮了重要作用（李強(qiáng)等，2019a，2019b）?？焖佾@取震后高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)并開展應(yīng)急信息提取分析，是提升應(yīng)急時(shí)效性的重要支撐手段。

為了調(diào)查本次門源地震發(fā)震構(gòu)造帶特征，精確確定地震地表破裂帶位置、性質(zhì)、規(guī)模、活動強(qiáng)度等信息，本文利用了地震當(dāng)天獲取的GF-7衛(wèi)星數(shù)據(jù)，同時(shí)結(jié)合震前衛(wèi)星數(shù)據(jù)，于地震發(fā)生的當(dāng)天快速解譯了同震地表破裂帶遙感影像特征。通過震前震后遙感影像對比分析，識別和提取了本次地震地表破裂帶的空間展布信息，并及時(shí)提供給現(xiàn)場調(diào)查人員，為現(xiàn)場調(diào)查人員快速定位地表破裂位置、開展地震科學(xué)考察、災(zāi)害損失評估，發(fā)揮了重要的指引作用。

2 地震構(gòu)造背景

冷龍嶺斷裂帶位于祁連—海原地震構(gòu)造帶的中段，屬于青藏高原東北緣巨型弧形構(gòu)造帶的前緣地帶（圖1（a）），在青藏高原東北緣的構(gòu)造變形中起著重要的轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)作用（Gaudemer等，1995；Jiang等，2021；張會平 等，2012），其中圖1（a）中的1986年和2016年門源地震震中位置參考自徐紀(jì)人等（1986），姜文充等（2016）。冷龍嶺斷裂帶沿祁連山脈的分水嶺延伸發(fā)育，東端毗鄰黃羊川斷裂與金強(qiáng)河斷裂，開始于羊盤場地區(qū)，向西先后經(jīng)塔里花、柴隆溝、討拉溝、牛頭溝、俄博溝、老虎溝、崗什卡主峰等，直至西部的硫磺溝附近，西端則與祁連—肅南斷裂帶、托萊山斷裂毗鄰，總體走向北東110°，東西延伸超過120 km。在冷龍嶺斷裂帶與祁連—肅南斷裂帶、托萊山斷裂聯(lián)接處，斷裂發(fā)育相對復(fù)雜，遙感影像中多條地表破裂并行發(fā)育形成構(gòu)造階區(qū)。冷龍嶺斷裂帶晚第四紀(jì)主要表現(xiàn)為左旋走滑運(yùn)動，局地又表現(xiàn)為逆沖性質(zhì)（Gaudemer等，1995），斷層全新世期間強(qiáng)烈活動，在地表形成了大規(guī)模的地震地表破裂帶，分布有錯(cuò)斷沖溝、階地、基巖山體、冰磧壟等，并在許多典型地帶還發(fā)育有系統(tǒng)性或同步的錯(cuò)斷地形地貌（何文貴等，2010；Lasserre等，2002；Guo等，2019；Jiang等，2021）。

圖1 冷龍嶺斷裂帶周邊區(qū)域構(gòu)造簡圖及高分遙感解譯示意圖Fig.1 Regional structure and surface rupture interpretation map from GF-7 satellite image around Lenglongling fault zone

冷龍嶺斷裂帶由南支主斷層和北支分支斷層組成，1986年和2016年的兩次地震發(fā)生在北側(cè)分支斷層上（姜文亮 等，2017）。本次2022年門源Ms6.9級地震震中更靠近冷龍嶺斷裂主斷層的西段，震中位于主斷層南側(cè)。震中地處高海拔高原區(qū)域，大部分區(qū)域被冰川覆蓋，氣候條件非常惡劣，導(dǎo)致該區(qū)研究程度不高。以往對冷龍嶺斷裂帶的晚第四紀(jì)與古地震研究主要集中在東段（郭鵬等，2017），而對該斷裂帶西段晚第四紀(jì)地震地質(zhì)研究并不多。地震活動方面，冷龍嶺斷裂帶的西段，除1986年和2016年發(fā)生的兩次Ms6.4級地震以外，還沒有過大于7級地震的記錄。

