2022年泸定M S 6.8地震的同震地表变形特征及地震地质启示

李路伟，余中元，陈柏旭，郑荣荧，王世元，赵 钱

（1.防灾科技学院，河北 三河 065201；2.北京防灾科技有限公司，北京 101100；3.四川省地震局，四川 成都 610041）

0 引言

2022年9月5日，四川省甘孜藏族自治州泸定县发生了强烈地震。经中国地震台网测定，本次 地 震 震 级 MS6.8，微 观 震 中（29.59°N，102.08°E）位于磨西镇西南约12km，震源深度约16km［1］。截至2022年9月11日17时，地震共造成93人遇难，25人失踪，11余万人受灾，5万余间房屋受损。地震引发的滑坡等地质灾害极为严重，造成大量人员伤亡、房屋建筑和基础设施受损。地震发生后，应急管理部中国地震局组织专家对灾区200个调查点展开了实地调查，通过参考震区断裂构造背景、仪器烈度、余震分布、震源机制和无人机遥感解译等方法，结合强震动观测记录，确定了此次地震的烈度分布：最高烈度为Ⅸ度，等震线长轴呈北西走向，长轴195km，短轴112km。其中，Ⅵ度区及以上面积19 089km2，Ⅸ度区面积约280km2，主要影响区域涉及甘孜藏族自治州泸定县磨西镇、得妥镇、燕子沟镇、德威镇，以及雅安市石棉县王岗坪彝族藏族乡、草科藏族乡、新民藏族彝族乡，共计7个乡镇［2］。根据余震分布刻画的同震断层三维模型，判断发震断层为鲜水河断裂带南端的磨西段［3］。此次地震初始破裂点深度约12.8km，是一次高倾角左旋走滑型地震，发震断层西倾，走向160°，倾角80°，最大滑动量位于震中附近约184cm，破裂持续时间约18s［4］。震源辐射地震能量的效率偏高，造成地面震动和建筑破坏的能力较强［4］。从震源区地壳速度结构来看，此次地震发生在地震波速度的高、低速过渡带上，体现了青藏高原东部与四川盆地之间的地壳结构差异对区域应力积累的控制作用［4］。

鲜水河断裂位于青藏高原东南缘，是一条分割巴颜喀拉块体和川滇菱形块体的重要边界构造，为左旋走滑运动的全新世活动断裂，与NE走向的龙门山断裂带、NW 走向的安宁河断裂带交汇构成了川西地区著名的“Y”字形断裂带［5-7］（图1a），在青藏高原东部及邻区的构造变形过程中起到了重要的控制作用［8］。鲜水河断裂北西起于甘孜西北至治多一带，向南东经炉霍、道孚、乾宁、康定、泸定、磨西，至石棉新民以南活动形迹逐渐减弱，最终消失于石棉公益海附近，向东南继续分为多个分支断层。断裂横切了松潘-甘孜造山带的主体，系造山运动后期陆内变形的产物［9］。该断裂带具有规模大、活动强、地震频度高等特点［10-14］。自1725年有地震记录以来，共发生6级以上地震23次，中强震地表破裂在空间分布上几乎覆盖了整条断裂［15］。

图1 研究区地震地质构造背景Fig.1 Seismic geological tectonic setting in the study area

研究区（图1c）地处以鲜水河-安宁河-小江断裂为界的川滇断块与凉山断块结合部位SN向构造带北段，为多组构造带的交汇复合部位，位于晋宁-澄江期花岗岩体之上。主要出露地层为前中生界、古近系、新近系和第四系，少量印支-燕山期侵入岩（图1b）。前中生界可见钾长花岗岩、二长花岗岩、混合质花岗岩等元古代花岗岩；二叠系包含石英岩、角闪片岩；三叠系包含砂岩、粉砂岩等。第四系多为冲洪积、坡积黏土、砂土和砾石，少量分布在河谷两岸阶地上［16］。

