2022年1月8日青海门源MS6.9地震的同震地表破裂特征

梁 宽 何仲太 姜文亮 李永生 刘泽民

1)应急管理部国家自然灾害防治研究院， 北京 100085 2)防灾科技学院， 河北省地震动力学重点实验室， 三河 065201 3)中国地震局地壳动力学重点实验室， 北京 100085

0 引言

中国地震局现场工作队通过灾区震害调查， 并综合应用地震构造背景、 仪器烈度、 余震分布、 震源机制、 遥感影像等科技支撑成果， 确定了此次地震的烈度分布， 最高烈度为Ⅸ度， Ⅵ度区及以上面积约为23417km2， 等震线长轴呈NWW走向， 长轴约200km， 短轴约153km(3)https： ∥www.cea.gov.cn/cea/xwzx/fzjzyw/5646200/index.html。。据新华社报道， 本次地震共导致青海海北藏族自治州5831人受灾， 9人受伤， 无人员死亡； 紧急转移分散安置16户65人； 严重损坏房屋217间， 一般损坏房屋3835间； 畜棚倒塌6座、 一般损坏145座； 供排水管网损坏15km， 供热管网损坏3.96km， 省道损坏3.3km， 乡村道路损坏8km， 桥梁损坏3座， 涵洞损坏17处； 地质灾害隐患点成灾1处， 祁连山国家公园管护站均不同程度受损(4)https： ∥m.thepaper.cn/newsDetail＿forward＿16210877。。地震发生后， 中国铁路青藏集团有限公司立即启动应急预案， 封锁兰青线、 青藏线海石湾—察汗诺站， 兰新客专西宁高速场—浩门站间线路， 并立即扣停封锁区间内所有在途列车。地震导致兰新高铁浩门—军马场区间隧道群及线路设备严重受损， 致使兰新高铁中断运行(5)https： ∥mp.weixin.qq.com/s/4feFa4kinGzfwWeBPMtdFg。。

该地震震中东南侧发生过2016年1月21日青海门源MS6.4 地震， 震源机制为逆冲型， 震中处于冷龙岭断裂中部以北(胡朝忠等， 2016； Guoetal.， 2017)。这2个地震之间的联系以及其地震诱发机制是什么亟需解答。同时， 相继发生在青藏高原东北缘的2次近距离6级以上地震也为研究青藏高原东北缘的最新变形和区域地震危险性提供了机会。想要解决以上问题， 首先需要了解此次地震的地震地表破裂特征。为了快速掌握地震瞬间造成的地表破裂特征， 我们利用地震当天获取的国产高分7号卫星等数据， 基于影像特征快速确定了同震地表破裂带的总体展布特征。在高分7号遥感解译结果的基础上， 在地震当天进入震中现场开展野外调查， 并对典型破裂地点开展了详细的地面和航空摄影测量， 基本掌握了地震地表破裂的几何分布、 破裂长度和最大同震位错。在此基础上， 结合InSAR同震形变场和同震滑动分布反演、 震源机制解和余震精定位分析等结果， 认为此次地震的发震构造为冷龙岭断裂西段， 托莱山断裂同时参与破裂。

1 地震构造背景

印度板块向欧亚大陆板块NNE向的持续推挤导致了青藏高原的快速隆升， 并持续向大陆内部扩展(Gaudemeretal.， 1995； Tapponnieretal.， 2001)。青藏高原东北缘是高原向大陆内部扩展的前缘部位， 在吸收和调节印度板块向欧亚板块NNE向的挤压会聚过程中发挥着重要作用(图1a)(Meyeretal.， 1998； Yuanetal.， 2013)。该地区构造变形与地震活动十分强烈， 历史上曾发生多次M≥7.0破坏性地震， 造成了巨大的人员伤亡和经济损失(Zhangetal.， 1987； Peltzeretal.， 1988； Liu-Zengetal.， 2007； Xuetal.， 2010； 张维歧等， 2015； Zhengetal.， 2016)。青藏高原东北缘的主要构造变形特征， 为由托莱山断裂、 冷龙岭断裂、 古浪断裂、 金强河断裂、 毛毛山断裂、 老虎山断裂、 海原断裂等共同组成长约1000km的祁连-海原断裂带的左旋剪切和挤压增厚(图1b)(Lasserreetal.， 2002； 袁道阳等， 2004； Zhengetal.， 2013； Huetal.， 2015； Allenetal.， 2017； Xiongetal.， 2017)。2022年1月8日门源MS6.9 地震便发生在祁连-海原断裂中西部托莱山断裂和冷龙岭断裂的交会位置。

