第４４卷 第２期２０２２年４月
地 震 地 质
ＳＥＩＳＭＯＬＯＧＹＡＮＤＧＥＯＬＯＧＹ
Ｖｏｌ．４４，Ｎｏ．２
Ａｐｒ．，２０２２
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－４９６７．２０２２．０２．０１６
姚文倩，王子君，刘静，等．２０２２．２０２１年青海玛多Ｍ
Ｗ
ＹＡＯＷｅｎ ｑｉａｎ，ＷＡＮＧＺｉ ｊｕｎ，ＬＩＵ ＺＥＮＧＪｉｎｇ，ｅｔａｌ．２０２２．Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎｃｏｓｅｉｓｍｉｃｓｕｒｆａｃｅｒｕｐｔｕｒｅｌｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅ２０２１Ｍ
Ｗ
７．４Ｍａｄｏｉｅａｒｔｈｑｕａｋｅ，Ｑｉｎｇｈａｉ，Ｃｈｉｎａ［Ｊ］．ＳｅｉｓｍｏｌｏｇｙａｎｄＧｅｏｌｏｇｙ，４４（２）：５４１—５５９．
２０２１年青海玛多Ｍ
Ｗ
７．４地震
同震地表破裂长度的讨论
姚文倩１） 王子君１） 刘 静１，２） 刘小利３） 韩龙飞１）
邵延秀１） 王文鑫１） 徐 晶４） 秦可心１） 高云鹏１）
王 焱１） 李金阳１） 曾宪阳２）
１）天津大学，地球系统科学学院，表层地球系统科学研究院，天津 ３０００７２
２）中国地震局地质研究所，地震动力学国家重点实验室，北京 １０００２９
３）中国地震局地震研究所，武汉 ４３００６４
４）中国地震局第二监测中心，西安 ７１００５４
摘 要 同震地表破裂长度是区域活动断裂最大震级估算以及区域未来地震潜力评估的重要参数 之一。２０２１年５月２２日在青海省果洛藏族自治州玛多县发生了Ｍ
Ｗ
７ ４地震，其触发的同震地表破裂沿东昆仑断裂东南分支延伸线上的江错断裂分布。文中基于震后２次大范围的野外调查，结合无人机航拍影像和高精度地形数据的精细解译，明确了此次地震的同震地表破裂自西往东可划分为鄂陵湖南段、野马滩段、黄河乡段和江错分支段，最东端的地表破裂位置位于前人研究所确定的最东端以东２ｋｍ以远，破裂全长约１５８ｋｍ。此外，本研究在冬草阿隆湖以东的沙丘区域内发现了呈半圆弧形连续分布的地表破裂，而破裂在沿走向ＳＥ的优云乡段的传播过程中所经过的大面积沙丘覆盖区域也存在零星的张剪性地表破裂和断层陡坎，且陡坎的垂向位移可达３０ｃｍ。对比已有的关于同震地表破裂长度的研究结果，分析认为本研究与其他结果之间存在差异的主要原因在于：１）本研究所得结果基于更广泛、详实的野外调查和更大范围的高精度影像的精细解译；２）分析过程中避免了阶区等段落几何复杂区两侧叠加段落的重复计算。结合巴颜喀拉块体周缘已有的强震震例，均显示青藏高原地区同震地表破裂的长度较全球平均值偏大。
845pe关键词 玛多地震 同震地表破裂长度 江错分支段 高精度影像 震级
中图分类号：Ｐ３１５ ２文献标识码：Ａ文章编号：０２５３－４９６７（２０２２）０２－０５４１－１９
〔收稿日期〕 ２０２２－０１－２５收稿，２０２２－０３－０１改回。
〔基金项目〕 国家重点研发计划项目（２０２１ＹＦＣ３０００６０５－０４）、国家自然科学基金（Ｕ１８３９２０３，４２０１１５４０３８５，４２１０４０６１）、地震动力学国家重点实验室开放基金（ＬＥＤ２０２０Ｂ０３）和中国地震局地震科技星火计
划项目（ＸＨ２２００３Ｃ）共同资助。