本次地震的发震断层为鲜水河断裂南端的磨西段，位于鲜水河、安宁河和龙门山断裂的交汇区，为全新世强烈活动的断裂带。磨西段位于大渡河西侧、贡嘎山东侧，北起雅家梗，经二台子、湾东、猛虎岗、田湾，南至安顺场一带。断裂北端海拔3900m，向南至安顺场降低至1000m左右［16-19］。前人研究结果表明，磨西段平均水平滑动速率为6.0～9.9mm／a［17］。闻学泽等［20］在跃近坪附近测得同震位错为（4.5±0.5）m，结合磨西断裂（8±2）mm／a的平均滑动速率［16，17］，估计的强震复发间隔为400～500a；周荣军等［17］二台子探槽研究结果表明，鲜水河断裂磨西段的强震复发间隔大致在 300a左右。综合前人资料［8，18-22］，磨西段的强震复发间隔约束为300～500a［16］。

本文大比例尺野外调查通过遥感解译、探槽古地震和无人机航空摄影测量等方法，确定了地表破裂、滑坡等同震地表变形特征和和滑坡分布，对地表同震变形的几何分布、破裂长度、最大位错量等地表变形特征和地震的影响范围等进行调查。该研究结果有望为甘孜-玉树-鲜水河断裂带的地震危险性研究提供新的数据支撑，有助于深刻认识川滇地块和巴颜喀拉地块向东挤出的过程和亚欧板块与印度板块的挤压碰撞效应。

1 方法与数据

为了查明鲜水河断裂磨西段同震破裂的空间展布特征，根据前人研究资料［18-20，23］，利用奥维互动地图进行遥感影像解译，确定了磨西段的几何位置。在此基础上进行野外地质调查，调查范围北起老榆林村，经磨西镇、猛虎岗，湾东村、幸福村、团结村、安顺场镇，南至紫马跨，沿线全长约120km。野外地质调查对象主要为本次地震的同震破裂和滑坡灾害等，调查内容包括同震地表破裂识别、典型破裂点定量测量、滑坡灾害分布范围和规模等，结合探槽解译和无人机航空摄影测量，旨在确定破裂长度和大型连续滑坡的分布范围等同震地表变形特征。

通过遥感影像解译，在调查区北、南两端的老榆林村、紫马跨分别发现了大规模的断层槽谷，垂直于断层走向开挖2个大型探槽。老榆林村调查点探槽剖面长约8m，高约2m；紫马跨调查点探槽剖面长约13m，高约3.5m，并进行挂线处理，网格面积1m2。

利用无人机对构造地貌进行精细测量。无人机采用大疆“精灵4RTK”，通过“摄影测量2D”规划航线，所拍摄的高清图片数据通过Agisoft PhotoScan进行后处理，包括照片对齐、建立密集点云、生成网格、生成纹理等操作步骤，最终生成高精度DEM数据。老榆林村调查点无人机共飞行2架次，拍摄照片共112张，飞行高度500m，航向重叠度80%、旁向重叠度80%，作业面积663194.6m2，生成高精度DEM数据分辨率为0.91m；紫马跨调查点无人机共飞行2架次，拍摄照片共326张，飞行高度230m，航向重叠度70%、旁向重叠度80%，作业面积878618.7m2，生成高精度DEM 数据分辨率为0.59m。利用Arc GIS10.7软件对DEM 数据进行山体阴影、生成等值线等后处理，并对数据结果进行遥感解译，以研究本次地震的同震变形。

2 结果与讨论

2.1 数据结果

2.1.1 典型破裂调查点及特征

燕子沟调查点位于燕子沟北侧，裂隙沿NWW 向延伸（图2a），长度约300m，可见破裂垂直位移量（10±0.5）cm，线性特征明显。因其穿过大面积的耕地，且受到地形制约，可观察到的破裂分布零散，连续性差。

磨西镇北侧调查点发育线性裂缝（图2b），沿NW 向延伸约130m，裂隙规模较小，受到植物覆盖和地形起伏的影响，未向两侧追索，推测仍有裂缝呈线性发育。

图2 泸定M S6.8地震典型的同震地表变形特征Fig.2 Photos of the typical co-seismic surface deformation induced by the Luding M S6.8 Earthquake

猛虎岗调查点破裂表现为张性裂缝（图2c～e），沿NNW 向线性展布，垂直位移量（15±1）cm，宽度为（7±0.5）cm（图2c）。由此向东北50m，长约30cm的砾石被错断，表面发育擦痕，断面平整且平行于破裂的延伸方向（图2d）。由此向南西50m，岩石断面发育擦痕（图2e），擦痕倾向SE，倾角60°，断面上表现为一组均匀的平行细纹，细纹上端粗且深，下端细而浅。

