北京大学学报(自然科学版) 第61卷 第2期 2025年3月
Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, Vol. 61, No. 2 (Mar. 2025)
doi: 10.13209/j.0479-8023.2024.092
收稿日期: 2024–02–08;
修回日期: 2024–10–24
摘要 对 2024 年 1 月 23 日 02 时 09 分 05 秒发生于新疆维吾尔自治区阿克苏地区乌什县的 Ms 7.1 级地震的震中(41.26°N, 78.63°E)及周边区域的地表变形特征进行调查。观测结果显示, 引发本次地震的断裂在震中区域并未大规模出露, 地表变形以张性裂隙为主, 局部可观察到挤压鼓包、陡坎和砂土液化等现象, 造成约 5cm的垂直位错, 多条张性裂隙组成的裂隙带破坏公路、山体和房屋, 在山区多伴随崩塌和滑坡现象。综合现场调查、震源机制解和余震分布等信息, 提出此次地震的发震构造为迈丹逆冲断裂东段。该区域未来的地震风险仍然较高, 考虑到地表变形带来的潜在风险, 建议加强牧区建筑的抗震能力建设以及次生地质灾害隐患排查和治理工作。
关键词 阿克苏地区乌什县; Ms 7.1 级地震; 地表变形; 迈丹断裂; 发震构造
据中国地震台网(CENC)发布的消息, 北京时间 2024 年 1 月 23 日 02 时 09 分 05 秒(UTC 2024–01–22, 18:09:04), 新疆维吾尔自治区阿克苏地区乌什县发生 Ms 7.1 级地震, 震中位于 41.26°N, 78.63°E, 震源深度为 22km。本次地震是进入 2024年以来继1 月 1 日日本能登半岛 7.4 级地震之后全球发生的又一次 7.0 级以上地震, 也是继 2023 年 12 月 18 日甘肃积石山 6.2 级地震之后不到 1 个月内发生于中国境内的震级最高、破坏性最强的地震事件。地震造成 3 人遇难, 5 人受伤, 235 间房屋倒塌, 15470 间房屋受损, 1238 座棚圈倒塌, 1954 座棚圈受损, 1421 户围墙倒塌, 2 座大棚倒塌, 377 座大棚受损, 15 座桥梁受损, 2259 头(只)牲畜死亡, 181.02km 长的道路受损, 16 处水利设施受损。
地震发生后, 我们随国务院抗震救灾指挥部工作组赶赴灾区, 开展现场搜救和灾情评估工作, 发现一系列地表变形现象并对其进行初步调查。本文基于获取的资料, 对发震构造背景、地表变形特征和发震构造进行初步的讨论, 并提出防震减灾相关 建议。
新生代期间, 由于印度板块与欧亚板块碰撞的远程效应, 天山造山带复活, 并发生陆内造山运动, 晚古生代时期的褶皱和断裂构造重新活动, 并向南推挤, 形成典型的板内新生代复活型造山带[1–5]。在西南天山, 构造变形主要表现为天山向塔里木盆地逆冲, 形成以逆断裂–褶皱带为代表的山前薄皮推覆构造[2]。在柯坪逆冲推覆带, 发育于地下 5～9km 深度的滑脱面向上翘起, 产生断坡, 形成背斜构造, 向北在天山根部汇聚到迈丹断裂[2,6–8], 2024 年 1月 24 日新疆阿克苏地区乌什 Ms 7.1 级地震便发生在迈丹断裂东部的阿合奇段东部。
迈丹断裂西起塔拉斯–费尔干纳断裂带, 向东经迈丹、喀拉奇至乌什东北, 长 400km 左右(图 1), 总体走向为 NEE, 断面倾向 NW, 倾角为 30°～80°, 是一条由多条次级断裂组成的复杂断裂带[10]。该断裂活动迹象非常明显, 在西段基岩山区形成平直的线性影像, 在东段谷地内连续错断第四纪不同时期的地貌单元[10]。第四纪以来, 迈丹断裂主要表现为逆冲兼左旋走滑, 对阿合奇段错断地貌单元的精细测量和年代学研究表明其逆冲滑动速率为 1.2± 0.2mm/a, 左旋走滑速率为 1.7±0.6mm/a[10–11]。迈丹断裂晚第四纪期间发生多期古地震事件, 平均复发的时间间隔为 3370～4265a, 最新一次古地震事件发生于 1.76kaBP 之后, 震级不小于 Ms 7.5[12]。
天山地区挤压活动变形强烈, 强震频繁[13], 历史上记录到 3 次 8 级强震(1889 年契里克 8.3 级地震、1902 年阿图什
