2022年青海门源MS6.9地震地表破裂特征的初步调查研究

盖海龙 李智敏 姚生海 李 鑫

(青海省地震局， 西宁 810001)

0 引言

此次门源MS6.9 地震是进入2022年以来全球震级最大的一次地震， 也是青海省境内继2021年5月22日玛多MS7.4 地震后的又一次6.0级以上地震， 同时也是继1986年8月26日和2016年1月21日2次门源6.4级地震之后该地区发生的震级最高、 地表破裂最长的地震事件。因此， 该地震备受社会关注， 及时查明此次地震的同震地表破裂展布、 组合特征、 运动性质和同震位移， 对于正确认识地震的发震构造、 破裂过程、 近期地震危险性判别、 重大工程选线、 抗震设防及抢险救灾具有重要意义。

地震发生后， 笔者随青海省地震局第一时间派出的现场工作队赶赴震区开展烈度调查和现场地震地质考察工作。其间， 在地表调查的基础上， 基于高分辨率卫星遥感图像的解译分析， 结合无人机低空摄影测量(大疆精灵PHANTOM 4RTK)， 在沿此次地震产生的地表破裂带内重点获得了5处典型地点的同震破裂资料。在室内利用Agisoft Metashape Professional软件对每个区段航拍的照片进行处理， 生成了高分辨率正射影像图(DOM)， 同时在Arcgis pro软件中基于正射图对5处典型的地震地表破裂段进行了详细解译。本文主要基于这一调查结果， 结合已有资料和余震分布特征等， 对此次地震同震地表破裂的发育特征及破裂组合模式进行分析， 以期为区域防震减灾、 重点地震危险区判别及近期地震发展趋势等提供重要的理论和实际参考。

1 区域地震地质构造背景

新生代以来， 印度板块与欧亚大陆的持续碰撞使青藏高原不断向周边扩展和增生(Molnaretal.， 2009)， 受北侧戈壁-阿拉善地块和东侧鄂尔多斯块体的阻挡， 青藏高原东北缘晚新生代以来构造变形十分强烈(邓起东等， 2002)。20世纪20～30年代的仅12年间内， 在青藏高原东北缘就先后发生了1920年海原8.5级地震、 1927年古浪8级地震和1932年昌马7.6级地震(顾功叙等， 1983； Peltzeretal.， 1988； Gaudemeretal.， 1995； 国家地震局震害防御司， 1995； 张培震等， 2003； Xuetal.， 2010)。1920年海原M8.5地震在海原断裂上产生了长约220km的地震地表破裂带(Zhangetal.， 1987)。1927年古浪M8地震在皇城-双塔断裂东段冬青顶山前和山顶位置分别产生了长约23km的压性地表破裂带和21km的张性破裂(Xuetal.， 2010)， 同时武威盆地南缘断裂在1927年古浪M8地震中也形成了地表破裂(艾晟等， 2017)； Guo等(2019a， b)在祁连山中东段的冷龙岭断裂揭示了一条长约120km的地表破裂带， 该破裂带很可能也是在1927年古浪M8地震中产生的。此次门源MS6.9 地震发生的区域属于青藏高原晚新生代NE向扩展变形的前缘地带， 在大地构造上位于青藏高原东北缘的北祁连褶皱带， 北侧为河西走廊过渡带， 南侧为中祁连隆起带。区域内发育一系列NW、 NWW走向且规模不等的活动断裂带(Tapponnieretal.， 1977； Zhangetal.， 2004)， 主要包括NWW走向、 以左旋走滑为主的祁连-海原断裂(国家地震局地质研究所等， 1990； 袁道阳等， 1998)， NW走向、 以右旋走滑为主的鄂拉山断裂(袁道阳等， 2004)、 日月山断裂(李智敏等， 2018)以及在河西走廊两侧分布的逆冲性质的皇城-双塔断裂、 佛洞庙-红崖子断裂和榆木山断裂等(图 1)。其中， NW向的祁连-海原断裂系是青藏高原东北缘一条长约1000km的大型边界走滑断裂(Tapponnieretal.， 1977； Peltzeretal.， 1988)， 由西向东主要由托莱山断裂、 冷龙岭断裂、 金强河断裂、 毛毛山断裂、 老虎山断裂和海原断裂组成(图 1)(Zhengetal.， 2013； 郭鹏等， 2017b； 刘金瑞等， 2018)。其中， 冷龙岭断裂附近于1986年8月26日和2016年1月21日分别发生了2次6.4级地震(徐纪人等， 1986； 郭鹏等， 2017a)。此次门源MS6.9 地震发生在冷龙岭断裂与托莱山断裂交会的位置(图 1)(邓起东等， 2003， 2007)。

