2021年5月22日青海玛多7.4级地震发震构造与地表破裂带特征

2021年5月22日02时04分,青海果洛州玛多县发生7.4级地震,震源深度17千米。22日16时,青海玛多7.4级地震科考启动。野外地质调查科考工作组主要开展地震断层和地表破裂带调查,研究同震地表变形(破裂)与地震灾害分布,判定发震构造和变形机制。

强震地表破裂带的应急科考可以快速掌握同震地表破裂带的空间展布、破裂形式、同震位错量的规模等,一些变形同震破坏现象会随着时间变化发生快速改变,应急科考为描述记录地震破裂特征,指定扎实有效的震后应急方案和科学研究提供了重要的手段,也是通过解剖强震的地表破裂习性,检验现今提出的各种地壳变形模型的合理性的第一手证据。

玛多地震极震区位于黄河源核心区,是巴颜喀拉地块内部的一次强震事件,而之前大多数学者更关注地块边界活动断层的定量研究,而对地块内部活动断裂的调查研究较弱,因此,开展玛多地震地表破裂带研究对认识地块内部具有强震发震能力的断层的破裂习性有重要意义。

由中国地震局预测所、地质所、青海省地震局等单位组成的应急科学考察组的野外调查表明,地表破裂带自西向东可依次划分为鄂陵湖南段、黄河乡段、冬草阿龙湖段和昌麻河乡段;不同段之间或走向差别较大,或以大的拉张阶区分隔。其中鄂陵湖南段、黄河乡段的西段、冬草阿龙湖段的中段和昌麻河乡段地震地表破裂带明显且可连续追踪,尤以鄂陵湖南段地表破裂规模最大;其它段地表破裂断续展布。根据冲沟、道路和拉张阶区裂隙宽度等可确定地表同震位移量为1-2m。

通过野外地质调查,玛多地震的发震断层为NW走向、左旋走滑的昆仑山口-江错断层,破裂段为江错段。地表破裂长160km,主要由线性剪裂隙、斜列张裂隙和张剪裂隙、挤压鼓包、地震陷坑等多种构造类型组合而成,在河谷、沼泽地区伴有大量喷砂冒水、砂土液化和重力滑坡等。

此次地震的地表破裂带的整体空间展布与余震分布、InSAR同震形变场等研究工作相适应,但是,受地表松散层的弥散变形影响,地表破裂带在空间上的展布出现不连续,在部分河谷段出现破裂空区,这与深部同震位移的分布规律不相匹配,相关的破裂型式及规律研究后续仍要加强相关研究。

野外地质调查科考成果已收录科考工作报告,即将正式出版。科考工作组主要由李文巧、李涛、徐岳仁、李智敏等爱彩人彩票、地质研究所、青海省地震局人员组成。

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图1 玛多地震地表破裂带分布图

图(a)为玛多MS7.4地震InSAR同震形变场(升轨,据华俊等,2021)、野外调查点和同震地表破裂带;图(b)为2021年玛多地震序列精定位结果(据王未来等,2021)、野外照片位置和同震地表破裂带。


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图2 鄂陵湖南段的地表破裂带变形特征

鄂陵湖南段主破裂带沿鄂陵湖南侧展布,整体近EW走向,全长约27km。本段破裂主要由斜列的张裂隙、张剪裂隙、挤压鼓包和地震陷坑多种构造类型组合而成,可见道路、小冲沟、车辙印等被左旋断错,连续性较好。(a)靠近破裂带西端的张裂隙,走向40°;(b)不对称帐篷型挤压鼓包和近平行的张剪裂隙;(c)斜列张裂隙和挤压鼓包;(d)断续分布的张裂隙;(e)小路左旋位错,位错量为1.4~1.7 m;(f)湖岸草皮上不对称帐篷型挤压鼓包,高度>1m;(g)宽达3m、深度>5m的地震陷坑;(h)右阶斜列和不连续张裂缝,整体走向65°。


