2022年1月8日青海门源MS6.9地震深部构造背景浅析

2022年1月8日青海境内的托莱山—冷龙岭断裂附近发生了门源M_S6.9地震。结合地壳厚度、速度结构及各向异性等资料探讨了门源地震的深部构造特征,揭示了门源地震的发震位置与地壳结构变化的密切关联。结果显示:门源M_S6.9地震发生在地壳厚度和v_P/v_S值都出现快速空间变化的区域;大约在10—20 km深度范围内,震源位于P波速度从浅到深由高速变低速的垂向过渡区,同时也是S波速度和泊松比分布呈现明显横向变化的过渡区域,震源下方存在明显的低速区;冷龙岭断裂两侧相速度的方位各向异性变化比较明显。1月12日的M_S5.2余震震中紧邻2016年M_S6.4地震震中,揭示出2022年门源M_S6.9地震及其余震活动导致了冷龙岭断裂比较充分的破裂,两次门源地震主震之间及邻区短时间内难以积累更大能量,因而短时间内发生更大地震的可能性不大。青藏高原东北缘的持续向北扩展所导致的地表隆升和地壳增厚是该地区强震频发的主要构造成因。      

Real-time prediction of earthquake potential damage: A case study for the January 8, 2022 MS 6.9 Menyuan earthquake in Qinghai,China

It is critical to determine whether a site has potential damage in real-time after an earthquake occurs, which is a challenge in earthquake disaster reduction. Here, we propose a real-time Earthquake Potential Damage predictor (EPDor) based on predicting peak ground velocities (PGVs) of sites. The EPDor is composed of three parts: (1) predicting the magnitude of an earthquake and PGVs of triggered stations based on the machine learning prediction models; (2) predicting the PGVs at distant sites based on the empirical ground motion prediction equation; (3) generating the PGV map through predicting the PGV of each grid point based on an interpolation process of weighted average based on the predicted values in (1) and (2). We apply the EPDor to the 2022 M_S 6.9 Menyuan earthquake in Qinghai Province, China to predict its potential damage. Within the initial few seconds after the first station is triggered, the EPDor can determine directly whether there is potential damage for some sites to a certain degree. Hence, we infer that the EPDor has potential application for future earthquakes. Meanwhile, it also has potential in Chinese earthquake early warning system.     

2022年1月8日青海门源MS6.9地震序列重定位和震源机制解研究

2022年1月8日青海省海北州门源县发生M_S6.9地震,震后产生了长约22 km的地表破裂带,青海、甘肃和宁夏等多地震感强烈。本文基于区域地震台网资料,通过多阶段定位方法对门源M_S6.9地震早期序列（2022年1月8日至12日）进行了重定位,并利用gCAP方法反演了主震和M_S≥3.4余震的震源机制和震源矩心深度,计算了现今应力场体系在门源M_S6.9地震震源机制两个节面产生的相对剪应力和正应力。结果表明:门源M_S6.9地震的初始破裂深度为7.8 km,震源矩心深度为4 km,地震序列的优势初始破裂深度主要介于7—8 km之间,而M_S≥3.4余震的震源矩心深度为3—7 km;该地震序列的震源深度剖面显示震后24个小时内的地震序列长度约为25 km,与地表破裂带的长度大体一致,整体地震序列长度约为30 km,其中1月8日M_S6.9主震和M_S5.1余震位于余震区西段,1月12日M_S5.2余震位于余震区东段。2022年1月8日门源M_S6.9主震的震源机制解节面Ⅰ为走向290°、倾角81°、滑动角16°,节面Ⅱ为走向197°、倾角74°、滑动角171°,根据余震展布的总体趋势估计断层面走向为290°,表明此次地震为近乎直立断层面上的一次左旋走滑型事件;M_S≥3.4余震的震源机制解显示这些地震主要为走滑型地震,P轴走向从余震区西段到东段之间大体呈现NE向到EW向的变化。现今应力场体系在门源M_S6.9主震震源机制解节面Ⅰ上产生的相对剪应力为0.638,而在节面Ⅱ上的相对剪应力为0.522,表明这两个节面均非构造应力场的最大释放节面,这与2016年门源M_S6.4地震逆冲型震源机制为构造应力场的最优释放节面有着明显差异。结合地质构造、震源机制和余震展布,2022年1月8日门源M_S6.9主震的发震构造可能为冷龙岭断裂西段,其地震断层错动方式为左旋走滑。根据重定位结果、震级-破裂关系以及剪应力结果,本文认为门源地区存在一定的应力积累且应力未得到充分释放,该地区仍存在发生强震的危险。      

