2022年1月8日青海門源MS6.9地震序列、地表破裂特征及其工程效應

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[摘要]? ? 2022年1月8日01時45分，青海省海北藏族自治州門源縣發生MS6.9地震。為深入了解此次地震的活動特征，以地震災害損失調查為基礎，結合無人機低空攝影測量以及余震數據分析等多種手段，對硫磺溝內的地表破裂帶及交通系統的震害進行了初步調查分析，此次同震地表破裂以左旋走滑變形為主，伴有一定的逆沖分量，最大左旋位移量為3.1 m。地震還造成蘭新高鐵硫磺溝大橋、大梁隧道遭受嚴重破壞，主要表現為主梁側翻滑移，軌道扭曲變形，隧道內部結構出現錯位變形等現象。最后，對該地區今后橋梁的抗震設防措施提出建議。

[關鍵詞] 門源地震; 同震地表破裂; 左旋走滑; 地震災害

[DOI] 10.19987/j.dzkxjz.2023-126

0? 引言

據中國地震臺網正式測定，2022年1月8日01時45分，我國青海省門源縣發生了MS6.9地震，震源深度約為10 km，震中極震區烈度為Ⅸ度[1-2]。根據初步反演的震源機制解[3-5]（表1），此次地震的地表破裂帶呈近東西向，走向為112°，傾角為88°[6]，破裂帶主要以左旋走滑運動為主[7]，形成了多種形式的雁行狀地表破裂帶，如張裂縫、擠壓鼓包等，主要分布在冷龍嶺斷裂與托萊山斷裂的交匯處。

此次門源MS6.9地震是繼1986年和2016年的兩次門源MS6.4地震之后，又一次引起廣泛關注的大震。因此，對此次地震的活動特征進行及時研究，有助于我們正確認識青藏高原東北緣活動構造體系及發震構造的活動特性[8]，并為區域防震減災規劃提供重要戰略參考。

地震發生后，筆者隨青海省地震局現場工作隊第一時間趕赴震區，開展烈度調查和地表破裂帶考察。在現場調查的基礎上，結合無人機低空攝影測量技術，重點獲取了硫磺溝的同震破裂資料。同時，沿著破裂帶向兩側追蹤，發現了此次地震破裂帶的活動特性。本文主要基于這一調查結果，結合余震分布特征，對同震地表破裂的發育特點以及斷層效應產生的地震災害進行特征分析，期望這些研究結果能為該區域的抗震設防和地震易發區的判定提供堅實的基礎資料。

1? 區域構造背景

本次地震發生于祁連山構造帶內。祁連山構造帶形成于古生代加里東期，其主要由北祁連造山帶、中祁連地塊和南祁連造山帶等構成[9]。祁連造山帶歷經多期造山運動，現今活動構造是在原有構造基礎上，伴隨青藏高原的隆起和擴展而形成，主要由逆沖推覆構造和走滑斷裂組成。其中，逆沖推覆構造引發山體隆升，而走滑斷裂則調控高原擴展。阿爾金斷裂帶和祁連—海原斷裂帶是該區主要的走滑斷裂，前者控制了高原向北擴展，后者則調節了高原向東擴展。祁連山構造帶是青藏高原與阿拉善塊體的交界地帶，其特征為斜向逆沖活動。這些逆沖斷裂受深部滑脫面的控制，經歷了多期構造演化。祁連山內部的逆沖斷裂主要沿襲先存斷裂不同程度的活動，而祁連山北緣則形成了新的逆沖斷裂帶（圖1）。

冷龍嶺斷裂位于青藏高原東北緣的核心樞紐部位，與托萊山斷裂一同構成祁連—海原斷裂帶在青海省境內的關鍵部分。作為全新世活動斷裂，其運動特征表現為左旋走滑與逆沖并存。冷龍嶺斷裂緊隨祁連山山系蜿蜒，全長約120 km，其幾何分布特征顯著。斷裂的總體走向為N110°～115°E，其通過之處塑造了典型的斷錯地貌，如水系的左旋位錯和山脊扭曲變形[10-11]。

托萊山斷裂是祁連—海原斷裂帶的重要組成部分，其總體走向為290°～300°，傾向南西，傾角在40°～60°之間[12]，該斷裂全長約300 km，與冷龍嶺斷裂的轉換關系為左階斜裂[13]。值得注意的是，托萊山斷裂通過處的斷錯地貌特征顯著，遙感影像顯示多處山脊被左旋斷錯[14]。德令哈活斷層探測項目對托萊山斷裂的研究發現，該斷裂在全新世時期有過活動。通過對探槽揭露的地層層序復位分析，楊麗屏和蘇旭[15]得出了斷裂的復發周期約為2000～3000 a。

