【历史地震】2001年昆仑山大地震之回顾——破裂行为与后续影响

2184

2001年昆仑山大地震之回顾——破裂行为与后续影响

大纲：

一、概述

二、前奏与后续

三、地表破裂带

四、参考文献

五、图片集

一、概述

图1 昆仑山口西地震断裂带分布

2001年11月14日17 时 26 分，青海省昆仑山口西发生了里氏（Ms）8.1级（或Mw7.8级）地震，沿东昆仑断裂带西段破裂，是自20世纪50年代以来在我国大陆发生的震级最大、地表破裂最长的地震之一。宏观震中区位于库赛湖东北93.0°~93.5°E的昆仑山南麓断层谷地内。破裂在断层上以平均3.7~3.9km/s的速度传播，超过了地壳脆性部分的剪切速度，在传播约100公里后变为超剪切、可能接近5km/s。

图2 2001年昆仑山地震地表破裂带简图。（a）SPOT卫星影像显示昆仑断裂带库赛湖段原有断层迹线（红色箭头），右上角插图显示昆仑断裂（KLF）、玛尼断裂（MF）、阿尔金断裂（ATF）和海原断裂（HYF）的库赛湖段（红线）位置。（b）昆仑山地震地表破裂带分布（A，：西部走滑断裂；B，张扭断裂；C，东部走滑断裂；C-1，洪水河分段；C-2，库赛湖分段；C-3，玉虚峰分段；C-4，玉珠峰分段）。

地震形成了全长约420km、宽数米至数百米、总体走向90°~110°的地表破裂带，从90.257°E延伸到东侧94.795°E，具有复杂的地表破裂分段模式、多点破裂的特征，包括主破裂和次破裂，各破裂段又由若干更次级左阶或右阶斜列的破裂组成，具有自相似的结构特征。断裂带以左旋走滑为主，最大地表同震左旋水平位移7.6m、最大垂直位移为4m，平均滑移量4~5m，沿玉虚峰分段测得的最大宽度达8公里。自西向东，断裂带可主要可分为不同的三段：①西段走滑带：是位于次级走滑断层上的走滑段长约26公里；②张剪切走滑带：位于拉分盆地内的张扭段长50公里、宽10公里；③东侧走滑带：位于库赛湖段的东部走滑段，长约350公里，反映出主要的破裂过程是走滑（图1）。利用矩震级(Mw)与地表破裂长度(L)的关系，西段、张扭段和东段的震级分别为Mw6.8、Mw6.2和Mw8.0。中国数字地震台网和地震学联合研究中心（IRIS）等设有多个区域宽带台站记录。

可能的重要原因：有研究认为，

青藏高原最大水平主压应力方向沿东向的顺时针旋转特征和断层面较低的动摩擦系数，并且沿昆仑山口西地震断层面的动摩擦系数可能是非均匀的，由此产生了沿断层走向复杂变化的应力降，从而导致超剪切破裂的发生，并控制了断层面滑移量分布

，产生了这次具有超长破裂尺度的大型地震。

2184

二、前奏与后续

1、东昆仑断裂带及震前的地震活动

东昆仑构造带是划分青藏高原为南、北两大部分的重要构造带。发育的一组北西西至近东西向左旋走滑断裂，被认为是青藏高原边界的主要左旋走滑断裂带之一，总长度超过2000km，在地貌上表现为断续的线性断裂谷地。它西起87°E以西、往东至岷山一带，从东向西分别由岷山、玛沁、阿尼玛卿山、阿拉克湖、东西大滩、昆仑山口、布喀达坂峰-库赛湖、太阳湖-库水浣和鲸鱼湖等9条不连续斜列状次级断裂组成，沿断裂带在不同次级断裂间发育多个拉分盆地或挤压隆起构造。该断裂带是青藏高原内部一条重要强震活动带，近百年来发生了6个震级大于7级的地震、形成了近千公里的地震地表破裂带。例如，1937年花石峡北7地震形成长约180km的地震地表形变带，1963年发生阿拉克湖东7.0级地震，玛尼在1973年、1997年分别发生7.4级和7.9级地震。

2001年昆仑山地震震前出现了地震空区、地震条带、活动增强、地震平静期和震群活动等主要的地震前兆图象，与7级以上地震图象的演变过程非常相似，但涉及更大的区域覆盖和更高的震级。

（1）地震空区：如下图，Ms=8.1地震震中区及其邻近地区历史上没有记录到Ms≥6.0地震，形成了一百年前以来的地震空区。地震空区表现为长轴600km、短轴200km 的NW向的椭圆，东昆仑断裂带贯穿空区中部，主震8.1级地震就发生在地震空区的西缘附近、余震区延伸到地震空区内部。

