2023年12月18日甘肅省積石山6.2級(jí)地震的控震構(gòu)造及特征

陸詩(shī)銘　吳中?！±钪浅?/p>

[摘要]? ? 2023年12月18日23時(shí)59分在甘肅省臨夏州積石山縣發(fā)生6.2級(jí)地震，造成了嚴(yán)重人員傷亡，及時(shí)了解此次地震的發(fā)震構(gòu)造及其特征，對(duì)于分析區(qū)域未來(lái)強(qiáng)震危險(xiǎn)性具有重要意義。綜合區(qū)域地震構(gòu)造、地質(zhì)、震源機(jī)制、地震烈度和余震重定位等資料，對(duì)此次地震的控震構(gòu)造及特征進(jìn)行綜合分析后認(rèn)為，此次強(qiáng)震是發(fā)生在西寧—蘭州斷塊內(nèi)部的一次北北西向逆沖斷層作用事件，距震中最近的拉脊山逆沖斷裂帶構(gòu)成了此次地震的控震構(gòu)造。該斷裂帶處于北西向日月山右旋走滑斷層與北西西向西秦嶺北緣左旋走滑斷層交匯部位，整體呈北西至北北西向弧形展布，包含了南緣與北緣兩條傾向相反的分支斷裂帶。震中位置、余震及烈度分布等數(shù)據(jù)指示此次地震的具體發(fā)震斷層為拉脊山北緣逆沖斷裂帶南段的東支斷層帶，余震分布和極震區(qū)范圍等符合逆斷層型地震的上盤(pán)效應(yīng)特征，但是否引起同震地表變形，還需進(jìn)一步的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查確定。綜合研究認(rèn)為，此次積石山地震是在印度與歐亞板塊持續(xù)陸陸碰撞作用下，青藏高原東北緣的西寧—蘭州斷塊沿海原左旋走滑斷裂向東側(cè)向滑移過(guò)程中，在北東向擠壓構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)下，引發(fā)日月山斷層與西秦嶺北緣斷層構(gòu)成的區(qū)域共扼走滑斷裂系交匯擠壓部位發(fā)生逆斷層活動(dòng)的結(jié)果。此次強(qiáng)震進(jìn)一步指示青藏高原東緣的向東擠出構(gòu)造體系仍是近年來(lái)我國(guó)陸內(nèi)強(qiáng)震活動(dòng)的主要控震構(gòu)造，并警示應(yīng)重視活斷層相對(duì)發(fā)育的斷塊內(nèi)部城鎮(zhèn)密集區(qū)的強(qiáng)震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。

[關(guān)鍵詞] 甘肅積石山地震; 發(fā)震構(gòu)造; 青藏高原東北緣; 拉脊山北緣斷裂帶; 西寧—蘭州斷塊

[DOI] 10.19987/j.dzkxjz.2024-007

0? 引言

據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)正式測(cè)定，北京時(shí)間2023年12月18日23時(shí)59分甘肅省臨夏州積石山縣發(fā)生6.2級(jí)地震，震源深度10 km，震中位于（35.7°N，102.79°E）（ https：//www.cenc.ac.cn/cenc/dzxx/409064/index.html）。此次地震震中位置海拔平均3800 m，高寒偏遠(yuǎn)，伴生次生災(zāi)害較多，如滑坡、砂涌等。截止2023年12月31日，共造成151人遇難，上千人受傷，給當(dāng)?shù)厝嗣袢罕娫斐闪藝?yán)重的生命和財(cái)產(chǎn)損失。

本文主要結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景及地震相關(guān)數(shù)據(jù)，深入分析和探討此次地震的發(fā)震構(gòu)造特征與成因，從而更好地指導(dǎo)該區(qū)的災(zāi)后選址重建，并為區(qū)域地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)。

1? 區(qū)域構(gòu)造背景

研究區(qū)主要位于青藏高原東北緣由北西西向西秦嶺北緣斷裂帶、北北西向日月山斷裂及北西西向海原斷裂帶圍限的西寧—蘭州斷塊西南部，是青藏塊體向北東擠壓擴(kuò)展的前緣地區(qū)，區(qū)內(nèi)最大擠壓力方向?yàn)榧sN64°E，發(fā)育了一系列第四紀(jì)和晚第四紀(jì)仍在活動(dòng)的斷裂帶（圖1），已知的主要活動(dòng)斷裂包括海原斷裂、日月山斷裂、臨潭—宕昌斷裂、貴德斷裂、西秦嶺北緣斷裂、拉脊山斷裂帶（包含了北緣斷裂和南緣斷裂）、莊浪河斷裂、興隆山南緣斷裂、馬銜山斷裂、倒淌河—臨夏斷裂等，沿主要斷裂帶還發(fā)育了多個(gè)典型的新近紀(jì)—第四紀(jì)斷陷盆地，如共和盆地、臨夏盆地、靖遠(yuǎn)盆地和海原盆地等[1-3]。