图 1 青海门源 MS6.9 地震的构造背景图(修改自郭鹏等， 2017a)Fig. 1 Seismotectonic map of the Menyuan MS6.9 earthquake in Qinghai Province(modified from GUO Peng et al.， 2017a).五角星表示门源 MS6.9 地震的震中， 红色及粉红色圆圈表示青藏高原周缘1900AD以来发生的6级以上地震。LSHF 龙首山断裂； YMSF 榆木山断裂； ML-DMYF 民乐-大马营断裂； HC-STF 皇城-双塔断裂； GLF 古浪断裂； FDM-HYZF 佛洞庙-红崖子断裂； CMF 昌马断裂； TLSF 托莱山断裂； LLLF 冷龙岭断裂； JQHF 金强河断裂； MMSF 毛毛山断裂； LHSF 老虎山断裂； HYF 海原断裂； RYSF 日月山断裂； ELSF 鄂拉山断裂

2 地震序列及地表破裂带展布情况

2.1 地震序列

图 2 2022年门源 MS6.9 地震序列的精定位结果(据Fan等(2022)和许英才等(2022))、 野外调查点和同震地表破裂带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年门源 MS6.9 地震的震源参数Table1 Source parameters of the 2022 Menyuan MS6.9 earthquake

2.2 地表破裂带的展布情况

2.3 地震序列与地表破裂空间分布的关系

从余震定位的结果看(图 2)， 余震空间分布呈现明显的分区特征， 在一棵树沟以东至岗斯卡以西区域， 余震在空间上呈NW向集中展布， 且分布于冷龙岭断裂的两侧， 此段未见有地表破裂； 在一棵树沟以西的区域， 余震空间上呈近EW向集中展布， 余震集中分布于冷龙岭断裂的南侧， 且同震地表破裂空间展布与余震分布不重合， 地表破裂展布于余震集中分布带的北侧。余震分布的差异性表明余震区东、 西部分的构造变形模式可能存在较为显著的差异。最大余震5.2级地震发生在东南部， 且在东南部未产生地表破裂， 地表破裂与余震分布的不协调性表明该地区地震构造机理的复杂性， 这也是下一步值得深入研究的内容。

3 同震地表破裂特征

地表调查显示， 此次地震形成了一系列由张裂隙、 挤压鼓包、 张剪裂隙和剪切裂隙等多种构造类型组合而成的复杂同震地表破裂带， 整体构成一宽数米至近百米不等的左旋剪切变形带。

3.1 南支大西沟段考察点

南支大西沟段的同震地表破裂带主要沿大西沟北侧展布， 破裂带总体走向275°， 近EW向， 连续性好， 全长约4km(图 2)。本段破裂主要由斜列的挤压鼓包、 张裂隙、 张剪裂隙等多种构造类型组合而成(图 3， 3a)； 在一小冲沟处可见小冲沟等被左旋断错(图3b)， 现场通过皮尺测量获得小冲沟被左旋断错1.0m(图3c)； 在被断错小冲沟(图3b， c)的西侧可见一规模宏大的对称帐篷型挤压鼓包(图3e)， 鼓包高达0.8m， 长达3.6m， 宽达2.6m， 鼓包走向340°； 在该段的中部位置可以见挤压鼓包、 张剪裂隙组合(图3d， f)， 张剪裂隙的走向为240°～250°； 在该段东部位置可见雁列状张裂缝(图3g)。

图 3 大西沟段的地表破裂带变形特征(位置见图 2) Fig. 3 Coseismic surface rupture along the Daxigou segment(see Fig. 2 for the location).a 大西沟段的正射影像图及观察点分布图； b 小冲沟左旋位错； c 小冲沟被左旋位错1.0m； d 斜列张剪裂隙和挤压鼓包； e 挤压鼓包； f 张剪裂隙和挤压鼓包； g 雁列状张裂缝

