编者按
今天为大家推荐发表于2021年6期的封面文章。此次推送的是盖海龙等作者的《青海玛多“5·22”MS7.4级地震的同震地表破裂特征、成因及意义》
作者：盖海龙，姚生海，杨丽萍，亢太波，殷翔，陈庭，李鑫
摘要: 2021年5月22日2时4分在青海省果洛藏族州玛多县境内发生MS7.4级地震，此次玛多MS7.4级地震是2008年汶川MS8.0级大地震之后中国震级最大的一次地震，及时查明其同震地表破裂展布及特征，对于正确认识发震构造和区域防震减灾具有重要意义。根据震后现场调查，结合高分辨率卫星遥感图像的解译分析、余震数据和典型地震地表破裂的无人机低空摄影测量等结果，初步获得了此次地震6处典型地震地表破裂的特征。结果发现：此次玛多地震的地表破裂主要沿已知的东昆仑断裂带的南侧分支断裂昆仑山口-江错断裂的东南段分布，分析表明其中的江错断裂应是此次地震的发震断层；同震破裂的西段总体走向275°~300°，主要表现为挤压鼓包和雁列式张裂隙的斜列组合，其中江错贡麻段至江多村段出现了明显的1.4~0.8 m的垂直位移，指示该段可能具有较明显的正断层成分；中部黄河乡段主要由一系列呈左阶斜列的北西向P剪切裂缝和右阶雁行排列的北东向张裂隙构成，走滑位移较小；而东段地表破裂出现了多个分支，其中北支昌马河段主要由一系列雁行排列的张裂隙组成，总体走向为260°，与断裂西段的走向明显不同；地震造成的最大左旋位移出现在西段的错尔加拉破裂段，约2.8 m，指示此次地震地表破裂带的走滑位移主要呈从西向东的单侧扩展-衰减特征。考虑到此次玛多地震出现在东昆仑主干断裂南侧的巴颜喀拉地块内部，表明该地块内部具有发生7级以上大地震的能力，因此，巴颜喀拉地块内部强震活动的孕震条件和机理应该是未来需要进一步关注的科学问题。
关键词: 玛多MS7.4级地震；地震地表破裂；江错断裂；东昆仑断裂带；巴颜喀拉块体
图件及说明
图 1 玛多MS7.4级地震区域地震构造图(余震目录来自青海省地震台网)
青藏高原中东部的巴颜喀拉块体是新生代以来侧向挤出具代表性的活动块体之一, 北边界为北西西向东昆仑断裂带, 南边界为北西向玉树-甘孜断裂带, 东边界为北东向龙门山断裂带, 西边界为北东东向的阿尔金断裂带(图1a; Tapponnier, 1977; 张培震等, 2003; Zhang et al., 2004, 2007; 陈长云等, 2013)。1900年以来, 在巴颜喀拉块体内及周缘共发生了14次7.0级以上地震(图1a; 国家地震局震害防御司, 1995; 汪素云, 1999; Guo et al., 2007; 徐锡伟等, 2017; 闻学泽, 2018; 袁兆德, 2021), 包括了发生在东昆仑断裂带库赛湖-昆仑山口段的2001年昆仑山口西MS 8.1级地震(图1a中点3；Fu and Lin, 2003； Fu et al., 2005)、龙门山断裂带上的2008年汶川MS 8.0级地震(图1a中点9), 玉树断裂带上的2010年玉树MS7.1级地震(图 1a中点13)和东昆仑断裂带九寨沟段的2017年九寨沟MS 7.0级地震(图1a中点7)等(Lin et al., 2002, 2011; 江娃利和谢新生, 2006; 李海兵等, 2008, 2015, 2021; 李建军等, 2017)。
此次玛多MS 7.4级地震(仪器震中位于34.59°N; 98.34°E)发生在东昆仑断裂带主干阿拉克湖-托索湖段南侧的巴颜喀拉块体内部(图1)。已有资料显示(张裕明等, 1996; 邓起东, 2007), 在其地震序列的周边共发育了四条近乎平行的北西西向走滑断裂, 从北到南依次是玛多-甘德断裂、江错断裂、甘德南缘断裂和达日断裂(图1b)。其中玛多-甘德断裂在以往研究中被关注最多。熊仁伟等(2010)认为该断裂在玛多以西走向近东西向, 进入玛多盆地北缘逐渐转为北西向, 经甘德、班玛延出青海省, 全长约650 km, 为全新世活动断裂。梁明剑等(2020)通过野外详细调查及影像解译, 对发生在达日断裂上的1947年7 3/4地震的地表破裂带进行了研究, 发现其全长约70 km, 同震位错为2~4 m。而张裕明等(1996)首次专门研究了江错断裂的晚第四纪活动性, 认为该断裂全长约370 km, 总体走向北西西, 向西可与昆仑山口断裂相接(邓起东, 2007), 因此也被称为昆仑山口-江错断裂。航片、卫片显示该断裂在空间分布上呈雁列状排列, 沿断裂的晚第四纪微地貌左旋位错现象清楚, 并在全新世期间存在活动(张裕明等, 1996)。根据对此次玛多地震的同震地表破裂展布调查, 结合余震分布数据, 可知此次地震的地表破裂与余震序列都基本是沿着江错断裂展布的, 据此可以断定此次玛多MS 7.4级地震的发震断层应为江错断裂, 而非玛多-甘德断裂(詹艳等, 2021)。
