据中国地震台网测定,北京时间2024年1月23日2时9分,新疆乌什县境内发生MS7.1地震,震中位于南天山中高山区(41.26°N,78.63°E),震源深度22km,地震最大烈度为Ⅸ度。此次地震的微观震中距人口密集区相对较远,且震区内居民的房屋抗震性能较好,因此本次地震仅造成了相对轻微的人员伤亡。
地震地质灾害是指因地面震动所诱发的各类地质灾害,如:崩塌、滑坡、泥石流、地裂缝、地面塌陷、砂土液化等,是主要的地震次生灾害,其不仅常造成严重的人员伤亡,而且破坏房屋、道路、桥梁等工程设施和土地资源,从而加剧地震灾害损失程度(Li et al,2008;Boatwright et al,2001;Chang et al,2005;Meunier et al,2013;王秀英等,2009;王谦等,2022;黄润秋,2017;柴少峰等,2016;王兰民等,2013;铁永波等,2022;蔡晓光等,2022;廖程等,2023;佘金星等,2018)。例如,1920年l2月16日宁夏海原8.5级地震造成24万人死亡,并形成难以计数的大规模黄土滑坡,发生严重滑坡的面积达3800km2,滑坡堵塞河流沟谷,形成星罗棋布的堰塞湖(李为乐等,2015);2003年2月24日新疆喀什地区巴楚—伽师发生MS6.8地震,地震中出现了大量的砂土液化问题,造成农田毁坏,道路损毁,建筑物破坏以及河流沟渠塌岸等灾害(石江华,2011;李兆焱,2012);2008年汶川MS8.0地震触发大面积的地质灾害(滑坡、崩塌、堰塞湖、泥石流、地裂缝、地震陷坑和砂土液化),造成村庄被毁坏、掩埋,滚石砸毁房屋、行驶车辆,行人死伤,公路桥涵被毁坏,交通堵塞受(文广超等,2021;苏林雪,2021;朱守彪等,2018);2023年12月18日甘肃积石山县6.2级地震诱发大规模黄土液化流滑,造成两村51户房屋被埋或冲毁,20余人死亡(王丽丽等,2024;高波等,2024;孙杲辰等,2024;董磊等,2025;陆诗铭等,2025;杨传成等,2024)。
地震地质灾害的类型、形成机理、诱发因素等一直是国内外学者研究的重点。乌什7.1级地震发生之后,按照中国地震局的统一部署,新疆维吾尔自治区地震局对震中及周边地区开展现场调查工作,发现大量的地震地质灾害现象,本文依据现场调查的结果,对本次地震引发的地质灾害的类型、分布及影响做简要介绍,并结合地震烈度、地形地貌、地质构造等因素初步分析其成因。
1 震区概况已有研究表明,地震地质灾害类型与规模地形地貌、地质构造、岩体结构、地震活动等因素密切相关(梁京涛,2009;蔡晓光等,2022)。此次地震震区的地质图见图 1。
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图 1 震区地质概况 |
本次地震的震中位于南天山(图 1),震区北部为南天山西段中高山区,最高海拔超过5900m,整体走向呈NE向,山顶多呈刃脊状,山体沟壑纵横,发源于山体的河流多呈NW向,这些小支流在雨季或融雪期形成短暂径流,塑造了短促深切的河谷地貌,河谷两岸边坡陡峭,地形坡度大于30°,部分地段近于直立。震区中部为托什干河谷,该谷地属新生代构造运动形成的纵向断层谷,呈近EW展布,长约200km,自西向东海拔由2200m逐渐降至1300m,在阿合奇一带河谷宽约5km,至乌什县城一带,河谷宽30km以上,河流汊道发育。震区南部为喀拉铁克山,呈EN—WS走向,整体地势西北高、东南低,山势北缓南陡,震区内最高海拔超过3500m。
