2022年青海門源MS6.9地震地表破裂特征的初步調(diào)查研究

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 地震是進入2022年以來全球震級最大的一次地震， 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級以上地震， 同時也是繼1986年8月26日和2016年1月21日2次門源6.4級地震之后該地區(qū)發(fā)生的震級最高、 地表破裂最長的地震事件。因此， 該地震備受社會關(guān)注， 及時查明此次地震的同震地表破裂展布、 組合特征、 運動性質(zhì)和同震位移， 對于正確認識地震的發(fā)震構(gòu)造、 破裂過程、 近期地震危險性判別、 重大工程選線、 抗震設(shè)防及搶險救災具有重要意義。

地震發(fā)生后， 筆者隨青海省地震局第一時間派出的現(xiàn)場工作隊趕赴震區(qū)開展烈度調(diào)查和現(xiàn)場地震地質(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)合無人機低空攝影測量(大疆精靈PHANTOM 4RTK)， 在沿此次地震產(chǎn)生的地表破裂帶內(nèi)重點獲得了5處典型地點的同震破裂資料。在室內(nèi)利用Agisoft Metashape Professional軟件對每個區(qū)段航拍的照片進行處理， 生成了高分辨率正射影像圖(DOM)， 同時在Arcgis pro軟件中基于正射圖對5處典型的地震地表破裂段進行了詳細解譯。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， 對此次地震同震地表破裂的發(fā)育特征及破裂組合模式進行分析， 以期為區(qū)域防震減災、 重點地震危險區(qū)判別及近期地震發(fā)展趨勢等提供重要的理論和實際參考。

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)造變形十分強烈(鄧起東等， 2002)。20世紀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級地震、 1927年古浪8級地震和1932年昌馬7.6級地震(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級地震(徐紀人等， 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)造機理的復雜性， 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

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(圖3b)， 現(xiàn)場通過皮尺測量獲得小沖溝被左旋斷錯1.0m(圖3c)； 在被斷錯小沖溝(圖3b， c)的西側(cè)可見一規(guī)模宏大的對稱帳篷型擠壓鼓包(圖3e)， 鼓包高達0.8m， 長達3.6m， 寬達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)， 張剪裂隙的走向為240°～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分布圖； b 小沖溝左旋位錯； c 小沖溝被左旋位錯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， 連續(xù)性較好； 同時， 本段破裂中可見逆沖形成的反向陡坎及水平擦痕。下文將分別對道溝、 硫磺溝西段、 硫磺溝斜跨河流段、 硫磺溝東段4個考察點進行描述。

3.2.1 道溝考察點的地表破裂

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1.2m(圖5a， b)， 地表破裂穿過溝谷向E在山前高臺地上， 可見規(guī)模較大的擠壓鼓包和張裂縫組合(圖5c)； 在道溝河的一級階地上可見一大型張剪裂縫(圖5d， e)， 裂縫寬2.0m， 深達3m， 同時形成了塌陷(圖5d)。在道溝河的西岸可見一對稱帳篷型擠壓鼓包， 鼓包高0.6m， 寬1.8m(垂直對稱軸方向)， 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動為主(圖5g)； 在一處張剪裂縫的南側(cè)可見水平向的擦痕(圖5h)， 擦痕傾伏向為105°， 與地表破裂帶的走向近一致， 指示擦痕所在的南盤向E運動； 傾伏角為3°， 近水平， 指示斷層的運動性質(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(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)。實測的一處本來連在一起的雪面被左旋錯動1.1m(圖6b)； 破裂形成的一對稱帳篷型擠壓鼓包， 高達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)， 同時可見北盤向上逆沖時的擦痕(圖6g)， 指示了此段既有左旋水平運動， 也有逆沖運動。

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1.2m； c 對稱帳篷型擠壓鼓包； 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)， 實測的一處冰面的左旋錯動位移為1.65m(圖8b)， 張裂縫寬達0.8m， 可容納一個人進入； 據(jù)中國地震局地質(zhì)研究所韓竹軍的報道結(jié)果， 地表破裂在斜穿硫磺溝時， 在硫磺溝(永安河)的北岸被左旋位錯3.1m(圖8c)， 此處為同震水平位錯最大處(4)https： ∥www.eq-igl.ac.cn/zhxw/info/2022/36632.html。； 同時地表破裂將硫磺溝公路北側(cè)的柵欄左旋位錯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， 為單個呈不對稱的帳篷型， 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1.0m(圖8h)。以上現(xiàn)象指示此段既有左旋水平運動， 也有逆沖運動。

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(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1.65m； c 左旋位錯3.1m； d 柵欄被左旋位錯2.7m； e 冰面上的破裂； f 不對稱帳篷型擠壓鼓包， 高0.8m； g 雁列狀張剪裂隙； h 逆沖形成的鼓包， 鼓包高達1.0m

3.2.4 硫磺溝東段考察點的地表破裂

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1.4m(圖9c)； 多處照片顯示南盤向北盤的逆沖運動(圖9d， e)， 未見明顯的水平運動標志。

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 初步認識

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識， 主要包括：

(1)此次門源MS6.9 地震是進入2022年以來全球震級最大的一次地震， 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級以上地震， 同時也是繼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動性質(zhì)， 同時兼有一定的逆沖分量， 垂直位錯最大為0.8m。

(4)整個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)造機理的復雜性， 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、 重點地震危險區(qū)判別、 重大建設(shè)工程選線及近期地震發(fā)展趨勢等提供重要的理論和實際參考。

致謝審稿專家對本文進行了高效率的評審并提出了寶貴意見， 在此表示衷心感謝！