级地震和 1911 年克敏 8.2 级地震), 6 级以上地震活动频繁发生(表 1)。但是, 迈丹断裂的地震活动记录较少, 仅发生过 1969 年 2 月12 日乌什北
级地震、1987 年 1 月 24 日乌什 6.4级地震和 2009 年 4 月 19 日阿合奇 5.4 级地震。贾启超[14]依据地震空区理论, 认为迈丹断裂位于一个带状地震区域, 其潜在的最大震级为 7.5 级。王子韬等[15]通过对天山造山带及邻区孕震应力场的模拟计算, 认为包括迈丹断裂在内的多条断裂未来强震发生危险性高, 需要密切关注。
本次对新疆阿克苏地区乌什 Ms 7.1 级地震的震中周边共 10 个点位(图 2 中红色圆点所示)的初步调查结果显示, 此次地震形成的地表变形现象以张性裂隙为主, 从山前到冲洪积扇前端均有分布, 局部发育挤压鼓包、陡坎和砂土液化等现象。
别迭里沟 1 号观察点(78°44′27″E, 41°10′02″N)位于乌什县别迭里沟沟口的别迭里烽燧遗址附近。该处可见古地震形成的陡坎(图 3(a)), 陡坎后缘见一处地表裂隙, 长约 15m, 走向 NWW, 与陡坎走向正交, 宽 1～2cm(图 3(b)～(d))。地表裂隙穿过草丛和田垄, 向上传播到雪地, 在雪地上形成细小的裂缝, 甚至形成微型隆起(图 3(b)和(c))。受本次地震影响, 别迭里古烽燧北部的土木结构建筑遗迹发生坍塌(图 3(d)), 烽燧东部的河岸局部发生小规模的垮塌。
别迭里沟 2 号观察点(78°42′04″E, 41°11′38″N)位于 1 号观察点以北约 4.5km 处, 是别迭里沟地表破裂现象发育最完整的一个点位, 在公路、桥梁、河漫滩、雪地和冰面上都可以见到大量不同发育程度的地表裂隙, 总体上呈 NE 向不连续分布。该点位公路桥梁西侧可见桥下冰面开裂并发生旋转(图 4 (a)), 紧靠冰面地表发生隆起, 形成高约 0.5m 的挤压鼓包(图 4(a)), 沿挤压鼓包轴向发育多条 NE 向的裂隙(图 4(b)), 长 5～6m, 宽 3～5cm 左右, 沿裂隙发育较多的小型砂土液化带(图 4(b))。地表裂缝从桥梁以西向东沿 NE 走向延伸, 破坏公路和桥梁(图 4 (c)), 在雪地上形成细小裂隙(图 4(d)), 一直延伸至别迭里沟东侧河漫滩(图 5(a)), 形成 NW 向发育的明显地表裂隙(图 5(b)), 延伸约 60m, 宽度在数厘米到几十厘米之间, 最宽处达 40cm, 地裂缝从漫滩延伸入雪地, 在雪地上形成细小的裂隙并逐渐消失(图 5(c))。在裂隙中部还发育较大的砂土液化, 直径在 50cm 左右(图 5(d))。
(a) 研究区活动断裂与强震分布; (b) 研究区余震分布。活动断裂数据修改自 1:20 万地质图[9]
图1 乌什Ms 7.1级地震的构造背景
Fig. 1 Tectonic background map of Wushi Ms 7.1 earthquake
表1 乌什Ms 7.1级地震震中150 km范围内6.0级以上历史地震活动
Table 1 Historical seismic activities (Ms>6.0) within 150 km from the epicente of Wushi Ms 7.1 earthquake
序号发震时间震中位置震源深度/km震级(Ms) 11953–07–1078.3°E, 39.9°N−6 21959–06–2880.0°E, 41.9°N− 31961–04–0177.8°E, 39.9°N2 41961–04–0477.8°E, 39.9°N−6.4 51969–02–1279.4°E, 41.5°N3.36.3 61970–06–0578.8°E, 42.6°N326.8 71971–03–2379.3°E, 41.4°N206 81971–03–2479.4°E, 41.3°N206.1 91971–07–2677.1°E, 39.9°N5.76 101977–12–1977.3°E, 39.9°N336.2 111972–01–1578.9°E, 40.1°N206.2 121977–12–1877.3°E, 39.9°N336.2 131987–01–2479.3°E, 41.5°N266.4 142005–02–1479.6°E, 41.7°N276.2 152013–01–2979.8°E, 42.6°N156.3