图 1 研究区活动构造图Fig. 1 Sketch map of active structure in the study area.a 研究区位于青藏高原东北缘的祁连-海原断裂带内， 历史地震和断层数据来自文献(邓起东等， 2007； 徐锡伟等， 2016)； b2022年1月8日门源地震的震中位于冷龙岭断裂和托莱山断裂的交界部位， 最高烈度为Ⅸ度， 余震精定位数据来自文献(Fan et al.， 2022)， 地震烈度图来自网页(6)https： ∥www.cea.gov.cn/cea/xwzx/fzjzyw/5646200/index.html。； c 该次地震的余震(黄点)主要沿冷龙岭断裂和托莱山断裂分布， 震源机制解显示该地震以走滑为主； d 地震形成地表破裂的遥感解译结果， 底图为高分7号卫星震后(2022年1月8日)拍摄的影像， 绿色线为遥感解译地表破裂迹线， 白色点为野外现场观测点。地表破裂带①呈NWW走向， 解译长度约为23.3km， 东段(长约13.3km)沿冷龙岭断裂展布， 西段(长约10km)沿冷龙岭断裂往NW向的延长线展布； 地表破裂带②近EW走向， 解译 长度为2.3km， 沿托莱山断裂展布

托莱山断裂和冷龙岭断裂所处的祁连-海原断裂带是中国大陆地壳运动最强烈、 地震活动频度最高、 强度最大的地区之一， 具有发生强震的构造背景， 如海原断裂发生过1920年MS8.5 大地震、 古浪断裂发生过1927年MS8.0 大地震等， 并且这些断层的强震复发周期较短， 约为1000～2000a(袁道阳等， 1998； 郑文俊等， 2004； Liu-zengetal.， 2007； Guoetal.， 2019)。Gaudemer等(1995)提出冷龙岭断裂、 金强河断裂、 毛毛山断裂和老虎山断裂所在区段是祁连-海原断裂带的一个地震空区(天祝地震空区)， 该区的构造变形与地震活动需给予重点关注。同时， 冷龙岭断裂也是徐锡伟等(2017)识别的青藏高原及其邻近地区未来高震级地震危险区——祁连山中段危险区的重要潜在发震断层。该区先后发生1986年MS6.4 地震、 2016年MS6.4 地震和本次MS6.9 地震， 这也使得对该区的地震地质与地震活动性研究更加紧迫。

2 地表破裂特征

为了快速掌握地震造成的地表破裂特征， 我们在地震发生当天快速获取了国产高分7号卫星等震前、 震后的数据， 基于影像特征快速确定了地震地表破裂带的总体分布特征。通过遥感影像的解译发现， 门源MS6.9 地震在地表形成了南、 北2条破裂带(地表破裂带①和地表破裂带②)， 其中地表破裂带①沿冷龙岭断裂带主断层的西段发育， 影像中可识别长度约为23.3km； 地表破裂带②沿托莱山断裂东段分布， 影像中可识别长度约为2.3km(图1d)。在此基础上， 我们第一时间进入震中现场开展野外地表破裂调查， 相关工作主要包括地表破裂带的识别、 破裂特征调查、 断错地貌测量、 典型破裂点高精度地面和航空摄影测量、 最大同震位错识别和测量以及地震灾害调查等。航空摄影测量中采用大疆“精灵 4RTK”无人机连接网络RTK以实现实时差分， 采用“#”字飞行或五向飞行规划航线， 从多角度采集高清照片， 并通过Pix4D软件完成解算、 点云加密等， 生成DSM(数字表面模型)和DOM(正射影像)， 用于地表破裂空间重现和断错特征测量分析等。下文将按照自西向东的顺序对冷龙岭断裂西段地表破裂(图1d 中的地表破裂带①)和托莱山断裂东端地表破裂(图1d 中的地表破裂带②)典型点位的破裂情况进行论述， 点位位置见图1d。