通讯作者：刘静，女，１９６９年生，教授，主要从事活动构造、古地震、地貌学等方面的研究，
Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｕ＿ｚｅｎｇ＠ｔｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。
地 震 地 质４４卷０ 引言
地震危险性评价主要依赖于地表破裂特征的精细刻画、断裂滑动速率、地震复发间隔等，其中有关地
表破裂特征的精细刻画包括地表破裂的位置、连续性及长度等，这些特征参数的确定对于震源参数的获取以及地震灾害的评估有着重要的指示意义（Ｂｏｎｉｌｌａｅｔａｌ．，１９８４；Ｗｅｌｌｓｅｔａｌ．
，１９９４；Ｘｕｅｔａｌ．，２００６）。在评估区域未来地震的发生潜力时，断裂可能发生的最大地震的震级是重要的评估基础，该值可通过已发生特征地震的破裂参数，如破裂长度和同震位移进行估算。因此，前人基于已有震例建立了震级与不同的破裂参数之间的经验关系式，如震级与地表破裂长度、震级与同震位移、破裂长度与位移等（Ｂｏｎｉｌｌａｅｔａｌ．，１９８４；Ｗｅｌｌｓｅｔａｌ．，１９９４；Ｓｔｉｒｌｉｎｇｅｔａｌ．，２００８）。地表破裂长度是地震破裂的重要参数，其值可通过野外调查、室内影像解译甚至地球物理学方法进行估计（Ｋｌｉｎｇｅｒｅｔａｌ．，２００５；Ｘｕｅｔａｌ．，２００６；Ｌｉｅｔａｌ．，２０１２；Ｒｅｎｅｔａｌ．，２０１９；华俊等，２０２１；王未来等，２０２１）。其中，野外实地调查是获取地表破裂长度值的最准确手段。因此，每次大地震发生后，研究者们通常于第一时间开展野外调查，以尽快获取地表破裂长度等参数。
在初步确定某次强震的地表破裂长度时，存在多种因素可能导致获取的长度值不精确甚至误差较大，如由于难以到达偏远的震区位置而未能精确识别破裂的起始及终点位置，破裂端点在震后遭遇滑坡覆盖、雨水冲刷或动植物破坏等，误将位移量逐渐消减的位置作为破裂终点，沿断裂发育的几何不连续
段落被忽略（如断裂沿线经过的砂土液化点、沙丘、湖泊等）等，这些因素都应当在统计地表破裂长度时谨慎规避。
北京时间２０２１年５月２２日凌晨２点，青海省果洛藏族自治州玛多县发生了ＭＷ７ ４强震。
干栏式建筑据中国地震台网测定①，本次强震的震中（３４ ５９°Ｎ，９８ ３４°Ｅ）位于黄河乡东南６ ６ｋｍ处，震
源机制解揭示其为走滑型地震，断层节面相关参数分别为：节面Ⅰ，走向１
９２°、倾角８３°、滑动角－１７１°；节面Ⅱ，走向１０１°、倾角８７°、滑动角－００７°②。而依据美国地质调查局测定结
果③，此次地震的震中（３４ ５９８°Ｎ，９８ ２５１°Ｅ）位于黄河乡西南１ ６ｋｍ处，震源深度为１０ｋｍ，
震源机制解显示发震断层可能为一近Ｅ
Ｗ走向（Ｎ９２°Ｅ）含正断分量（６７°）的左旋走滑断层。地震发生时，玛多县城、花石峡镇、黄河乡震感强烈，震中地区部分房屋、畜棚、道路、桥梁等基础设施遭遇了不同程度的损坏。据统计，
此次地震共造成果洛藏族自治州、玉树藏族自治州、海西蒙古族藏族自治州共７县４０个乡镇受灾④。地震发生后，多家研究单位迅速启动地震应急响应和地震地表破裂考察等工作，对同震地表变形进行野外调查，初步拟定了本次地震的发震断层为江错断裂，整体走向为Ｎ１０５°Ｅ，地表破裂主要由线性剪切裂隙、斜列张裂隙和张剪裂隙、挤压鼓包、裂隙等多类型破裂呈雁行状组合而成，是一条较为复杂的同震地表变形带，总体表现为左旋走滑运动，局部略含正断分量。然而，目前关于此次地震的同震地表破裂的长度统计主要由震后迅速开展的应急性考察获得，现有结果的差异性较大。其中，潘家伟等