幸福村调查点破裂表现为右阶雁裂式裂缝（图2f），主破裂沿着NW 向呈线性延伸，伴随着多个小型次级破裂，与主破裂构成约45°的夹角。主破裂垂直位移量为（4±1）cm，形成小型陡坎。次级破裂可见2～3组，沿NE走向的平行展布，每组间隔2～3m。

2.1.2 典型滑坡调查点及特征

燕子沟调查点（图3a）位于燕子沟景区内，大小滑坡呈连片分布，多为土质滑坡。滑坡的平面形态主要以舌形为主，滑坡前缘位于河沟内，滑坡后壁的平面形态多呈现为弧形，开口方向与滑动方向基本一致，坡度在45°左右。坡脚前缘仅有少量堆积物，结合道路旁护坡拦截的落石的规模和数量，推测此次地震在燕子沟内造成的滑坡规模中等。野外调查情况表明，自此向西滑坡现象不明显。

磨西镇调查点（图3b）位于磨西镇北西方向约3km处的河谷中，滑坡在河谷两侧斜坡上呈点状分布，滑坡类型为浅层滑坡。该滑坡体主要由砂砾、碎石混粉黏粒组成，其结构松散，力学强度低且遇水易软化，在地震作用扰动下易形成滑坡。滑坡面总体呈半圆形，滑坡后壁的平面形态为圈椅状，滑坡前缘除了堆积物之外，在坡脚前不远处还堆积有砾石和碎石。

图3 泸定M S6.8地震典型滑坡Fig.3 Photos of typical landslides induced by the Luding M S6.8 Ear thquake

得妥镇调查点（图3c）位于得妥镇北西约5km处，此处滑连片分布，滑坡类型为浅层-中浅层滑坡。该处滑坡平面形态特征呈不规则的长条状，滑坡后壁均沿着山脊分布，开口方向与滑动方向基本相同，坡度较陡，运动路径狭长，滑坡源通常位于坡顶。由于此处坡度较大，通道狭窄，所以堆积物在到达坡脚后会继续向远方运动。由此沿着大渡河向北东方向前进，很长一段距离内并未出现滑坡，而后大渡河两岸斜坡上又有滑坡发育。

二台子调查点（图3d）位于二台子南东约400m处，滑坡沿断层槽谷连片发育，滑坡平面特征以舌形为主，滑坡后壁的平面形态多呈现弧形，开口方向与滑坡方向基本一致，坡度较大，多在45°～80°，滑坡前缘一般位于坡脚和公路内侧。在坡脚的堆积物中可以看到斜坡上原本生长的植被，滑坡后壁附近可以看到倾倒的林木，多呈“醉汉林”状发育。

幸福村调查点（图3e）位于幸福村东侧约400m处，与得妥镇滑坡体有相似之处，运动路径狭窄，且平面形态特征均为不规则的长条状，地表形貌以滑坡群为主要特征。此外，也发育着一些半圆形的滑坡面和弧形滑坡后壁，呈圈椅状，共同构成小型滑坡。

爱国村调查点（图3f）位于爱国村入口处附近，可见大渡河西岸发育滑坡群，多为浅层-滚动型滑坡。在剧烈的震动下，斜坡滑坡体沿着坡体软弱结构面以滚动运动的方式堆积到坡脚部位，堆积物破碎严重，砾石粒径大小不一［26］。

2.2 讨论

2.2.1 同震地表变形特征

本次地震的地表变形主要分布在贡嘎山东麓，海拔1300～2700m。同震地表变形以地裂缝和滑坡为主要特征。调查结果显示，破裂整体沿鲜水河断裂磨西段呈NNW 方向分布，形态单一，规模小且分布范围窄，破裂宽度仅2～8cm，最大垂直位移仅（15±1）cm。破裂带的组合特征较简单，主要由一系列不连续的地裂缝为主，伴随着擦痕、岩石位错等构造现象。破裂规模自猛虎岗向南北两侧递减，主要表现在裂缝垂直位移量、宽度和构造变形强度等方面。猛虎岗附近，破裂的同震变形特征明显，规模最大，可见擦痕、岩石裂缝等同震变形现象，并发现了最大垂直位移。需要注意的是，调查点沿线地势陡峭，并发育大量滑坡，因此裂缝的垂直位移量不能完全排除是构造变形与滑坡共同作用的结果。