震区内地层岩性复杂,震区北部的南天山主要出露石炭系(C)、泥盆系(D)以及二叠系(P)地层(图 1),岩性以灰岩、砂岩为主,局部夹少量的安山玢岩、流纹岩、板岩、千枚岩,山前局部区域分布少量的古近系—新近系地层(E—N)以及下更新统地层(Qp1),岩性以砾岩、砂岩及粉砂岩为主,少量全新世(Qh)地层分布于山体的河谷内;震区中部的托什干河谷主要分布晚更新世(Qp3)至全新世(Qh)的冲洪积砾石层,此外在新生代隆起的背斜核部及两翼出露新近系(N)至下更新统地层(Qp1),岩性以砾岩、泥岩为主;震区南部的喀拉铁克山主要出露石炭系(C)、寒武系(Э)以及志留系(S)地层,石炭系地层以灰岩、砂岩为主,寒武系地层主要为白云岩并夹少量灰岩,志留系地层以砂岩、粉砂岩为主,此外还出露少量震旦系(Z)、南华系(Nh)以及长城系(Ch)地层,震旦系地层以白云岩、砂岩、页岩为主,南华系地层以砾岩、砂岩为主,长城系地层以石英片岩为主。
震区属于新构造运动和地震活动极为强烈的地区,新生代以来,印度板块向欧亚板块持续挤压,南天山重新复活隆升并不断向塔里木盆地方向推挤,迈丹断裂则构成二者的分界断裂(吴传勇,2016),该断裂晚第四纪以来仍具有较强活动性,沿断裂带多处可见晚第四纪以来的地貌发生断错的迹象。截至2025年12月,震区共记录到7.0~7.9级地震1次,6.0~6.9级地震2次,5.0~5.9级地震22次,地震的空间分布与迈丹断裂基本一致(图 1)。
根据新疆地质灾害点的统计数据,此次地震震区内已有地质灾害点共204处(截至2023年12月),灾害类型主要为崩塌、泥石流和滑坡,其中崩塌150处、泥石流51处、滑坡3处(图 1)。从空间分布特征来看,几乎所有的地质灾害点均位于南天山和喀拉铁克山,并且主要沿河谷、冲沟等高差显著的位置发育,仅个别地质灾害点分布于托什干河谷,主要是因为山体陡峻的地形为地质灾害形成提供了有利条件。此外,震区内山体的岩性以砂岩、砾岩、灰岩等质地坚硬的岩石为主,抗剪强度较大,不易发生变形滑动,因此,从地质灾害的类型来看,崩塌和泥石流占绝对优势,滑坡较少。
2 调查方法和数据此次地震的震中属于高寒山区,人烟相对稀少,交通不便。为快速了解本次地震的地质灾害情况,本次调查工作主要围绕震中附近开展。此外,依据震前获取的数据,震区内的地质灾害主要位于基岩山区,因此选择了5条位于南天山的河谷(别迭里沟、阔克留木沟、古提力克沟、玉山古溪河、恰勒玛提河)开展重点调查,调查路线详见图 2。
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图 2 震区地貌影像及调查路线 注:主、余震分布来自中国地震台网中心,震源机制解来自中国地震局预测研究所。 |
为获取准确的地质灾害数据,此次调查工作通过现场实地观测完成。通过实地调查,在河谷以及山前地带发现了大量的地震地质灾害点,其中崩塌是此次地震造成的最主要灾害类型,此外亦有地裂缝、沙土液化以及地震地表破裂带分布。
3 地震地质灾害类型及分布 3.1 别迭里沟地震地质灾害别迭里沟距离震中最近距离约1.2km(图 1),属于水系侵蚀形成的沟谷,总体呈“V”字型,上游的河谷相对较窄,仅在局部发育T1~T3级堆积阶地,在河流下游至出山口处,河谷相对宽缓,且发育多级不连续的河流阶地(图 3(a))。
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图 3 别迭里沟三维影像及阶地崩塌照片(具体位置见图 2与图3(a)) |
