四川泸定6.8级地震
——鲜水河断裂带磨西段局部发起、 全段参与的一次复杂事件

2022-02-15 03:10李传友李俊杰梁明剑房立华
地震地质 2022年6期
关键词:发震主震余震

李传友 孙 凯 马 骏 李俊杰 梁明剑 房立华

1)中国地震局地质研究所,地震动力学国家重点实验室,北京 100029 2)四川省地震局,成都 610041 3)中国地震局地球物理研究所,北京 100081

0 引言

2022年9月5日12时52分,青藏高原东南缘地区再次发生强烈地震,中国地震台网测定的震级为MS6.8 ,震中位于四川省甘孜州泸定县(29.59°N,102.08°E)。本次泸定地震是继漾濞M6.4、 玛多M7.4、 芦山M6.1、 马尔康M6.0地震之后,近两年内在青藏高原中东部地区发生的第5个M≥6地震。虽然同样发生在巴颜喀拉和川滇这两大青藏高原地区最活跃的地块上,但与其他4次地震相比,此次地震造成了更严重的人员伤亡、 建筑物破坏和次生灾害,是中国近几年关注度最高的一次地震。

地震发生后,相关部门和研究者立即对相关地震数据和同震变形资料进行了处理与反演(1)https: ∥www.ief.ac.cn/kydts/info/2022/69552.html。(2)https: ∥www.cea-igp.ac.cn/kydt/279423.html。(徐泰然等,2022),并对地震发生的构造背景进行了分析(3)https: ∥www.eq-igl.ac.cn/kydt/info/2022/37308.html。,以此探讨本次地震的成因和未来地震发展趋势。震源机制解、 震源破裂过程、 余震精定位以及GNSS变形数据反演显示,该次地震为一次左旋走滑型破裂事件,破裂面走向NW,倾角近直立,破裂长度为15~25km(徐泰然等,2022)。基于这些分析结果并结合震区活动构造背景,初步认为本次6.8级地震的发震构造是鲜水河断裂带南东段。

图 1 泸定6.8级地震的震中位置及其周边主要断裂构造Fig. 1 Map showing the location of the epicenter of the M6.8 Luding earthquake and major faults around the epicenter.震源机制解据徐泰然等(2022),红色五角星为泸定6.8级地震震中,左下角图示断裂带的构造位置

但余震分布特征和GNSS观测结果等①②显示此次泸定地震的破裂情况可能较为复杂,同时该地震发生在青藏高原东南缘川滇块体的东边界,震中附近区域是多条活动断裂的交会部位(图 1),这些引发了关于发震构造的一些争议。由于余震分布条带位于磨西断裂地表迹线稍微偏西,因而有研究者认为发震构造可能并非鲜水河主断裂,而是一条NW向的次级断裂; 余震分布和GNSS速度场特征显示附近存在一条NE向条带(图 2),有研究者认为发震构造有可能是一条NE向断裂(如大渡河断裂)或不明断裂; 更有研究者认为要考虑大岗山水库蓄水对发震的影响。总之,本次泸定地震的发震构造究竟是哪条断裂,是鲜水河断裂,还是一条分支或次级断裂,一时众说纷纭。同时,该地区曾发生过1786年 7级地震(四川省地震资料编辑组,1980; 唐荣昌等,1993),此次泸定6.8级地震是该历史地震破裂段的重复活动,还是发生于地震空段,也是需要讨论的问题。因此,确定此次地震的发震构造,对于深入认识本次地震的成因和鲜水河断裂带南东段现今的活动性,以及川滇块体东边界鲜水河-安宁河断裂带展布地区未来地震危险性评估,具有重要的理论和实际意义。

图 2 泸定地震现场考察点、 断裂展布与余震分布图Fig. 2 Maps showing field observation sites,fault geometry and aftershock distribution.余震精定位数据截至2022年9月11日8时,断裂迹线据陈桂华等(2018)