2.1 冷龙岭断裂西段的地表破裂

景阳岭观测点(37°49′59.117″N， 101°8′0.324″E)位于地表破裂带①的最西侧(图1d)， 是本次地震地表破裂可追索的最西端点位。野外调查发现该处发育大量地表裂隙， 主要由NW和NE向2组地表裂隙组成。其中， NW向裂隙连续且规模较大， 为主要裂隙； NE向裂隙规模较小， 为局部裂隙， 是NW向主破裂的伴生裂隙(图2a)。NW向地表裂隙在国道G227南侧， 表现为2、 3条间距为3～5m的平行地裂缝， 左旋走滑同震位错为5～10cm(图2b)， 北东盘相对南西盘上升， 垂直位错约20cm(图2c)。NE向地表裂隙垂直穿过国道G227宁张公路， 破坏路基和路面， 在国道上行成多条NE向地表陡坎， 陡坎北西高、 南东低， 累计垂直位移达20cm或更大， 车辆通过时产生剧烈颠簸， 路面上的地表破裂走向主要集中在13°～42°(图2a)。路侧交通标志线指示右旋走滑， 右旋同震位移量约为6cm(图2d)。

图 2 景阳岭的地表破裂特征Fig. 2 Surface rupture of Jingyangling site.a 景阳岭无人机航拍的正射影像， 该处发育NE向和NW向的2组地表裂隙； b、 c NW向地表裂隙规模较大， 表现出左旋特征， 且北东盘相对上升； d NE向地表裂隙错裂了国道G227宁张公路， 交通标志线右旋错断约6cm

图 3 道沟观测点的错断地貌Fig. 3 Faulted landform in Daogou site.a 无人机航拍的正射影像， 道沟结冰河床、 河漫滩、 两侧山体皆被左旋错断， 地表破裂总体走向为280°； b 土路西侧牧场护栏左旋偏移； c 土路东侧护栏左旋偏移； d 断层南盘的冻土层被推挤到北盘之上， 局部形成挤压鼓包； e 沿道沟结冰河床上 发育的冰面上形成的鼓包

道沟东观测点(101°14′31.037″E， 37°48′20.068″N)位于道沟测量点与硫磺沟1号点位之间的山梁上， 与道沟观测点的直线距离约为1.6km， 与硫磺沟1号点位的直线距离约为2.0km(图1d)。该处地表破裂较平直， 走向约为285°， 变形带宽度较窄， 集中在5～10m范围内。断层呈现明显的左旋走滑特征， 连续错断了与断层近垂直的4条相邻NNE向的牧场铁丝网护栏， 自西向东水平位错分别为2m、 2.1m、 2.1m和2.15m(图4a， d， e)。该处裂缝发育的宽度较大， 深度也较深， 在该点附近测得地裂缝的最大宽度达1.7m(图4b)， 可测得的地裂缝的最大深度约为12m， 仍未见底。在该点往西约300m处发育大型挤压鼓包， 鼓包高约1.5m(图4c)。

图 4 道沟东的地表破裂Fig. 4 Surface rupture of the east Daogou site.a 无人机航拍的正射影像， 4条近平行的牧场护栏被断层连续左旋错断， 自西向东错距分别为2m、 2.1m、 2.1m和2.15m(红点为护栏桩， 白线为其连线)； b 地表裂缝的最大宽度达1.7m； c 该点附近发育高达1.5m的挤压鼓包； d、 e 野外测量牧场护栏位错的照片