图3 大地震前背景地震空区。(a) 1900~2001年10月Ms>6.0；(b) 1986~2000年Ms>5.0

（2）地震活动增加：应变释放曲线在近几年呈现出明显的加速特征，地震发生在地震活动异常增强后持续一年的地震平静期。

图4 区域地震活动的应变释放曲线。(a)1985年到震前；(b) 1994到震前

（3）地震带：2000年发生的5.0级以上地震明显分布在中国西部的一条北西向地震带上；两条地震带形成于地震活动加强的晚期，表明随着区域地震活动异常加强，地震分布由分散型向带状集中型转变。

图5 2000年中国西部震中分布(a)ML > 5.0；(b) ML>4。

（4）地震平静期：地震带形成后的2001年1月，南北地震带北部99°E以西广大地区（89°~99°E，33°~40°N）出现地震平静。8.1级地震前区域地震平静总体持续了一年，特别是主震前几个月地震平静区延伸到距主震震中约600 km。

图6 2001年(a)1月~ 6月4.0级以上地震震中分布；7月至11月14日主震。

（5）震群：2000年10月至11月，唐古拉山沿线先后发生了5次5.0-5.5级地震，形成了沿北北西向西地震带北段的中等震群，地震活动显著增强；同年9月12日青海兴海6.6级地震的余震序列发生在距8.1级地震震中800公里和8.1级地震余震区东端500公里处，是最近的地震窗口。如图，在一年半的时间里，在Ms=8.1地震前有一个异常平静期，4个月内只发生过一次ML=3.0的地震，8.1级地震后，该序列的地震活动迅速趋于正常。

图7 青海省兴海地震序列M-t图

2、后续影响

（1）地震形成了426km长的地表破碎带（具体见第三节），地下多年冻土和冰体出露。导致青藏公路2894km处断裂、当时正在施工中的青藏铁路格尔木-拉萨段受到影响，通讯光缆纳赤台-五道梁段发生中断、花土沟-格尔木输油管线部分泵站建筑物遭受破坏。
（2）有研究认为，该地震序列后期在附近的余震活动程度不会很高，整个余震序列的最大震级估计在6.0级左右。令人思索的是，张晓东等学者在2003年的一篇文章中曾讨论道，“8.1级地震前后，在距震中1000公里以上的四川地区也有明显异常。这些异常究竟是8.1级地震的前兆和余波，还是另一次大地震的前兆，仍然没有解决”。

图8、9，来源于博客https://blog.sciencenet.cn/blog-416625-507972.html：

2184

三、地表破裂带

2001年昆仑山地震地表破裂带由东西两个走滑段组成，由一个左旋张扭拉伸段连接：A：西部走滑段；B：张扭段；C：东部走滑段，下分C-1洪水河分段、C-2库赛湖分段、C-3玉虚峰分段、C-4玉珠峰分段。

1、西段 (A)

西段长约26公里，最西端的地表断裂位于库水浣以东（35.959°N, 90.257°E），断层向东延伸至太阳湖的震中（35.926°N， 90.548°E），就位于此处。断裂西端位于 N240°方向，以一系列 N35° ± 5°E 走向、长5~25m的雁列伸展断裂组成，由长3~10 米、高5~20cm的挤压鼓包连接。断裂东端位于太阳湖西岸，中间也显示出一系列长的走向 N50°E伸展裂缝（20~50m长，5~50cm宽）和低挤压鼓包（<5m长，20~30cm高）。西段在地震前切割了阶地陡坎、新生的沟壑和车辙，显示出以左旋走滑运动为主，并有一些垂直分量。在一些地方，最后的断裂明显覆盖了向北延伸约 1~1.5 米的累积陡崖。同震水平位移1.7~4.5m。

图10 西段和横断面地表断裂图。黑色箭头表示不同地段地表断裂的终点。蓝色三角形为温泉。

图11 2001年昆仑山地震地表破裂带在库水浣湖以东走滑段最西端伸展结构（35.959°N, 90.257°E）

图12 西段走滑和扭转剖面典型地表断裂。红色箭头表示地表断裂带或地表断裂的走向，细蓝线表示小沟壑。（a）太阳湖西岸西段最东端东北走向的雁列伸展断裂和低挤压鼓包（35.926°N，90.545°E）。（b）一条65厘米宽的张性裂口，左旋偏移车辙约3米（35.925°N，90.522°E）。（c）地表断裂左旋位移陡坎（T1/T0）约3.9米（35.932°N，90.469°E）。T1为高/老阶地，T0为低/新阶地。（d）偏移冲积扇和两个小沟壑切入其中，左侧位移约 1.7 米（35.942°N，90.311°E）。（e）布喀达坂峰西南山麓间歇泉池的温泉烟雾景观。（f）地表断裂附近间歇泉（35.961°N，90.874°E）

