大地震在塑造地壳结构和动态信息方面起着关键作用,然而往往正是那些意外的地震事件为地壳演化和地质动力学过程提供了最重要的见解。青藏高原东北边缘是一个地震活跃区域,容易发生大地震。例如,1920年的海原8.5级地震在该地区的构造演化史上留下了深刻的印记。几十年来,研究人员对诸如祁连-海原断层带等断层系统进行了广泛研究,旨在揭示这些断层的地震生成和灾害成因机制。然而,青藏高原东北边缘的拉脊山地区长期以来研究不足。根据中国地震台网中心(CENC)超过一个世纪的历史地震记录,该地区仅发生过中小型地震(震级<6.0级),这使得大多数研究人员认为拉脊山的边缘断层不具备生成破坏性地震的能力。然而,2023年12月18日,甘肃省鸡石山地区发生了6.2级地震,打破了这一观点。该地震的震中位于拉脊山南部边缘断层与北部边缘断层的交汇处(东经102.79°,北纬35.70°)。
尽管这次地震的震级仅为6.2级,但它造成了严重的人道主义和地质灾害后果:127人死亡,734人受伤,住宅建筑和交通基础设施遭到大规模破坏,原因包括山体滑坡、泥石流等次生灾害(Han等人,2024年)。这使这次地震成为自1900年以来拉脊山地区记录中最具破坏性的地震(Guo等人,2025年),从而提出了挑战先前理解的关键科学问题:是什么构造因素导致了这次破坏性地震的发生?是记录详尽的北拉脊山断层,还是一个之前未被识别、未绘制的断层?此外,这次地震相关的断层滑动如何适应青藏高原地壳压缩和变形的更广泛构造框架?
初步调查试图回答这些科学问题,但研究结果之间存在不一致性。多个研究团队利用远程地震仪和区域常规地震监测站的数据来推断负责地震的断层的几何特征。他们的分析表明,这次地震是由北拉脊山断层的南部段引发的,该断层为逆冲断层,其特征是地壳抬升(Liu等人,2024a;Liu等人,2024b;Xu和Guo,2025;Wang等人,2025)。进一步对该断层的运动学行为的研究揭示了额外的特征:断层破裂发生在离散的段上,而不是连续的结构;在接近地表的地方,断层滑动幅度明显低于预测值——这种现象被称为“滑动亏损”(Wang等人,2025)。然而,其他研究小组的野外调查得出了相反的观察结果:识别出三个总长度为8.2公里的地表破裂带,这些破裂带与推断的北拉脊山断层段没有结构上的关联(Guo等人,2025)。这一新发现的结构被命名为“刘集村断层”,是一个之前未被识别和未绘制的断层系统。这些矛盾结果的核心限制在于观测数据的固有局限性:远程地震仪数据无法捕捉到震中附近的精细结构细节,而常规地震站(站间距为20-50公里)缺乏准确描述实际断层破裂过程的空间分辨率。因此,关于地震断层的真实几何配置、地震破裂的时空演化以及区域地壳应力场条件,仍存在关键不确定性。
为了解决上述研究空白,本研究采用了与传统数据源相比具有更明确洞察力的技术研究方法,即高密度近源地震网络。与远震记录或区域永久地震站不同,近源地震网络在地震震中附近的分辨率方面具有显著优势,从而显著提高了断层几何和运动学属性的反演精度。
本研究使用了上述网络提供的数据集,这些数据集整合了三种类型的地震站:(1)区域永久地震站,(2)地震预警站,以及(3)专门为地震后科学调查部署的临时站。基于这个综合数据集,构建了整个鸡石山地震序列的全面且高精度的震源机制解目录。
随后,将该目录与两个关键补充信息结合使用:超高精度震中位置和定量Kagan角分析。这些技术方法共同促进了两个核心研究目标的实现:(1)确定地震断层的几何配置;(2)揭示整个地震序列中破裂过程的时空演化特征。
这项研究具有重要意义,原因有二。首先,它颠覆了之前对拉脊山地区“地震平静”的认识,从而需要重新评估青藏高原内小规模断层的地震活动模型。其次,它展示了密集地震阵列如何有效弥合远震数据与野外调查之间的差距,为评估其他仪器不足地区的地震潜力建立了方法论框架。最终,这项工作为理解青藏高原的构造演化提供了关键约束,不仅增进了我们对这一特定事件的认识,也扩展了我们对大陆内部地震动力学的理解。对于鸡石山地区及类似区域,这项研究将提高地震灾害评估的精度,为未来的灾害风险减少策略提供更坚实的科学基础。