2? 地震活動序列

截至2022年12月31日24時共記錄到M＞3.0余震50次，其中5.0～5.9級地震1次，4.0～4.9級地震14次，3.0～3.9級地震35次，最大余震為5月22日10時29分發生的5.2級地震。余震主要呈北西西向分布，震源深度集中在5～17 km。

為了更加準確的反映地震活動特性，對此次地震的主震及余震進行了精定位。圖2a為重定位前門源地震序列震中分布圖，圖2b為重定位后震中分布。重定位前后地震展布形態沒有發生明顯變化，但主震位置向西側偏移，即更加靠近冷龍嶺斷裂，重定位后主震震中位置為（37.770°N，101.270°E），震源深度為9.94 km。震中分布顯示，門源地震序列分為東、西兩段，西段呈NWW向分布，長約19 km，寬約7 km，與冷龍嶺斷裂的走向一致；東段呈EW向分布，長約15 km，寬約8 km，沿托萊山斷裂展布。MS6.9主震位于序列西段的東南部，MS6.9主震西側余震密集，展布較寬；MS6.9主震東側余震較稀疏，展布寬度僅有4 km。1月12日MS5.2余震發生在序列東段，1月10日前余震主要集中在東段的中西部，在MS5.2地震發生后該區域地震活動較為活躍[16]。

3? 同震地表破裂帶特征

根據現場調查，此次地震產生了一系列擠壓鼓包、張剪裂縫等多種類型的復合破裂帶[17]。本研究對硫磺溝內的地表破裂帶進行了無人機低空攝影測量[18]，結果顯示地表破裂帶呈NW向SE方向分布（圖3）。在硫磺溝公路兩側，我們可以清楚地看到地表破裂（圖4a），擠壓鼓包高度約為1.5 m，水平位錯為1.6 m。當破裂帶穿過硫磺溝時，河流北岸的左旋位錯量達到了3.1 m（圖4b），結合其他學者的綜合研究[19-20]，發現此處位錯是本次地震同震水平位移最大值。同時，由于地震發生時溫度較低，冰面上出現了明顯的破裂，局部破碎嚴重（圖4c），測量結果顯示冰面的左旋位錯量為1.6 m（圖4d）。繼續向東追蹤至硫磺溝大橋以東，地表破裂逐漸減弱，局部地段出現了約0.1～0.2 m的左旋位錯和低矮的擠壓逆沖斷層陡坎（高約0.1～0.3 m）[12]。在本次地表破裂的最西端，地表破裂的左旋位移量也已減弱至約0.2 m（圖4e）。同時，我們發現了一處天然剖面（圖5），標志層形成了約0.6 m的斷距。

4? 斷層效應

本次地震的地表破裂帶主要位于冷龍嶺斷裂與托萊山斷裂共同作用形成的拉分盆地內，因此地震對交通系統的破壞尤為嚴重，特別是硫磺溝大橋和大梁隧道受到了嚴重影響。地震導致大梁隧道內部局部塌方并出現漏水現象，鐵軌地基發生抬升；硫磺溝大橋的橋面出現傾斜錯位（圖6），鐵軌發生扭曲變形，甚至有一段上行線的鐵軌發生扭曲斷裂。這些情況導致蘭新高鐵門源段暫停運營，對交通工程以及當地的經濟發展產生了重大影響[21]。

4.1? 硫磺溝大橋

此次地震對蘭新高鐵硫磺溝大橋造成了嚴重損害。主要破壞有：主梁發生側翻滑移，最大傾滑角達到37°；支座和擋塊遭受不同程度的破損；軌道發生扭曲變形，甚至有一根軌道斷裂；地震還導致線路發生平面位移，使線路高程抬升。此外，硫磺溝大橋8孔簡支箱梁頂板均出現縱向裂縫和斜向裂縫。同時，位于大橋北側的通信機房，其南北向圍墻完全倒塌，而東西向的圍墻僅出現裂縫，這一現象也說明此次走滑斷層在兩盤相對平行的滑動過程中，主動盤沿著EW斷層面不斷釋放剪切應力，導致南北向的圍墻超出了承載極限值而倒塌；而東西向的圍墻與斷裂活動方向一致，僅整體搖動，因此東西向圍墻基本完好[22-23]。