认识发震构造的直接证据,就是该次地震发育的同震地表破裂和地表变形现象。究竟有没有地表破裂、 破裂发生在哪一段,通过野外地质调查可以确认地震反演和形变资料分析结果。因此,为了揭示本次地震的发震构造及其活动特征,我们于震后立即针对该次地震的同震地表变形或可能的地表破裂开展了半个月的野外现场考察,包括地表变形的位置、 几何结构、 运动性质、 位移大小、 展布范围等,获得了关于2022年四川泸定6.8级地震地表破裂发育情况的总体认识。本文将在分析野外考察结果的基础上,综合地震反演和形变观测的分析结果,特别是余震分布的时空演化特征,讨论泸定6.8级地震的发震构造及其相关活动,并对该地区未来的地震趋势判定进行评估。

1 区域活动构造背景

此次泸定6.8级地震发生在青藏高原东南缘川滇块体的东边界,震中位置的主要活动断裂为鲜水河断裂带(图 1)。鲜水河断裂带是中国大陆一条著名的活动断裂带(Molnaretal.,1984; Allenetal.,1991),是青藏高原巴颜喀拉活动块体南边界的主要组成部分(邓起东等,2002; 张培震等,2003)。其北西起于甘孜县西北,向南东经炉霍、 道孚、 康定、 泸定县磨西,延伸至石棉县新民以南后活动形迹逐渐减弱,最终消失于石棉公益海附近(李天袑等,1997)。断裂全长约400km,总体走向320°~330°,晚新生代以来表现出强烈的左旋走滑运动,水平位移总规模约达60km(Wangetal.,1998)。基于断裂的平面几何结构与不连续性,鲜水河断裂带以惠远寺拉分盆地为界可分为北西和南东2部分,二者在地貌特征和活动性上都具有明显差异。北西段总体显示为比较单一的几何结构,由炉霍段、 道孚段和乾宁段呈左阶斜列构成一条主干断裂,平均水平滑动速率为10~15mm/a(钱洪等,1988; 闻学泽等; 1989; Allenetal.,1991; 唐荣昌等,1993); 南东段的结构相对较为复杂,色拉哈—康定段由3条次级断层近平行展布而成,单条断裂的滑动速率低于10mm/a,但3条断层的滑动速率之和约为10mm/a(周荣军等,2001a); 康定以南断层又呈一条单一的主干断层延伸,滑动速率值亦约6~10mm/a(闻学泽等,2001; 周荣军等,2001b)。

鲜水河断裂带相对较高的滑动速率决定了其具有较强的地震活动性和较短的强震复发周期。自1725年有地震记载以来,不到300年的时间里就记录了8次7级以上地震的发生,地震地表破裂带几乎覆盖了整条断裂(李天袑等,1997),1973年发生在断裂带北西段的炉霍7.6级地震的地表破裂带遗迹依然保存较好。跨不同断层段落开挖的古地震探槽揭露出全新世以来断裂上曾发生多次强震事件(李天袑等,1997; 周荣军等,2001b; Huetal.,2015; 李东雨等,2017; Yanetal.,2017; Liangetal.,2020),充分表明其地震活动性强的特征。本次地震发生在断裂带南东段的磨西段(也称磨西断裂),是鲜水河断裂带的最南段,其北西端起始于两河口一带,从雅家埂南东坡顺磨西河往南切过磨西台地,经二台子、 湾东、 猛虎岗、 什月坪、 田湾,至塔骨堆一带,全长约80km(闻学泽等,2001; 周荣军等,2001b)。其北西端与康定断裂呈左阶斜列,南东端与安宁河断裂带北端、 大凉山断裂带北端交会(何宏林等,2008; 陈桂华等,2011)。同时,NE向的龙门山断裂带西南段在磨西附近与鲜水河断裂相交(Burchfieletal.,1995; 周荣军等,2000)。磨西断裂的地表形迹局部较为清晰,但并不很连续。该段历史上最近的一次大地震发生在1786年,同震地表破裂至今在一些地段仍清晰可见,但对于该地震的地表破裂范围也尚存争议。早期的研究一般认为,1786年 7级地震的地表破裂发生在磨西以北(邓天岗等,1986; 钱洪等,1988; 王新民等,1988; 龙德雄等,1990; 李天袑等,1997); 而近年来的研究则认为,该次地震的地表破裂穿过了磨西,终止于田湾一带(闻学泽,2000; 周荣军等,2001a,b; 陈桂华等,2011),甚至有可能到达石棉附近的大凉山断裂上(冯嘉辉等,2021)。