2022年青海门源MS6.9地震震源机制解

2022年1月8日,青海门源地区发生M_S6.9地震,本文利用CAP方法反演了主震震源机制解和震源深度。结果显示,断层节面Ⅰ:走向191°/倾角62°/滑动角173°,节面Ⅱ:走向284°/倾角82°/滑动角21°。此次地震为走滑型地震,最佳矩心震源深度约3 km,矩震级为M_W6.7。结合震源机制解和定位结果分析认为,节面Ⅱ可能为实际破裂面,本次地震发生在冷龙岭断裂和托莱山断裂的交汇部位,本次地震与2016年和1986年2次M6.4地震震源机制解不同,显示出该区域复杂的构造背景。      

High-precision relocation of the aftershock sequence of the January 8, 2022, MS6.9 Menyuan earthquake

The 2022 Menyuan M_S6.9 earthquake, which occurred on January 8, is the most destructive earthquake to occur near the Lenglongling (LLL) fault since the 2016 Menyuan M_S6.4 earthquake. We relocated the mainshock and aftershocks with phase arrival time observations for three days after the mainshock from the Qinghai Seismic Network using the double-difference method. The total length and width of the aftershock sequence are approximately 32 km and 5 km, respectively, and the aftershocks are mainly concentrated at a depth of 7–12 km. The relocated sequence can be divided into 18 km west and 13 km east segments with a boundary approximately 5 km east of the mainshock, where aftershocks are sparse. The east and west fault structures revealed by aftershock locations differ significantly. The west fault strikes EW and inclines to the south at a 71º–90º angle, whereas the east fault strikes 133º and has a smaller dip angle. Elastic strain accumulates at conjunctions of faults with different slip rates where it is prone to large earthquakes. Based on surface traces of faults, the distribution of relocated earthquake sequence and surface ruptures, the mainshock was determined to have occurred at the conjunction of the Tuolaishan (TLS) fault and LLL fault, and the west and east segments of the aftershock sequence were on the TLS fault and LLL fault, respectively. Aftershocks migrate in the early and late stages of the earthquake sequence. In the first 1.5 h after the mainshock, aftershocks expand westward from the mainshock. In the late stage, seismicity on the northeast side of the east fault is higher than that in other regions. The migration rate of the west segment of the aftershock sequence is approximately 4.5 km/decade and the afterslip may exist in the source region.     

2022年1月8日青海门源MS6.9地震强地面运动模拟及烈度分布估计

2022年1月8日青海省海北藏族自治州门源回族自治县发生M_S6.9地震。门源地震序列的重定位结果认为门源地区还存在一定的应力积累,未来该地区具有发生强震的可能。本文结合震源区地形数据、三维速度结构,根据门源地震震源破裂过程的初步结果,采用曲线网格有限差分方法模拟了门源地震的波场传播过程,得到烈度分布。结果表明:沿平行断层走向方向的地震动衰减明显小于垂直断层走向方向;门源地震的最大烈度为Ⅷ度,位于震源破裂起始点附近区域,理论烈度与野外调查的地震烈度分布基本一致;受强地面运动方向性效应和起伏地表的影响,地震灾害主要沿发震断层的WNW方向和ESE方向集中分布。      

2022年1月8日青海门源M6.9地震的地震动强度图

引言据中国地震台网中心测定,北京时间2022年1月8日01时45分,中国青海省海北州门源县发生了M6.9地震,震中位于(37.77°N,101.26°E),震源深度为10 km。在地震发生后,作者利用震源破裂过程、仪器观测数据资料,进一步考虑局部场地效应快速计算获得了此次地震的地震动强度图结果。震后快速产出的地震动强度图科技产品能够为震后的应急反应决策和地震应急评估提供科技支撑。     

2022年1月8日青海门源6.9级地震前电离层异常特征分析

利用张衡一号电磁卫星朗缪尔探针观测的原位电子密度数据和等离子体分析仪观测的原位氧离子密度数据,针对2022年1月8日青海门源M_S6.9地震,分析震前电子密度和氧离子密度异常特征,并总结以往震例。结果显示,在门源M_S6.9地震前11天出现电子密度和氧离子密度高值异常;对电离层异常进行震例统计分析,发现大多数地震前6天以内出现电离层异常,且走滑型地震和逆冲型地震震前居多,讨论异常产生的机理可能为大气声重波机制和电场机制。     