情报科学
２４５①
②
③
④ｈｔｔｐｓ：∥ｄａｔａ．ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ．ｃｎ。ｈｔｔｐｓ：∥ｗｗｗ．ｃｅａ ｉｇｐ．ａｃ．ｃｎ／ｋｙｄｔ／２７８２４９．ｈｔｍｌ。ｈｔｔｐｓ：∥ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ．ｕｓｇｓ．ｇｏｖ／ｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓ。ｈｔｔｐｓ：∥ｗｗｗ．ｓｏｈｕ．ｃｏｍ／ａ／４６８４５９０９７＿１６２５２２。
２期姚文倩等：２０２１年青海玛多ＭＷ７．４地震同震地表破裂长度的讨论（２０２１）揭示此次地震的同震地表破裂带至东段呈扫帚状散开为北、中、南３条分支，其中北支至昌麻河乡以东约５ｋｍ处终止，而中支和南支则分别表现为零星破裂和滑塌、砂土液化等现象，基于此统计出的此次地震地表破裂的总长度为１５１ｋｍ。李智敏等（２０２１）则认为此次地震的地表破裂沿单一方向向Ｅ延伸，终止于距昌麻河乡以东约９ｋｍ处（９９ ２８°Ｅ），由此获得的地表破裂带长度为１６０ｋｍ。此外，一些研究团队也基于地球物理方法给出了１５０～２１０ｋｍ不同
如来神掌ol量值的破裂长度（华俊等，２
０２１；王未来等，２０２１；徐志国等，２０２１；赵韬等，２０２１）。地表破裂长度是地震破裂的重要参数之一，因此有必要基于更详实的地震地质调查资料，对上述有关玛多地震的结果进行评估。此外，准确限定地震的地表破裂长度也将有助于评估江错断裂的地震危险性。我们分别于２０２１年５月和９月前往震区开展了２次大范围的野外调
查，并结合对无人机航拍影像和高精度地形数据的精细解译，最终明确了玛多ＭＷ７
４地震地表破裂的展布特征、破裂分段以及破裂长度等重要参数，并进一步分析了地表破裂长度误差产生的原因，同时探讨了地震破裂长度与地震强度的关系。
１ 区域活动构造背景
新生代以来，印度板块与欧亚板块的持续碰撞形成了举世瞩目的青藏高原，并使其不断向
周缘扩展及增生（
Ｔａｐｐｏｎｎｉｅｒｅｔａｌ．，２００１；Ｍｏｌｎａｒｅｔａｌ．，２００９），也塑造了高原强烈的构造变形，其中最显著的变形特征之一就是分布于高原周缘及内部的多条大型走滑活动断裂，如海原断裂、昆仑断裂、鲜水河断裂等，这些典型的活动断裂也是高原强震的发震构造（Ｔａｐｐｏｎｎｉｅｒｅｔａｌ．，２００１；张培震等，２００３）。而被东昆仑断裂带、龙门山断裂带、鲜水河断裂带和甘孜－玉树断裂带等一系列大型断裂带围限的巴颜喀拉块体位于青藏高原中北部，是中国大陆现今地震活动较为强烈的活动块体之一（图１）（Ｔａｐｐｏｎｎｉｅｒｅｔａｌ．，１９８２；Ｂｕｒｃｈｆｉｅｌｅｔａｌ．，１９９５；张培震等，２００８；邓起东等，２０１０；闻学泽，２０１８）。