2 同震地表变形现象的野外调查

为了查明此次地震的发震断裂及其发育的同震地表变形,我们在泸定6.8级地震震中北西15km和南东25km展布范围内沿着磨西断裂进行了现场考察(图 2)。

2.1 震中以北

本次地震的震中位于泸定县磨西镇海螺沟附近。海螺沟—跃进坪段是磨西断裂在震中附近及其以北的主要段落,我们沿该段断裂从震中一带向NW进行追索调查,并对因滑坡阻挡无法到达的段落进行了无人机拍摄。调查显示,震中附近断裂的二台子段及与二台子段呈斜向错列的柏秧坪段,断裂迹线线性非常清晰,沿断裂发育清楚的断层谷地、 陡坎、 坡中槽及冲沟左旋拐弯等活动构造地貌现象,但除了台地边缘因边坡效应形成的张裂缝及断裂沿线附近密布的滑坡外,没有发现存在同震构造变形(图3a,b)。在青冈坪—跃进坪段,断裂沿线同样地表完好,断裂穿过的道路没有变形,房屋破坏也不太严重,连地震裂缝都很少见,更没有发育同震地表变形现象(图3c)。灾害调查也显示,蔡阳坪以北磨西断裂沿线的建筑物在泸定地震中的破坏较轻,大多数建筑物保持完好,即使距震中只有4km、 位于该断裂上的燕子沟镇破坏也不严重。燕子沟镇以北断裂沿线没有发育地表裂缝、 滑坡等现象。

图 3 震中附近及以北磨西断裂沿线的震后地貌特征Fig. 3 Photographs showing fault expression and geomorphic features of the Moxi Fault along the section around and north of the epicenter.a 海螺沟二台子附近的断裂槽谷地貌,镜向SE; b 柏秧坪—二台子附近的断裂地貌,断裂在此处右阶斜列,镜向SE; c 跃进坪附近的NW向断裂陡坎,镜向SW; d 海螺沟内震中附近的地貌,镜向W。注意断裂地貌都没有显示同震地表破裂与变形, 箭头指示断裂位置,位置见图2

总之,在泸定6.8级地震震中附近及其以北沿磨西断裂开展的追踪调查显示,断裂经过的地貌位置没有发生同震构造变形,没有发现其他明显的同震地表变形现象。

为了验证发震构造是否为NW向次级断裂或NE向断裂,我们沿震中附近的海螺沟、 磨子沟、 燕子沟进行了追索。这几条沟谷大致平行,总体走向近EW—NEE,长度>10km。遥感影像上沿沟谷并没有显示出活动断裂常见的线性地貌。详细的野外调查显示,这些沟谷内以灰—深灰色灰岩、 大理岩、 石英云母片岩及斜长花岗岩等剥蚀地貌为主,没有显示出断裂陡坎、 线性沟槽、 地表变形等活动断裂地貌(图3d); 虽然海螺沟和磨子沟在震中附近的一段在此次泸定6.8级地震中的破坏较为严重,但没有观察到任何有关的同震构造变形现象。这些观察结果表明,此次地震中没有NW向次级断裂或NE向断裂的同震地表变形。

2.2 震中以南

在泸定6.8级地震震中以南,我们主要沿磨西断裂的二台子南—湾东村—猛虎岗—幸福村—爱国村—团结村—茨格达海子一段开展了调查。该段断裂的线性影像清晰,沿断裂发育清楚的断层谷地。在湾东村、 幸福村和爱国村观察到了同震地表破裂的迹象(图 4)。