石峡门观测点(37°48′12.681″N， 101°15′4.987″E)位于道沟与硫磺沟中间的山梁上， 与硫磺沟1号点的直线距离约为1km， 与道沟观测点的直线距离约为2.6km， 在道沟东观测点东侧约1km处(图1d)。该处地表破裂规模较大且较明显， 地表破裂较平直。古地震形成的山脊断错、 断层槽谷、 反向陡坎被清晰地保留下来。2条相邻冲沟被断层同步错断约30m， 推断为断层多次活动的累积位错量， 且上一次地震事件的离逝时间可能并不久远(图5a， b)。在东侧冲沟中， 断层活动形成的断层陡坎高约13.5m， 北侧高、 南侧低， 冲沟两侧山脊明显被左旋错断， 断错地貌保留完整。在该处， 我们观测到了本次地震所形成的3个擦痕剖面， 其中2个断层擦痕剖面显示左旋逆冲， 侧伏角分别为66°和65°。现场观察认为这是由于地震动导致地表冻土层向上翘起， 可能是断层相对运动和冻土层被挤压抛起运动的叠加(图5c， e)。中间位置的擦痕剖面表现为左旋走滑， 侧伏角为27°， 冻土层未见翘起现象， 可以代表本次地震中断层2盘的相对运动方向(图5d)， 即本次地震在地表以左旋水平走滑为主， 兼有逆冲分量。

图 5 石峡门观测点的地表破裂和地貌图Fig. 5 Surface rupture and faulted landform of the Shixiamen site.a 无人机摄影测量获得DSM山影图， 断层走向约为 N286°W ， 断裂将2条冲沟同步左旋错断约30m和31m。b 错断地貌照片。断层连续错断了山脊、 冲沟等地貌单元， 形成断层槽谷和反向陡坎等。在冲沟中还行成了垂直高约13.5m的断层陡坎。 c—e 地表破裂带中出露的3组擦痕

硫磺沟 1 号点(37°47′56.929″N， 101°15′37.529″E)是本次地震地表破裂现象较为综合的典型区域。地震地表破裂呈NW向(300°)斜穿过此段， 将近EW向的硫磺沟河床以及两侧山体错断， 在山坡上、 河床冰面、 岸边道路和阶地上形成壮观的地面、 冰面破裂并导致沥青路面破损(图6a)。原本完好的沥青路段被断错成3段， 从路两侧沥青路边缘测得断层的左旋水平位错达1.8～2m。河床冰面和砾石垄被断裂错断， 指示断裂左旋走滑， 冰面断错指示水平位移达1.61m， 砾石垄断错指示水平位移达1.5m(图6d)。河床冰面被断错， 西南侧抬升约0.95m(图6e)。

图 6 硫磺沟1号点的地表破裂特征Fig. 6 Surface rupture of the Liuhuanggou No.1 site.a 无人机近地面的正射影像， 断层呈 N300°W 穿过硫磺沟河床， 导致地面、 冰面破裂， 路面破损； b 从NW侧山坡上拍摄的硫磺沟地表破裂照片； c 地面破裂宽达0.7m； d 河床中冰面和砾石垄被断层左旋错断约1.61和1.5m； e 河床中的冰面被错断， 通过剖面EE′(位置见图 6a)测得垂直错距为0.95m， 西南侧抬升

硫磺沟 2 号点(101°16′53.018″E； 37°47′31.154″N)位于硫磺沟1号点东侧1.6km处(图1d)。地表破裂从硫磺沟南侧山腰上通过， 多条冲沟表现出明显的左旋走滑特征(图 7)。冲沟左旋位移约70m， 可能因断裂多次破裂而形成。断裂走向总体为289°， 在中间2条较大的冲沟之间产生局部NE向破裂， 形成似阶区排列。

图 7 硫磺沟2号点地表破裂的DOM和DSMFig. 7 DOM and DSM of the surface rupture in the Liuhuanggou No.2 site.

硫磺沟 3 号点(37°47′24.894″N， 101°17′15.456″E)位于硫磺沟2号点东侧1km处(图1d)。地表破裂从硫磺沟南侧山腰上通过， 总体走向为288°(图8a， b)。NNE向的冲沟被断裂左旋断错， 左旋累计位移约为20m， 可能为断裂多次破裂形成， 此次地震造成的冲沟两壁同震左旋位错量为2.3m(图8d)。

图 8 硫磺沟3号点的地表破裂Fig. 8 Surface rupture of the Liuhuanggou No.3 site.a 无人机航拍的震后正射影像， 地表破裂从硫磺沟南侧半山坡上通过， 总体走向为288°； b 无人机航拍的震后数字地面模型； c 断裂在山前近垂直穿过冲沟； d 正射影像反映冲沟两壁左旋位错2.3m