2022年1月8日青海门源MS6.9地震前重力场动态变化

2022年1月8日青海门源M_S6.9地震前,中国地震局在青藏高原东北缘开展了多期流动重力观测,并观测到震中附近重力场随时间的变化.我们曾利用震中附近重力场变化信息在地震前对发震地点进行了较为准确的预测.本文综合利用地面绝对重力、相对重力资料,对青藏高原东北缘2018—2021年间的重力观测数据进行整体处理,系统分析了区域重力场动态变化及其与门源M_S6.9地震发生的关系.结合地震剪切波分裂、地壳裂隙及饱和度研究成果,进一步研究了区域重力场变化的时空分布特征及其机理.结果表明：(1)门源M_S6.9地震前2年累积重力变化呈现出明显的四象限分布特征,震中位于重力变化的四象限中心零等值线附近;(2)地震前重力异常持续时间与震级的关系、地震剪切波分裂产生的慢波时间延迟持续时间与震级的关系显现一致性,这种一致性表明地下流体运移可能是地震前观测到的重力变化的主要成因;(3)本次震中东南侧的显著重力变化延伸到了冷龙岭断裂东段至海原断裂一带,后期仍需要关注该地区的地震危险性.

     

2022年1月8日青海门源MS6.9地震前地磁垂直强度极化异常变化特征

基于甘青川地区的14个地磁台站秒采样资料,对2022年1月8日青海门源M_S6.9地震前地磁垂直强度极化异常的时空变化特征进行分析研究。计算结果显示,在2021年10月底出现了地磁极化超阈值高值异常变化,异常台站主要分布在青海、甘肃和四川地区,异常出现后73天发生了门源地震,震中位于极化高值异常阈值线附近。研究还发现,此次地磁极化异常具有一定的时空变化特征,时间上,不同台站极化异常具有较好的时间同步性;空间上,极化异常高值区呈现出沿震中附近出现后不断扩展最终再向震中收缩的特点。此外,各地磁极化异常台站的归一置零极化值、异常持续时间与震中距存在较好的负相关性,异常台站距离地震震中越近,其归一置零极化值越高,异常持续时间也越长,这一特征符合地震电磁扰动信号的衰减特征。根据极化异常和地震的时空关系分析认为,此次地磁极化高值异常对应了之后在异常高值区边缘发生的门源M_S6.9地震。     

2022年1月8日青海门源6.9级地震的震源区结构特征和b值意义初探

2022年1月8日1时45分青海省门源县发生M_S6.9地震.本文基于青藏高原东北缘水平分辨率为0.3°的地震层析成像结果,获取了震源周边区域的地壳浅部构造信息,包括波速、泊松比以及估计的裂隙密度和饱和率的空间分布.结果表明:此次门源M_S6.9地震发生在P波和S波波速剧烈变化的区域,靠近高速体的边缘.泊松比和饱和率同样都显示,门源M_S6.9地震发生在高低值变化的过渡区.地震活动参数分析显示,震前冷龙岭断裂带的震源周边区域显示出了低b值、较低的a值和高a/b值的特征,与龙门山—岷山构造带强震之前的情况类似.裂隙密度在冷龙岭断裂两侧呈现出显著差异,北侧高于南侧,这可能是震后现场科考发现的断裂带地表破裂北侧高于南侧的构造成因.     

2022年1月8日青海门源6.9级地震的震源区结构特征和b值意义初探

2022年1月8日1时45分青海省门源县发生M_S6.9地震.本文基于青藏高原东北缘水平分辨率为0.3°的地震层析成像结果,获取了震源周边区域的地壳浅部构造信息,包括波速、泊松比以及估计的裂隙密度和饱和率的空间分布.结果表明:此次门源M_S6.9地震发生在P波和S波波速剧烈变化的区域,靠近高速体的边缘.泊松比和饱和率同样都显示,门源M_S6.9地震发生在高低值变化的过渡区.地震活动参数分析显示,震前冷龙岭断裂带的震源周边区域显示出了低b值、较低的a值和高a/b值的特征,与龙门山—岷山构造带强震之前的情况类似.裂隙密度在冷龙岭断裂两侧呈现出显著差异,北侧高于南侧,这可能是震后现场科考发现的断裂带地表破裂北侧高于南侧的构造成因.     

