2022年1月8日青海门源MS6.9地震地表破裂考察的初步结果及对冷龙岭断裂活动行为和区域强震危险性的启示：2022年1月8日青海门源MS6.9地震地表破裂考察的初步结果及对冷龙岭断裂活动行为和区域强震危险性的启示

2022年1月8日青海门源MS6.9地震地表破裂考察的初步结果及对冷龙岭断裂活动行为和区域强震危险性的启示：2022年1月8日青海门源MS6.9地震地表破裂考察的初步结果及对冷龙岭断裂活动行为和区域强震危险性的启示2 同震地表破裂带及其特征1 区域地质概况摘要: 2022年1月8日青海门源MS 6.9地震发生在青藏高原东北缘的祁连山断块内部，仪器震中位于海原活动断裂系西段的冷龙岭断裂带上，是该断裂系自1920年海原8.5级大地震后再次发生M >6.5的强震。考察结果的初步总结表明，此次门源地震产生了呈左阶斜列分布、总长度近23km的南北两条破裂，在两者之间存在长约3.2km、宽近2km的地表破裂空区。南支破裂(F1)出现在托来山断裂的东段，走向91°，长约2.4km，以兼具向南逆冲的左旋走滑变形为主，最大走滑位移近0.4m。北支主破裂(F2)出现在冷龙岭断裂的西段，总长度近20km，以左旋走滑变形为主，呈整体微凸向北东的弧形展布，包含了走向分别为102°、109°和118°的西、中、东三段，最大走滑位移出现在中段，为3.0±0.2m。此外，在北支主破裂中—东段的北侧新发现一条累计长度约7.6k

编者按：

今天为大家推荐发表于2022年2期的封面文章。这篇推送的是韩帅等作者的《2022年1月8日青海门源MS6.9地震地表破裂考察的初步结果及对冷龙岭断裂活动行为和区域强震危险性的启示》。

作者：韩帅，吴中海，高扬，卢海峰

关键词：门源MS6.9地震；冷龙岭断裂；同震地表破裂带；海原左旋走滑断裂系统；祁连山断块

摘要: 2022年1月8日青海门源MS 6.9地震发生在青藏高原东北缘的祁连山断块内部，仪器震中位于海原活动断裂系西段的冷龙岭断裂带上，是该断裂系自1920年海原8.5级大地震后再次发生M >6.5的强震。考察结果的初步总结表明，此次门源地震产生了呈左阶斜列分布、总长度近23km的南北两条破裂，在两者之间存在长约3.2km、宽近2km的地表破裂空区。南支破裂(F1)出现在托来山断裂的东段，走向91°，长约2.4km，以兼具向南逆冲的左旋走滑变形为主，最大走滑位移近0.4m。北支主破裂(F2)出现在冷龙岭断裂的西段，总长度近20km，以左旋走滑变形为主，呈整体微凸向北东的弧形展布，包含了走向分别为102°、109°和118°的西、中、东三段，最大走滑位移出现在中段，为3.0±0.2m。此外，在北支主破裂中—东段的北侧新发现一条累计长度约7.6km、以右旋正断为主的北支次级破裂(F3)，累计最大走滑量约0.8 m，最大正断位移约1.5m。综合分析认为，整个同震破裂以左旋走滑变形为主，具有双侧破裂特点，宏观震中位于北支主破裂的中段，其地表走滑位移很大可能与震源破裂深度浅有关，其中的右旋正断次级破裂可能是南侧主动盘向东运移过程中拖曳北侧块体发生差异运动所引起的特殊变形现象。印度与欧亚板块近南北向强烈碰撞挤压导致南祁连断块沿海原左旋走滑断裂系向东挤出，从而引发该断裂系中的托来山断裂与冷龙岭断裂同时发生破裂，成为导致此次强震的主要动力机制。在此大陆动力学背景下，以海原左旋走滑断裂系为主边界的祁连山断块及其周边的未来强震危险性需得到进一步重视。

文章框架

0 引言

1 区域地质概况

2 同震地表破裂带及其特征

2.1 同震破裂的整体展布特征

2.2 南支破裂(F1)及其特征

2.3 北支主破裂(F2)及其特征

2.4 新发现的右旋正断北支次级破裂(F3)