硫磺沟4号点(37°47′12.177″N， 101°18′9.271″E)位于硫磺沟3号点东侧1.2km处(图1d)。地表破裂从硫磺沟南侧山腰上通过， 断裂走向总体为287°， 2条冲沟表现出明显的左旋走滑特征(图9a)。SN向大型冲沟上部西侧的小型冲沟左旋位移约2.53m， 为本次地震的同震位错(图9b， c)。

图 9 硫磺沟4号点的地表破裂Fig. 9 Surface rupture of the Liuhuanggou No.4 site.a 无人机航拍的震后DSM， 地表破裂从硫磺沟南侧半山坡上通过， 错断了2条冲沟； b、 c 小冲沟两侧左旋位错2.53m。 其中图b为DSM， 图c为正射影像， 位置见图 9a

国家重点工程、 兰新高铁硫磺沟大桥和大梁隧道(37°47′1.326″N， 101°18′42.328″E)在本次地震中严重受损， 导致线路中断运行， 造成了巨大的经济损失。兰新高铁在地表破裂处由硫磺沟桥(走向353°， 长约260m)和南、 北两侧的大梁隧道和祁连山隧道组成。断裂未从桥体下方穿过， 但在桥体下发育多条不同走向的地裂缝(走向为0°、 130°、 148°)。桥墩下部未见明显破坏， 但桥体与桥墩接触位置破坏严重， 由于地震时产生的强地面运动和惯性作用， 桥面整体向E掀斜， 桥面铁路轨道表现为假右旋(图10b， c)。地表破裂带从大梁隧道南侧上方的山坡上穿过， 切穿大梁隧道， 靠近断裂南侧的大梁隧道和铁路破坏明显大于北侧远离断层的祁连山隧道(图10a)。南侧山坡上的地表破裂距大梁隧道北出口约400m， 但在隧道内距离大梁隧道北出口约700m处破坏最为严重， 轨道最大左旋位错为2.7～2.8m， 内衬错断， 铺底全部翘起。在隧道之上山坡东侧的冲沟中， 车辙印被断层左旋错断了2.77m(图10d)。在硫磺沟两岸的阶地上， 地震产生了不同走向的地表破裂(走向为218°、 290°、 252°、 322°、 300°、 318°、 262°、 295°等)， 阶地面拔河23～35m， 规模较大的破裂表现为NW侧抬升， 垂直高50～100cm， 裂缝宽40～50cm， 左旋走滑位移量为20～40cm(图10e)， 初步判断阶地面上的裂隙是由于地震强地面运动使河床两侧陡峭阶地前缘临空面产生重力失稳所导致， 并非断裂直接通过产生的地表破裂。

图 10 大梁隧道点的错断地貌Fig. 10 Faulted landform of the Daliang tunnel site.a 无人机航拍的震后正射影像， 地表破裂从大梁隧道南侧半山坡上通过， 错断了大梁隧道； b 兰新高铁硫磺沟桥遭到严重破坏， 桥上轨道出现假右旋现象； c 铁路桥面向E翻转； d 车辙印被断层左旋错断2.77m； e 阶地面上形成的裂缝

图 11 硫磺沟6号和7号点的地表破裂照片Fig. 11 Photos of the surface rupture in the Liuhuanggou No. 6 and 7 sites.a 无人机航拍的硫磺沟6号点震后正射影像； b 硫磺沟6号点的DEM， 冲沟被左旋位错了约74.7m； c 无人机航拍的硫磺沟7号点震后正射影像； b 硫磺沟7号点的照片

在硫磺沟 6 号点(37°46′50.472″N， 101°19′19.445″E)处， 地表破裂从硫磺沟南侧山坡上穿过， 走向为294°， 地表破裂线性迹线明显， 冲沟的左旋错断位移约为74.7m， 可能为多次地震事件所致。在硫磺沟7号点(37°46′20.602″N， 101°20′21.031″E)处， 断裂从冷龙岭山前穿过， 断错了冲沟和阶地， 形成线性陡坎， 断层总体走向为304°。