3.2 北支主破裂段

北支主破裂主要沿冷龙岭断裂西段分布， 整体走向呈295°， 西起上大圈沟西侧， 向E经道沟， 在脑儿墩桥西侧斜跨硫磺沟(永安河)， 后沿硫磺沟南侧展布经红沟沟口， 终止于一棵树沟附近， 长约18km(图 2)。本段破裂主要由斜列的张裂隙、 张剪裂隙、 挤压鼓包和塌陷等多种构造类型组合而成， 可见河心滩、 冰面和道路等被左旋断错， 连续性较好； 同时， 本段破裂中可见逆冲形成的反向陡坎及水平擦痕。下文将分别对道沟、 硫磺沟西段、 硫磺沟斜跨河流段、 硫磺沟东段4个考察点进行描述。

3.2.1 道沟考察点的地表破裂

地表破裂自西向东横穿道沟， 在道沟两岸可见清晰的地表破裂， 地表破裂带最宽处可达80m， 主要由右阶的张裂缝、 左阶的大型挤压鼓包、 张剪裂隙和塌陷等样式组合而成(图 4)。在道沟西岸， 地表破裂将一处河心滩左旋位错1.2m(图5a， b)， 地表破裂穿过沟谷向E在山前高台地上， 可见规模较大的挤压鼓包和张裂缝组合(图5c)； 在道沟河的一级阶地上可见一大型张剪裂缝(图5d， e)， 裂缝宽2.0m， 深达3m， 同时形成了塌陷(图5d)。在道沟河的西岸可见一对称帐篷型挤压鼓包， 鼓包高0.6m， 宽1.8m(垂直对称轴方向)， 长1m(图5f)； 该段东部的张裂缝和鼓包的斜列方式指示破裂带以左旋走滑运动为主(图5g)； 在一处张剪裂缝的南侧可见水平向的擦痕(图5h)， 擦痕倾伏向为105°， 与地表破裂带的走向近一致， 指示擦痕所在的南盘向E运动； 倾伏角为3°， 近水平， 指示断层的运动性质为典型的水平走滑。

图 4 道沟段地表破裂带的正射影像图及考察点(位置见图 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 硫磺沟西段考察点的地表破裂

该段整体走向290°， 地表破裂在正射影像上清晰可见(图6a)。实测的一处本来连在一起的雪面被左旋错动1.1m(图6b)； 破裂形成的一对称帐篷型挤压鼓包， 高达1.2m(图6c)； 在该段可见北盘向S逆冲形成的反向陡坎(图6d)； 在该段的中部可见由挤压鼓包、 张裂缝和张剪裂隙形成的组合破裂(图6e)； 在该段的东部可见逆冲形成的2.4m的鼓包(图6f)， 同时可见北盘向上逆冲时的擦痕(图6g)， 指示了此段既有左旋水平运动， 也有逆冲运动。

图 6 硫磺沟西段地表破裂的变形特征(位置见图 2) Fig. 6 Coseismic surface rupture in the western Liuhuanggou segment(see Fig. 2 for the location).a 该段的正射影像图； b 左旋位错1.2m； c 对称帐篷型挤压鼓包； d 逆冲形成的反向陡坎； e 由挤压鼓包、 张裂缝和张剪裂隙形成的组合破裂； f 逆冲形成2.4m的鼓包； g 擦痕

3.2.3 硫磺沟斜跨河流段考察点的地表破裂

地表破裂在在脑儿墩桥西侧从NW向SE斜跨硫磺沟(永安河)(图 7)， 向E在硫磺沟南侧山坡分布， 破裂的组合形式主要以线性剪裂隙、 斜列的张裂隙和挤压鼓包为主。在硫磺沟公路北侧可见以挤压鼓包和张裂缝组合的地表破裂(图8a)， 实测的一处冰面的左旋错动位移为1.65m(图8b)， 张裂缝宽达0.8m， 可容纳一个人进入； 据中国地震局地质研究所韩竹军的报道结果， 地表破裂在斜穿硫磺沟时， 在硫磺沟(永安河)的北岸被左旋位错3.1m(图8c)， 此处为同震水平位错最大处(4)https： ∥www.eq-igl.ac.cn/zhxw/info/2022/36632.html。； 同时地表破裂将硫磺沟公路北侧的栅栏左旋位错2.7m(图8e)； 在硫磺沟(永安河)冰面上可见明显的地表破裂， 冰面上形成了线性剪裂隙、 斜列的张裂隙和挤压鼓包(图8e)； 在硫磺沟公路北侧山坡上形成的挤压鼓包明显， 为单个呈不对称的帐篷型， 高0.8m(图8f)； 山坡上还可见雁列状张剪裂隙(图8g)； 该段可见北盘向南盘逆冲形成的鼓包， 鼓包高达1.0m(图8h)。以上现象指示此段既有左旋水平运动， 也有逆冲运动。

图 7 硫磺沟斜跨河流段地表破裂带的正射影像图及考察点(位置见图 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).