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图3  鄂陵湖南段车辙印左旋位错

(a)无人机影像显示破裂带由一系列斜列展布的张裂隙和挤压鼓包组合而成;(b)和(c)穿过地表主破裂带的车辙印位错。白色箭头指示主破裂带的方向与性质,红色箭头指示剪切裂缝的方向与性质。白色椭圆形虚线圈处车辙印未发生明显断错;(d)和(e)野外实测车辙印左旋位错,错距均为1.4m。发震断层地貌迹线在震前的卫星影像上不清晰,表明该段断层较为年轻或活动性较弱。


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图4黄河乡段地表破裂带的变形特征

黄河乡段自鄂陵湖南段向E经野马滩大桥、黄河乡北、黄河河谷,全长60km,整体走向近NW。(a)沿地表破裂带形成的逆断层陡坎(最高处可达2m),顶部发育斜列张裂隙,陡坎的形成可能与地震引起的重力滑坡作用有关(后缘拉张,前缘挤压);(b)平缓的挤压鼓包及其上发育的右阶斜列张裂隙;(c)冲沟左旋位错,断层走向85°,位错量为0.7~0.9m;(d)黑河北岸张裂隙,走向近EW,张裂缝内发育喷砂冒水孔;(e)黑河北岸的张裂隙(最宽处>20cm),走向90°,伴有砂土液化;(f)张剪裂隙,走向60°,局部形成高22cm的断层陡坎;(g)黄河东岸边坡失稳形成的张裂隙,走向35°,裂隙内可见大量串珠状喷砂冒水孔;(h)张裂隙,最宽处为90cm,走向135°。黄河乡段破裂带整体沿山脉与山前冲洪积台地的地貌陡变带展布,沿线可见SN向山脊、沟谷的左旋累积位错(数十m至数百m不等),表明在玛多地震之前断层已经历了多次地震活动。


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图5冬草阿龙湖段地表破裂带的变形特征

冬草阿龙湖段以一宽约3km的左阶阶区与黄河乡段相隔,二者之间为一小型拉分盆地。破裂带由斜列张裂隙和张剪裂隙、线性剪裂隙、挤压鼓包组合而成,总长>43km,整体走向SE,呈断续分布。(a)右阶斜列张裂隙,最宽处达30cm,深度>1.8 m;(b)局部逆断层陡坎,高60cm,走向约110°;(c)切过山坡、湖面冰层、走向NEE的地表破裂带,由一系列挤压鼓包和张剪裂隙组合而成;(d)对称帐篷型挤压鼓包,高1.4m;(e)在左阶拉张阶区形成的张裂隙,据裂缝宽度可得左旋位移量为1.0~1.5m;(f)河流冰面上形成的挤压脊,走向115°;(g)多条近平行的张裂隙,沿河谷边缘呈NNW向展布,可能与重力作用有关;(h)黄河北岸形成的走向110°的张剪裂隙,最大宽度为60cm,最大垂直落差为30cm,最大深度可达1.4 m。冬草阿龙湖段断层地貌迹线较为清晰,可见先存断层活动形成的山脊、水系位错和线性槽谷。


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图6昌麻河乡段地表破裂带的变形特征

昌麻河乡段以一左阶拉张阶区与黄河乡段相隔,整体走向变为近EW向,呈向S突出的舒缓的弧形。破裂带由一系列线性剪裂隙、斜列挤压鼓包和张裂隙组合而成,总长26km,延续性较好。(a)山脊处的张裂隙,形成高40cm的落差,走向80°;(b)河岸草皮上发育的挤压鼓包及其上的张裂隙,可能与重力滑脱作用有关;(c)河岸草皮上的不对称帐篷型挤压鼓包,可能与重力滑脱作用有关;(d)挤压鼓包和右阶斜列张裂隙;(e)剪裂隙和挤压鼓包,整体走向105°;(f)昌麻河乡西由剪裂隙和挤压鼓包组成的地表破裂带,整体走向100°;(g)河岸左旋位错,位错量1.1m;(h)昌麻河乡附近走向110°的张裂隙,最宽处可达80cm;i靠近地表破裂带东端的右阶雁列张裂隙,宽1~5cm不等,走向90°。与鄂陵湖南段类似,昌麻河乡段断层的地貌迹线不清晰,可能表明该段断层较为年轻或活动性较弱。