图 2 错尔加拉段地表破裂解译图
图 3 错尔加拉段地表破裂及同步左旋位移特征
错尔加拉段主要沿错尔加拉湖(鄂陵湖南侧的一个小湖)南侧展布, 破裂带总体走向280°, 近东西, 连续性好, 主要由一系列挤压鼓包和张裂缝相间排列构成, 宽度集中在15 m。其中张裂缝呈右阶雁列状排列, 单个裂缝一般走向40°~60°, 宽度从10 cm到3 m左右不等(图 2, 图3a、3b); 挤压鼓包主要呈左阶斜列分布, 单个走向约275°~280°, 高0.3 m至1.5 m不等, 最高达1.6 m(图3c)。该段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, 在一处车辙被错段处, 实测的左旋走滑位移2.8 m, 这与潘家伟等(2021)的结果基本一致, 也是迄今地表调查中可见的最大左旋位移量(图3d)。
图 4 鄂陵湖南段地表破裂解译图
图 5 鄂陵湖南段地表破裂及同步左旋位移特征
鄂陵湖南段破裂带主要沿着鄂陵湖南侧展布, 总体走向260°~275°, 连续性好, 同样由一系列挤压鼓包和张裂隙相间排列, 宽度在20 m至50 m不等, 最宽处可达上百米, 显示出典型的左旋走滑性质。其中张裂缝多呈走向43°~55°, 主要呈右阶雁列状排列, 宽度从10 cm到1~1.5 m左右不等, 最宽处约1.7 m(图4, 图5a、5b)。挤压鼓包呈左阶斜列分布, 单个走向约300°, 高0.2~1.0 m不等。该段据一处车辙点的左旋位错实测得出的最大走滑位移约1.4 m(图5c、5d), 相比错尔加拉段出现了明显减小。另外, 从无人机航摄影像可以看到(图4), 该段的东南侧还出现了明显的多条走向近东西的弧形张裂缝带, 可能与地震引起的地表裂陷作用有关。
图 6 江错贡麻段地表破裂解译图
图 7 江错贡麻段地震地表破裂及同步左旋位移特征
江错贡麻段破裂带主要沿着江错贡麻段北侧展布, 总体走向280°~295°, 破裂较连续, 包含了许多主要呈右阶雁列状排列张裂隙, 单条宽度较错尔加拉段和鄂陵湖南段要小, 从1 cm到10 cm左右不等(图6, 图7a), 但局部出现分散现象, 空间展布的宽度很大, 尤其是在该段的东部, 最宽处包含了几条分支破裂, 总的宽度可超过150 m。该段的左旋走滑位移明显, 但与鄂陵湖南段相比, 进一步减小。在一冲沟处, 实测的左旋走滑位移为1.2 m(图7b)。该段出现了较明显的垂直位移, 断层陡坎较发育(图7c、7d), 实测断坎的最大高度约1.4 m(图7d), 这可能对应了震源机制解的正断层成分(潘家伟等, 2021)。
图 8 江多村段地表破裂解译图
图 9 江多村段地震地表破裂及同步左旋位移特征
江多村段破裂带主要沿着野马滩山前展布, 总体走向300°, 破裂较连续, 同样由一系列挤压鼓包和张裂隙相间排列(图8), 而且变形带相对集中, 宽度在10~40 m之间, 沿线随处常见雁列式张裂隙及挤压鼓包组合(图9a), 尤其是挤压鼓包相对明显(图9b、9c), 单个走向约300°, 垂直高度30 cm至80 cm不等(图9d)。伴随的张裂隙也较明显, 通常呈右阶雁列状排列, 单条走向约55°~70°, 长约5~25m不等, 单个裂隙最宽处可达1.2 m(图9e)。该段破裂的实测同震左旋走滑位移在1.1 m(图9f)。另外, 该段也发育有指示断层北盘抬升的断坎, 最大高度约0.8 m(图9d)。
图 10 黄河乡段地表破裂解译图
图 11 黄河乡段地震地表破裂及同步左旋位移特征