沿别迭里沟调查,距离震中2~3km范围内,在河流右岸主要发育3级河流阶地,其中较高一级阶地(T3)的岩性主要为冲洪积砾石,阶地的坡面近乎直立,阶地面拔河高约40m,可见该级阶地因地震失稳崩塌,而形成大量的倒石堆(图 3(b)),堵塞道路超过48h(2024年1月25日上午11时道路才被疏通),其中最大一处崩塌体的砾石方量达数万方(图 3(c)),属于特大型崩塌。沿公路向河流上游调查,距离该点以北2.6km范围内,该级阶地基本连续,因阶地崩塌形成的倒石堆也连续分布,共计数十处,崩落的土方量达数百至数千方不等,规模以中~大型为主(图 3(d)、3(e))。沿河流上游方向调查,河谷逐渐变窄,阶地基本消失,此类型的崩塌也不再发育。
震中以西约1.8km处,河谷两侧的边坡较陡,达45°左右,岩性为二叠系层状砂岩,局部可见近直立的基岩断面(图 4(a)),受此次地震影响,部分基岩发生崩塌,在道路上可见因基岩崩塌而滚落的砾石(图 4(b)),砾石的直径20~50cm居多,最大超过2m。沿河流上游继续追溯,在距离震中西北约7km处,基岩边坡可达65°~80°,可见二叠系灰岩崩塌形成的滚石群(图 3(c)、3(d)),崩塌的砾石广泛地分布于山坡、道路以及河漫滩。调查中还发现,直径越大的砾石滚落的距离也相对越远,例如,滚落至河漫滩和道路上砾石的直径一般大于1m,而山坡上的砾石直径一般小于50cm。
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图 4 别迭里沟滚石及碎石流照片(具体位置见图 2) |
随着距离震中越来越远,向河流上游调查中未发现规模较大的地质灾害点,仅在距离震中14~19km的范围内,在陡倾(坡度大于75°)的基岩断面可见小规模的崩塌(图 4(e)),以及风化的基岩因地震失稳从而形成碎屑流(图 4(f))。
3.2 阔克留木沟地震地质灾害阔克留木沟位于别迭里沟以东约9km,二者近乎平行,距震中最近约8.5km。在河流出山口右岸,山体由下更新统西域砾岩构成,山体顶部距坡脚约80m高,坡面近直立,其坡度大于80°,在地震作用下发生大面积的岩体崩塌(图 5(b)),形成滚石群,其中滚石最大直径超过5m。在距出山口以北1km的T3河流阶地表面发育一条长约20m、宽2~5cm的地裂缝,阶地的边坡也出现部分垮塌(图 5(c))。T1河流阶地地拔河高10m,阶地前缘的坡面近直立,在此次地震中也发生了崩塌(图 5(d)),堆积物将道路掩埋,截至调查时,道路仍未被抢通,因此在阔克留木沟的调查也未能进一步深入。
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图 5 阔克留木沟影像及崩塌、地裂缝照片(具体位置见图 2与图5(a)) |
古提力克沟位于乌什县城以北,距震中最近距离约25km(图 1)。沿进山的公路前行,震中以东约28km处,河流西岸的T2阶地拔河高约13m,在地震作用发生大面积崩塌并形成倒石堆(图 6(a)),河床中的积雪被扬起的灰尘所覆盖,河床北侧的松散坡积物也在地震的作用下发生崩塌,部分路段被崩塌体所掩埋(图 6(b)),距离该点以西约200m处,由于阶地边坡失稳,在路面(公路位于T2阶地)出现长约出现长50m、宽度5~10cm的裂缝(图 6(c)),存在垮塌的风险。