图13 西段地表破裂结构和同震左旋（数字为同震水平位移）。（a）（35.942°N，90.411°E）右旋走滑断裂和偏移冲积扇以及两个小冲沟切入其中。（b）（35.925°N，90.510°E）的走滑地表断裂和伸展分量和偏移车辙。（c）（35.925°N，90.522°E）雁列式走滑断裂和偏移车辙。

2、张剪切（张扭）部分 (B)

张剪切（张扭）部分连接了西和东部的走滑段，长约18公里，位于海拔6800米的布喀达坂雪山的南缘50公里长的伸展拉分盆地中。始于太阳湖东北岸，已发现不连续的新裂隙，其垂直高30cm，左侧分量较小，向东增大。布喀达坂峰主峰下方，走向 N65 ± 5°E 的地表裂隙十分发育，穿过一个长约 1.5 公里的温泉区。

图14 2001 年昆仑山地震在 35.964 N、90.888 E 处的错位地貌特征在扭转剖面上。（a）2001 年地表断裂和布喀达班峰西南山麓冲积扇不同部位的先前存在的断层崖视图。请注意右上角的插图，它显示了不连续的地表断裂切入布喀达班峰主峰下方的冰碛。（b）全站仪测量得到的地形图显示了地表破裂模式和同震左旋位移，以及冲积扇不同部位的先前存在的陡坎。

根据上图，在布喀达坂峰西南山麓，在最近的冰碛西侧，可以识别出三个不同的冲积扇面，a0、a1 和 a2。a0冰碛西侧前缘的地面被砾石覆盖，a1是平坦的草地，a2是被侵蚀的高草地，砾石露头。冲积扇最老部分（a2）的地震前陡坎高约 1.5±0.1m，冲积扇中间部分（a1）的高约0.6m，而扇面最年轻部分（a0）上仅可见2001年的新断层。2001 年同震左侧水平位移为 1.5 米，垂直位移向北为 0.3 米。因此，断层可能遵循垂直特征滑动模式。

再往东沿着布喀达坂南山麓，冰碛已经发育，2001 年昆仑山地震的地表断裂尚不明确。然而，许多新的滑坡沿着冰碛岩堆排列，可能是地震引发的。布喀达坂边界的大型三角形面底部没有发现明确的地表断裂，因此这一部分地表断裂可能没有到达地表。布喀达坂东南山麓最东端的冰川以西（35.989°N，91.106°E）再次可以看到伸展地表断裂，在那里与东段相连，因此，在张扭部分和东部走滑部分之间存在一个 20km长的地表断裂间隙。

3、东段 (C)

始于布喀达坂东南麓（35.989 N，91.016 E），向东南偏东（N100°± 10°E）延伸350 km，止于格尔木-拉萨公路以东约70 km（35.556°N，94.795°E），这一断裂带带还曾发生过重要的地震活动。可划分为4个亚段，自西向东为红水河段（C-1）、库赛湖段（C-2）、玉虚峰段（C-3）和玉珠峰段（C-4）。

（1）红水河段（C-1）

长115km，西与张扭部分相连，东至北流经昆仑山脉的红水河（35.889°N，92.283°E）出口以东约6km处。

分段西端有两组相对的伸展断裂，裂缝向西延伸至终点，相对于库赛湖段的平均 N100°± 10°E走向，形成一个约1km宽的小地堑，横切布喀达坂峰冰川和冲积扇的近期冰碛；北部伸展裂缝，形成一个朝南的断层崖，高约 1~1.5m，开口 1~2m。其他部分是局部左旋走滑断层，垂直运动较小，一系列由挤压鼓包或张性裂隙连接的线性段组成，具体取决于中继区的几何形状。在许多地方，溪流、冲积扇和阶地陡坎发生急剧偏移，可以精确测量同震水平位移在 3~5m。在洪水河出口以西约 6 公里处，两个向南的沟壑在此交汇，分布有几个阶地陡坎和切入这些阶地的沟壑。

