2022年瀘定M S 6.8地震發(fā)震斷裂的淺表結(jié)構(gòu)

鄭榮熒，余中元，，陳柏旭，李路偉，楊堰琳，趙 錢，游嘉靖

（1.北京防災(zāi)科技有限公司，北京 101100；2.防災(zāi)科技學(xué)院，河北 三河 065201）

0 引言

北京時(shí)間2022年9月5日12時(shí)52分，在青藏高原東南緣鮮水河斷裂磨西段上發(fā)生MS6.8地震，震中（29.59°N，102.08°E）位于四川省甘孜州瀘定縣海螺溝景區(qū)內(nèi)，震源深度16km，震源機(jī)制為高傾角左旋走滑型，最高烈度達(dá)9度，等震線呈北西走向，長(zhǎng)軸195km，短軸112km［1-6］。本次地震發(fā)生在川西山區(qū)，誘發(fā)的滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重，造成房屋、道路橋梁和電力工程等生命線設(shè)施的嚴(yán)重破壞［3-5］。

自1725年以來(lái)，鮮水河斷裂共發(fā)生7級(jí)以上地震7次，6級(jí)以上地震23次［1-2］。其中鮮水河斷裂磨西段曾于1786年發(fā)生7級(jí)大地震，并形成約80km的地震地表破裂帶［7］，顯示出強(qiáng)烈的近代活動(dòng)性，也足見鮮水河斷裂孕震能力之強(qiáng)。前人對(duì)該斷裂開展過(guò)大量研究［7-16］，但并未對(duì)該斷裂的淺表結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行單獨(dú)研究。本文通過(guò)高密度電法勘探、無(wú)人機(jī)高分辨率遙感解譯、大比例尺地質(zhì)地貌填圖與地表調(diào)查等方法，同時(shí)結(jié)合瀘定MS6.8地震同震變形特征，對(duì)鮮水河斷裂磨西段的淺表結(jié)構(gòu)特征開展研究。

1 研究區(qū)概況

鮮水河斷裂是我國(guó)西部著名的強(qiáng)震活動(dòng)帶，斷裂北西起于甘孜，向南東經(jīng)爐霍、道孚、瀘定磨西，止于石棉公益海附近，全長(zhǎng)約400km（圖1a）。它由爐霍斷裂、道孚斷裂、乾寧斷裂、雅拉河斷裂、中谷斷裂、色拉哈-康定斷裂、折多塘斷裂、磨西斷裂等8條斷裂組成。根據(jù)斷裂的幾何形態(tài)，次級(jí)斷裂間內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和地震活動(dòng)差異劃分為北西段、中段和南東段。北西段由爐霍斷裂、道孚斷裂、乾寧斷裂3條次級(jí)剪切斷裂組成，幾何形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)都比較單一；中段由雅拉河斷裂、中谷斷裂、色拉哈-康定斷裂、折多塘斷裂組成，幾何形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜；南東段為一條主干斷裂，稱為磨西斷裂，它與色拉哈斷裂呈左階雁列排列［7-16］。

圖1 研究區(qū)及周邊地震構(gòu)造圖Fig.1 Seismic structure map of the study area and its adjacent area

磨西斷裂北起康定城區(qū)，向南經(jīng)新榆林、雅加埂、雪門坎、磨西、田灣，再往南形跡不明，總體走向330°左右，長(zhǎng)約90km。鮮水河斷裂磨西段與北段一致，晚第四紀(jì)以來(lái)一直以高速左旋滑動(dòng)為特征。前人將磨西斷裂整體分成三段，北段（康定-海螺溝）呈N10°W展布，線性特征明顯；中段（海螺溝-田灣）呈明顯的舒緩波狀彎曲，斷層線時(shí)而SN時(shí)而NNW 向展布，整體呈N15°W；南段（田灣-石棉公益海）呈N20°～30°W 展布，線性特征也明顯（圖1b）。斷裂斷面整體向W和SWW 傾，傾角較陡，通常在60°以上，斷裂面沿傾向均較平直［11，15］。

2 研究與認(rèn)識(shí)

2.1 地球物理勘探解釋

2.1.1 材料與方法

為揭示鮮水河斷裂磨西段的淺層結(jié)構(gòu)特征，本文在鮮水河斷裂磨西段沿線均勻布設(shè)了4條地球物理勘探測(cè)線（圖1b），其中在南門關(guān)和紫馬垮布設(shè)的高密度電法勘探測(cè)線為本次工作完成，在什月河和麂子坪布設(shè)的淺層地震反射測(cè)線為前人研究的成果資料。

在南關(guān)門和紫馬垮兩個(gè)地方垂直于斷裂分別布設(shè)了一條高密度電法勘探測(cè)線。本次高密度電法勘探使用的是LFMD-4全波形高密度電法系統(tǒng)，配以SPP-400超級(jí)電池作為供電電源；電極裝置為溫納α排列，陣列電極中每點(diǎn)的接地電阻均不大于2MΩ；對(duì)測(cè)線采用GPS72型衛(wèi)星定位儀進(jìn)行定位，對(duì)測(cè)線上存在高差變化的電極樁號(hào)進(jìn)行了地形校正。最終采用“瑞典高密度軟件”進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，完成8次迭代后誤差均小于5%，資料合格可信。