InSAR数据约束的2022年1月8日青海门源MS6.9地震发震构造研究

利用Sentinel-1A卫星升降轨道数据和D-InSAR技术获得青海门源2022年1月8日M_S6.9地震的同震形变场,并基于弹性半空间位错模型反演其震源参数,利用分布滑动模型确定断层面上的滑动分布。结果表明,2022年1月8日青海门源地震的同震形变场沿NWW-SEE方向分布;断裂带南缘升轨影像和降轨影像最大视距分别为61 cm和62 cm,断裂带北缘升轨影像和降轨影像最大视距地表形变量分别为43 cm和56 cm。InSAR同震形变场断裂尺度模型断层长30 km,宽18 km,最大滑移量3.5 m;断层滑动分布模型表明该地震为左旋走滑地震。结合冷龙岭断裂的运动特征和几何特征,初步确定此次M_S6.9地震的发震断裂为冷龙岭断裂     

2022年1月8日青海门源MS6.9地震GNSS同震形变场及其断层滑动分布

2022年1月8日在青海省海北州门源县发生M_S6.9地震,本次地震是继2016年门源M_S6.4地震后冷龙岭断裂周边发生的又一次强震。确定本次地震的破裂分布对分析该地区震害风险具有重要意义。通过收集震中及周边12个GNSS连续站点和震后加密观测的17个流动站点观测资料,获取了震中100 km范围内29个测站的GNSS静态同震形变场,并以此为约束反演了本次地震同震滑动分布。结果显示,近场GNSS观测到的最大形变量可达1.3 m。反演的最优破裂模型显示该地震主破裂区深度位于0～10 km,滑动破裂出露地表,最大滑动量为4.07 m,地震矩释放能量约1.1×10¹⁹ N·m,对应矩震级M_W6.7。门源地震破裂至地表是造成该地区基础设施破坏的直接原因。     

2022年青海门源M6.9地震矩心矩张量解

据中国地震台网中心测定,北京时间2022年1月8日01时45分,中国青海省海北州门源县发生了M6.9地震,震中位于( 37.77°N, 101.26°E),震源深度为10 km.这是2022年中国大陆第一个接近7级的强震.距离此次地震震中40 km以东,2016年曾发生过门源M6.4地震;且东北部在1927年还发生过甘...     

2022年1月8日青海门源6.9级地震机器学习地震预警震级估计与现地阈值报警的回溯验证

2022年1月8日1时45分青海省海北州门源县发生6.9级地震, 周边地区普遍有感, 并导致多条高铁线路临时停运. 本文利用这次地震获取的大量烈度计加速度记录, 基于正在进行系统研发的机器学习地震预警方法模块, 对地震预警震级估计与现地阈值报警进行了回溯验证. 结果表明: 在地震发生后3.1 s, 震级估计为6.5级, 且震级估计误差不受信噪比和震中距变化的影响, 随着首台触发后时间的增加, 震级估计逐渐接近实际震级. 对于现地地震动速度峰值PGV(Peak Ground Velocity)预测, 各个台站在P波到达后3 s时, 预测PGV与观测PGV呈现1:1线性关系, 随着P波到达后时间窗的增加, 预测PGV逐步接近观测PGV, 且PGV预测误差不受信噪比和震中距变化的影响. 现地台站仪器烈度阈值设置为Ⅵ度时, 报警成功、误报、漏报的百分比分别为99.53%、0%、0.47%, 平均预警时间为19.62 s, 且地震烈度Ⅵ度区内没有发生误报和漏报; 现地台站仪器烈度阈值设置为Ⅶ度时, 报警成功、误报、漏报的百分比分别为99.77%、0%、0.23%, 平均预警时间为9.69 s, 且地震烈度Ⅶ度区内没有发生误报和漏报. 此次回溯验证结果表明: 机器学习方法在这次地震中可以得到鲁棒的震级估计和现地阈值报警结果, 并为该方法的在线测试以及中国地震预警系统升级提供可行性依据; 其次, 在这次地震事件中, 烈度计可为预警提供额外的作用, 这也为烈度计在未来地震预警的研究和应用中提供了更多的可能性.