3 數(shù)據(jù)源及研究方法

3.1 數(shù)據(jù)介紹

本次門源Ms6.9級地震地表破裂帶的應(yīng)急調(diào)查主要使用了地震前后的GF-7衛(wèi)星數(shù)據(jù)。2019年11月3日發(fā)射成功的GF-7衛(wèi)星屬于中國高分辨率對地觀測系列衛(wèi)星，是中國首顆民用亞米級光學(xué)傳輸型立體測繪衛(wèi)星，該衛(wèi)星的成功發(fā)射標(biāo)志著中國高時(shí)空分辨率、高精度的天基對地觀測能力初步形成（曹海翊等，2020）；高分七號衛(wèi)星提供分辨率優(yōu)于0.7 m的全色立體像對及分辨率優(yōu)于3.2 m的多光譜影像，影像紋理特征清晰，光譜信息豐富，可開展民用1∶10000大比例尺衛(wèi)星立體測圖（李國元等，2021；唐新明等，2021），為重特大自然災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)提供有效遙感數(shù)據(jù)保障。2022年1月8日01時(shí)45分 門 源Ms6.9級 地 震發(fā) 生后，中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心于地震當(dāng)天北京時(shí)間12時(shí)36分快速獲取了震后GF-7數(shù)據(jù)，并快速推送給應(yīng)急管理部門，開展震中區(qū)域震害應(yīng)急調(diào)查分析；地震前GF-7遙感影像成像時(shí)間為2021年11月30日。將GF-7應(yīng)用于重大自然災(zāi)害應(yīng)急觀測，這在國內(nèi)是比較有代表意義的一次高分重大災(zāi)害應(yīng)急案例。

GF-7數(shù)據(jù)處理方面，主要基于ENVI軟件，采用衛(wèi)星數(shù)據(jù)自帶的RPC文件，將地面點(diǎn)大地坐標(biāo)與其對應(yīng)的像點(diǎn)坐標(biāo)關(guān)聯(lián)起來，進(jìn)行RPC校正，并以DEM數(shù)據(jù)參考進(jìn)行正射校正等預(yù)處理工作，得到分辨率為0.65 m的全色數(shù)據(jù)及2.6 m的多光譜數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，選用多光譜真彩色合成影像與全色數(shù)據(jù)融合，融合后影像色彩豐富，色調(diào)柔和，地貌紋理細(xì)節(jié)突出；利用0.65 m分辨率的圖像融合結(jié)果，開展后期的地表破裂帶解譯分析。參考中華人民共和國地震行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《DB/T69-2017活動斷層探察—遙感調(diào)查》，GF-7全色及多光譜融合數(shù)據(jù)完全滿足大比例尺斷錯(cuò)微地貌遙感解譯及參數(shù)量測對于遙感影像空間分辨率優(yōu)于1 m的要求。

3.2 研究方法

利用高分辨率遙感影像資料可以對單次地震造成的地震位移以及多次地震形成的累計(jì)位移進(jìn)行識別評估，相關(guān)研究工作最早開始于對圣安德列斯斷裂的研究（Wallace，1968）。對于最新地震造成的地表破裂及位移，在影像分辨率足夠支撐位移規(guī)模解析的情況下，利用震前震后影像對比分析可以進(jìn)行識別。而對于歷史地震形成的累計(jì)位移分布，則需要利用高精度地形與影像資料進(jìn)行構(gòu)造地貌的聯(lián)合解析，增加沿?cái)嗔褞鶞y定的位移值的數(shù)量，對斷層幾何形態(tài)進(jìn)行大比例尺分析，同時(shí)需要考慮錯(cuò)斷地貌標(biāo)志對氣候的響應(yīng)特征（Zielke等，2015）。