3 讨论

3.1 同震破裂规模与震级关系

3.2 对冷龙岭断裂的深部构造及高原东北缘现今活动的启示

3.3 区域未来强震危险性问题

4 主要结论

图件及说明

图 1 研究区区域地质图

a—青藏高原活动断裂构造纲要图(图中矩形框代表图b位置；据Li et al. 2015修改)；b—青藏高原东北缘冷龙岭断裂及邻区区域构造简图(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—海源断裂；TLSF—托来山断裂；GLF—古浪断裂；XS-TJSF—香山-天景山断裂；CMF—昌马断裂；HLLF—哈拉湖断裂；MLF—民乐断裂；WWF—武威断裂；RYSF—日月山断裂；ELSF—鄂拉山断裂，ATF—阿尔金断裂；（黄色五角星代表此次地震震中，白色虚线代表图c地质剖面位置、红色实线代表此次地震的发震断裂冷龙岭断裂带；据Guo et al. 2019a修改）c—祁连山块体构造剖面示意图

此次地震震中发生在祁连山内部冷龙岭北侧，大地构造上位于青藏高原东北缘巨型弧形褶皱带的前缘地带(图1a)，北侧为河西走廊过渡带，南侧为门源断陷盆地和中祁连隆起带，是高原东北缘吸收印度-欧亚板块碰撞和高原向外扩展的重要构造调节转换带(Gaudemer et al. 1995；袁道阳等，1998；Tapponnier et al. 2001; 嘉世旭和张先康，2008；Yuan et al. 2013)。区内发育有托来山断裂、冷龙岭断裂、金强河断裂、古浪断裂、毛毛山断裂、老虎山断裂、海原断裂等一系列不同性质、不同走向的断裂(图1b)，组成了1000 km长的祁连-海原断裂带，共同调节青藏高原东北缘物质的向东运移(Peltzer and Tapponnier 1988; 袁道阳等，2004；郑文俊等，2004；高锐等，2011；Guo et al. 2019a 2019b)，区内构造变形极为复杂。门源盆地是渐新世中期祁连山开始强烈构造隆升形成的断陷盆地，新生代以来经历了4期以上的构造运动，现今仍在活动(马保起和李德文，2008)。该区域地震历史上强震活跃，1900年以来门源震区100 km范围内曾发生过1920年海原8.5级和1927年古浪8.0级2次8级大震、5次6级以上地震；1980年以来200km范围内先后发生了1986年门源6.4级、1990年景泰-天祝6.2级、2003年民乐-山丹6.1级等地震(郭安宁等，2016；胡朝忠等，2016；姜文亮等，2017；赵强等，2017；图1b)。

图 2 2022年1月8日青海门源MS 6.9地震地表破裂分布图

3a—7f代表下文图中照片位置；F1—F3分别代表南支破裂、北支主破裂和北支次级破裂

震区位于平均海拔＞3600m的高寒区，自然条件极其恶劣，部分地区积雪厚逾30cm。由于交通不便，该区域活动构造研究程度较低。为了查明该地震的发震构造，在对该区高分辨率卫星影像详细解译的基础上，运用追踪法对破裂带进行野外考察。结果表明，门源地震产生了呈左阶斜列分布、总长度近23 km的南、北2条主破裂带，二者之间存在长约3.2km、宽近2km的地表破裂空区(图2)。北支主破裂(F2)为此次地震的主破裂，位于冷龙岭断裂的西段，总长度近20km，以左旋走滑变形为主，整体呈微凸向北东的弧形，依据破裂带的走向和连续性可将其分为走向分别为102°、109°和118°的西、中、东3段，每段的几何形态、派生构造和组合形式均有所差异。南支破裂(F1)出现在托来山断裂的东段，走向91°，长约2.4 km，以兼具向南逆冲的左旋走滑性质为主。F2中—东段的北侧发育一条北支次级破裂(F3)，以右旋正断为主，长度约7.6km(图2)。