图15 布喀达坂峰东南山前东部走滑剖面最西端的终端正断层破裂（35.989°N，91.016°E）。

图16 东部走滑洪水河、库赛湖分段典型断层（详细位置见图1）。红色箭头表示地表破裂带或地表断层走向，细蓝线表示小冲沟。（a）布喀达坂东南山前（36.004°N，91.106°E）高约1.5 m的正断层崖，显示了洪水河分段的终端伸展裂缝。（b）库赛湖北部沿岸的错断岸线滩脊和库赛湖段三角面（35.830 N，92.703 E）前的正断层陡坎。（c）北向的断层陡坎阻挡了南流的水系，在库赛湖（35.851 N，92.479 E）以西形成一个大型断塞塘。（d） 2001 年地表断层与图c 同一地点北向断层陡坎重叠。（e）库赛湖分段西端红水河南出口（35.871°N，92.226°E）的错位阶地视图。（f）地震断层露头，切断了年轻的阶地陡坎（T1/T0），与图e 同一地点。（g）2001 年正断层陡坎与拉分盆地北部断层陡坎重叠，盆地内有走滑断层（35.830 N，92.697 E）。（h）库赛湖以北（35.831°N，92.696°E）向南呈阶梯状延伸的亚平行走滑相关裂缝。

图17 红水河出口附近红水河与库赛湖段间的阶地附近地表破裂模式。红水河段的同震水平位移在红水河出口以东的阶地处急剧消失。（a）昆仑山南麓切割溪流/沟壑、阶地和冰后冲积扇的同震地表破裂线分布。（b）根据 Ikonos卫星图像和现场测量得出的红水河分段（黑线）和库赛湖分段（灰线）同震左行位移的走向变化。

（2）库赛湖段（C-2）

起于红水河出口（35.872°N，92.225°E），向东延伸约 76 km，平均走向为 N95°±5°E，止于（35.814°N，92.950°E）。西部起点以边界不清的地表破裂为特征，向东分成两个近平行的段、共存约60 km，后再次汇合为一条断裂带。穿过山麓冲积平原和扇面的南断层几乎表现出纯走滑运动；北断层位于昆仑山前线底部，距南断层以北约 2 km，主要表现出正断层，垂直运动范围为 0.5~1 m。

图 18 Ikonos 卫星图像绘制的库赛湖以北库赛湖分段图，显示了南部纯走滑和北部正断层带，以及所有重要的同震陡坎、裂缝、断层凹陷、拉分。反映了库赛湖以北库赛湖分段的膨胀断层凹陷中正断层带的形成，这是由于沿更远的西部和东部走滑带发生左旋滑动所致。短黑线表示先前存在的正断层陡坎。

分段且不连续的正断层线位于几百米高的大型三角面底部。在正断层线和走滑断层线之间也可以看到短的正断层陡坎。地震期间只有部分断层陡坎重新活跃起来。走滑断层带几乎没有任何迹象表明存在显著的垂直运动，而这种运动可能会影响南昆仑山脉向南流动的水系。（35.851 N，92.479 E）可以明显看到垂直滑动，发育了一个向北的累积断层陡坎，阻挡了向南流动的水系，形成了一个大型断塞塘。此外，地表断层在其西端靠近洪水河出口处向左切割了几个陡坎，断层向北倾斜，切断了新近纪和第四纪地层。

库赛湖段沿线形成了一个大型累积拉分盆地（长约 600米，宽约 120 米，深约 20 米）、盆地内出现正断层和走滑断层。南部正断层垂直位移1.9m，北部侧翼垂直位移约1m。走滑运动位于盆地中心，沿着其最长对角线。此外，还观察到大量分布在库赛湖北岸线附近的拉伸裂缝，这些裂隙向南逐渐下降，走滑断层线从那里进入湖中,可能是局部强烈震动造成的二次断裂。从湖东岸线到走滑岸与正常岸的交汇处，向东约12 km，走滑岸形态保持较为简单，两岸交汇处以断层弯曲为特征，可视为分段边界。

（3）玉虚峰段（C-3）

玉虚峰段从库赛湖段两支交汇处向东延伸至大洪沟，平均走向N100°± 5°E，长60 km。断裂在大洪沟出口处向南折转6°，西大滩-东大滩段从昆仑山地震断裂中分叉出来。

图19 (a) 根据Ikonos卫星图像得到的库赛湖东北部93.2500°E~93.4667°E内昆仑山地震地表破裂带玉虚峰段，由多条亚平行的走滑断层带和一条位于南部的逆断层带组成，形成由断层直接产生的宽达550 m的地表破裂带（地表破裂带北部的空白区域为昆仑山前第四纪基岩）。 (b) 根据Ikonos图像上的线性地貌标记和现场测量结果识别出的同震左旋位移。黄色三角形或淡紫色方块表示单条断层带上的同震位移，蓝色菱形表示同一地点不同断层带上的同震位移之和。黑色十字表示累积偏移值。