说明: 数据来自国家地震科学数据中心网站提供的中国地震台网正式地震目录(https://data.earthquake.cn/datashare/report.shtml?PAGEID= earthquake_zhengshi)和中国历史地震目录(https://data.earthquake.cn/datashare/report.shtml?PAGEID=earthquake_lsdz)。
图2 研究区区域地质图和调查点位分布
Fig. 2 Geological map of investigation area and distribution of the investigation sites
别迭里沟 3 号观察点(78°41′22″E, 41°11′56″N)位于 2 号观察点北西 1km 处。地表裂隙穿过山体、路肩和公路, 裂隙走向与公路平行或斜交, 造成路面开裂和挤压鼓包(图 6(a)和(b))。裂隙最宽处宽约20cm, 挤压鼓包隆起高度约为 10cm。裂缝延伸至沟边, 造成边坡后缘拉裂, 形成长约 50m, 宽达 1m的裂缝(图 6(c)和(d))。
(a)别迭里沟口古地震形成的陡坎地貌; (b)地表裂缝呈近南北向延伸, 长约 15m, 地表破裂在雪地上形成细小裂缝; (c)地表裂隙最大宽度约为 2cm, 在雪地上表现为宽约 2mm 的细小裂隙; (d)别迭里烽燧北部小型土木结构建筑坍塌
图3 别迭里沟1号点位地表裂隙和震害现象
Fig. 3 Surface fissure and earthquake damage of site No.1 at Biedieligou
(a)桥梁西侧的地表破裂现象; (b)沿地表裂隙发育多个小型砂土液化带; (c)和(d)砂土液化和地表裂隙; (e)地表裂隙破坏公路; (f)地表裂隙在雪地上延伸
图4 别迭里沟2号点位的地表裂隙
Fig. 4 Surface fissures of site No.2 at Biedieligou
(a)无人机拍摄的正射影像, 发育一组NW向延伸的地表裂隙; (b)地表裂隙近照; (c)地表破裂末端宽度变小, 逐渐过渡为雪地裂缝; (d)砂土液化现象
图5 别迭里沟2号点河漫滩地表裂隙
Fig. 5 Surface fissures of the floodplain of site No. 2 at Biedieligou
(a)和(b)地表裂隙破坏公路路面, 垂直位移 10～20cm; (c)和(d)边坡后缘拉张裂缝, 长约 50m, 宽约 1m
图6 别迭里沟3号点地表裂隙
Fig. 6 Surface fissures of site No. 3 at Biedieligou
别迭里村北观察点(E78°39′36″, N41°10′59″)位于别迭里村北 15km 处的山区。该处冲沟中, 地表NE 向裂隙极为发育, 形成宽约 200m 的裂缝带, 单条裂隙宽度普遍为 3～5cm, 可见的延伸长度为 10～ 20m。裂隙从地表延伸入山体, 向上破坏至山体表面(图 7(a)), 并伴随崩塌和滑坡等现象。裂缝两侧地层翘起, 产状发生变化, 体现地震的最新活动(图7(b))。裂隙同时延伸至冲沟附近的牧民点, 叠加地面震动, 导致房屋发生倒塌。
我们使用无人机对延伸至冲沟两侧山体的 NE向裂隙(图 7(c))进行追索, 发现 NE 向裂隙向西南延伸约 300m, 因无人机航程有限, 未见其尽头。在居民点西南侧山体上, 无人机航拍发现多条裂隙 NE向切割山体, 在 40m 宽度内存在约 11 条裂隙, 最宽处宽度达 1m, 局部形成垂直位错(图 7(d))。由于重力作用, 山体在临东部冲沟处沿裂隙发生一定规模的滑坡(图 7(d))。