2.2 托莱山断裂东端地表破裂

图 12 羊肠子沟口地表破裂观测点Fig. 12 Surface rupture of the Yangchangzigoukou site.a 无人机摄影测量获得的DSM山影图， 主破裂带近EW走向， 将冲沟左旋错断了16m， 分支破裂带主要有NE和NW 2组； b主破裂带照片； c NW向分支裂缝的照片， 冰体表现出左旋走滑特征； d NE向分支断裂的照片， 冰体表现出右旋走滑特征， 并形成了菱形的小型拉分地貌； e 羊肠子沟口测量点往西2.7km处的地表裂缝照片(位置见图 1d)

3 讨论

3.1 地表破裂长度

基于影像特征快速确定了地震地表破裂带的分布特征、 构造样式与位错强度等。通过解译发现， 门源MS6.9 地震在地表形成了南、 北2条破裂带， 其中北支沿冷龙岭断裂带主断层的西段发育， 影像可识别长度约为23.3km； 南支沿托莱山断裂东段分布， 影像可识别长度约为2.3km。高分7号卫星提供的是分辨率优于0.7m的全色立体像对及分辨率优于3.2m的多光谱影像， 在解译过程中发现小于1个像素的地表破裂很难从影像中识别出来， 因此通过震后高分7号卫星影像解译获得的地表破裂长度可能小于实际地表破裂的长度。

野外调查中发现， 地表破裂带①西侧的景阳岭点发育了NWW和NE 2组地表裂隙(图2a)。遥感解译地表破裂带①的走向约为NWW(约290°)。地表破裂在高分7号卫星遥感影像上清晰可见， 向W至上大圈沟和下大圈沟附近地表破裂都较为连续； 在下大圈沟—下店沟一带， 可解译的地表破裂呈断续状， 但行迹仍较为清晰； 景阳岭观测点位于该条地表破裂带的延长线上， 且该处NW向裂缝与地表破裂带的走向一致。实地测量发现景阳岭点地表裂隙有明显的同震位移， 同震左旋位错达5～10cm(图2b)， 垂直位错约为20cm(图2c)。从地形上看， 景阳岭裂缝出露位置接近冲沟底部， 为局部较低点， 不存在明显的临空面， 不太可能是受地形的影响或者重力失稳而产生的裂隙。同时， 地形上， 景阳岭点发育沿裂隙方向的小陡坎， 陡坎高0.3～0.5m， 可能为古地震所形成。因此， 我们认为景阳岭点的地表裂隙更可能为断层出露地表所致， 为地表破裂带①的西侧末端。

通过野外同震地表破裂调查与高分7号卫星遥感数据解译相互补充， 共同约束本次地震的地表破裂空间分布。获得的此次地震中冷龙岭断裂西段和托莱山断裂东段的地表破裂长度分别为26km和3.5km， 这与此次地震烈度分布的极震区等震线长轴展布基本一致(图1b)(7)https： ∥www.cea.gov.cn/cea/xwzx/fzjzyw/5646200/index.html。基于Wells等(1994)给出的经验公式M=5.16+1.12lg(L)(其中M为震级，L为同震地表破裂长度/km)进行计算， 则可得到本次地震同震地表破裂长度为35.77km。在解译的地表破裂最东端以东缺少震后高分7号卫星的遥感数据， 但经野外实际调查发现， 在硫磺沟7号点位以东仍然存在较大规模同震地表破裂， 而由于该区没有可通行道路并受到冰雪覆盖的影响， 使得野外调查很难继续向E进行， 因此地表破裂在解译破裂最东端以东可能还有一段延伸。我们认为本次地震形成的地表破裂长度可能超过目前已知的26km， 希望未来能在天气条件允许的情况下再次开展实地考察， 确定地表破裂的最东端位置和准确的地表破裂长度。

3.2 发震构造

利用InSAR技术获得的降轨视线向的同震形变场显示， 本次地震造成的地表形变范围达30km×20km， 形变场中间分割区大致呈NWW-SEE方向(李振洪等， 2022)。基于Sentinel-1 升、 降轨卫星数据获取的门源地震的同震InSAR形变场作为约束， 我们反演了门源地震的震源机制和断层破裂模型(图 13)， 结果显示本次地震造成了2个主要的破裂带， 其中主破裂沿着冷龙岭断裂带， 走向为112°， 倾角为88°， 次级破裂沿着托莱山断裂， 走向为87°， 倾角为82°。这与李振洪等(2022)的反演结果、 中国地震局地球物理研究所、 美国地质调查局(8)http： ∥earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us10004fv5#scientific＿moment-tensor。、 全球矩心矩张量项目(GCMT)等机构发布的震源参数的走向基本一致(表1)， 且该方向与冷龙岭断裂基本平行。断层滑动分布模型揭示本次地震为左旋走滑型地震； 结合冷龙岭断裂的运动性质和几何特征， 可初步判定发震断层主要为冷龙岭断裂的西段， 其西侧的托莱山断裂同时发生了破裂。同时震源机制解和断层参数也显示2条断裂均为近直立小角度向S倾的断裂性质。