研究區(qū)出露的最老地層為前震旦系尕讓群，分布于積石山兩側(cè)。白堊系、新近系和第四系在區(qū)內(nèi)廣泛分布（圖2）。區(qū)內(nèi)新近系主要為上新統(tǒng)臨夏組（N2），主要分布于斷陷盆地內(nèi)，巖性總的向上變細(xì)，并具有鹽類(lèi)夾層。區(qū)內(nèi)的第四系廣泛發(fā)育，主要有中-下更新統(tǒng)砂泥層沉積；上更新統(tǒng)主要為沿河谷分布的灰色厚層-塊狀砂礫石層夾厚度不穩(wěn)定的砂、泥層，以及構(gòu)成黃土塬的馬蘭黃土層。全新統(tǒng)主要是疏松黃土夾砂礫石層，主要分布于河流兩側(cè)、沖溝及盆地內(nèi)[2]。

F1：拉脊山北緣斷裂帶；F2：拉脊山南緣斷裂帶；F3：倒淌河－臨夏斷裂；F4：西秦嶺北緣斷裂帶； F5：興隆山南緣斷裂；F1-1：拉脊山北緣斷裂帶西支；F1-2：拉脊山北緣斷裂帶東支；F1-3：拉脊山 北緣斷裂帶東支反向斷層；F2-1：拉脊山南緣斷裂帶南支；F2-2：拉脊山南緣斷裂帶北支

區(qū)域內(nèi)距離此次地震震中最近的是拉脊山斷裂帶。拉脊山斷裂帶在大地構(gòu)造上屬于祁連山造山帶的中祁連地塊南緣構(gòu)造帶，西起日月山，東至民和，沿拉脊山兩側(cè)山前展布，總長(zhǎng)約230 km。由拉脊山北緣斷裂帶和拉脊山南緣斷裂帶兩條傾向相反的分支斷裂帶組成，自西向東，其走向由NWW向轉(zhuǎn)為EW、NNW向，整體呈弧形分隔了循化盆地、西寧盆地和臨夏盆地。其中拉脊山北緣斷裂帶由西支（F1-1）、東支（F1-2）及伴生的反向斷層（F1-3）組成，拉脊山南緣斷裂帶則由南支（F2-1）和北支（F2-2）組成（圖2）。從活動(dòng)構(gòu)造體系角度，該斷裂帶可看做是北西向日月山右旋走滑斷層與北西西向西秦嶺北緣左旋走滑斷層構(gòu)成的共軛走滑系交匯部位的擠壓區(qū)構(gòu)造[6-9]。GPS 和水準(zhǔn)資料表明，跨斷層帶的拉脊山斷裂帶目前在水平方向處于擠壓縮短狀態(tài)，垂直運(yùn)動(dòng)速率為1 mm/a[10]。研究認(rèn)為[3， 7]，拉脊山斷裂帶主體為晚更新世活動(dòng)斷裂，局部可能存在全新世活動(dòng)，活動(dòng)性質(zhì)逆沖為主，兼具左旋走滑，是西寧—民和盆地與循化—化隆盆地內(nèi)部地震活動(dòng)的主要發(fā)震構(gòu)造。歷史上該區(qū)多次發(fā)生5級(jí)左右的破壞性地震，并有現(xiàn)代弱震密集分布在其東西兩端，但在此次地震前無(wú)6.0級(jí)及以上強(qiáng)震記錄。

2? 積石山地震的發(fā)震斷層及特征

2.1? 區(qū)域構(gòu)造反映的發(fā)震斷層信息

綜合區(qū)域構(gòu)造圖及震中位置可知（圖2），本次地震位于拉脊山北緣斷裂帶上。結(jié)合震源機(jī)制解數(shù)據(jù)（圖1），本次地震為N64°E水平擠壓應(yīng)力作用下，北北西向逆沖斷層活動(dòng)的結(jié)果，其中斷層節(jié)面Ⅰ：走向333°、傾向北東、傾角62°、滑動(dòng)角88°；節(jié)面Ⅱ：走向156°、傾向南西，傾角28°、滑動(dòng)角93°（震源機(jī)制解數(shù)據(jù)源自USGS）。綜合分析可知，整體傾向南西、呈北北西走向的拉脊山北緣逆沖斷裂最符合此次地震的震源機(jī)制特征。