湾东村北,在NW走向的山坡前缘发育一条走向340°、 高2~3m的陡坎,长约50m(图4a)。该陡坎形成的自由面平直,且与SEE走向的冲沟谷壁垂直,推测应为断裂在此次地震中破裂到地表所形成的。从该点向NW的延伸方向上出露一系列滑坡形成的三角面(图4b),滑坡面平直,其出露位置可连成一条NW走向的条带,同样推测为断裂在本次地震中破裂到地表的位置。沿着该陡坎往SE方向的坡面上,与陡坎相连处发育一条走向NW、 长30m、 宽约20cm的地表裂缝(图4c)。裂缝局部拱起,显示为水平撕裂而成。该裂缝向SE延伸的位置为一个NW向的坡折平台地貌,长约200m,横跨该地貌的冲沟被左旋位错约50m,沟口出露的剖面显示为深灰色断层破碎带物质(图4d)。再向SE可见断裂位置的坡体垮塌(图4e)。继续向SE延伸线上的湾东村内发育一走向355°的地表裂缝,斜切水泥路面,长约10m(图4f)。裂缝呈右阶斜列,指示左旋特征。其延伸方向的北西侧为滑坡覆盖,南东侧进入山坡,被植被覆盖,无法观察。从无人机拍摄的影像看,在这一系列同震变形沿线的位置皆发育冲沟沟谷的左旋偏转和山体的左旋扭动(图4g)。通过此段所呈现的一系列地表变形特征,基本可以确定为本次地震的同震地表破裂现象。

在猛虎岗,断裂通过的垭口处没有观察到地表破裂的迹象。但从山顶垭口一带的变形情况看,破裂有从垭口西侧山坡切过的可能性(图5a)。这一侧在地震中形成多处滑坡,滑坡面平直形成三角面,并在延伸方向上与断层沟谷向SE延伸处的多个滑坡相连(图5b)。由此推测,与湾东村南、 北两侧沟谷中的情况相同,这些滑坡可能为断裂破裂到地表时切割山体形成的。在幸福村,乡村公路的水泥路面发育走向330°、 宽6.2m的变形带(图5c)。该变形带主要表现为高约60cm的陡坎和宽达20cm的裂缝带。裂缝南西一侧的路面被抬高,水泥路面被左旋位错30cm(图5c)。该变形带位于断裂在地表通过的位置,斜切平坦的路面,两侧均不靠边坡(图5d)。向SE延伸为走向NW的坡面垮塌,向NW则隐入阶地陡坡和茂密的植被中。在幸福村南可见宽近百米的断层破碎带,沿破碎带滑坡、 垮塌严重,同样疑似为沿断裂的同震地表变形(图5e)。

图 4 湾东村一带的同震地表变形Fig. 4 Co-seismic deformation along the Moxi Fault around Wandong village.a 湾东村北的NW向新鲜陡坎,镜向SW; b 一系列滑坡形成的、 呈线性排列的三角面,镜向NW; c 图a陡坎东南侧的坡面裂缝,镜向SE; d 断裂坡折、 冲沟左旋地貌,镜向SW; e 断裂沿线的同震滑坡与垮塌,镜向W; f 湾东村内路面右阶斜列的裂缝,镜向SE; g 断裂沿线的冲沟与山体左旋位错形成的闸门脊等地貌。红色箭头指示断裂和地表裂缝,位置见图2

图 5 猛虎岗—幸福村一带的地表同震变形Fig. 5 Co-seismic deformation along the Moxi Fault from the mountain pass of Menghugang to Xingfucun village.a 猛虎岗垭口同震滑坡与可能的地表破裂位置,镜向W,黄色箭头与红色虚线指示可能的破裂位置; b 猛虎岗南—幸福村间的同震地表变形与断裂地貌,镜向SE; c 幸福村北公路边的同震地表破裂与变形,镜向SE,注意公路边缘被左旋位错约30cm; d 图c所处位置的断裂地貌,镜向N; e 幸福村南断裂破碎带和同震滑坡地貌特征,镜向SE; 箭头指示断裂,位置见图2