     

2022年1月8日青海门源MS6.9地震地表破裂带特征与发震机制

2022年1月8日01时45分, 在青海省海北州门源县(N37.77°, E101.26°)发生了M_S6.9地震, 震源深度约10km.震后现场考察确认, 本次地震震中位于祁连—海原断裂带中段的冷龙岭断裂与托勒山断裂之间的构造转换部位, 上述断裂均为全新世活动的左旋走滑断裂.地震形成了两条地表破裂带, 总长度约31km.其中, 北侧主破裂带主要沿冷龙岭断裂西段分布, 东起硫磺沟脑, 向西穿过道沟, 至下大圈沟止, 长度约22km, 野外测量并经无人机高分辨率影像校核后, 最大水平位错量约2.6±0.3m, 并向两端逐渐衰减, 宏观震中位于硫磺沟大拐弯至道沟以东一带.南西侧的次级破裂带分布在托勒山断裂东段上, 东自大圈窝, 断续向西过羊肠子沟, 至大西沟止, 长度约9km, 最大水平位错量约1.0±0.1m, 二者之间呈左阶斜列, 最小阶距约1.0km.本次地震地表破裂习性以左旋走滑为主略具逆冲分量, 各次级破裂呈左旋左阶拉张或左旋右阶挤压的雁列式组合, 形成了典型的走滑断错地貌, 如左旋断错纹沟、河床、牧区铁丝网围栏、道路路基、车辙、便道和动物脚印等, 同时还形成了典型的挤压脊或鼓包、张性裂隙和断层陡坎等, 其走滑破裂样式典型而丰富.综合本次地震地表破裂展布和余震活动所反映的深部构造特征表明, 其发震构造应以冷龙岭断裂西段为主, 托勒山断裂东段参与, 在其构造转换部位形成不连续的Y字型分叉的地震地表破裂图像.这次地震是继1986年门源M_S6.4和2016年门源M_S6.4地震沿冷龙岭北侧次级断裂活动之后, 发生在冷龙岭主干活动断裂带上的一次强烈地震, 未来应重点关注祁连—海原断裂带尤其是西段的大震活动.

     

2022年青海门源6.9级地震引起的地表同震位移场研究

中国青海省门源县于2022年1月8日发生6.9级地震。依据该地震震源断层信息设置4种不同的位错分布模式,基于Okada提出的地表位移解析解分别计算4种模式下地表同震位移场,结合现场观测数据,探讨发震断层的滑动形式及其对周边地表产生的影响。结果表明,此次地震发震断裂初步判断主要为冷龙岭断裂西侧延伸至托莱山断裂,以左旋走滑断层为主,断层面上最大位错量达到4 m左右;震中西南侧向NE方向运动,东南侧向SE方向运动,西北侧和东北侧分别向NW以及SW方向运动;震中附近小范围区域产生了超过1.5 m的地表水平位移,破裂带上存在竖向地表位移超过0.5 m的区域;现场监测到局部产生最大约2.1～2.3 m的水平位错,以及部分区段垂直位错量最大达到0.7 m;以震中位置为中心,断层引起的地表位移影响范围达到约30 km×36 km,此范围内产生的地表位移大于0.1m。研究为此次地震的震后恢复工作以及此区域后续的工程设防等提供参考。     

2022年1月8日青海门源MS6.9地震震前变形特征分析

2022年1月8日1时45分27秒青海海北藏族自治州门源县发生 M_S6.9地震,基于大地测量资料详细分析震源区的构造运动、应变演化以及深部变形特征,对于发震机理及震后危险性分析具有重要的意义。本文利用1991—2016、2017—2020期中国大陆地区GNSS速度场,分析了青藏高原东北缘各断裂带的运动学特征、门源地震震中和周边区域的地壳应变及其动态演化特征;结合剖面投影和非线性拟合算法,定量计算了托莱山、冷龙岭断裂的滑动速率和闭锁深度,得到以下认识:①青藏高原东北缘不同断裂带的运动学特征差异较大,整体以地壳缩短运动为主,局部区域伴随旋转运动; ②震中位于面膨胀率和最大剪应变率高值区的边缘,与前人关于强震地点的认识基本一致; ③区域应变参数的时空演化过程显示,震中附近应变特征整体变化不大,表明断层可能处在孕震晚期阶段; ④托莱山断裂带具有较高的滑动速率和闭锁深度,结合库仑应力的研究结果认为,该断裂未来一段时间的地震危险性仍值得关注。