图 3 南支破裂(F1)野外照片(位置见图2)

a—南支西侧尾端拉张区的左阶雁列张裂隙带；b—南支栅栏错动；c—南支次级破裂临近东端的左旋错断0.34 m；d—南支次级破裂临近东侧多条发散小裂缝

南支破裂(F1)位于北支主破裂(F2)西南约4.6km。F1西端发育雁行状展布的张裂隙及小裂缝(图3a)，拉张量为厘米级，疑似走滑量忽略不计。向东变为R剪切面上的挤压脊与拉张阶区交替出现，其中最大鼓包高1.3m，宽2~3m。左旋错断明确标志物(栅栏、冰面、河床)位移量约0.30~0.34cm，最大0.38~0.40m(图3b、3c)，较为稳定。破裂最东端与东段地表破裂带未连接，斜列产生拉张阶区，形成十余条拉张-左旋裂缝，单条长约10~30m(图3d)。在破裂东端以北，沿线未见地表破裂。

图 4 北支主破裂(F2)西段野外照片(位置见图2)

a—破裂西段上R剪切破裂右阶部分发育的低角度逆冲断层，缩短量约91cm；b—破裂西段的尾端呈马尾状撒开走向的张剪裂隙带，单条裂缝拉伸量和左旋走滑量都仅在厘米级；c—破裂西段无人机航拍照片；d—地表草坨左旋位错0.8m；e—宏观震中附近最大张裂隙；f—宏观震中附近左旋错断栅栏约2.6m

破裂西端终止于大约，37°48′50.49″N，101°11′38.04″E，由一系列小型拉分、挤压脊、张裂隙、剪切裂隙等雁行状组合而成，表现为显著的左行走滑运动性质(图4a)。继续往山坡上追踪，破裂呈现零星的几支张裂隙、张剪裂隙发散，每条裂隙宽约1.5~2.5 cm，走向约27°~64°，长度20~40 m不等，并逐渐变窄变细分散消减于灌木丛中(图4b)。破裂西段向东至硫磺沟(37°48′12.74″N，101°15′15.42″E)，该段破裂长约6.3 km，形成较为明显的线性陡坎，平均走向呈102°，破裂规模较大，主要由连续分布的100°~110°走向的裂隙组成(图4c)，走向较为连续，往东略向北呈弧形弯曲。破裂沿公路以东的山坡向前传播，开始出现小规模路面裂缝和边坡失稳垮塌等地质灾害，多见逆冲形成的挤压鼓包(平均长宽高7m×3m×0.8m；图4a)和与之成大角度相交的张裂隙。雪印、草皮、栅栏等都被左行错断，走滑位错大约在0.8~1.0 m(图4d)，特别在两条R剪切面由阶区多形成挤压脊和4~5条大规模并列展布的追踪张裂隙相间分布(图4e)。部分地区破裂分为南北两支，行进50 m左后汇合。地震台网测得的宏观震中两侧，地表破裂连续性极好，规模较大，破裂带宽度数米至几十米不等。该部分破裂带错断了栅栏、小冲沟等标志物，测得的左行走滑位错量在1.6~2.8m之间，普遍在2.0m以上，宏观震中附近测得的最大左旋位移量为2.55~2.60m，标志物为栅栏(图4f)。宏观震中以东，左旋位移量逐渐降低，破裂表现为挤压鼓包，位移量普遍在1.2~1.6 m。在该段东端，破裂形成一长约1km，宽约300 m，走向95°的右阶区。

图 5 北支主破裂(F2)中段野外照片(位置见图2)

a—沿整条破裂带最大左旋位移量3.0±0.2 m；b—左旋主破裂上张裂隙与挤压鼓包相间排列；c—冷龙岭大梁隧道附近南坡上大型张裂隙；d—冷龙岭大梁隧道附近边坡失稳与岩崩现象；e—左旋主破裂上的R剪切面；f—逆断层错断板岩