通過(guò)對(duì)前人研究成果的學(xué)習(xí)，并對(duì)淺層地震反射剖面進(jìn)行重新素描，結(jié)合本次工作完成的高密度電法勘探所揭示的結(jié)果和前人完成的淺層地震反射揭示的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，能夠更加準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)鮮水河斷裂磨西段的淺層結(jié)構(gòu)特征。

2.1.2 高密度電法勘探解釋

南門關(guān)測(cè)線探測(cè)方向由東至西開展，測(cè)線長(zhǎng)度600m，道間距5m，局部加密至3m，測(cè)量視電阻率擬斷面和反演電阻模型率斷面層位清晰，反演深度約39.4m。探測(cè)結(jié)果顯示（圖2），在樁號(hào)180、235和270附近，均呈現(xiàn)出明顯的高、低阻電阻率間斷面，結(jié)合視電阻率呈現(xiàn)的斷面特征，推測(cè)三處均為斷裂反應(yīng)。由此揭示出鮮水河斷裂磨西段在南關(guān)門處的淺層結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)為破碎帶，其寬度約90～130m，發(fā)育有多條斷面，斷層面西傾或陡立。

圖2 南門關(guān)高密度電法勘探解釋圖Fig.2 The high-density electrical prospecting interpretation map of Nanmenguan mesuring line

紫馬垮測(cè)線探測(cè)方向由東至西開展，測(cè)線長(zhǎng)度100m，道間距5m，測(cè)量視電阻率擬斷面和反演電阻模型率斷面層位清晰，反演深度約15.9m。探測(cè)結(jié)果顯示（圖3），在樁號(hào)30和65附近，均呈現(xiàn)出明顯的高、低阻電阻率間斷面，結(jié)合視電阻率呈現(xiàn)的斷面特征，推測(cè)兩處均為斷裂反應(yīng)。由此揭示出鮮水河斷裂磨西段在紫馬垮處的淺層結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)為破碎帶，其寬度約35～40m，斷層面西傾且較陡立。

圖3 紫馬垮高密度電法勘探解釋圖Fig.2 The high-density electrical prospecting interpr etation map of Zimakua mesur ing line

2.1.3 淺層地震反射解釋

閔偉等于2004年在什月河布設(shè)了一條道間距2m、長(zhǎng)約120m的淺層地震反射剖面（圖4a），該剖面揭示出鮮水河斷裂磨西段在什月河處的淺層結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)為破碎帶，其寬度約45m，斷層面西傾且較陡直；同時(shí)在麂子坪附近布設(shè)了一條道間距2m、長(zhǎng)約200m的淺層地震反射剖面（圖4b），該剖面揭示出鮮水河斷裂磨西段在麂子坪處的淺層結(jié)構(gòu)中也表現(xiàn)為破碎帶，且其寬度約為130m，發(fā)育有多條斷面，斷層面陡立或西傾。

圖4 什月河和麂子坪淺層地震反射剖面地質(zhì)解釋圖（據(jù)閔偉等，2004）Fig.4 The geological interpr etation of shallow seismic reflection profile of Shiyuehe River and Jiziping（based on Min et al.，2004）

2.2 無(wú)人機(jī)高分辨遙感解譯

基于室內(nèi)遙感影像解譯，發(fā)現(xiàn)在鮮水河斷裂帶磨西段二臺(tái)子附近發(fā)育有明顯的邊坡脊、坡中槽、斷塞塘地貌，并伴有沖溝左旋位錯(cuò)跡象。為獲得斷層槽谷寬度和沖溝左旋位移量較為精確的數(shù)據(jù)，對(duì)目標(biāo)區(qū)域開展了大比例尺的無(wú)人機(jī)地貌測(cè)量工作，獲取到分辨率約為1m 的高精度DEM數(shù)據(jù)。本次工作無(wú)人機(jī)共飛行2架次，飛行高度500m，拍攝照片共106張，利用Photoscan軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理流程包括對(duì)齊照片、建立密集點(diǎn)云、生成網(wǎng)格、生成紋理等，最后構(gòu)建DEN、DSM和DOM 數(shù)據(jù)。最終利用ArcGIS10.7軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)處理，得到了目標(biāo)區(qū)域及其周邊的高程、三維地形展布特征、正射影像、山體陰影和垂直高差等數(shù)據(jù)。

通過(guò)對(duì)高分辨率遙感解譯圖的分析（圖5），發(fā)現(xiàn)鮮水河斷裂磨西段在二臺(tái)子附近發(fā)育的斷層槽谷長(zhǎng)度約為1100m，寬度約為120m，沖溝左旋位移約為190～240m，同時(shí)可見邊坡脊的垂直落差較大，由此可見鮮水河斷裂磨西段表層特征明顯且表現(xiàn)出左旋兼正斷性質(zhì)。