在利用遙感影像進(jìn)行地震地表破裂帶以及錯(cuò)斷規(guī)模的評估時(shí)，首先要明確斷層破裂跡線或是斷層穿越位置，只有明確了斷層的發(fā)育位置，才能明確沖溝或階地陡坎的變形是否是由于地震活動所造成的，因此需要利用高分辨率影像，在宏觀及微觀兩個(gè)層次上來解譯分析斷裂帶。在研究中需要建立相應(yīng)的遙感解譯標(biāo)志，如地震地表破裂帶、斷層陡坎以及一些準(zhǔn)線性標(biāo)志體錯(cuò)斷現(xiàn)象等；通過各種構(gòu)造微地貌的綜合分析，可以明確斷裂帶的平面幾何形態(tài)、結(jié)構(gòu)特征以及分支情況；在此基礎(chǔ)上，結(jié)合高分辨率影像以及高精度數(shù)字高程模型資料，將橫跨斷層兩側(cè)的線性地形地貌進(jìn)行識別與提取，如道路、沖溝、階地陡坎以及沖洪積扇陡坎等，對這些線性地形地貌體的形態(tài)特征進(jìn)行分析，尤其是在橫跨斷層的位置，判斷是否存在由于斷層活動而造成的位錯(cuò)現(xiàn)象，以及是單次地震活動還是多次地震累計(jì)活動的結(jié)果，排除由于地形坡度、自然條件等因素造成的沖溝轉(zhuǎn)折現(xiàn)象，并排除與斷層運(yùn)動性質(zhì)明顯差異的線性地貌體的彎曲現(xiàn)象（姜文亮，2018）。

根據(jù)上述識別要求以及焦其松、姜文亮、張景發(fā)等起草的中華人民共和國地震行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《DB/T69-2017活動斷層探察-遙感調(diào)查》，地表破裂提取主要采取3種方法。首先直接判定法，通過目視解譯，直接判定遙感影像中的地震相關(guān)的線性陡坎、位錯(cuò)等構(gòu)造地貌要素的位置信息。針對地表破裂的解譯標(biāo)志包括影像中連續(xù)狀或斷續(xù)狀延伸的線性紋理特征、影像中地貌紋理特征的錯(cuò)斷或中斷現(xiàn)象、水系異常扭動及拐彎標(biāo)志、影像中呈雁行斜列式或羽狀分布的帶狀地表裂隙及影像中色調(diào)異常標(biāo)志。然后，利用延伸追蹤法，根據(jù)解譯標(biāo)志的影像特征聯(lián)系，采用由宏觀信息向局部信息追蹤、從外圍特征向中心目標(biāo)延伸、由清晰特征向模糊信息推斷的方法，判斷活動斷層的大概位置等信息。最后，利用相關(guān)分析法，基于地震前后遙感影像的色調(diào)、色彩、紋理與結(jié)構(gòu)特征異常，判定本次地震地表破裂的空間展布位置以及確認(rèn)古地震破裂帶在此次地震中有無再次破裂等信息。

4 地震地表破裂帶遙感特征解析

4.1 北支地震地表破裂帶特征遙感解析

根據(jù)資料分析，本次門源Ms6.9級地震的震中附近主要發(fā)育有冷龍嶺斷裂、托萊山斷裂、祁連—肅南斷裂，震中與冷龍嶺斷裂帶主斷層的直線距離不足3 km，與托萊山斷裂帶的西段也僅有數(shù)公里的距離。地震發(fā)生后的當(dāng)天，快速收集了地震前后的GF-7、GF-1等影像資料，對門源地震造成地表破裂帶進(jìn)行了識別提取，對本次發(fā)震構(gòu)造性質(zhì)進(jìn)行了解析。

在震前高分遙感影像中，冷龍嶺斷裂帶的西段以及托萊山斷裂帶的東段，都具有很清晰的錯(cuò)斷地貌特征，為我們快速識別本次地震地表破裂帶提供了重要信息。通過分析震后影像，識別出沿冷龍嶺斷裂帶西段分布的地震地表破裂帶，表現(xiàn)出豐富的破裂幾何結(jié)構(gòu)特征（圖2）。

遙感影像中解析的地表破裂帶區(qū)域分布總體呈西低東高，西部在3500 m左右，向東跨過硫磺溝區(qū)域海拔逐漸抬升，由3600 m上升到4000 m。利用遙感影像解譯發(fā)現(xiàn)的地震地表破裂帶長度超過19 km（圖1（b）），其中西北端起于上大圈溝附近（37.812°N，101.201°E），沿北西西—南東東向分布，斷續(xù)穿越道溝、硫磺溝，終止于敖包溝附近（37.748°N，101.395°E）。根據(jù)地表破裂帶的總體表現(xiàn)特征，可以分為南北兩個(gè)分支，共4段，北支可分為3段，即硫磺溝西側(cè)與地表破裂第一次切割區(qū)域的以西至道溝部分為西段（圖2（a））、硫磺溝東側(cè)與地表破裂再次切割區(qū)域的以東至敖包溝部分為東段（圖2（d）以及硫磺溝與地表破裂兩次切割所圍限的部分為中段（圖2（b）和2（c））；南支可分為一段，即托萊山斷裂帶東段（圖2（e））。