破裂带中段西起右阶区，东至37°46′11.47″N，101°21′36.99″E，总体走向112°，总长约8.7 km，部分区段破裂走向随局部地形发生变化，在91°~132°之间摆动。破裂在起点河床处走向120°，冰面上南侧抬升0.5~1.0m，河床东南岸右旋挤压脊走向15°。在宏观震中以东约2.5 km(37°47′57.60″N，101°15′45.40″E)破裂错断河床，测得最大左旋位移量为3.0±0.2 m(图5a)，这也是整条破裂带上发现的最大同震位移。山坡上左阶拉分区发育大量张裂隙，左旋位移量不清晰。在阶区东侧较平坦的冲洪积扇与现代河床及两岸河漫滩上发现了多条规模较小、新生的地震地表破裂和不同性质的地表裂缝带，形变带宽约40m，长约200m。地表破裂带总体走向105°~110°，介于75°~135°，右阶斜列的张剪、压扭裂缝与挤压鼓包、张裂缝组合，左旋走滑位移为1.23~1.85m，较阶区北西侧明显减小。自右阶区东侧约1.3 km开始，破裂分为南北两支，其中南支山前破裂为主破裂带，规模大，连续性好，沿破裂带主要发育中等规模挤压脊和少量张裂隙(图5b)。在冷龙岭大梁隧道附近，见大量边坡失稳、岩崩、滚石以及裂缝等(图5c、5d)，在隧道南侧山坡上见山前破裂和不同大小崩落状态的滚石。南支破裂穿过冷龙岭大梁隧道后规模逐渐变小，走向转为116°，R剪切面方向93°，为左旋逆冲性质(图5e)。据此在该段测量获得地震破裂的最大左行位错量可达1.8~1.9m(图5f)。继续向东，连续性进一步变差，零星可见雁行状展布的裂隙，最东端直至山前破裂入河床处。据此将该山间盆地内破裂尖灭处定为中段地表破裂的东端。

图 6 北支主破裂(F2)东段野外照片(位置见图2)

a—北支东段上左阶拉分区走向96°的张裂隙；b—北支东段挤压鼓包，长宽高为3.8 m×4 m×1.6 m，对应走滑位移1.1~1.4 m；c—左旋剪切地表鼹鼠构造形迹；d—破裂东端的线性地表破裂形态

破裂带东段与中段之间存在约900 m未见明显地表破裂的空区，该段西起37°45′53.55″N，101°21′47.13″E，东端至37°44′40.24″N，101°24′2.28″E，总体呈118°走向，长约5 km。空区以东，出现张裂隙(图6a)和1~2 m高的挤压鼓包，转换的左旋位移量约0.7~1.2 m，最大挤压鼓包对应走滑位移1.41 m(图6b)，挤压鼓包规模向东逐渐减小。破裂向东延伸发育鼹鼠构造(图6c)，继续延伸向东行迹变得简单(图6d)，至37°44′52.98″N，101°23′53.01″E以东的现代冲洪积扇面上，破裂行迹模糊，未见任何地表裂缝。

图 7 同震破裂带右旋张剪北支次级破裂(F3)野外照片(位置见图2)

a—北支次级右旋破裂菱形拉分；b—北支次级右旋破裂R剪切面局部特征；c—北支次级右旋破裂R剪切面整体形态；d—右旋破裂错动铁路桥梁；e—北支右旋正断破裂上垂直断距约1.5 m的正断层崖；f—北支东段北侧右旋剪切破裂中的共轭剪裂隙

北支破裂西端空间上呈左阶雁裂展布，左阶挤压右阶拉张，为右旋走滑兼正断，形成小型拉分(图7a)和雁行状展布的T面、R面(图7b、7c)，总长约7.6km，向东南延伸并入主破裂带中。在硫磺沟隧道桥下与山前之间的简易公路上见多条地表裂缝，断错的标志显示这些裂缝既有左旋性质又有右旋性质，并且错断硫磺沟隧道桥的多个桥位，整个桥体累积位移量为右旋0.8m(图7d)，表明块体在靠近北侧刚性块体的山前存在弹性回弹效应。北支破裂向东转为发育一条走向125°的正断，沿断层有泉水分布，最大垂直断距＞1m(图7e)，再向东西两侧发散为多条小规模裂缝，并逐渐尖灭消失。右旋破裂与正断之间，零散可见两组成60°~65°共轭夹角旋向相反的剪裂隙，单条裂隙宽约2cm，长度可达20~60m，为局部纯剪切的格子状构造(图7f)。