拉脊山北緣斷裂帶西起日月山埡口山溝村，向東沿拉脊山北緣經(jīng)積石山縣至臨夏大河家，全長(zhǎng)約230 km，由北向南，走向從NW向轉(zhuǎn)為NNW向，是一條弧形的逆沖斷裂帶[6-9]。跨拉脊山北緣斷裂帶，地形由西到東，海拔從4000 m降至2200 m左右，地貌高差約1800 m，形成了分割臨夏盆地與拉脊山脈的天然屏障，也反應(yīng)沿?cái)嗔汛嬖诿黠@的垂直運(yùn)動(dòng)。前人研究認(rèn)為，拉脊山北緣斷裂帶東段的線性特征較差，但在紅崖子、峽門(mén)一帶有較明顯的活動(dòng)特征，如陡坎、斷錯(cuò)地層等[6-10]。地震反射剖面顯示，拉脊山北緣斷裂帶由主斷裂及一系列伴生斷裂構(gòu)成上寬下窄的疊瓦扇逆沖構(gòu)造形態(tài)[12]。通過(guò)遙感影像分析可知，拉脊山北緣斷裂帶實(shí)際上由拉脊山北緣斷裂帶西支和拉脊山北緣斷裂帶東支構(gòu)成，兩者在深部應(yīng)為疊瓦式構(gòu)造。綜合震中位置、震源機(jī)制和拉脊山斷裂帶的構(gòu)造特點(diǎn)等，可以推斷此次地震的發(fā)震斷層可能為拉脊山北緣逆沖斷裂帶南段的東支斷層。

2.2? 余震和烈度分布指示的發(fā)震斷層信息

根據(jù)收集到的514次余震重定位數(shù)據(jù)（圖3），此次地震的余震最大不超過(guò)4.5級(jí)，但小震密集，整體呈北北西走向，與拉脊山斷裂帶北緣斷裂的南段一致。其中AA′剖面顯示了余震序列沿發(fā)震斷層的分布特點(diǎn)[13]，余震主要出現(xiàn)在拉脊山北緣斷裂帶的東、西兩條分支斷裂之間，根據(jù)逆斷層作用的上盤(pán)效應(yīng)可知，余震應(yīng)出現(xiàn)在發(fā)震斷層上盤(pán)側(cè)，因而發(fā)震斷層應(yīng)為拉脊山北緣斷裂帶東支（F1-2），其中拉脊山北緣斷裂帶西支（F1-1）為逆沖上盤(pán)分支斷層，兩者構(gòu)成了疊瓦狀構(gòu)造，并指示斷裂活動(dòng)可能存在由西向東遷移的發(fā)展趨勢(shì)。而從余震主要集中在震中北西側(cè)可知，此次地震的震源破裂過(guò)程應(yīng)該是由南東向北西方向擴(kuò)展的。BB′則展示了垂直于發(fā)震構(gòu)造的分布特點(diǎn)，地震密集區(qū)的深度主要集中在6～14 km之間，整體較淺，這應(yīng)該是此次地震震害相對(duì)嚴(yán)重的主要原因之一。而余震活動(dòng)主要集中區(qū)的寬度指示此次地震造成的震源破裂面長(zhǎng)度約為10 km。

此次地震的最大烈度為Ⅷ度（8度），其中的Ⅵ度（6度）區(qū)及以上面積8364 km2，受災(zāi)范圍較廣、受災(zāi)程度較嚴(yán)重（圖3）。其中Ⅷ度區(qū)主要位于拉脊山北緣與臨夏—民和盆地過(guò)渡地帶，包含了兩部分。一部分主要包含甘肅省臨夏回族自治州積石山縣柳溝鄉(xiāng)、中川鄉(xiāng)等，短軸長(zhǎng)約13 km，走向NEE向；長(zhǎng)軸約25 km，走向NNW向，震感強(qiáng)烈，多數(shù)房屋倒塌，受損嚴(yán)重。另一部分主要為青海民和縣甘溝鄉(xiāng)西南側(cè)，短軸長(zhǎng)約3 km，長(zhǎng)軸約5 km，走向分別為NEE向及NWW向，整體呈上窄下寬的葫蘆狀，主要災(zāi)害表現(xiàn)為砂涌，房屋開(kāi)裂或倒塌，受災(zāi)嚴(yán)重[14-20]。極震區(qū)距離喇家遺址較近，李智敏等[6]研究發(fā)現(xiàn)，青海官亭盆地喇家遺址周邊砂土液化造成的砂管現(xiàn)象明顯，推斷（3136 ± 51） a BP前后沿拉脊山斷裂帶曾發(fā)生古地震事件，并導(dǎo)致黃河上游形成堰塞湖，進(jìn)而推測(cè)其后的決堤洪水與喇家文化毀滅存在密切聯(lián)系。Ⅶ度區(qū)主要包含甘肅省永靖縣、臨夏縣等，青海省循化縣、化隆縣等，短軸長(zhǎng)約40 km，走向NEE向；長(zhǎng)軸約58 km，走向NNW向；房屋破壞程度一般，出現(xiàn)滑坡等次生災(zāi)害。Ⅵ度區(qū)受災(zāi)程度一般，多數(shù)房屋基本完好，短軸長(zhǎng)約84 km，走向NEE向；長(zhǎng)軸約120 km，走向NNW向，面積約6500 km2。