历史记载显示，在围绕巴颜喀拉块体周缘的大型边界断裂带上发生过一系列震级＞７ ０的强震。其中，位于巴颜喀拉块体北边界的大型走滑活动断裂———昆仑断裂的整体走向为ＮＷＷ，延伸长度达２０００ｋｍ。其自西向东可划分为库赛湖段、西大滩—秀沟段、秀沟—阿拉克湖段、阿拉克湖—托索湖段、托索湖—东倾沟段、玛沁—玛曲段和罗叉段（青海省地震局等，１９９９；ｖａｎｄｅｒＷｏｅｒｄｅｔａｌ．，２００２；张军龙等，２０１４）。有历史记载以来，其上共发生５次ＭＳ７ ０～７ ９大地震和１次ＭＳ８ １特大地震（国家地震局震害防御司，１９９５；青海省地震局等，
１９９９；中国地震局震害防御司，１９９９；徐锡伟等，２００２）。其中，２００１年昆仑山口西ＭＳ８ １地
震造成了近４５０ｋｍ长的地表破裂（Ｋｌｉｎｇｅｒｅｔａｌ．，２００５）。块体南边界则是甘孜－玉树－鲜水河断裂系统，由ＮＷ向的甘孜－玉树断裂带与鲜水河断裂带２支左旋走滑活动断裂组成，全长约１２００ｋｍ。其中，甘孜－玉树断裂的不同段落均发生过７级以上大地震，１９９７年玛尼ＭＳ７ ５地
震和２
０１０年玉树ＭＳ７ ０地震是最近发生的２次强震。而鲜水河断裂带的强震活动更为频繁，１７００年以来曾发生过十余次Ｍ≥６
的破坏性地震，最大一次为１７８６年７ ７５级大地震（Ｗｅｎｅｔａｌ．，２００８）。在块体东边界发育的最为主要的断裂则是龙门山断裂带，其运动性质为逆冲兼右旋走滑活动，断裂带由汶川－茂县断裂、映秀－北川断裂和灌县－安县断裂组成。该边界断裂带现今地震活动十分强烈，先后发生了２００８年汶川ＭＳ８ ０地震、２０１３年芦山ＭＳ７ ０地震和
２０１７年九寨沟ＭＳ７ ０地震。位于块体西边界的总长约为１１００ｋｍ的阿尔金断裂相对于其他三３
结构主义
４５
地 震 地 质４４卷
图１ 青藏高原的主要活动断裂及强震分布图
Ｆｉｇ．１ ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｍａｊｏｒａｃｔｉｖｅｆａｕｌｔｓａｎｄｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓｏｆｔｈｅＴｉｂｅｔａｎｐｌａｔｅａｕ．
活动断裂修改自Ｔａｐｐｏｎｎｉｅｒ等（２００１），五角星指示２０２１年５月２２日玛多ＭＷ７ ４强震震中
大边界断裂而言虽缺少百千米破裂尺度的历史强震记录，但其清晰的地表迹线和断错地貌特征以及古地震研究都表明其具有产生上百千米长度地表破裂的强震发震能力（国家地震局阿尔金活动断裂带课题组，１９９２；袁兆德等，２０１９）。
除四大边界断裂带外，巴颜喀拉块体内部以东区域还广泛发育了一系列ＮＷ－ＳＥ向的活动
断裂，如五道梁－
长沙贡玛断裂、达日断裂、玛多－甘德断裂和江错断裂等，这些断裂的晚第四纪活动性特征较为明显（戴华光，１９８３；梁明剑等，２０１４）。其中，达日断裂中段曾在１９４７年３月１７日发生过Ｍ７
强震，且震中烈度达Ⅹ度（戴华光，１９８３；中国地震局震害防御司，１９９９）。最新研究表明，此次强震产生了长约７０ｋｍ的显著地震地表破裂带（梁明剑等，２０２０）。总体而言，目前对于块体内部诸多活动断裂的相关研究还很匮乏，尤其是此次玛多地震的发震断裂———江错断裂，在此次地震发生之前仅在１ ２
５万地质图上被局部勾勒过，且标注为不连续的逆冲断裂，其第四纪活动性未知。
２ 方法和数据
玛多ＭＷ７ ４地震发生后，天津大学地球系统科学学院立即组织科考队前往震区开展了野