黄河乡段破裂带主要沿去往黄河乡政府的公路展布, 总体走向300°, 破裂较连续, 宽度集中在30~60 m(图10)。该段的挤压鼓包不太发育, 主要表现为一系列呈左阶斜列的北西向P剪切裂缝和右阶雁行排列的近东西向张裂隙(图11a—11c), 单个裂隙宽10~80 cm不等。其中的P剪切裂缝走向集中在310°~320°, 张裂隙一般走向70°~80°, 该段破裂的左旋运动将一水泥杆挪动了20 cm(图11d), 同时还表现出了近南北向的水平运动特征, 南盘相较于北盘向南水平运动了40 cm(图11d)。
图 12 昌马河段地表破裂解译图
图 13 昌马河段地表破裂及同步左旋位移特征
昌马河段破裂主要沿着血麻村北侧展布, 总体走向260°(图12), 这与西段的走向有所不同。该段破裂较连续, 并且变形带相对集中, 变形带总宽度约10~40 m不等, 多集中在20 m左右(图12)。该段的挤压鼓包规模小, 主要是一系列呈右阶雁行排列的北东向张裂隙(图 13a、13b), 单个裂隙走向约50°~70°, 长约2~15 m不等, 宽几厘米至三十厘米不等。挤压鼓包一般走向260°, 高20 cm左右(图13c)。该段破裂左旋错动优尔曲河床约1.1 m(图13d)。另外, 在与破裂带垂直方向上, 发现了平行于优尔曲发育的近2 km长的近南北向展布的挤压鼓起带, 推测为岸坡滑塌所致。
文章结论
在区域地震构造分析的基础上, 通过对6处典型地震地表破裂特征及其成因探讨, 可获得以下主要认识:
(1) 玛多7.4级地震西段破裂的总体走向275°~300°, 主要表现为挤压鼓包和雁列式张裂隙的斜列组合, 其中江错贡麻段至江多村段出现了明显的1.4~0.8 m的垂直位移, 指示该段可能具有较明显的正断层成分。中部黄河乡段主要由一系列呈左阶斜列的北西向P剪切裂缝和右阶雁行排列的北东向张裂隙构成, 走滑位移较小。而东段地表破裂出现了多个分支, 其中北支昌马河段主要由一系列雁行排列的张裂隙组成, 总体走向为260°, 与断裂西段的走向明显不同。玛多地震地表破裂的最大左旋位移出现在最西段的错尔加拉破裂段, 约为2.8 m, 然后向东至黄河乡到昌马河一带, 左旋走滑位移逐渐减小到0.2 m, 地表破裂规模也呈逐渐减弱态势, 这显示破裂具有从西向东的单侧扩展-衰减特征。
(2) 玛多7.4级地震与2001年以来巴颜喀拉地块周边的大地震活动存在密切的动力学成因联系, 都起着调节青藏高原物质向东挤出运动的作用, 尤其是调节和吸收巴颜喀拉地块的运动与变形过程。巴颜喀拉块体内部的大地震活动意味着巴颜喀拉地块向东挤出运动的一部分变形是被块体内部的弥散变形吸收和调节的, 表明刚性块体挤出和块体弥散变形作用两种不同的块体变形方式可能在同时起着调节高原物质向东挤出运动的作用。
(3) 考虑到玛多7.4级地震出现在东昆仑主干断裂南侧的巴颜喀拉地块内部, 表明该地块内部具有发生7级以上大地震的能力, 因此, 巴颜喀拉地块内部强震活动的孕震条件和机理应该是未来需要进一步关注的科学问题, 同时, 巴颜喀拉地块的变形机制、运动模式也将是值得关注的科学问题。
第一作者介绍
盖海龙(1988-), 男, 硕士, 工程师, 主要从事活动构造和地震灾害风险防治方面的工作。
E-mail: nwuhailong@sina.cn
引用本文
盖海龙, 姚生海, 杨丽萍, 等, 2021. 青海玛多“5·22”MS7.4级地震的同震地表破裂特征、成因及意义. 地质力学学报, 27 (6): 899-912. DOI: 10.12090/j.issn.1006-6616.2021.27.06.073
GAI Hailong, YAO Shenghai, YANG Liping, et al., 2021. Characteristics and causes of coseismic surface rupture triggered by the "5.22" MS 7.4 Earthquake in Maduo, Qinghai, and their significance. Journal of Geomechanics, 27 (6): 899-912. DOI: 10.12090/j.issn.1006-6616.2021.27.06.073
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