烈度圖極震區(qū)的位置與范圍以及長(zhǎng)軸走向等可反映發(fā)震斷層位置，依據(jù)逆斷層型地震的上盤(pán)效應(yīng)特征，在逆斷層作用下，極震區(qū)（最大烈度區(qū)）一般位于發(fā)震斷層及其上盤(pán)側(cè)，根據(jù)烈度分布圖顯示，極震區(qū)主要位于拉脊山東側(cè)臨夏—民和盆地，長(zhǎng)軸走向?yàn)镹NW向，與拉脊山北緣斷裂帶東支走向及位置基本一致，指示本次地震發(fā)震斷層應(yīng)為拉脊山北緣逆沖斷裂帶南段的東支斷層。

綜上，研究區(qū)主要受北北東向擠壓應(yīng)力，綜合區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、震源機(jī)制解、余震序列分布以及地震烈度等，可以推斷2023年12月18日甘肅積石山地震的發(fā)震斷層應(yīng)為拉脊山北緣逆沖斷裂帶南段的東支斷層，余震分布和極震區(qū)范圍等都符合逆斷層型地震的上盤(pán)效應(yīng)特征。但此次地震是否可引起同震地表變形及其展布，還需進(jìn)一步的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查確定。

3? 討論

綜合活斷層研究、GPS觀測(cè)和震源機(jī)制解等資料可知，拉脊山地區(qū)主要處于北東向擠壓環(huán)境，在北東-南西水平擠壓應(yīng)力作用下，北西西及近東西向斷層必然表現(xiàn)為左旋走滑兼逆沖性質(zhì)，而北北西向斷層多為右旋走滑兼逆沖特點(diǎn)，類(lèi)似拉脊山斷裂的北西向斷裂，主要呈逆沖兼走滑性質(zhì)。很顯然，此次積石山地震就是在印度與歐亞板塊持續(xù)陸陸碰撞作用下，青藏高原東北緣的西寧—蘭州斷塊沿海原左旋走滑斷裂向東側(cè)向滑移過(guò)程中，在北東向擠壓構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)下，引發(fā)日月山走滑斷層與西秦嶺北緣斷層共扼走滑斷裂系交匯擠壓部位逆斷層活動(dòng)的結(jié)果。青藏高原及鄰區(qū)1900年以來(lái)的M≥6.0 強(qiáng)震活動(dòng)及其發(fā)震構(gòu)造特征顯示，本次地震發(fā)生在青藏高原多層次擠出-旋轉(zhuǎn)活動(dòng)構(gòu)造體系向東擠出構(gòu)造系統(tǒng)中，是柴達(dá)木擠出構(gòu)造單元中西寧—蘭州次級(jí)斷塊內(nèi)部地震。而且自1990年以來(lái)，青藏高原強(qiáng)震發(fā)生率和地震釋放能開(kāi)始顯示逐步增高趨勢(shì)[21]。區(qū)內(nèi)1990 年以來(lái)由逆沖斷層引起的最大強(qiáng)震為青海共和MW6.5 地震，其發(fā)震構(gòu)造為共和盆地南部的隱伏北西西向左旋逆沖斷裂，同樣屬柴達(dá)木斷塊內(nèi)部強(qiáng)震事件?？紤]到青藏高原東北緣地區(qū)斷塊內(nèi)部常發(fā)育數(shù)量較多和較為復(fù)雜的次級(jí)活動(dòng)斷裂系統(tǒng)，而且一些斷塊內(nèi)部常常是城鎮(zhèn)相對(duì)密集區(qū)，因而需進(jìn)一步重視對(duì)斷塊內(nèi)部活動(dòng)斷裂帶的強(qiáng)震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的研究和評(píng)價(jià)。