在王岗坪乡(原为田湾乡)爱国村北,断裂通过位置的公路路面在地震中发生破裂变形。单条裂缝走向350°、 长1~2m,形成的地表裂缝带整体走向320°~330°,总长21.5m(图6a)。水泥路面北东一侧抬高20cm,水平位移不明显。公路南东侧排水沟护壁也同时发生了弯曲变形,而延伸方向对应的是山体滑坡。在该点公路北侧,田湾河Ⅰ级阶地上也同样发育NW向地表裂缝,并与公路上的裂缝斜向排列(图6b)。该裂缝带由多条呈雁列形式展布的小裂缝构成,总体走向NW(340°),总长约70m。自该点沿断裂向SE,潘家坪沟桥桥体两端部附近各一处同时被左旋位错各7cm,共计14cm(图6c)。桥体断错处往两侧的延伸方向上均为山坡的同震滑坡和垮塌变形,呈NW走向分布。这一带的滑坡、 垮塌分布也与断裂带一致,沿断裂一线比较严重,离开这一线灾害情况则明显变轻(图6d)。

从爱国村继续向SE沿磨西断裂追索至双坪、 团结村一带,沿跨越断裂的多条穿越路线的调查显示,断裂沿线发育清楚的NW向断层谷地、 陡坎等构造地貌(图6e),但丝毫没有本次地震同震地表破裂的迹象。爱国村附近局部可见与路基边坡走向密切相关的裂缝,为地震时震动引起的边坡效应所致; 向SE,随着距震中渐远,断裂附近的房屋破坏也逐渐减轻,仅部分老房屋出现裂缝和溜瓦; 至团结村一带,沿断裂未见滑坡与崩塌等地质灾害。由此确定,本次泸定6.8级地震沿磨西断裂在石棉县王岗坪乡爱国村以南没有发育同震地表破裂,爱国村北公路一带的破裂点成为本次地震地表破裂的南东端点。

图 6 爱国村一带的地表同震变形与磨西断裂沿线的地貌特征Fig. 6 Co-seismic deformation and geomorphic features along the Moxi Fault around Aiguo village.a 爱国村北公路边的同震地表破裂与变形,镜向SE; b 爱国村北河流阶地上的同震地表裂缝与断裂地貌,镜向NW; c 潘家沟坪桥的同震左旋位移,镜向N,注意此处桥体2处发生左旋位错; d 图a、 b和c所处位置的断裂地貌,镜向NW; e 爱国村附近断裂通过位置的地貌,没有地表破裂与变形,注意爱国村附近及以南无滑坡,而爱国村北断裂沿线滑坡严重,镜向NW。 箭头指示断裂位置,位置见图2

由上述野外调查结果判断,本次四川泸定6.8级地震在磨西镇二台子以南—王岗坪乡爱国村之间可能发育同震地表破裂,此长度为15.5km,同震地表位移为15~40cm。其中最可能破裂到地表的段落为二台子南—猛虎岗之间,长10.5km。该段断裂沿线滑坡严重,滑坡体甚至连成一片,且很多滑坡处于断裂迹线附近,滑坡面平直。经现场调查基本确定,2022年泸定6.8级地震在震中以北、 石棉县王岗坪乡爱国村以南沿磨西断裂没有发育同震地表破裂。

3 泸定6.8级地震的发震构造、 活动特征及未来地震趋势

3.1 泸定6.8级地震的发震构造分析

地震破裂过程的反演结果表明,此次地震的破裂持续时间为16~18s,主要能量集中在前10s内释放,以SE向单侧破裂为主,主要破裂长度为20~25km(徐泰然等,2022); 余震精定位结果表明,余震呈NNW向分布,早期余震集中在震中以南的磨西断裂附近(4)https: ∥www.cea-igp.ac.cn/kydt/279423.html。。破裂过程反演结果和余震精定位分布特征显示的破裂范围均与我们调查的地表破裂段范围一致。GNSS观测数据获得的同震形变场结果显示(5)https: ∥www.ief.ac.cn/kydts/info/2022/69552.html。,鲜水河断裂西侧的GNSS测站具有SE向20mm的同震位移; 断裂东侧的测站具有NW向23mm的位移,运动性质与我们观察到的左旋走滑一致。三维及InSAR同震形变场模拟结果显示(6)https: ∥www.cea-igp.ac.cn/kydt/279408.html。,此次地震引起的最大同震水平向位移达0.42m,垂直向位移为-0.21m,这与我们野外观察到的地表位移吻合。除此之外,同震次生灾害分布显示其与断裂二台子南—爱国村段具有相关性,该段断裂沿线的滑坡异常严重(陈博等,2022),在该段外(海螺沟以北、 爱国村以南)滑坡和破坏等灾害则很快减轻(图3b,6e),这从另一方面表明此次地震的断裂活动主要发生在这一段断裂上。