滑坡分布范围北起燕子沟，经磨西镇、猛虎岗、湾东村、幸福村、团结村，终止于安顺场镇，总计全长约60km。其中，以磨西镇为中心，分别向北西15km和南东25km最为严重。根据滑坡的几何分布范围，可分为东、西两部分，整体分布受断裂带和大渡河水系的空间展布影响较大。西部滑坡以燕子沟至爱国村一带最为严重，滑坡体规模大，范围广，整体呈NNW 向，平行于鲜水河断裂磨西段延伸约40km，可能代表着鲜水河断裂磨西段对于滑坡的控制作用；东部滑坡区主要分布于得妥镇以北约5km处至泸定县城西南端，滑坡体沿大渡河两岸呈NE向展布，延伸约10km，与NNW 向沿磨西段分布的滑坡共同构成“Y”字型分布，长约40km。造成这种现象的原因，笔者分析认为，可能主要受控于断裂带和大渡河水系的影响，同时还可能受到滑坡体的岩土破碎程度、力学性质等多种物理因素的共同影响［24-25］。

2.2.2 破裂长度的讨论

综合野外调查结果，认为此次地震的同震破裂向北终止于燕子沟，向南终止于幸福村，全长约35km。此外，我们在老榆林村东侧山坡（康定市以南约5km）和紫马跨分别进行了遥感影像解译和野外地质调查，可见断层槽谷延伸约2～3km。垂直于断层走向清理了2个大型探槽，同时进行无人机地貌精细测量以研究微地貌的变形特征，旨在揭示最新一次的地震事件，为确定本次地震同震破裂的终点位置提供依据。

老榆林村东侧山坡的断层槽谷沿NNW 向呈线性延伸约3km，宽度约210m，两条断层呈右阶雁裂状展布（图4a），断层断错冲沟，冲沟左旋位错量分别为（172±3）m和（326±5）m（图4a），反映了断层的多期次左旋剪切运动。探槽剖面揭示了4条高角度逆断层和8套地层单元（图4b～e、表1）。断层产状分别为84°∠83°、79°∠80°、82°∠89°和85°∠86°。最新一次地震事件发生于U2沉积之后，U1沉积之前，发震断层为F1。U1保存完好，未发现泸定MS6.8地震同震地表破裂的证据。

紫马跨村北侧断层槽谷沿NNE向延伸2～3km，宽度约260m。探槽剖面揭示了3条正断层、1条逆断层、1条裂缝和10套地层单元（图5b～h、表2），断层产状分别为88°∠83°、87°∠43°、84°∠35°、89°∠64°和83°∠85°。最新一次地震事件发生于U2、U8沉积之后，U1沉积之前。U1保存完好，未发现本次泸定MS6.8地震同震地表破裂的证据。

表2 紫马跨探槽剖面地层描述Tab.2 Description of character istics of stratums of the trench profile at Zimakua

图5 紫马跨槽谷地貌及探槽剖面Fig.5 Valley landfor m and trench profile at the Zimakua

因此，综合野外资料，泸定地震的同震破裂以小型裂缝为主，北起燕子沟，经磨西镇、二台子、猛虎岗，南至幸福村，全长约35km。

2.2.3 对甘孜-玉树-鲜水河断裂带的地震危险性启示

现有资料表明，鲜水河断裂强震频繁，中强震事件在空间分布上几乎覆盖了整条断裂［8，18-22］，7级以上地震的强震危险性较高。因此，泸定MS6.8地震之后，大家普遍关心下一次的强震可能发生在何地，震级可能为多大。