圖2 門源Ms6.9地震地表破裂帶遙感特征Fig.2 Remote sensing characteristics of surface ruptures formed by Menyuan Ms6.9 earthquake

北支西段上大圈溝—硫磺溝段，遙感影像中地震地表破裂特征十分清晰（圖2（a）），且地表積雪覆蓋較少，沿破裂帶分布有錯(cuò)斷山體、沖溝、冰層等地貌，總體延伸近6 km。在震后遙感影像上可以發(fā)現(xiàn)沿破裂帶主要沿早期分布的斷錯(cuò)沖溝、斷層溝槽等地貌展布，并呈連續(xù)線性延伸，表明本次門源地震在西段的地表破裂為原地破裂。影像中新生地表破裂由斜列的張裂隙、張剪裂隙、拉張階區(qū)、鼓包等組成，連續(xù)性較好。部分地段遙感影像中可見古地震造成的沖溝、道路同步左旋位錯(cuò)，斷塞塘貫穿性破裂及左行左階排列的雁行斜列式地表破裂帶，破裂帶寬度5—70 m不等。

北支中段即硫磺溝段（圖2（b）和2（c）），由于向東地形逐漸抬升，且位于山體的背坡面，存在有較多的積雪和冰層，在震前遙感影像上斷層痕跡特征不易判斷。而在震后遙感影像上，通過仔細(xì)分析仍然可以發(fā)現(xiàn)斷層錯(cuò)斷山體及積雪覆蓋層，并造成部分區(qū)域冰層的擾動現(xiàn)象，在地表形成了時(shí)而連續(xù)、時(shí)而斷續(xù)分布的地表跡線，并在局部錯(cuò)斷沖溝陡坎。

該段主破裂帶沿硫磺溝左岸山前展布，破裂帶主要切穿山前沖洪積物、洪積階地及支流沖溝溝口沖積扇，整體呈近北西走向，與硫磺溝走向近平行，全長約9.6 km。遙感解譯發(fā)現(xiàn)本段破裂通過地帶大部分被積雪覆蓋，破裂切穿積雪層，地表跡線清晰。新產(chǎn)生的地表破裂，連續(xù)性較好，由鋸齒狀斜列的張裂隙、張剪裂隙等組成，部分地段遙感影像中可見古地震造成的沖溝同步左旋位錯(cuò)，新產(chǎn)生的地表破裂與古地震破裂帶交錯(cuò)排列，破裂帶寬度5 m左右。

中段地表破裂中部橫穿蘭新高鐵隧道，導(dǎo)致跨越硫磺溝的鐵路橋面出現(xiàn)明顯右旋變形破壞。根據(jù)震前影像及震后遙感解譯的地表破裂帶位置對比（圖3（a）），斷裂并未直接從該橋下穿過。另據(jù)震源破裂反演結(jié)果（李振洪等，2022），本次地震破裂持續(xù)時(shí)間10 s左右，橋面右旋變形位置距地表破裂帶直線距離約600 m，因此橋體遭受了劇烈的不均勻近場強(qiáng)地震動影響，導(dǎo)致橋面出現(xiàn)右旋變形假象（圖3（b））。由于地表破裂從鐵路橋正南側(cè)山坡上近垂直穿過線路，本次地震對山體內(nèi)的鐵路隧道造成了重大破壞，并導(dǎo)致鐵路停運(yùn)，帶來嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。

圖3 硫磺溝段蘭新高鐵附近地表破裂特征Fig.3 Surface rupture characteristics near Lanzhou-Xinjiang high speed railway in Liuhuang valley section