根据地震数据反演得到的震源机制解参数显示(徐泰然等,2022),泸定6.8级地震的发震断层为水平走滑性质,破裂面走向NW,与鲜水河断裂带的运动性质和走向一致。6.8级地震的震中位于磨西断裂地表迹线附近或稍偏西。由此次地震的震源机制解获得的断裂面SW倾向和断裂倾角74°~89°等参数推断,此次地震的发震断裂出露地表的位置与磨西断裂相对应。同时,横跨余震分布条带一定宽度范围内的野外现场调查显示,无论从地表变形还是震害方面,在磨西断裂以外均未发现与本次地震相关的迹象,可以排除存在NW向次级断裂为发震构造的可能性; 在震中以北沿磨西断裂也未发现明显的地表变形现象。而在震中以南16km范围内沿磨西断裂的地质调查发现了同震地表破裂的迹象。这些研究结果均表明,四川泸定6.8级地震主要是磨西断裂在震中以南的二台子南—爱国村段的活动所致。由此确定,本次地震的主要发震构造应为鲜水河断裂带磨西段。

3.2 泸定6.8级地震的破裂过程与断裂活动

研究表明(Dasetal.,2003; Yukutakeetal.,2017; 房立华等,2018),主震发生后短期内余震的位置与主震断层的破裂面和破裂过程密切相关,早期余震一般沿着主震的破裂面展布,余震带长度相当于破裂长度。因此,余震分布能够直观地显示强震发生的深部结构及断层的破裂范围(张广伟等,2013)。同时,与主震位置进行比较,能体现破裂的过程与方向(赵翠萍等,2008)。通常情况下,发震断裂的走向和破裂长度与余震的分布方向及其范围基本一致,近年来的几次强震均显示余震分布与主震破裂之间存在这种密切关系(Gülenetal.,2002; 陈九辉等,2009; 张广伟等,2013; 房立华等,2018)。但另一方面,余震除主要沿发震断裂的破裂段分布外,有时也会聚集在主震所触发的其他段落或其他断裂上(邵志刚等,2013; 房立华等,2018; Ozawaetal.,2021)。严格来讲,余震序列是在时间和空间上由主震的直接余震和强余震的次级余震相互叠加组成的,余震区边界会向一侧或两侧扩展,最终的余震区通常比早期所勾画的余震区更大(王碧泉等,1983)。也就是说,后期的余震可能是主震和强余震激活了相邻断层上的地震活动。因此,余震空间分布的整体特征体现了强震与区域断裂带构造系统之间关系的复杂性(邵志刚等,2013)。

图 7 泸定6.8级地震余震分布的时-空变化特征Fig. 7 Spatio-temporal evolution of the aftershock distribution associated with the MS6.8 Luding earthquake.a 早期余震分布特征(2022年9月5日14:00以前); b 2022年9月5日19:15前的余震分布特征。断裂迹线展布据陈桂华等(2018),绿色粗线条指示主震破裂范围

