2023年西藏东北部高原边缘日西山6.2级地震的破裂特征及液化诱发的泥流机制

《Tectonophysics》：Rupture characteristics and liquefaction-induced mudflow mechanisms of the 2023 Jishishan Ms. 6.2 earthquake on the northeastern Tibetan Plateau margin

　　

王俊毅|王伟民|李琳琳|王超|何建坤|丁琳

摘要

2023年12月18日，中国甘肃省积石山县发生了一次6.2级地震，造成了重大人员伤亡，并引发了青海省民和县中川镇的严重泥石流灾害。这是青藏高原东北边缘拉吉山断层带有仪器记录以来最大的一次地震。通过整合多种数据集（干涉合成孔径雷达（InSAR）数据、精确的余震定位、实地调查和地球物理反演结果），发现引发此次地震的断层为东北倾斜的逆冲断层，该断层以逆冲作用为主，同时伴有右旋走滑成分，最大滑动量为0.96米。中川镇的泥石流灾害是地震、黄土液化共同作用的结果。值得注意的是，泥石流的形成受到地震地面运动放大效应、黄土饱和液化以及地下水位升高的影响。虽然这次灾害与摧毁拉贾遗址的史前事件有相似之处，但在沉积物来源和地貌特征上存在明显差异。此外，库仑应力变化分析表明，积石山东部、西部以及道塘河-临夏中南部断层存在显著的应力变化，这提示这些断层在未来可能具有较高的地震危险性。本研究为拉贾遗址的破坏提供了新的证据，并阐明了青藏高原东北边缘地震引发的连锁灾害的机制。

引言

2023年12月18日，甘肃省积石山县发生了一次6.2级地震（图1），最大烈度达到VIII级，导致151人死亡（Guo等人，2025年；Song等人，2025年）。震中位于青藏高原与黄土高原的过渡地带。此次地震引发了多处黄土滑坡，其中青海省民和县关亭盆地的中川镇发生了大规模的地震诱发泥石流灾害，造成20人死亡，并对建筑物、农田和基础设施造成了严重破坏（Shi等人，2024年）。值得注意的是，拉贾遗址位于中川泥石流灾害区域以西约5公里处，是一个重要的齐家文化考古遗址（Liu等人，2005年）。拉贾遗址因保存了地震诱发泥石流的破坏证据而闻名，学者们将其称为“东方的庞贝”（Huang等人，2017年；Wu等人，2016年；Yang等人，2003年）。尽管地震通常被认为是造成定居点破坏的主要原因（Huang等人，2019年；Li等人，2014年），但关于沉积物来源和沉积机制仍存在争议。主要观点集中在三种假设上：一是黄河洪水（Yang等人，2003年），二是滑坡形成的湖泊溃决（Wu等人，2016年），三是山洪-泥石流事件（Huang等人，2017年）。鉴于当代中川泥石流与古代拉贾遗址灾害的相似性，2023年积石山地震为研究这些现象提供了宝贵的现代范例。

积石山地震发生在拉吉山断层带上（图1），该断层是青藏高原东北边缘祁连山造山带的重要组成部分（Hough等人，2011年；Yuan等人，2005年；Zhuang等人，2023年）。历史地震记录显示，拉吉山断层带已发生超过20次中等强度的地震，平均震级约为5级（Yuan等人，2005年）。2023年的6.2级地震是该断层带有仪器记录以来最大的一次地震。对其地震生成结构、地震前兆过程及相关中川泥石流的全面研究对于了解区域构造特征具有重要的科学价值。此外，本研究为阐明拉贾遗址破坏的机制提供了关键实证，并有助于评估拉吉山断层带的未来地震危险性。