图 8 硫磺沟段破裂深部结构及右旋机理

a—错断硫磺沟桥隧的花状构造图(F2-1~F3-6代表次级分支破裂)；b—右旋破裂成因模式图(V1、V2箭头分别代表主动盘和被动盘运动速度；主动盘(南盘)向东挤出，由于块体内部运动速度差异导致左旋主断层上发育右旋断层，两盘之间为转换变形区；蓝色曲线表示地表标志物拖曳变形)

2022年青海门源MS6.9地震的独特之处在于，破裂中段自冷龙岭大梁隧道附近起向东约7km，同时发育南北两支规模相近的破裂F2、F3。发震断层冷龙岭断裂是全新世活动断裂，在该段地震破裂走向105°~118°，南侧主断裂为左旋逆冲，北支断裂为右旋拉张，二者之间存在2~3条左旋拉张的次级断裂，造成南侧断层向北逆冲而北侧断层向南正断，形成了相距近800m的弥散变形带，在地表产生拉分，控制了山间小型盆地的发育(图8)。南北两侧左旋和右旋共存的破裂行为，表明冷龙岭断裂在硫磺沟段可能由两支活动断层组成，并向深部汇聚成一条主断裂，形成南侧正花状构造和北侧负花状构造并存的结构特征。

文章结论

通过对2022年1月8日门源6.9级地震的同震地表破裂带调查结果的初步分析，获得以下主要结论。

(1) 此次地震产生了呈左阶斜列分布、总长度近23 km的南、北两条主破裂带，两者之间存在长约3.2 km、宽近2 km的地表破裂空区。南支(F1)出现在托来山断裂东段，走向N91°E，长约2.4 km，以兼具向南逆冲的左旋走滑性质为主，最大走滑位移近0.4 m。北支(F2)位于冷龙岭断裂西段，总长度近20 km，以左旋走滑变形为主，呈整体微凸向北东的弧形展布，包含了走向分别为102°、109°和118°的西、中、东三段，最大走滑位移出现在中段，为3.0±0.2 m。此外，在北支主破裂中—东段的北侧还发育一条累计长度约7.6 km、以右旋正断为主的次级破裂(F3)，累计最大走滑量约0.8 m，最大正断位移约1.5 m。

(2) 门源地震的同震破裂以左旋走滑变形为主，并显示出双侧破裂特点，宏观震中位于北支主破裂带的中段，其地表走滑位移大可能与震源破裂深度浅有关，而北支主破裂北侧出现的右旋正断次级破裂可能是南侧主动盘拖曳北侧块体发生差异运动所引起的特殊变形现象。由于兰新高铁的桥隧恰好被该次级破裂与南侧主破裂同时穿过，因而导致了严重损坏。

(3) 印度与欧亚板块间的近南北向强烈碰撞挤压导致青藏高原东北缘南祁连山断块沿海原左旋走滑断裂系向东挤出，从而引发该断裂系中的托来山断裂与冷龙岭断裂同时发生破裂，是导致此次强震的主要动力机制。在此大陆动力学背景下，是否预示以海原左旋走滑断裂系为主边界的祁连山断块及其周边区域会成为未来中国大陆内部的主要的强震活跃区，值得进一步重视和深入研究。

第一作者介绍

韩帅(1989—)，男，助理研究员，主要从事构造地质学和活动构造研究。

E-mail: 814224279@qq.com

引用格式：

韩帅 吴中海 高扬 等 2022. 2022年1月8日青海门源MS 6.9地震地表破裂考察的初步结果及对冷龙岭断裂活动行为和区域强震危险性的启示. 地质力学学报 28 (2): 155-168. DOI: 10.12090/j.issn.1006-6616.2022013

HAN S WU Z H GAO Y et al. 2022. Surface rupture investigation of the 2022 Menyuan MS 6.9 Earthquake Qinghai China: Implications for the fault behavior of the Lenglongling fault and regional intense earthquake risk. Journal of Geomechanics 28 (2): 155-168. DOI: 10.12090/j.issn.1006-6616.2022013