本次泸定地震的余震精定位显示,余震沿磨西断裂分布的条带性比较明显,但同时在空间上存在较大的非均匀性,主要表现为被较少余震的稀疏区所分隔的3个丛集区(图 2)。分析发现,余震早期主要分布在震中以南,与破裂的方向一致,震中以北的余震丛集相对时间延迟且数量较少。通过余震分布的时空变化特征并结合野外调查和震源破裂过程的综合分析,可以认识此次地震的发震构造和活动过程。在空间上,早期余震(2022年9月5日14:00前)分布在主震震中的东南侧(图7a)。由此可以认为,此次地震的主震破裂是由主震震中的位置向SE的单侧破裂。而地震破裂过程的反演结果也显示,此次地震以SE向单侧破裂为主,破裂持续时间为16~18s(徐泰然等,2022)。可以推测,这18s时间内的破裂对应了此次地震的主要断裂运动。而之后的余震分布(2022年9月5日19:15前)显示,在近EW—NEE向的海螺沟与燕子沟之间出现了一个NEE走向的余震条带(图7b)。我们初步判定,此NE向余震条带可能对应了此处的一条NE向断裂。可能正是这条NE向断裂在本次地震发动时阻止了发震断裂向NW的扩展,成为一次单侧破裂的事件。关于贡嘎山地区的构造研究显示,磨西附近存在一条NEE向的海螺沟断裂,为右旋走滑性质(范文纪,1982),长约20km。该NE向断裂可能阻碍了主震破裂最初的NW向扩展,而使其向SE传播。因而在距震中相对较近的燕子沟镇及其以北地区震害并不严重,而向S跨过这条NE向断裂,震害急剧增强。与此同时或稍晚一些时间,在NE向断裂北西侧的南门关以北又出现了一条NW向的余震条带,并最终形成了南门关—两河口的NW向余震丛集区(图2,7b)。这一余震带可能是主震触发的磨西断裂在震中以北段落的活动所形成的,并最终奠定了余震分布的整体特征(图 2)。以上分析表明,早期余震主要集中分布在主震破裂面附近,对应了此次地震的主要断裂运动; 而后期出现的NE向及其北西侧的余震丛集区可能对应了NE向断裂和震中以北磨西断裂的较小运动,为主震所触发的其他段落和其他断裂上的地震。

此外,从早期的余震分布特征看(图7a),此次泸定6.8级地震中发生活动的断裂应为震中南侧二台子—新民乡北的团结村一段。野外调查显示,此次地震的主要运动发生于磨西断裂在震中以南16km的段落上,其同震错动的上端在该段出露地表。此段断裂的北西端(震中北侧)被一可能的NE向断裂所截切,利于能量在此聚集,而该段的南东端为几条断裂的交会部位,能量在此疏散。主震发生时,由于受到NE向断裂的阻挡,破裂向SE传播。而之后受主震活动的触发,最终在北西段发生了小幅运动,其范围一直延伸到磨西断裂北西端部两河口以北的阶区附近。而活断层填图资料显示,磨西断裂南东端团结村以南的段落在晚第四纪已不活动(陈桂华等,2018)。从两河口到团结村,正好是磨西断裂活动段的展布区域。因此,此次泸定地震最终导致磨西断裂全段参与了活动。

3.3 未来地震危险性分析

本次泸定6.8级地震从某种程度上来说是一次“意料之中”的地震,原因主要体现在以下几个方面: 1)震中位置所处的川滇地块边界是构造活动强烈的地区(图 8),而近年来发生的汶川地震、 芦山地震、 漾濞地震等强烈地震加快了川滇和巴颜喀拉等地块边界地区的应力加载(Todaetal.,2008; Guoetal.,2018; 徐晶等,2019)。 2)本次地震发生活动的鲜水河断裂带东南段是该断裂带上已知的历史地震离逝时间最长的断裂段之一(Wenetal.,2008; Baietal.,2021; Qiaoetal.,2021),且本次地震的发震段落还有可能是一条地震破裂空段。 3)利用该段滑动速率和离逝时间获得的累积亏损已达2.3~3.2m(Baietal.,2021)。因此,地震之前的一些研究结果就将鲜水河断裂东南段划为MW7.0 ~7.37的强震危险段落(Baietal.,2021; Qiaoetal.,2021)。野外初步调查显示,磨西以南缺少历史地震地表破裂的证据,1786年M7地震的地表破裂很可能终止于磨西以北。因此,此次泸定地震的发震部位可能为1786年地震之后的地震空段,这一认识需要进一步考察验证。但泸定地震中磨西断裂的全段活动可能表明,1786年地震后该段所积累能量的一部分或全部已经释放,磨西断裂的地震危险性已大大降低。