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图 6 古提力克沟崩塌及地裂缝照片(具体位置见图 2) |
震中以东约26km处,河谷北侧裸露的基岩断面近直立(图 7(a)),岩性为泥盆系灰岩,节理裂隙十分发育,受地震作用,基岩发生崩塌,崩落的滚石散落至山坡及道路各处(图 7(b)),最大的直径超过2m。继续向上游追溯,阶地面逐渐变窄,道路北侧的坡积物发生垮塌,不但掩埋了道路而且毁坏了电线杆,中断了山区的电力输送(图 7(d))。此外,在道路表面亦出现一条长数十米、宽10cm的裂缝,沿着裂缝,道路的边坡存在垮塌的趋势(图 7(c)),道路虽未中断,但大型车辆已无法通行。
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图 7 古提力克沟滚石、地裂缝和崩塌照片(具体位置见图 2) |
沿道路继续调查,在距震中NEE方向约24km处,河床逐渐变窄,阶地断续分布,河床右岸的坡积物发生大面积崩塌,塌方量达数万方,滚石阻塞了道路并压断了电线杆(图 7(e)),河床左岸的阶地局部亦发生垮塌形成倒石堆(图 7(f))。截至调查时,该调查点的滚石尚未完全清理,因此调查未能近一步开展。
3.4 玉山古溪河及恰勒玛提河地震地质灾害玉山古溪河位于阿合奇县城以北,距震中最近距离约23km。陈建波等(2025)沿玉山古溪河调查,在河谷两侧可以看到不同程度的地震崩塌,但是规模及数量远不及别迭里沟,进山公路的边坡因地震产生大量崩塌(图 8(a)),单个崩塌体一般长度小于等于20m,宽5~10m,此外,沿河流两岸的阶地亦可见因崩塌形成的倒石堆(图 8(b))。玉山古溪沟的地裂缝主要发育在河流东岸的低级阶地表面,裂缝主要与河流走向平行展布,裂缝长50~100m,最长约200m,裂缝宽2~3cm(图 8(c)),个别裂缝伴随轻微的喷砂冒水现象(图 8(d))。
张博譞等(2024)沿恰勒玛提河调查时发现了一条长约2km的地震地表破裂带,以逆断层陡坎、挤压鼓包和与之伴生的次级裂隙为主,破裂带穿过的土路(图 8(e))、河床、阶地(图 8(f))和冲沟沟床等均被断错,形成坡向NW或SE的新鲜陡坎,垂直断错量为30~100cm。尽管在局部段落可见北盘拾升,但总体上表现为南盘拾升,未见明显的走滑断错迹象。
4 同震崩塌的空间分布模式和控制因素分析通过调查发现,崩塌是此次地震造成的最主要的地质灾害类型,不但规模大且分布广泛,除恰勒玛提河以外,其余4条河谷均有崩塌发育,下文对同震崩塌的空间分布和控制因素进行分析。
从空间分布来看,崩塌主要集中在震中东西两侧30km的范围内,这反映出地震动对崩塌的形成具有显著的约束作用。从地貌来看,几乎所有的崩塌均位于震区北侧的中高山区,表明险峻的地形为崩塌的发生提供了有利条件。此外,崩塌点的分布与迈丹断裂的展布具有较好的一致性,这表明崩塌点的分布在一定程度上受构造条件的影响。
崩塌岩土体的类型可分为3类,分别是河流阶地、基岩以及坡积物。阶地崩塌是此次地震中分布最广的崩塌类型,其中规模最大、数量最多的崩塌点位于震中附近的别迭里沟内,崩塌多呈片状分布,表现为崩塌群的形式,距震中较远的玉山古溪河和古提力克沟内也有阶地崩塌发育,但其规模及数量远不及别迭里沟。此外,在相同烈度区内,发生崩塌的阶地面拔河高度一般超过10m,且全部位于山区,而山前的阶地面拔河高度一般为3~5m,调查中却未发现崩塌。此次调查发现基岩崩塌共有5处,别迭里沟有3处,阔克留木沟与古提力克沟各1处,发生崩塌的坡度普遍介于75°~90°区间,有3处发生崩塌的坡高为30~85m,2处坡高120~150m,地形起伏大,临空面发育,发生崩塌的岩性为古生界的砂岩、灰岩以及下更新统砾岩,虽然均属于中硬岩~坚硬岩,但是崩塌点的岩体普遍较为破碎、节理裂隙发育。震区内坡积物分布相对较少,由风化的松散砂石土构成,调查中仅发现2处坡积物崩塌,发生崩塌的坡度在50°~60°区间。