除地表裂隙外, 在倒塌房屋东南的冲沟内, 可见多个小型断层陡坎和挤压鼓包(图 8(a))。陡坎延伸方向为 30°～60°, 垂直高度在 5cm 左右, 前缘可见隆起时震落的积雪(图 8(b)), 局部陡坎的垂直分量被雪地吸收而仅表现为裂隙(图 8(e))。挤压鼓包分布于陡坎前缘, 走向在 30°～50°之间, 主要表现为在雪地上呈透镜状轻微隆起, 并在轴部形成宽 2～3cm 的张裂隙(图 8(c)), 挤压鼓包大者长轴约为 10m(图 8(d)), 小者长轴在 2～3m 之间(图 8(e))。
在别迭里村北观测点至别迭里沟的公路旁, 可见新近纪砂岩与第四纪砾岩呈断层接触, 产状为145°∠50°(图 9(a))。该处向北约 1km(78°40′09″E, 41°11′34″N), 可见一条宽约 100m 的裂缝带, 多条近于平行的张裂隙连续破坏公路、山体、雪地和冰面(图 9(b)～(d)), 并在局部形成挤压鼓包(图 9(e))。裂隙普遍沿 NE 向从公路西南侧穿过公路, 延伸入山体, 切割山体基岩, 形成基岩约 2cm 的位错, 并向山体北东侧跨过冲沟而进一步延伸(图 9(f)), 裂缝走向为 50°～60°, 最宽处宽度约为 20cm, 垂向位移约为 5cm (图 9(g))。
恰勒马提沟观察点(78°39′04″E, 41°07′08″N)位于恰勒马提沟冲洪积扇中部, 该处古地震在地貌上形成陡坎。地表裂隙穿过草地、雪地和冰面(图 10 (a)和(b)), 并延伸至牲畜圈舍, 造成建筑物倒塌(图10(c))。在地基上可以见到裂缝向上延伸, 产状为10°∠45° (图 10(d))。
秋木盖克萨伊村南观察点(78°49′06″E, 41°12′ 49″N)位于秋木盖克萨伊村东南 400m 处。该处在地貌上形成古地震陡坎(图 11(a))。在陡坎后部的科克留木苏河道内, 可见多条 NE 向的地表裂隙, 形成长 300m, 宽 100m 的裂隙带穿过河道, 局部疑似存在砂土液化现象(图 11(b)和(c))。受地震影响, 河道Ⅰ级阶地和Ⅱ级阶地发生崩塌, 并在Ⅱ级阶地面河岸处形成多条拉张裂缝(图 11(d))。
玉山古西沟观察点(78°30′26″E, 40°59′21″N)位于玉山古西村北 5km 处。该处在地貌上可见古地震形成的断层陡坎(图 12(a)), 地表未见明显的地表破裂现象, 但在玉山古西河内可观察到由地震形成的冰面裂缝(图 12(b))。地震成因的冰面裂缝周缘可见地震时由河水喷出造成的雪地麻点状融化以及凝结的炉渣状团块(图 12(c)), 从而可与冰面上重力成因的裂缝相区别。靠近岸边, 还可见黄褐色的土壤充填到地震成因的冰面裂缝中(图 12(d))。
托什干河北岸观察点(79°04′55″E, 41°12′00″N)位于乌什县亚曼苏柯尔克孜民族乡尤喀克牙曼苏村东南 300m 处的托什干河北岸。无人机拍摄图像显示, 在河漫滩和心滩发育多条 NE 向的地表裂隙和砂土液化带(图 13(a)～(e)), 特别是心滩西岸, 沿裂隙连续发育多个小型的砂土液化带(图 13(b)和(e)), 因水和砂将雪地融化而可以明显地识别。在托什干河与引水渠交接处, 地裂缝从河漫滩延伸至河堤(图 13(f)), 造成边坡松动, 引水渠护坡也遭受局部破坏(图 13(g))。
托什干河南岸观察点(79°05′21″E, 41°11′36″N)位于奥特贝希乡姜格勒村北 400m 处的托什干河南岸。该处河漫滩可观察到多条地表裂隙, 多数呈NE 向, 少数呈 NW 向穿过溪流、草丛和雪地 (图14(a)), 与河堤平行、垂直或斜交(图 14(b)和(c))。裂隙宽度在 5～10cm 之间, 沿裂隙发育较多砂土液化现象, 在裂隙两侧形成灰色的粉砂条带(图 14(d))。砂土液化导致的喷砂冒水将雪地融化(图 14 (d))。在托什干河河堤较高处, 由于地下含水量低, 出现喷气喷砂现象, 将雪地污染为黄褐色(图 14(e))。受地震影响, 亚曼苏大桥向南约 2km 处的托什干南岸河堤出现多处边坡失稳以及地面沉降现象(图 14 (f))。裂缝延伸至河堤, 形成多条不同走向的裂缝, 最宽处达 40cm, 沿裂缝多见喷砂将雪地污染为黄褐色(图 14(g))。
(a)地表裂隙穿过雪地、山体, 破裂至地表, 走向 40°; (b)裂隙两侧地层翘起, 产状发生变化, 并伴随崩塌现象, 裂隙走向为 45°; (c)地表裂隙切割山体, 走向为 38°; (d)密集分布的多条裂隙切割山体(白色箭头所指), 局部边坡失稳, 形成滑坡