图 8 青藏高原东南缘的主要活动断裂与强震分布Fig. 8 Major active faults and strong earthquakes(M≥5.0)on the eastern margin of Tibetan plateau.图中浅蓝色线条为磨西断裂,绿色线条为色拉哈断裂,深蓝色线条为安宁河断裂北段; 蓝色、 绿色、 黄色、 橙色圆圈分别为2008年汶川M8.0、 2013年芦山M7.0、 2014年康定M6.3、 2021年漾濞M6.3地震的震中。ZDTF 折多塘断裂; SLHF 色拉哈 断裂; YLHF 雅拉河断裂

认识地震的同震变形和破裂段,对于评估邻近断裂未来地震的潜在危险性同样非常重要(Harris,1998)。通过确定本次泸定地震的发震断裂,可对其邻近断裂未来的地震潜在危险性进行评估。磨西断裂北侧为鲜水河断裂的惠远寺—康定段,由雅拉河断裂、 色拉哈断裂和折多塘断裂等3条近平行的分支断裂组成(李天袑等,1997; 闻学泽,2000)(图 8)。其中,西支的折多塘断裂于1955年发生过7.5级地震,地震危险性相对较低。而活动性最强、 最受关注的是位于中间的色拉哈断裂,前期地质研究和近期利用InSAR数据获得的该段断裂的强震复发间隔为184~260a(Allenetal.,1991; Qiaoetal.,2021)。该段断裂上一次发生的较大地震是1725年的7级地震(Allenetal.,1991; 李天袑等,1997; Wenetal.,2008),距今已过去298a,大大超过其一次大地震的能量累积时间,因此该段也被认为是一个地震空段(Allenetal.,1991; Wenetal.,2008; Jiangetal.,2015; Lietal.,2021)。虽然2014年在色拉哈断裂北部发生了一次6.3级地震(Jiangetal.,2015; 易桂喜等,2015),但其所释放的能量远远低于一条7级强震断裂段于一个复发间隔期所积累的能量。因此,该段近期发生7级以上强震的风险性极大。最新研究确认(梁明剑等,2020),东支的雅拉河断裂具有全新世活动性和发生强震的能力。同时,在该断裂北段发现了保存较好的地震地表破裂带,推测为公元1700年的7级左右地震所致。若果真如此,雅拉河断裂也已有300多年的地震离逝时间,该段的地震风险不容忽视。其南侧的安宁河断裂带同样是川滇块体的一条重要的边界活动断裂带(图 8),晚第四纪以来构造变形强烈。近年来的古地震研究揭示安宁河断裂北段的大地震平均复发间隔为500~700a(闻学泽,2000; 冉勇康等,2008),南段的平均复发间隔为600~800a(Wangetal.,2014,2017)。断裂南段曾于1536年发生过1次7.5级地震(闻学泽等,2008),之后1952年在冕宁以南发生了1次6.5级地震。而相对于南段,安宁河断裂北段处于明显的“缺震”状态,成为强震活动的空段。磨西地震的发生,会大大增加其相邻断裂段的地震危险性。因此,上述的色拉哈断裂、 安宁河断裂北段这2条断裂成为当前川滇块体东边界地区最具大地震复发危险的地段。

4 结论

根据野外地质调查结果,结合他人获得的地震反演和形变观测资料等综合判定,鲜水河断裂东南段的磨西断裂为四川泸定6.8级地震的发震构造,此断裂带在震中以南长约16km范围的破裂是本次6.8级主震发生的主要原因。野外观察结果结合余震分布特征分析表明,在本次泸定6.8级地震中,沿震中以南的磨西断裂发生了左旋走滑运动,导致主震的发生; 而其后受主震触发,震中以北也发生了相应的小幅运动。由此推断,此次泸定地震是一次磨西断裂局部发动、 其后全段参与的事件。

致谢中国地震局地质研究所对本次地震应急科学考察进行了精心组织和协调,并提供了各方面的支持与保障; 所有科考人员在艰苦和危险的环境下团结协作,这些都是此次地震应急科学考察得以顺利完成的有力保障。审稿专家的建设性意见对提高文章质量大有帮助。在此一并表示感谢!

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