圖5 二臺(tái)子高分辨率遙感解譯圖Fig.5 The high-resolution remote sensing interpretation map of Ertaizi

2.3 地震地質(zhì)調(diào)查

通過(guò)對(duì)鮮水河斷裂磨西段沿線的追索調(diào)查，在南關(guān)門北部的河心灘沉積沙層中發(fā)現(xiàn)斷裂剖面。該剖面揭示出兩條斷裂（圖6a），走向近北西，斷面陡立且?guī)д龜嘈再|(zhì)，可見斷錯(cuò)黑色膠質(zhì)層約3cm（圖6b）；在沙層頂部未見斷錯(cuò)痕跡，推測(cè)為1786年磨西7級(jí)地震造成。在金坪村北側(cè)路邊見到斷裂剖面（圖6c-e），該剖面揭示為逆斷性質(zhì)，在晉寧期花崗巖中表現(xiàn)出強(qiáng)烈的擠壓變形，傾角約30°，走向近南北；斷裂碎裂巖帶非常發(fā)育，可見破碎帶寬度約10m，膠結(jié)程度較好且干硬，其上覆第四紀(jì)沖積層未見變形。在紫馬垮一帶衛(wèi)星影像線性特征明顯，沿線多發(fā)育斷層陡坎、槽谷、埡口、斷塞塘等典型地貌，在紫馬垮村可見清晰的槽谷跡線（圖6f），同時(shí)發(fā)育一系列斷塞塘，其中最大的斷塞塘長(zhǎng)約200m、寬約30m。

圖6 典型斷錯(cuò)地質(zhì)地貌特征圖Fig.6 The typical faulted geological and geomorphological features

3 討論

在瀘定MS6.8地震中，鮮水河斷裂磨西段沿線同震變形特征明顯。從北往南，燕子溝、磨西、二臺(tái)子、什月河和金坪村沿線均發(fā)育大量滑坡，同震變形可見地表垂直斷錯(cuò)、地表逆沖隆起和左旋位錯(cuò)三大性質(zhì)特征。

在凼凼頭北側(cè)，可見水泥路垂直位錯(cuò)（圖7a），裂縫主體呈南西西向延伸，斷錯(cuò)路面垂直高差約35cm；在磨西鎮(zhèn)中部，可見瓷磚隆起并逆沖至另一側(cè)之上（圖7b），裂縫整體呈北北西走向，隆起高度約10cm；在愛國(guó)村北部潘家坪溝橋可見橋體接軌處的左旋位錯(cuò)（圖7c），位錯(cuò)量約7.5～8cm，并留下明顯的擦痕，未見垂直向痕跡（圖7d）。

圖7 2022年瀘定M S6.8地震同震變形特征圖Fig.7 Co-seismic deformation characteristics of Luding，Sichuan M S6.8 Earthquake in 2022

結(jié)合瀘定MS6.8地震產(chǎn)生的同震變形分布位置和變形性質(zhì)的多樣性，進(jìn)一步佐證了鮮水河斷裂磨西段的復(fù)雜淺表結(jié)構(gòu)特征，斷裂破碎帶寬度大，次級(jí)斷裂發(fā)育且性質(zhì)多樣。

4 結(jié)論

（1）通過(guò)高密度電法勘探、無(wú)人機(jī)高分辨率遙感解譯、大比例尺地質(zhì)地貌填圖與地表調(diào)查等方法，同時(shí)結(jié)合瀘定MS6.8地震同震變形特征，對(duì)鮮水河斷裂磨西段開展了淺表結(jié)構(gòu)特征研究。研究結(jié)果表明：鮮水河斷裂磨西段呈現(xiàn)出多個(gè)分支，主斷裂產(chǎn)狀近直立，各次級(jí)斷裂兼具正斷、逆沖性質(zhì)；斷裂破碎帶寬度約130m；淺表結(jié)構(gòu)特征復(fù)雜，主要表現(xiàn)為斷裂帶陡傾角、多分支、電性結(jié)構(gòu)差異明顯、基巖破碎、物性差異大等。

（2）在瀘定MS6.8地震中，鮮水河斷裂磨西段沿線同震變形特征復(fù)雜，多處可見地表垂直斷錯(cuò)、逆沖隆起和左旋位錯(cuò)。鮮水河斷裂磨西段淺表結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性可能直接影響著此次強(qiáng)震的同震破裂特征。

致謝：四川省地震局、甘孜藏族自治州應(yīng)急管理局、雅安市應(yīng)急管理局、防災(zāi)科技學(xué)院、燕子溝地震臺(tái)、相關(guān)防疫部門、搶險(xiǎn)救災(zāi)部門和北京防災(zāi)科技有限公司全體同事在工作中給予了大力支持與幫助；審稿專家提出了建設(shè)性修改意見，在此一并表示感謝。