图7 别迭里村北NE向地表裂隙
Fig. 7 NE surface fissures in the north of Biedieli village
(a)无人机正射影像; (b)断层陡坎; (c)地表裂隙; (d)和(e)挤压鼓包
图8 别迭里村北地表破裂现象
Fig. 8 Surface fissures in the north of Biedieli village
(a)新近纪砂岩与第四纪砾岩呈断层接触; (b)裂隙带局部正射影像; (c)基岩位错; (d)裂隙破坏公路路面和路肩; (e)山体顶部的挤压鼓包; (f)山体顶部裂隙向北东方向延伸; (g)垂直位错
图9 别迭里村北至别迭里沟公路旁的地表裂隙
Fig. 9 Surface fissures near the road from northern Biedieli village to Biedieligou
(a)裂缝在雪地上延伸; (b)裂缝在雪地延伸, 并穿过倒塌建筑; (c)裂缝穿过冰面; (d)裂缝产状
图10 恰勒马提冲洪积扇中部的地表裂隙
Fig. 10 Surface fissures of the Qialemati alluvial fan
(a)科克留木苏河全景; (b)地表裂隙穿过科克留木苏河道; (c)科克留木苏河道地表裂隙; (d)科克留木苏河阶地面拉张裂缝
图11 秋木盖克萨伊村附近的地表裂隙
Fig. 11 Surface fissures near Qiumugaikesayi village
(a)断层陡坎; (b)和(c)冰面裂缝; (d)冰面裂缝中的土壤充填
图12 玉山古西河的冰面裂隙
Fig. 12 Ice fissures of Yushanguxi river
(a)和(b)地表裂裂隙分布; (c)～(e)地表裂隙和砂土液化; (f)托什干河与引水渠交界处边坡破坏; (g)引水渠护坡局部破坏
图13 托什干河北岸地表裂隙
Fig. 13 Surface fissures in the north of Tuoshigan river
(a)～(c)平行、斜交和垂直于堤坝的地表裂隙; (d)和(e)砂土液化; (f)和(g)托什干堤岸出现裂隙
图14 托什干河南岸地表裂隙
Fig. 14 Surface fissures in the south of Tuoshigan river
我们对震中及周边共 10 处点位的初步调查结果显示, 地震造成的地表变形以张性裂隙为主, 局部可观察到挤压鼓包、陡坎和砂土液化, 在山区多伴随崩塌和滑坡现象。除别迭里村北观察点见到约5cm 的垂直位移外, 多数点位未观察到位错。地表裂隙主要沿迈丹断裂分布, 特别是在恰勒马提沟至别迭里沟一线, 宽约 100m 的裂缝带沿 NE 向延伸约2km, 连续切割公路、河流河山体, 造成地表开裂、堤岸崩塌和地面沉降(图 3(d)、图 6、图 7(d)和图 9～11)。
前人研究表明, 迈丹断裂晚第四纪以来仍然有强烈活动, 并错断山前冲洪积扇和阶地, 形成一系列陡坎地貌[10–12], 但从本次调查结果看, 在别迭里沟 1 号观察点、恰勒马提沟、秋木盖克萨伊村南、玉山古西等地古地震形成的断层陡坎处, 仅有少量与陡坎平行或斜交的地表裂隙断续分布(图 3, 10 和11), 且引发一定的河岸崩塌和房屋垮塌(图 3(d)、图 10(c)和图 11(d)), 地表未见明显位移。在别迭里村北至别迭里沟一线, 地表裂隙整体呈 NE 向分布(图 4(c)、图 7(a)和图 9(b)), 与区域地质图上显示的新近系红层形成的背斜的轴线(图 2)平行, 多条裂隙切割岩体而形成位错, 局地发育小型挤压鼓包和陡坎, 可能代表因发震断层端部同震褶皱抬升而在背斜轴部形成的构造张裂隙。需要注意的是, 在别迭里沟 3 号观察点, 较宽的地表裂隙来自震动引发的边坡失稳(图 6(d)), 而在别迭里村北, 同震构造裂隙叠加重力作用导致数百米的山体滑坡(图 7(d))。此外, 托什干河两岸大量的地表裂隙和砂土液化可能与东西向展布的隐伏断裂有关, 堤岸的破坏则是重力作用的结果。