北支東段即硫磺溝—敖包溝段（圖2（d）），向東延伸受積雪與冰層的影響，斷層痕跡逐漸減弱，終止于敖包溝附近。該段主破裂帶以小角度切過硫磺溝后，沿硫磺溝—敖包溝之間山地展布，破裂帶切穿硫磺溝右岸山前沖洪積物后逐漸向地勢較高處支流沖溝溝口延伸，整體呈近北西走向，全長約3.4 km。遙感解譯發(fā)現(xiàn)本段破裂通過地帶大部分被積雪覆蓋，破裂切穿積雪層及冰磧臺地，與其形成鮮明的黑白色彩對比，地表跡線清晰；新產(chǎn)生的地表破裂，連續(xù)性較好，由鋸齒狀斜列的張裂隙、張剪裂隙等組成，破裂帶寬度2—10 m不等。在震后遙感影像上可以發(fā)現(xiàn)該段大部分破裂帶位置主要沿震前斷層跡線分布，屬于原地復(fù)發(fā)破裂。

4.2 南支地震地表破裂帶遙感解析

本次地震形成的地震地表破裂的南支主要沿托萊山斷裂帶東段分布（圖2（e）），主要分布于國道227羊腸子溝段西側(cè)，大西溝北側(cè)。本段破裂地表積雪覆蓋較少，因此在遙感影像上可以看到本次地震新生地表破裂與歷史地震活動形成的地表破裂痕跡位置一致，沿?cái)嗔褞戏植加卸啻蔚卣鹄塾?jì)活動形成的斷層洼地、陡坎、錯(cuò)斷沖溝等微地貌特征（圖4），歷史錯(cuò)斷特征非常清晰。新產(chǎn)生地表破裂與古地震破裂帶交錯(cuò)排列，局部地段錯(cuò)斷冰雪層（圖4（c）），總體破裂帶寬度2—5 m不等。

圖4 托萊山斷裂帶東段地表破裂特征Fig.4 Surface rupture characteristics on the eastern section of Tuolaishan fault zone

與北側(cè)分支地表破裂相比，南側(cè)地表破裂規(guī)模相對較小，主要以發(fā)散的地表裂隙為主，因此未能形成具有一定寬度的破碎帶，受遙感影像分辨率的影響，其遙感影像特征比較隱晦，連續(xù)性較差，需要仔細(xì)辨識。通過對比震前GF-7影像，本次新生的地表破裂主要切穿了山前沖洪積物、洪積階地及沖溝溝口沖積扇，整體呈近東西向展布，遙感影像上的可辨識長度約2.3 km。新產(chǎn)生的地表破裂由鋸齒狀斜列的張裂隙、張剪裂隙等組成。對比震前影像，該段大部分破裂帶主要沿震前斷層跡線分布。

4.3 2022年門源Ms6.9級地震運(yùn)動學(xué)遙感解析

對于本次地震的斷層運(yùn)動學(xué)特征，包括運(yùn)動性質(zhì)、位錯(cuò)規(guī)模等，可以根據(jù)遙感影像中錯(cuò)斷微地貌的幾何形態(tài)、方向性指標(biāo)等進(jìn)行解析。由于在遙感影像上沿破裂帶分布有雁行斜列式拉張裂隙、錯(cuò)斷冰蓋、沖溝、道路等一系列具有重要指示意義的構(gòu)造微地貌指標(biāo)，對研究本次地震發(fā)震斷層的運(yùn)動特征具有重要參考意義。

圖5為遙感影像中解譯發(fā)現(xiàn)的呈多米諾骨牌樣式排列的，即雁行斜列式地表破裂，位于地表破裂帶的西段。由于受到拉張應(yīng)力的作用，形成了數(shù)條近平行分布的拉張裂隙，局部地帶拉張裂隙逐步擴(kuò)大形成小型的拉張盆地，這一系列微地貌特征是走滑斷裂帶中最為典型的運(yùn)動學(xué)指標(biāo)。根據(jù)拉張裂隙與主破裂帶之間的夾角和方向，可以判斷處本次門源地震的發(fā)震斷層具有典型的左旋走滑運(yùn)動分量。

圖5 上大圈溝—硫磺溝段雁行斜列式地表破裂帶展布樣式及構(gòu)造解析Fig.5 Structural analysis of echelon oblique surface rupture zone in upper Daquan valley to Liuhuang valley