5 讨论通过对乌什MS7.1地震的震后调查发现,本次地震所产生的地质灾害较为严重且具有以下特点:
(1) 依据本次调查的结果以及张博譞等(2024)工作,此次地震所引发的地质灾害主要集中在震中东西两侧约30km的范围内,以北约7km,向南约15km以外,地质灾害迅速减轻,这主要与地震能量释放随着距震中距离远而明显衰减的控灾机制有关。此外,从图 1可以发现绝大部分较大规模的地质灾害均分布在迈丹断裂附近,这表明地质灾害的分布在一定程度上受构造条件的约束。
(2) 震中附近的地貌差异显著,震中北侧为中高山区,南侧为山前冲洪积平原。调查发现在同等烈度条件下,地质灾害几乎全部位于震区北侧的中高山区,因为该区域属于强烈的构造隆升区,在后期冰水侵蚀之下,多形成沟谷地貌(多呈“V”字型),特别是一些规模较大的河谷,河流侵蚀基准面相对较低,下切作用强烈,河谷深切而狭窄,为地震地质灾害的诱发提供了极大的势能条件。
(3) 震前该地区主要的地质灾害类型为崩塌,此次地震所造成的最主要的地质灾害类型也是崩塌,其中阶地崩塌是数量最多、分布最广也是规模最大的崩塌类型。震区内的河流阶地较为发育,调查的5条河谷内均有分布,主要由冲洪积相的砾石及粉土构成且胶结较弱,为崩塌提供了有利的物质基础,阶地被河流切割后其坡面近乎直立,为崩塌提供了有效的重力势能条件,这是震区内阶地崩塌广泛分布的主要原因。此外,由于构造隆升及河流强烈的侵蚀,山区的高级阶地更为发育,阶地面的拔河高度也相对较高(一般大于10m),山前多发于低级阶地,阶地面的拔河高度也相对较低(一般3~5m),而较高的拔河高度也代表着较强的重力势能,因此阶地崩塌几乎全部发生在山区的阶地。发生基岩崩塌的岩性为古生界的砂岩、灰岩以及下更新统砾岩,虽然均属于中硬岩~坚硬岩,其强烈的构造活动以及自然风化作用,导致岩体破碎、节理裂隙发育,岩体完整性和力学强度显著降低,发生基岩崩塌的坡度普遍介于75°~90°区间,坡高为30~150m范围,地形起伏大,临空面发育,为同震崩塌的形成提供了有效的重力势能条件。坡积物的崩塌仅发现2处,也发生在地形险峻的区域。
(4) 地裂缝在此次地震中也较为普遍,主要发生在阶地表面,其形成机制与阶地崩塌类似,近直立的阶地坡面累积的较强的重力势能,在强震作用下因边坡失稳产生崩塌沿临空方向卸荷并导致地裂缝发育。此外,调查中还发现个别喷砂冒水现象及2km地震地表破裂带,其形成机制有待于进一步讨论。
6 结论(1) 此次地震所引发的主要地质灾害主要集中在震中东西两侧约30km范围内,且总体沿构造线方向分布。
(2) 震区北侧险峻的地形地貌为地质灾害的诱发提供了极大的势能条件,因此本次地震所引发的地质灾害绝大部分位于震区北侧中高山区。
(3) 震区内发育多种地质灾害,但由于岩土体松散的结构以及陡峻的地形,崩塌成为此次地震最主要的地质灾害,其中又以阶地崩塌最为发育。
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