赵瑞斌等[16]对 1902 年阿图什地震的研究发现, 发生于陆内挤压活动构造区的地震, 即便是在震中地区, 地震逆断层并不一定出露或局部出露, 地表的变形多以重力崩塌、滑坡和张性裂缝为主。类似的现象在吉尔吉斯斯坦北天山也有发现, 天山内部的活动变形往往被多条高角度逆断层吸收, 使得地震造成的地表破裂带有限[17–18]。因此, 本次地震断裂在震中区域并未大规模出露, 同样可能是由于断裂的活动变形在深部被吸收, 因此仅在断裂沿线背斜山岭的核部拉张形成地表张性裂隙, 这一构造位置也正是 InSAR 观测结果给出的同震形变场中干涉条纹最密集处, 暗示强烈的同震褶皱作用[13,19]。余震以震中所在的别迭里沟为界, 在东西两侧均匀地分布, 并沿逆冲方向向前缘延伸, 暗示深部的位移通过区域的变形调整而被吸收。尽管张博譞等[19]在恰勒马提沟口附近发现地表破裂带, 但我们早在2024 年 1 月 25 日中午 12 时左右便前往该地进行详细考察, 当时并未发现该处有地表破裂带。考虑到张博譞等[19]描述的地表破裂带的宏观性以及造成的显著的道路开裂, 如果当时地表破裂带已经出现, 那么观察不到的可能性极低。张博譞等[19]也说明了发现该地表破裂带的“偶然性”, 因此该地表破裂带是否为主震形成, 有待进一步验证。
此外, 需特别注意雪地对地表变形现象的放大作用。地震发生前, 震区普遍降雪, 使得震后地表破裂现象与周围的景色有明显的区别, 易于识别, 本次调查中多处现象便是通过雪地裂隙进行追索而找到。虽然从微观上看, 雪地吸收部分形变会使得一些现象的规模变小(比如 2～3cm 的裂缝在雪地上仅表现为 1cm), 但其在宏观上的突出作用不可否认。我们在 2023 年 12 月 18 日甘肃积石山地震中同样观察到这类现象, 考虑到冰和雪不同于岩土体的特性, 进行地表变形现象的调查工作时, 应特别注意观察和记录此类现象。
新生代以来, 西南天山地区是中国大陆构造变形最强烈的地区之一。发育在西南天山内部的逆冲兼左旋走滑断裂带(迈丹断裂、克敏断裂和那拉提断裂)以及天山南北两侧的逆冲断裂(柯坪推覆构造和库车推覆构造)控制了该地区的构造变形和强震活动, 多条断层都具有发生强震的构造背景。本次地震所在的西南天山西部, 其潜在的发震构造为柯坪逆冲推覆构造体系和迈丹断裂, 是 7 级以上大震破裂空段[20]。
对于本次地震, 不同的机构给出不同的震级、震中位置和震源机制解(表 2)。尽管不同机构的数据之间存在一定的差别, 但震源参数基本上一致, 都显示此次地震的 Mw 震级为 7.0, 震源深度为 10～ 20km, 为倾角较陡(45°～72°)、NEE 走向的逆冲型地震事件。能懿菡等[21]利用哨兵 1 号卫星获取此次地震的同震 InSAR 形变场, 进而反演发震断层的震源机制和断层破裂模型, 结果显示主破裂走向约为230°, 断层倾向北西, 倾角约为 55°, 同震形变场以抬升形变为主, 地表形变曲线的几何形态符合逆冲型地震的形变特征。上述数据也与研究机构发布的震源参数(表 2)基本上一致。结合震区断裂的几何展布特征和运动性质, 本文初步判定发震断层主要为迈丹断裂东段(图 15)。
表2 乌什Ms 7.1级地震震源参数
Table 2 Fault parameters of the Wushi Ms 7.1 earthquake
序号震中位置震级深度/km节面Ⅰ节面Ⅱ资料来源走向/(°)倾角/(°)滑动角/(°)走向/(°)倾角/(°)滑动角/(°) 178.63°E, 41.26°NMs 7.122−−−−−−CENC① 278.65°E, 41.27°NMw 7.013235454211362126USGS② 378.57°E, 41.19°NMw 7.014236484711057127GCMT③ 478.70°E, 41.27°NMw 7.0182513872 9253102GFZ④ 578.62°E, 41.17°NMw 7.020250425910955115中国地震局地球物理研究所⑤ 6−−−241634512751144