遙感影像中可解譯的地震地表破裂帶的西段上大圈溝東側(cè)，斷層錯(cuò)斷了沖溝內(nèi)固結(jié)的冰層（圖6）。由于震區(qū)溫度在零度以下，且衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取時(shí)間與發(fā)震時(shí)間僅有10余個(gè)小時(shí)，因此冰層較好的記錄下了斷層的位移規(guī)模。從衛(wèi)星影像上可以看到在切穿冰層的區(qū)域地表破裂走向發(fā)生了一定的轉(zhuǎn)折，其中西段走向北西，東段走向北東東。斷層自西向東連續(xù)左旋錯(cuò)斷了7條沖溝，造成了冰層的錯(cuò)位。根據(jù)利用GF-7衛(wèi)星影像對錯(cuò)斷地貌的匹配與恢復(fù)重建，估算得到錯(cuò)斷規(guī)模在3—4個(gè)像素級別，約2.2 m。

圖6 上大圈溝東側(cè)地表破裂帶展布樣式及左旋構(gòu)造解析Fig.6 Surface rupture distribution pattern and structural analysis in the east of Shangdaquan valley

在道溝（圖1（b））附近（圖7），從影像中可以看到縱橫交織的紋理結(jié)構(gòu)特征，反映了地震在該區(qū)域造成了比較破碎的地表破裂，北西、北東等多組方向的地表裂隙相互交錯(cuò)，破裂帶寬度達(dá)到30—70 m，主破裂帶走向北西西至近東西向。沿主破碎帶方向，斷層活動造成了線狀地物的左旋位移，包括一條近南北向的山間道路以及道路東側(cè)一條近南北向的人工溝渠（圖8），溝渠中覆蓋的冰雪在地震前后影像的對比中出現(xiàn)了明顯的位錯(cuò)，道路兩側(cè)路基也存在有明顯的左旋位移。通過GF-7影像沿主破碎帶方向?qū)﹀e(cuò)斷地物特征進(jìn)行恢復(fù)重構(gòu)及測定，估算得到該區(qū)域平均左旋位移約1.7±0.3 m。

圖7 道溝附近地表破裂帶展布樣式及左旋構(gòu)造解析Fig.7 Surface rupture distribution pattern and structural analysis near Dao valley

圖8 地震地表破裂帶現(xiàn)場特征Fig.8 Site characteristics of seismic surface rupture zone

在地表破裂帶的中段即蘭新高鐵的南側(cè)區(qū)域，在與蘭新高鐵直線距離約600 m處，斷層錯(cuò)動了一處沖溝，在震前震后遙感影像中可以看到清晰的沖溝陡坎左旋位移（圖9）。通過建立錯(cuò)斷解譯標(biāo)志對錯(cuò)斷地貌進(jìn)行匹配重構(gòu)，可以估算得到斷層左旋位移約1.5±0.2 m。在如此大的位移影響下，蘭新高鐵隧洞內(nèi)部破壞嚴(yán)重，鐵軌和高架橋也發(fā)生大幅度的傾斜變形破壞。

圖9 蘭新高鐵西側(cè)斷錯(cuò)沖溝地貌遙感解析Fig.9 Remote sensing analysis of faulted gully on the west side of Lanzhou-Xinjiang high-speed railway

5 討論

綜上，利用GF-7解譯得到的南北兩條地表破裂在本次地震中的運(yùn)動特征和強(qiáng)度具有比較大的差異。其中北支地表破裂對地面造成的總體破壞強(qiáng)度較大，沿?cái)嗔褞纬闪颂卣鞅容^明顯的破碎帶，形成具有一定寬度的雁行斜列式張裂隙、微型拉分構(gòu)造等，因此在亞米級遙感影像中具有清晰的特征。通過對左旋斷錯(cuò)沖溝陡坎、道路、冰層等地貌現(xiàn)象的錯(cuò)斷地貌恢復(fù)重構(gòu)，可以復(fù)算得到本次地震的最大左旋位移約2.2 m。如此高強(qiáng)度的破壞，造成蘭新高鐵在跨越斷層的區(qū)域破壞嚴(yán)重。而沿托萊山斷裂新生的南支地表破裂由于位移規(guī)模較小、地表裂隙較為發(fā)散，因此影像特征不如北支明顯，地表破裂呈不連續(xù)狀延伸。