该分段的同震破裂和震动相关裂缝的总宽度可达 8 km，可能解释是大规模同震滑移和多年冻土的存在共同作用的结果。——地表破裂由多条相距几十到几百米的近平行断层带组成，在昆仑山南麓形成一个宽达550 m的地表破裂带；大多数断层带为走滑断层，可重叠超过2 km。局部地区观察到少量逆冲分量，南向出现0.5 m高的陡坎。

（4）玉珠峰段（C-4）

图20 玉珠峰地表破裂模式和同震左旋偏移特征。（a）A-1点（35.668°N，94.070°E）的偏移阶地陡坎。（b）A-2 点（35.668°N，94.069°E）的斜列走滑断层、挤压鼓包和拉分，以及偏移扇面和小冲沟。（c）A-3 点（35.668°N，94.0727°E）的斜列走滑断层、鼓包和拉分，以及偏移扇面。插图显示了挤压鼓包和南壁向上的横截面。

起于大洪沟以东，向东延伸约 112 km，止于昆仑山口以东约 70 km（图 1）。地表破裂沿先前存在的断层很好地局部化，在大多数情况下不超过20 m；破裂以短走滑段为特征，有一些逆冲和张性断层，呈现典型的雁列式特征。产生了左旋同震水平位移 3.4m，而陡坎的累积水平偏移在 A-1点约为 6.8 m，A-2为7.1 m，A-3同震垂直（反向）位移达到 0.4 m，压力脊高约 1m。在（94.80°E，35.556°N ）以东，地表破裂带从 N106° ± 5°弯曲至 N75°E，由雁列 N60°E 走向的锯齿状张裂缝和低挤压鼓包组成，标志着破裂带的东端。

4、附：同震位移分布

图21 玉虚峰分段的地表破裂模式和同震左旋和垂直位移。

图22 沿地表破裂带走向测量的水平同震水平位移分布。蓝线表示从 INSAR 数据推断出的同震水平位移。

图23 (a) 2003 年 1 月 6 日Ikonos 图像。 (b) 详细的带状图，显示了昆仑山地震的表面破裂模式和不同破裂带上的同震水平位移。空白区域为昆仑山脉前第四纪地层。

图24 (a) 2003 年 1 月 6 日Ikonos 图像。(b) 详细的带状图，显示了昆仑山地震的表面破裂模式和不同破裂带上的同震水平位移。

参考文献：

• 陈杰,陈宇坤,丁国瑜,等.2001年昆仑山口西8.1级地震地表破裂带[J].第四纪研究,2003,(06):629-639+717-718.
• 奉建州,廖力,李平恩,等.2001年昆仑山口西M_S8.1地震自发破裂过程数值模拟研究[J].地球物理学报,2024,67(06):2141-2158.
• 付碧宏. 11月14日：昆仑山地震10周年记. https://blog.sciencenet.cn/blog-416625-507972.html
• Jian, L., Jian-hua, G., Ji-fu, L. et al. A discussion on corioli force effect and aftershock activity tendency of the M=8.1 Kunlun Mountain Pass earthquake on Nov. 14, 2001. Acta Seimol. Sin. 16, 459–467 (2003). https://doi.org/10.1007/s11589-003-0079-5
• Liu, Px., Zheng, Dl., Che, S. et al. Seismicity anomalies before the great earthquake of M S=8.1 in the Kunlun Pass and its significance to earthquake prediction. Acta Seimol. Sin. 16, 219–225 (2003). https://doi.org/10.1007/s11589-003-0025-6
• Michel Bouchon, Martin Vallée ,Observation of Long Supershear Rupture During the Magnitude 8.1 Kunlunshan Earthquake.Science301,824-826(2003).DOI:10.1126/science.1086832
• Xu, X., G. Yu, Y. Klinger, P. Tapponnier, and J. Van Der Woerd (2006), Reevaluation of surface rupture parameters and faulting segmentation of the 2001 Kunlunshan earthquake (Mw7.8), northern Tibetan Plateau, China, J. Geophys. Res., 111, B05316, doi:10.1029/2004JB003488.
• Zhang, Xd., Zhang, Yx., Lü, Mm. et al. Discussion on the feature of strong earthquake: Orderly distribution in time, space and intensity before the Western Kunlun Mountain Pass M=8.1 earthquake. Acta Seimol. Sin. 16, 598–605 (2003). https://doi.org/10.1007/s11589-003-0043-4
  

2184

图片集：

地下冰出露：

震后野外考察（https://blog.sciencenet.cn/blog-416625-507972.html）：

地表破裂带：

文献图片1：

昆仑山口与地震纪念碑：