注: ①https://www.eq-igl.ac.cn/zhxw/info/2024/38019.html; ②https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us7000lsze/moment-tensor; ③https://www.globalcmt.org/CMTsearch.html; ④https://geofon.gfz-potsdam.de/eqinfo; ⑤https://www.cea-igp.ac.cn/kydt/ 280467.html。
新生代以来, 在欧亚板块与印度板块碰撞的远程效应下, 天山地区经历强烈的挤压缩短和陆内变形, 形成一系列逆冲–走滑断裂, 迈丹断裂便是其中之一。迈丹断裂位于柯坪推覆构造根部, 历史地震活动比较少, 只发生过 1969 年 2 月 12 日的乌什北级地震、1987 年 1 月 24 日的乌什 6.4 级地震和2009 年 4 月 19 日的阿合奇 5.4 级地震。本次地震发生于区域新生代以来强烈挤压形成的高应力环境背景下, 有效地释放了南天山与塔里木盆地之间的斜向碰撞在迈丹断裂累积的能量[22]。同时, 多条主、次级断裂形成的错综复杂的断层系统, 使得其强余震频度较高, 形成典型的主震–余震型地震[23–24]。作为南天山地区的边界断裂, 迈丹断裂较大的断裂规模和较好的连续性表明其较强的发震势能, 从静态库仑应力变化来看[25–26], 迈丹断裂, 特别是处于震中以西的部分区域, 未来地震风险仍然较高。
本次地震造成别迭里村北观测点附近牧民自建房倒塌, 3 人不幸遇难, 而乌什县和阿合奇县乡镇居民聚集区的房屋仅少数被破坏, 未造成人员伤亡。从现场调查情况来看, 本次地震在别迭里村北观察点附近的烈度高达 9 度, 断裂逆冲活动形成的裂缝带在该处沿 NE 向延伸, 现场可见大量地面裂隙从山体和建筑内部穿过, 引发多处滑坡, 导致房屋倒塌和道路破坏(图 7 和 8)。乌什县和阿合奇县乡镇居民聚集区位于托什干河两岸, 距离震中较远, 地震烈度为 7～8 度, 且未见构造成因的地表裂隙或破裂带, 仅在托什干河河漫滩上见到大量砂土液化现象(图 13～14)。从建筑结构来看, 别迭里村北观测点房屋为土木或砖木结构, 无圈梁构造柱等约束, 未采取抗震设计和防震避让措施, 地震作用下出现整体或局部垮塌; 在托什干河两侧的居民聚集区, 由于城乡抗震安居工程的实施, 在房屋建设中严格按照抗震设防烈度为 8 度的要求, 规范地设计施工, 有效地提高了房屋的抗震能力, 在本次地震中经受住强震考验, 大部分基本上完好, 无一倒塌[27–28]。
图15 2024年1月23日乌什Ms7.1级地震发震构造示意图
Fig. 15 Schematic map of seismogenic structure of Wushi Ms 7.1 earthquake on Jan. 23, 2024
综上所述, 本次地震在震中南部的背斜核部形成的裂隙带, 加上防震避让措施的缺乏, 导致山区牧民自建房的倒塌和人员伤亡。因此, 建议在恢复重建工作中加大对牧区建筑的投入, 采取合适的防震避让措施, 有效地避让断层地带, 选择更加稳固安全的区域作为放牧点和居民点的建设位置。依据国家标准GB/T 50011—2010《建筑抗震设计标准》规定的乙类建(构)筑物避让要求, 相关建筑对于发震断裂的避让距离应不低于 500m, 以期避免潜在发震断裂的破裂和错动。
此外, 在别迭里沟和恰勒马提沟等区域, 地震导致多处崩塌、滑坡等次生地质灾害, 不仅直接阻断道路, 影响救援车辆的通行, 而且松散碎屑物的大量堆积为泥石流等灾害的发生提供了充足的物源, 大大增加汛期地质灾害的风险。未来应进一步加强对地震引发次生地质灾害的排查工作, 并迅速采取有效的措施进行隐患排除与风险治理。
1)对新疆阿克苏地区乌什 Ms 7.1 级地震造成的地表变形现象的初步调查结果表明, 断裂在震中区域并未大规模出露, 地表变形以张性裂隙为主, 局部可观察到挤压鼓包、陡坎和砂土液化现象, 局部可见约 5cm 的垂直位错, 在山区多伴随崩塌和滑坡现象。