陈桂华等［10］通过大比例尺野外填图、探槽开挖等地质调查方法，认为1786年磨西M强震的地表破裂带分布于康定至田湾，这与鲜水河断裂磨西段高度吻合。因此，鲜水河断裂磨西段的离逝时间为236a。前人对鲜水河断裂开展了大量的滑动速率研究，如徐锡伟等［27］通过位错地貌的定量研究和14C样品结果，得到了鲜水河断裂南东段平均水平滑动速率为（9.6±1.7）mm／a；Chen等［28］对不同时间尺度的位错地貌进行定量研究，利用最小二乘法对滑动速率进行拟合，得到鲜水河断裂东南段左旋走滑速率为9.3 mm／a；Zhang［29］利用上阶地废弃年代限定错离河道一侧陡坎位移的起始年龄，提出了鲜水河断裂主断层的平均滑动速率为8～11 mm／a。综合现有资料分析认为，自1786年磨西地震之后，产生的水平位移量的理论值应为2.19～2.48m（表3）。依据邓起东等［13］建立的青藏高原走滑断层的水平位错量（D）与震级（M）的经验关系式：M＝7.13＋0.68log（D），估算震级为7.4级（表3）；如果利用Wells等［9］建立的走滑断层的平均位移量（D）与震级（M）的经验关系式：M＝7.04＋0.89log（D），估算震级为7.3～7.4级（表3）。经验公式推算出的理论震级显然高于公布的6.8级，这可能暗示本次地震未完全释放所积累的应力。

表3 震级与水平位错量的经验关系Tab.3 Relationship between magnitude and horizontal dislocation

甘孜-玉树断裂带和鲜水河断裂带均受到青藏高原东部及邻区的构造地块所控制，具备相似的构 造 背 景。综 合 前 人 资 料 可 知［17，18，27-31］，甘孜-玉树断裂带的甘孜段、马尼干戈段、邓柯段和玉树段，最新一次历史地震分别发生于1866年、1854年、1896年和2010年（图6），最长的离逝时间为168a，最短仅为12a。位于甘孜-玉树断裂带最西段的当江段作为地震空区，最新一次地震事件为1738年当江M7⅟2 地震［30］，离逝时间为284a，接近断裂的强震复发周期。闻学泽等［22］对断错地貌进行地形测图、断距测量等定量研究，结合热释光样品结果，得到了断裂5万年以来的左旋滑动速率为（12±2）mm／a。同时，Yu等［30］对甘孜-玉树断裂当江段进行构造地貌调查、探槽古地震和年代学样品测试等方法，得到当江段滑动速率为（6.3±1.9）mm／a。分析认为，自1738年当江M7⅟2 地震之后，当江段产生的水平位移量理论值为1.79～3.41m（表3）。分别利用震级-水平位移量的经验关系式：M＝7.13＋0.68log（D）、M＝7.04＋0.89log（D），估算震级为M7.2～7.5级（表3）。综合分析并构造类比认为，当江段可能是鲜水河-甘孜-玉树断裂带的强震空区，其大震离逝时间已接近或甚至超过强震复发间隔，其短期内发生7级以上强震的危险性不容低估。

图6 甘孜-玉树断裂带历史地震地表破裂分布图［30-31］Fig.6 Sur face rupture distribution map of historical earthquakes in Ganzi-Yushu Fault Zone［30-31］

3 结论

（1）2022年泸定MS6.8地震地表的同震地表变形特征主要表现为裂缝及滑坡。裂缝北起燕子沟，经磨西镇、二台子、猛虎岗，南至幸福村，整体呈NW 向展布，全长约35km。滑坡受断裂带控制和大渡河水系的空间展布影响较大。西部滑坡区以燕子沟至爱国村一带最为严重，滑坡体规模大，范围广，整体呈NNW 向，平行于鲜水河断裂磨西段延伸约40km；东部滑坡区主要分布于得妥镇以北约5km 处至泸定县城西南端，滑坡体沿大渡河两岸呈NE 向展布，延伸约10km。

（2）巴颜喀拉块体及邻近地区短期内仍可能是强震活动的高风险地区，块体南边界带鲜水河断裂西北端当江段的强震危险性尤需高度重视。

致谢：四川省地震局、甘孜藏族自治州应急管理局、雅安市应急管理局、磨西镇燕子沟地震台、防灾科技学院、北京防灾科技有限公司、相关防疫部门、抢险救灾部门给予了本次野外科考与调查工作极大的支持与帮助。文中部分基础数据参考了四川省地震局、中国地震局地质研究所、中国地震局地球物理研究所、中国地震局工程力学研究所、中国地震局地震预测所、中国地震台网中心以及中国地震局震后科考的相关研究成果。在此谨对上述给予帮助和支持的单位与个人表示衷心的感谢并致以崇高的敬意！