外调研工作，并迅速进行了无人机航空摄影测量作业，持续时间为２０２１年５月２４日—６月１５日，获得高精度影像４００００余张。航拍作业所使用的飞行平台为成都纵横大鹏无人机科技有限公司自主研发的ＣＷ－１５型无人机，搭载４２００万像素的单反相机、携带ＧＰＳ模块（通过与单反相机的相对位置可准确得到航拍照片的ＧＰＳ信息）。我们基于震后数天的ＩｎＳＡＲｒａｎｇｅｏ
ｆｆｓｅｔ推测的地表破裂位置（社交软件共享）为航拍作业的中心线，沿地震地表破裂带设计覆盖中心４４５
２期姚文倩等：２０２１年青海玛多ＭＷ７．４地震同震地表破裂长度的讨论线两侧各５００ｍ、长约１８０ｋｍ的航空摄影测量数据廊带（图２）。将ｋｍｚ文件分段导入ＣＷ－
Ｃｏｍｍｄｅｒ
飞控平台设置航拍区域并自动生成无人机航空测线，其中航空照片的航向重叠率与旁向重叠率分别为８０％和８０％，地面比例尺大多设置为１ ３
００（在地形复杂的破裂东端设置为１ ６
００）。为提高航拍照片绝对位置的准确度，架设ＲＴＫ地面并采集ＣＯＲＳ站数据对无人机姿态数据进行校准。每获取一个架次的航空摄影测量数据，立即使用ＰＰＳ位置解算软件对
无人机姿态数据（
Ｐｏｓ）、ＲＴＫ位置数据和ＣＯＲＳ站数据进行解算，从而获取每张航空照片的精确位置信息，包括经纬度坐标、高程、无人机的航向、滚转与俯仰等参数。
图２ 无人机航拍作业区域分布图
Ｆｉｇ．２ ＭａｐｓｈｏｗｉｎｇｔｈｅＵＡＶｏｐｅｒａｔｉｏｎａｒｅａ．
此外，基于前期在室内对高精度ＧｏｏｇｌｅＥａｒｔｈ影像数据的初步解译结果，我们推测在优云乡东段的山区范围内可能发育地表破裂。因此，还利用大疆精灵Ｐｈａｎｔｏｍ４ＰｒｏＶ２ ０小型无人机对优云乡段东段的局部区域进行了航空摄影测量作业，作业时间段为２０２１年６月２９—３１
日，作业面积约为５４ｋｍ２（图２）。本款小型无人机搭载ＦＣ６３１０Ｓ型号相机，配备１英寸２０００
万像素的影像传感器和８ ８ｍｍ焦距的广角镜头，所得影像数据的分辨率高、成像效果好。另
外，该无人机集成了全球定位系统（
ＧＰＳ）和全球卫星导航系统（ＧＬＯＮＡＳＳ）卫星定位双模块，保证了影像定位的准确度。
室内数据处理主要基于运动结构重建方法（ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｆｒｏｍＭｏｔｉｏｎ，ＳｆＭ）开展，使用商业软
件ＡｇｉｓｏｆｔＰｈｏｔｏＳｃａｎＴＭ软件构建具有地理坐标信息的三维拼接影像及地形数据。这种新型数字
对话诺基亚摄影测量技术可利用高效的图像特征匹配算法，从多视角照片中提取重叠区域的三维地形数
据（
Ｆｉｓｈｅｒｅｔａｌ．，２００５；Ｗｅｓｔｏｂｙｅｔａｌ．，２０１２；Ｆｏｎｓｔａｄｅｔａｌ．，２０１３；Ｊｏｈｎｓｏｎｅｔａｌ．，２０１４）。通过ＡｇｉｓｏｆｔＰｈｏｔｏＳｃａｎＴＭ软件构建三维地形数据包括以下５个步骤：１）将照片和相应的位置信息导
入软件，检查影像质量，剔除一些颜异常、不清晰、严重变形等质量较差的图像；２
）通过图像之间的特征匹配和跟踪以重构三维景观，该步骤结束后得到稀疏的真彩点云数据；３）基于稀疏点云数据进一步获取高密度的点云数据；４）建立纹理和网格数据；５）构建数字高程模型（ＤｉｇｉｔａｌＥｌｅｖａｔｉｏｎＭｏｄｅｌ，ＤＥＭ）与数字正射影像（ＤｉｇｉｔａｌＯｒｔｈｏｇｒａｐｈＭｏｄｅｌ，ＤＯＭ），并导出为５
４５
豫公网安备41160202000603
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