4? 結(jié)論

（1）拉脊山逆沖斷裂帶構(gòu)成了甘肅積石山地震的控震構(gòu)造，該斷裂帶處于北西向日月山右旋走滑斷層與北西西向西秦嶺北緣左旋走滑斷層交匯擠壓部位，包含了南緣與北緣兩條傾向相反的分支斷裂帶。綜合重定位后的主震震中位置與余震序列分布、震源機(jī)制解和地震烈度分布等，推斷發(fā)震斷層是該斷裂帶中拉脊山北緣逆沖斷裂帶的東支，這符合逆斷層型地震的上盤(pán)效應(yīng)特征，但是否引起同震地表變形，還需詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查確定。

（2） 此次積石山地震是在印度與歐亞板塊持續(xù)陸陸碰撞作用下，青藏高原東北緣的西寧—蘭州斷塊沿海原左旋走滑斷裂向東側(cè)向滑移過(guò)程中，在北東向擠壓構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)下，引發(fā)日月山走滑斷層與西秦嶺北緣斷層共扼走滑斷裂系交匯擠壓部位發(fā)生逆斷層活動(dòng)的結(jié)果。此次強(qiáng)震指示青藏高原東緣的擠出構(gòu)造體系仍是近年來(lái)我國(guó)陸內(nèi)強(qiáng)震活動(dòng)的主要控震構(gòu)造，并警示應(yīng)進(jìn)一步重視斷塊內(nèi)部的強(qiáng)震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。

致謝

感謝中國(guó)地震局地球物理研究所房立華研究員提供的地震重定位數(shù)據(jù)。同時(shí)，衷心感謝審稿專(zhuān)家提供的寶貴修改意見(jiàn)和建議。

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Seismic structure characteristics of the 18 December 2023 M6.2 Jishishan earthquake， Gansu Province

Lu Shiming1， Wu Zhonghai1， 2， *， Li Zhichao1， 3

1. Institute of Geomechanics， Chinese Academy of Geological Sciences， Beijing 100081， China

2. Key Laboratory of Active Tectonics and Geological Safety， Ministry of Natural Resources， Beijing 100081， China

3. School of Earth and Space Sciences， Peking University， Beijing 100871， China

[Abstract]? ? ?On 18 December 2023， at Beijing time， a M6.2 earthquake struck Jishishan in Gansu Province. A thorough analysis of the earthquake structure and characteristics was conducted by combining information on regional seismic tectonics， geology， seismic source mechanism， seismic intensity， and aftershock relocation. The earthquake was a reverse fault event trending north-northwest within the Xining-Lanzhou fault block. The earthquake-controlling tectonics of the earthquake is the Lajishan reverse fault zone， which is closest to the epicentre of the earthquake. The fault zone is situated at the intersection of the northwest-trending Riyueshan dextral strike-slip fault and the east-west-trending Western Qinling North Rim left-trending strike-slip fault. It has an overall northwest-to-north-northwest striking angle and comprises two branch fault zones with opposite trends in the southern and northern rims. The earthquakes epicentre location， aftershock distribution， and intensity distribution data suggest that the specific fault responsible for this earthquake is the east branch fault of the southern section of the reverse fault zone at the northern rim of Lajishan. This is consistent with the characteristics of the upward disc effect of reverse fault-type earthquakes. Further detailed field investigations are required to determine the deformation of the earths surface. The Jishishan earthquake is thought to have been caused by reverse fault activity at the intersection of the Riyueshan strike-slip fault and the northern edge of the Western Qinling fault. This was triggered by the eastward lateral slip along the original left-hand strike-slip fault along the Xining-Lanzhou fault block on the northeastern margin of the Tibetan Plateau. This occurred under the northeast-directed extrusion tectonic stress field resulting from the ongoing land-land collision between the Indian and Eurasian plates. This earthquake suggests that the extrusion tectonic system at the eastern margin of the Tibetan Plateau remains the primary structure controlling strong seismic activity in China in recent years. Further attention should be paid to the risk of strong earthquakes within the fault block.

[Keywords] Jishishan earthquake in Gansu; seismogenic structures; northeastern margin of the Tibetan Plateau; the north margin fault? of Lajishan; Xining-Lanzhou fault block

*通訊作者： 吳中海（1974-），男，研究員，從事新構(gòu)造與活動(dòng)構(gòu)造方面的研究工作。E-mail：wuzhonghai8848@foxmail.com

作者簡(jiǎn)介： 陸詩(shī)銘（1996-），女，博士研究生，主要從事青藏高原活動(dòng)構(gòu)造。E-mail：lushiming0901@163.com