积石山地震发生后，研究人员采用了多种技术方法，包括地质野外调查、精确的余震定位、卫星遥感解释和地球物理观测，系统地研究了地震事件及其相关的中川泥石流（Chen等人，2024a，Chen等人，2024b，Chen等人，2024c；Dong和Yang，2025年；Guo等人，2025年；Hu等人，2025年；Huang等人，2024年；Song等人，2025年；Wang等人，2024a）。在此基础上，学者们采用“以现在揭示过去”的方法，比较研究了拉贾遗址古地震灾害与中川泥石流之间的成因机制（Li等人，2024a，Li等人，2024b；Shi等人，2024年；Zhang等人，2024a，Zhang等人，2024b）。最新研究揭示了两个主要争议点：首先，关于地震生成断层的几何特征存在分歧，一些研究支持东北倾斜方向（Fang等人，2025年；Guo等人，2025年；Hua等人，2024年），而另一些研究则认为其为西南倾斜方向（Chen等人，2024a，Chen等人，2024b，Chen等人，2024c；Tang等人，2024年；Ping等人，2025年）（具体参数见表S1）。其次，关于拉贾遗址与中川泥石流事件之间的成因关系仍存在争议，尽管研究者发现了相似的形成机制（Shi等人，2024年；Li等人，2024a，Li等人，2024b），但沉积物来源分析却提出了不同的观点（Zhang等人，2024a，Zhang等人，2024b）。这些未解决的差异直接影响了对积石山地震构造特征的准确判断。

鉴于2023年积石山地震及其相关中川泥石流，拉吉山断层带的复杂构造框架和拉贾遗址破坏的未解成因机制需要进一步研究。本研究采用多学科综合方法，系统分析了积石山地震的地震生成过程和中川泥石流的形成机制。我们的方法结合了多源数据，包括干涉合成孔径雷达（InSAR）衍生的同震变形场、精确定位的余震序列、野外地质调查数据、地球物理反演结果和高分辨率遥感图像。通过与拉贾遗址灾害的对比分析，阐明了同震变形和次生灾害对遗址破坏的影响机制。首先，通过整合InSAR同震变形场、精确定位的余震和反演的断层滑动分布，分析了积石山地震的断层活动特征和地震构造背景。结合野外调查和遥感解释，揭示了地震诱发泥石流的运动学行为和触发阈值。最后，通过对比分析地震构造特征和地质记录，阐明了积石山地震与拉贾遗址破坏之间的成因关系，为该遗址的形成机制提供了新的构造地质证据。

章节片段

区域背景

自印度-欧亚板块碰撞以来（Ding等人，2022年；England和Molnar，2005年；Wang等人，2025年；Tapponnier等人，2001年；Yin和Harrison，2000年），青藏高原的东北边缘一直是主要的构造前沿带（Tapponnier等人，2001年；Yin和Harrison，2000年），推动了高原向欧亚大陆的扩张（图1a）。全球定位系统（GPS）水平速度场显示，该地区至今仍具有显著的

2023年6.2级积石山地震的成因过程

基于InSAR技术的同震变形场为近场地表变形提供了可靠的约束，有助于有效反演有限断层的空间分布特征（Elliott等人，2016年；Massonnet等人，1994年；Wang等人，2018年）。相比之下，远震波形数据虽然对断层面滑移分布的约束较弱，但能准确反映地震破裂的时间演变过程（Wang等人，2015年）。

中川泥石流

积石山地震在受灾地区造成了广泛破坏，并引发了青海省民和县中川镇的严重泥石流灾害。中川镇位于青藏高原东北边缘的关亭盆地，该地区以黄土高原地貌为特征，第四纪厚层黄土覆盖在第三纪红粘土之上。盆地北部边缘有众多沟壑

2023年6.2级积石山地震的原因

Liu等人（2025年）指出，2023年6.2级积石山地震的地震生成机制主要受青藏高原东北边缘构造应力场控制。Guo等人（2025年）表明，这次地震形成了以逆冲运动为主、伴有右旋走滑成分的表面破裂带。此外，通过对同震滑移分布的联合反演结果进行比较评估

结论

本研究通过整合多种数据集（包括InSAR衍生的同震变形场、余震序列、野外调查和断层滑动反演分析），系统研究了积石山地震的触发机制、断层活动特征及其深远的环境影响。特别关注了2023年6.2级积石山地震及其引发的中川镇泥石流灾害。研究结果表明

CRediT作者贡献声明

王俊毅：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，验证，方法论，数据分析，概念化。王伟民：可视化，软件，资源，方法论，数据分析。李琳琳：可视化，调查，数据分析，概念化。王超：可视化，验证，数据分析。何建坤：撰写 – 审稿与编辑，方法论，概念化。丁琳：撰写 – 审稿与编辑，监督，项目管理

Wessel等人，2013年

利益冲突声明

作者声明本研究未涉及任何可能构成利益冲突的商业或财务关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（92355002）、青藏高原地球系统优秀研究群体计划（42588201）的资助。