遙感影像所揭示的南北兩支地表破裂帶的運(yùn)動性質(zhì)與活動強(qiáng)度也反映了冷龍嶺斷裂帶以及祁連—海原構(gòu)造帶的運(yùn)動特征。祁連—海原構(gòu)造帶所處區(qū)域是中國大陸地殼運(yùn)動最強(qiáng)烈、地震活動頻度最高、強(qiáng)度最大的地區(qū)之一，周圍多條斷層都具有發(fā)生強(qiáng)震的構(gòu)造背景，如海原斷裂發(fā)生過1920年8.5大地震、古浪斷裂發(fā)生過1927年8.0大地震等（袁道陽等，1998，鄭文俊等，2004；Liu-Zeng等，2007）。在青藏高原東北緣北東向擠壓作用下，該區(qū)域地塊運(yùn)動沿祁連—海原構(gòu)造帶自西向東呈現(xiàn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)運(yùn)動作用。其中在構(gòu)造帶的西段以逆沖作用為主，隨著向東發(fā)展，逐漸向左旋走滑作用轉(zhuǎn)變。冷龍嶺斷裂帶且處于祁連—海原構(gòu)造帶的中間區(qū)域，其東段表現(xiàn)出強(qiáng)烈的左旋走滑作用，而西段走滑作用要弱于東段（Jiang等，2021）。特別是西部的托萊山斷裂帶、祁連—肅南斷裂帶，位于青藏高原東北緣逆沖的前緣部位，逆沖作用逐漸變強(qiáng)。因此在本次門源地震中新生的兩條地表破裂中，認(rèn)為托萊山斷裂帶東段的地表破裂是在冷龍嶺斷裂帶主斷層破裂下誘發(fā)的被動破裂作用形成的，地表破裂的分布規(guī)律和破裂強(qiáng)度都比較有限。此外，除本次門源Ms6.9級地震外，沿冷龍嶺斷裂帶的還曾發(fā)生過1986年和2016年兩次6.4級地震，且該段恰位于天祝地震空區(qū)（Gaudemer等，1995），也就是說具有特大地震發(fā)生的背景、但缺乏特大地震發(fā)生的歷史記錄。因此該區(qū)域地震危險(xiǎn)性并不會因?yàn)殚T源Ms6.9級地震的發(fā)生而降低，反而應(yīng)該引起更多的關(guān)注與研究。

6 結(jié)論

本文利用門源Ms6.9級地震發(fā)生當(dāng)日獲取的GF-7影像對地震地表破裂帶信息進(jìn)行了快速分析與制圖，獲取了同震地表破裂的空間展布及運(yùn)動學(xué)特征，解譯發(fā)現(xiàn)南北兩支地震地表破裂，北支長約19 km，南支長約2.3 km，最大同震左旋走滑位移約2.2 m，為地震應(yīng)急提供了重要支撐。

本文使用了GF-7亞米級數(shù)據(jù)進(jìn)行了地震地表破裂帶的調(diào)查。高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)的地震應(yīng)急響應(yīng)時(shí)效性得到了充分體現(xiàn)。在此之前，較少見GF-7數(shù)據(jù)應(yīng)用于地震地質(zhì)應(yīng)急調(diào)查案例，本文相關(guān)成果檢驗(yàn)并展示了GF-7數(shù)據(jù)在新生地表破裂與歷史錯(cuò)斷地貌調(diào)查方面的優(yōu)勢。

當(dāng)前，GF-7衛(wèi)星數(shù)據(jù)積累較少，未來隨著高分?jǐn)?shù)據(jù)的不斷積累以及遙感數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展，需配合GF-7衛(wèi)星立體像對提取的高精度地形資料，為中國點(diǎn)多面廣的活動斷層大比例尺調(diào)查、地震科學(xué)研究、地震應(yīng)急響應(yīng)、災(zāi)害損失評估及災(zāi)后恢復(fù)重建提供強(qiáng)有力數(shù)據(jù)支撐。

志謝感謝高分?jǐn)?shù)據(jù)由中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心提供。