2)综合现场调查结果、震源机制解、余震分布情况和 InSAR 观测结果, 判断此次地震的发震构造为NW倾向的迈丹断裂东段。野外调查发现, 断裂未错出地表, 而是在震中南部新近纪红层形成的背斜核部形成长约 2km, 宽约 100m 的裂隙带, 该位置位于 InSAR 观测结果的同震形变场中干涉条纹最密集处, 暗示断层逆冲导致的强烈的同震褶皱作用。区域未来地震风险仍然较高, 需要多加关注。
3)考虑到地表变形带来的潜在风险, 建议加强牧区建筑的抗震能力建设和地质灾害隐患排查和治理工作。
致谢 中国地震应急搜救中心刘超副主任、代博洋高级工程师、赵文强工程师和何红卫工程师参加野外考察, 谨致谢忱。
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Preliminary Investigation on Surface Deformation Characteristics of the Ms 7.1 Earthquake in Wushi County, Aksu Prefecture, Xinjiang, on January 23, 2024
Abstract An Ms 7.1 earthquake struck Wushi County in Aksu Prefecture, Xinjiang at 02:09:05 on January 23, 2024. We conducted a preliminary investigation into the surface deformation characteristics at the epicenter (41.26°N, 78.63°E) and adjacent areas. The observation results show that the fault which triggered the earthquake was not widely exposed in the epicenter area. The primary surface deformations observed are mainly tensional fractures, with locally observed compression bulges, scarps and sand liquefaction. The earthquake caused approximately 5 cm of vertical displacement. The fracture zone composed of multiple tensional fractures destroyed roads, mountains and houses, and led to collapses and landslides in mountainous areas. Based on our field investigation, focal mechanism solution and aftershock distribution, it is concluded that the seismogenic structure of the earthquake is the eastern segment of Maidan fault. The future earthquake risk in this region remains high. Considering the potential risks associated with surface deformation, we recommend that local government strengthen the earthquake resistance capacity of building in pastoral areas and enhance the investigation and management of secondary geological hazards.
Key words Wushi County, Aksu Prefecture; Ms7.1 earthquake; surface deformation; Maidan fault; seismogenic structure