4.2? 大梁隧道

本次地震的發震構造直接影響了大梁隧道，導致隧道結構出現錯位、斷裂和擠壓變形，局部甚至出現頂面坍塌。隧道內的支護系統分為3層：初期支護層、減震消能層以及二次襯砌層。本文重點關注初期支護層。根據中鐵二局集團對隧道內位移的測量可知，在破壞嚴重的段落中，初期支護層的受損長度約為350 m。其中，在K1971+498.7里程處，隧道向東偏移了145.4 cm；而在K1971+425里程處，隧道向西偏移了43.6 cm。綜合來看，此次斷裂活動導致隧道整體左旋位移量達到了189 cm（圖7）。此外，隧道內多處出現軌道間的隆起開裂，軌道板受到扭曲、豎墻錯開、鋼筋壓彎，以及隧道拱頂出現混凝土掉塊等現象。

5? 結論

2022年1月8日，我國青海省門源縣發生了6.9級地震，這是自1986年和2016年兩次6.4級地震以來，該地區再次遭受強震襲擊。此次地震震級更高，影響范圍更廣。通過現場調查、分析，我們得出以下結論：

（1） 地震的發震斷層走向為N59°W，地表破裂帶全長約30 km，具有左旋走滑兼逆沖的運動特性，最大左旋位移量為3.1 m。地表破裂帶由多種類型的破裂形式組合而成，包括張剪裂隙、擠壓變形扭曲等，形成了復合同震地表變形帶。

（2） 地震精定位結果顯示，此次地震序列分為東、西兩段。西段呈NWW分布，長約19 km，寬約7 km；東段呈SE向分布，長約15 km，寬約8 km。主震MS6.9位于序列西段的東南部，其西側余震密集且展布較寬，東側余震較稀疏，展布寬度僅有4 km。

（3） 對比2021年瑪多7.4級地震，我們發現兩次地震中，跨斷層、近斷層的交通工程都遭受了嚴重震害。我國鐵路橋梁主要采用多跨簡支梁結構，震害較為嚴重，而其他類型的橋梁損傷較小。此外，大橋的震害程度明顯高于中小橋。因此，我們建議在高烈度區內多采用中小橋、中短隧道的形式，并針對性地采取抗震措施。同時，根據實際情況，適當加設減隔震裝置、連梁及柔性限位裝置，以降低地震對橋梁造成的損失。

（4） 此次地震的地表破裂帶主要出露在冷龍嶺斷裂與托萊山斷裂的構造交匯處。因此，進一步研究斷裂間的深部構造轉換關系有助于我們正確認識青藏高原東北緣活動構造體系及發震構造的活動特性，為相關領域的研究提供寶貴的基礎資料。

致謝

感謝中國地震局工程力學研究所林旭川研究員在本項研究中給予的幫助；同時，感謝審稿人對本文提出的寶貴修改意見。

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The earthquake sequence， surface rupture characteristics and engineering effects of the MS6.9 Qinghai Menyuan earthquake on January 8， 2022

Yin Xiang*， Zhan Beilei， Yao Shenghai， Yu Na， Xu Weiyang

Qinghai Earthquake Agency，Qinghai Xining 810001，China

[Abstract]? ? ?At 01：45 on January 8， 2022， an MS6.9 earthquake occurred in Menyuan County， Haibei Tibetan Autonomous Prefecture， Qinghai Province. In order to gain a deeper understanding of the activity characteristics of this earthquake， the author conducted a preliminary investigation and analysis of the surface rupture zone and traffic system damage in the Liuhuanggou based on the investigation of earthquake disaster losses， combined with various methods such as drone low altitude photogrammetry and aftershock data analysis. The fault activity was mainly characterized by left-lateral strike-slip motion， accompanied by a certain thrust component， with a maximum left lateral displacement of 3.1 m. At the same time， the earthquake caused serious damage to the Liuhuanggou bridge and the Daliang tunnel of the Lanxin high-speed railway， mainly manifested as beam overturning and sliding， track distortion and deformation， and internal structure displacement and deformation of the tunnel. Finally， this article provides opinions and suggestions on the seismic fortification measures for bridges in the region.

[Keywords] Menyuan earthquake; coseismic surface rupture; left-lateral strike-slip; earthquake disaster

*通訊作者： 殷翔（1989-），男，工程師，主要從事地震應急、地震構造等研究。E-mail：544261740@qq.com