图 8 硫磺沟斜跨河流段段地表破裂带的变形特征(位置见图 7)Fig. 8 Coseismic surface rupture zone and investigation points of the Sushuanggou oblique cross-river segment(see Fig. 7 for the location).a 挤压鼓包和张裂缝组合的地表破裂； b 冰面被左旋位错1.65m； c 左旋位错3.1m； d 栅栏被左旋位错2.7m； e 冰面上的破裂； f 不对称帐篷型挤压鼓包， 高0.8m； g 雁列状张剪裂隙； h 逆冲形成的鼓包， 鼓包高达1.0m

3.2.4 硫磺沟东段考察点的地表破裂

该段整体走向310°， 雁列状裂缝在正射影像上清晰可见(图9a)。地表破裂主要是逆冲形成的陡坎及鼓包； 断层陡坎以左阶的形式排列(图9b)； 在一冲沟处， 逆冲形成的鼓包高达1.4m(图9c)； 多处照片显示南盘向北盘的逆冲运动(图9d， e)， 未见明显的水平运动标志。

图 9 硫磺沟东段地表破裂的变形特征(位置见图 2)Fig. 9 Coseismic surface rupture in the eastern Liuhuanggou segment(see Fig. 2 for the location).a 该段的正射影像图； b 左阶断层陡坎； c 逆冲鼓包； d 陡坎及鼓包； e 陡坎

3.3 地表破裂带的空间分布特征

图 10 地震地表破裂的空间展布及位移空间展布图Fig. 10 Spatial distribution of earthquake surface rupture(a)and displacement(b).a 地震地表破裂的空间展布； b 位错量的空间展布图

4 破裂组合模式

图 11 发育于上大圈沟的地表裂隙和冰面裂隙Fig. 11 Surface fissures and ice surface fissures developed in the Shangdaquangou.a 走向的裂缝； b 走向135°的裂缝

图 12 门源MS6.9地震地表破裂带的组合模式图Fig. 12 The combined model of the surface rupture zone of the Menyuan MS6.9 earthquake.a 拉分盆地的其中一种构造演化模式(Koide et al.， 1977)； b 门源 MS6.9 地震地表破裂带的组合模式图

5 初步认识

本文综合震源参数、 余震分布和地表地质调查结果， 获得了关于2022年门源MS6.9 地震地表破裂特征的一些初步认识， 主要包括：

(1)此次门源MS6.9 地震是进入2022年以来全球震级最大的一次地震， 也是青海省境内继2021年5月22日玛多MS7.4 地震后的又一次6.0级以上地震， 同时也是继1986年8月26日和2016年1月21日2次门源6.4地震之后该地区发生的震级最高、 地表破裂最长的地震事件。

(2)此次门源MS6.9 地震的同震地表破裂具有典型的左旋走滑运动性质， 同时兼有一定的逆冲分量， 垂直位错最大为0.8m。

(4)整个地表破裂主要由线性剪裂隙、 斜列张裂隙和张剪裂隙、 挤压鼓包等多种构造类型组合而成。

(5)余震空间分布呈现明显的分区特征， 在一棵树沟以东至岗斯卡以西区域， 余震在空间上呈NW向集中展布， 且分布于冷龙岭断裂的两侧， 此段未见有地表破裂； 在一棵树沟以西区域， 余震在空间上呈现近EW向集中展布， 余震集中分布于冷龙岭断裂的南侧， 且同震地表破裂的空间展布与余震分布不重合， 地表破裂展布于余震集中分布带的北侧。余震分布的差异性表明余震区东、 西部分的构造变形模式可能存在较为显著的差异。最大余震5.2级地震发生在东南部， 且在东南部未产生地表破裂， 地表破裂与余震分布的不协调性表明该地区地震构造机理的复杂性， 这也是下一步值得深入研究的内容。

(6)本次门源地震的主破裂沿着冷龙岭断裂西端破裂， 向W又使托莱山断裂的东端破裂了约4km。冷龙岭断裂和托莱山断裂的深部构造特征特别是两者之间的转化关系值得深入研究。本研究可为区域防震减灾、 重点地震危险区判别、 重大建设工程选线及近期地震发展趋势等提供重要的理论和实际参考。

致谢审稿专家对本文进行了高效率的评审并提出了宝贵意见， 在此表示衷心感谢！