图 13 利用InSAR数据反演的2020年门源 MS6.9 地震的断层破裂模型Fig. 13 InSAR inversion of fault rupture model of Menyuan MS6.9 earthquake in 2020.

截至2022年1月17日6时1分共记录到余震584次， 其中6.0～6.9级地震0次， 5.0～5.9级地震2次， 4.0～4.9级地震4次， 3.0～3.9级地震19次， 3.0级以下地震559次(9)https： ∥www.qhdzj.gov.cn/。。从主震和余震的平面分布图来看， 2022年1月8日MS6.9 主震位于托莱山断裂的南盘、 冷龙岭断裂的西南盘， 即2条断层地表交会处的南侧。一部分余震沿托莱山断裂南侧平行于断裂呈EW向展布， 另一部分沿冷龙岭断裂呈NWW向展布(图14a)。根据余震数量和埋深的统计直方图可以看出， 余震大多集中在6～12km的深度上(图14f)。我们分别平行和垂直于2条断裂做了AA′、BB′、CC′和DD′ 4条剖面。AA′剖面平行于托莱山断裂， 剖面揭示主震的发震位置位于托莱山断裂的东端， 余震在托莱山断裂和冷龙岭断裂处均较多， 而在二者相交的位置附近余震较少， 这可能与2条地表破裂带并未在地表连接有关(图14b)。垂直于托莱山断裂的剖面CC′揭示， 主震和余震皆位于S倾的托莱山断裂的上盘(图14c)。平行于冷龙岭断裂的剖面BB′和垂直于冷龙岭断裂的剖面DD′揭示， 余震沿着近直立的冷龙岭断裂展布， 在断层2盘余震数量相当(图14d， e)。从余震的发震时间上看， 在主震发生后， 余震主要集中在托莱山断裂的南侧和冷龙岭断裂的西北端(红色点)， 之后余震沿托莱山断裂向SE迁移(绿色点)， 于2022年1月12日傍晚18：20、 20：16和21：01在破裂的东南侧分布发生了5.3级、 4.6级和4.3级3次较强的余震活动。此后， 余震在托莱山断裂和冷龙岭断裂各部位分布较均匀(蓝色)。主震和余震序列均在地表破裂带②南侧或沿地表破裂带①分布的特点也显示托莱山断裂和冷龙岭断裂近直立并略微向S倾的几何特征。

表 1 震源机制解和断层参数Table1 Focal mechanism solutions and fault parameters

图 14 余震分布图Fig. 14 Aftershocks distribution map.a 震后余震主要沿冷龙岭断裂西段和托莱山断裂东端分布； b 平行于托莱山断裂所做的剖面； c 垂直于托莱山断裂所做的剖面； d 近平行于冷龙岭断裂所做的剖面； e 垂直于冷龙岭断裂所做的剖面； f 余震数量与深度统计直方图， 余震精定位数据来自文献(Fan et al.， 2022)

综合高分 7 号卫星震后高分辨率遥感影像解译、 野外现场地表破裂调查、 InSAR反演震源机制和断层破裂模型、 小地震精定位结果分析认为， 此次地震的发震构造为NWW向近直立的冷龙岭断裂西段， 同时其西侧近EW向的托莱山断裂东端参与破裂(图 15)。地震发生在托莱山断裂和冷龙岭断裂于10km深度处的交会部位。

在五代区划图中， NWW走向的冷龙岭断裂的西端终止于硫磺沟1号点附近， 与近EW走向的托莱山断裂呈弧形接触(图1d 中红色断层线)。而本次门源MS6.9 地震地表破裂沿NWW向通过硫磺沟1号点后， 继续向W延伸约10km， 至景阳岭点附近终止(图1d 中绿色地表破裂线)。同时野外调查发现， 在硫磺沟1号点以西， 断层迹线明显， 山脊、 冲沟被断层连续左旋错断， 在石峡门观测点相邻冲沟被同步错断了约30m， 分析认为是断层多次原地复发的累积位错量， 线性的断层槽谷、 反向陡坎和最新地层中保存的陡坎等地貌的发育说明上次地震事件的离逝时间可能并不久远(图5a， b)。因此， 我们认为冷龙岭断裂的西端点比五代区划图上向W延伸更远， 且托莱山断裂与冷龙岭断裂交会部位更可能为“y”字形的接触关系(图 15)。

图 15 门源 MS6.9 地震的发震构造Fig. 15 Seismogenic structure map of Menyuan MS6.9 earthquake.冷龙岭断裂呈NWW走向， 倾向近直立； 托莱山断裂走向近EW， 倾向S； 门源 MS6.9 地震发生在托莱山断裂和冷龙岭断裂于10km深度的交会部位

祁连-海原构造带所处区域是中国大陆地壳运动最强烈、 地震活动频度最高、 强度最大的地区之一， 周围多条断层都具有发生强震的构造背景， 如海原断裂发生过1920年M8.5大地震， 古浪断裂发生过1927年M8.0大地震等(袁道阳等， 1998， 郑文俊等， 2004； Liu-zengetal.， 2007)。冷龙岭断裂带处于祁连-海原构造带的中间区域， 表现出强烈的左旋走滑作用(Jiangetal.， 2021)。Guo等(2020)的研究结果表明， 冷龙岭断裂在1927年古浪M8.0地震中发生整体破裂。沿冷龙岭断裂形成长约120km的地表破裂带， 同震水平偏移量为2.4～7.5m， 地表破裂甚至抵达本次门源MS6.9 地震地表破裂的位置。冷龙岭断裂上广泛存在保存较好的地表破裂是否由1927年古浪M8.0地震所致可能还有待于进一步研究。但不可否认的是， 冷龙岭断裂带在全新世晚期发生过多次强震活动， 且强震复发周期很短。本次2022年门源MS6.9 地震更接近冷龙岭断裂主断层的西段， 属于天祝地震空区(Gaudemeretal.， 1995)， 具有高震级地震危险性(徐锡伟等， 2017)。在相对较短时间内， 在冷龙岭断裂西段先后发生3次6级以上强震， 说明该地区仍为应力和形变积累区域， 具有发生特大地震的潜在风险。因此该区域地震危险性并不会因为门源MS6.9 地震的发生而降低， 反而应该引起更多的关注与研究。

4 结论

本文根据震后高分7号卫星高分辨率遥感影像解译和现场调查， 认为2022年门源MS6.9 地震的地表破裂整体分可为NWW向冷龙岭西段的地表破裂和近EW向托莱山东端的地表破裂。2条地表破裂的走向分别为291°和86.9°， 长度分别约为26km和3.5km。地表破裂主要由张裂隙、 张剪裂隙、 挤压鼓包和震陷等多类型破裂雁行状组合而成的复杂同震地表变形带， 总体以左行走滑运动性质为主， 局部兼有逆冲性质， 最大同震左旋位错为2.77m。

综合高分辨率遥感影像解译、 现场调查、 InSAR反演的震源机制和断层破裂模型、 小地震精定位等结果， 确定了此次地震的发震构造是冷龙岭断裂的西段， 其西侧的托莱山断裂东端同时发生破裂。其中主破裂沿着冷龙岭断裂带， 走向为112°， 倾角为88°。

1986年MS6.4 地震、 2016年MS6.4 地震以及2022年MS6.9 地震皆发生于冷龙岭断裂的西段， 短时间内发生3次6级以上强震， 说明该地区仍为应力和形变积累区域， 具有发生特大地震的潜在风险。

致谢应急管理部国家自然灾害防治研究院的李康、 康文君、 杨朋涛、 刘冬英和宋鹏等参加了野外调查工作； 审稿专家对本文提出了宝贵的修改建议。在此一并表示感谢！