2021年5月22日2时4分, 青海省果洛藏族自治州玛多县发生 M_S7.4 地震。震后一个月, 在对地震地表破裂带的展布和同震位移进行详细勘察后, 有针对性地沿地表破裂带不同部位(西段、 中西段、 中东段、 东段)布设了7条800~3 000m的跨断裂测线, 对土壤气Rn、 H₂、 Hg和CO₂进行浓度测量和气体采集, 并对采集样品进行了碳同位素和氦同位素分析。测量结果表明, 地表各破裂段土壤气浓度的最大值差别较大, 破裂带东、 西两端的气体浓度较高而中段气体浓度较低, 可能与断层不同分段的破裂方式和应力分量不一致有关。土壤气中H₂和Hg的浓度特征具有较好的一致性, 在地表破裂带内或紧邻处浓度较高。玛多 M_S7.4 地震的发震断层东端出现多条分支, 破裂具有复杂性。从土壤气浓度测量结果来看, 南支和北支断层的活动都较强, 但北支断裂土壤气逸出浓度的曲线形态特征和断层产状不一致, 可能与北支断裂地表破裂范围大且存在多条次级断裂有关。³He/⁴He测定结果表明, 研究区土壤气中的稀有气体主要为大气来源, 但δ¹³C测值和CO₂/³He计算结果显示玛多地震断层土壤气具有大气组分与地壳组分的混合特征。

同震地表破裂长度是区域活动断裂最大震级估算以及区域未来地震潜力评估的重要参数之一。2021年5月22日在青海省果洛藏族自治州玛多县发生了 M_W7.4 地震, 其触发的同震地表破裂沿东昆仑断裂东南分支延伸线上的江错断裂分布。文中基于震后2次大范围的野外调查, 结合无人机航拍影像和高精度地形数据的精细解译, 明确了此次地震的同震地表破裂自西往东可划分为鄂陵湖南段、 野马滩段、 黄河乡段和江错分支段, 最东端的地表破裂位置位于前人研究所确定的最东端以东2km以远, 破裂全长约158km。此外, 本研究在冬草阿隆湖以东的沙丘区域内发现了呈半圆弧形连续分布的地表破裂, 而破裂在沿走向SE的优云乡段的传播过程中所经过的大面积沙丘覆盖区域也存在零星的张剪性地表破裂和断层陡坎, 且陡坎的垂向位移可达30cm。对比已有的关于同震地表破裂长度的研究结果, 分析认为本研究与其他结果之间存在差异的主要原因在于: 1)本研究所得结果基于更广泛、 详实的野外调查和更大范围的高精度影像的精细解译; 2)分析过程中避免了阶区等段落几何复杂区两侧叠加段落的重复计算。结合巴颜喀拉块体周缘已有的强震震例, 均显示青藏高原地区同震地表破裂的长度较全球平均值偏大。

掌握精确地震的地表破裂带特征是探讨大地震破裂特征和发震机理的重要基础。摄影测量技术为快速获取高精度、 高分辨率地表破裂带的空间展布提供了有力支撑。文中以玛多 M_W7.4 地震为例, 详细介绍了摄影测量技术在震后快速准确地进行地表破裂解译及相关特征参数提取中的应用。通过无人机摄影测量技术, 在较短时间内获得了地震全段地表破裂的数字正射影像以及多个形变复杂区域厘米级分辨率的数字高程模型, 可满足震后快速获取同震地表破裂带特征的需要。对正射影像测量的地表破裂水平位错结果与野外实地测量结果进行对比, 可证明无人机摄影测量技术所得数据的真实性和可靠性。利用移动智能设备搭载的LiDAR传感器, 结合增强现实技术(Augmented reality, AR), 实现了如挤压鼓包等复杂地表破裂的室内重现, AR成像模型与实景高度融合, 为地质教学及科研工作提供了一种新的方法和思路。研究结果显示, 摄影测量技术在活动构造定量化、 精细化研究中具有巨大的应用潜力。

同震位移作为量化地震破裂特征的基本参数, 可为探究断裂活动机制和预测未来地震危险性提供重要的约束条件。尽管大地测量技术能够快速刻画地震在时空上的破裂特征, 然而详细的野外实地调查与测量仍然是获得可靠同震位移和提取弥散变形特征最有效的方法。文中以2021年青海玛多 M_W7.4 地震为例, 基于无人机正射影像, 对破裂带进行了详细的解译, 并结合国外震例的研究结果探讨了走滑地震的弥散变形特征及其意义。玛多地震的发震断裂为左旋走滑性质的昆仑山口-江错断裂的东南段, 其地表破裂带在西段整体沿山前或山麓地带展布, 主要是由挤压鼓包、 张剪裂缝和断层陡坎等沿近EW向雁列组合而成的左旋剪切破裂带。结合震前卫星影像, 对该破裂带西段较大位移点的鄂陵湖南侧断错车轮印迹线进行了震前和震后的精细填绘与对比分析。结果表明, 该段同震变形在主破裂带南侧存在弥散变形现象, 重新恢复获得的总左旋位移量约为3.6m, 其中主变形位移量约为2.7m, 弥散变形量约为0.9m, 占主变形位移量的33%。综合分析后认为, 弥散变形在走滑型同震破裂带上可能普遍存在, 而且往往具有不对称性。新的研究结果指示, 在走滑断层的滑动速率研究中, 观测点应尽量选在几何结构简单的区段, 从而减少弥散变形的影响。

同震地表破裂形态的精细刻画可为理解断裂带复杂几何结构、 动态破裂过程与破裂机理提供重要信息。2021年5月22日, 青藏高原内部青海省果洛藏族自治州玛多县发生了 M_W7.4 地震, 这是自2008年汶川 M_S8.0 地震后中国大陆地区发生的震级最大的一次地震。此次地震的同震地表破裂突破了沿线多个阶区、 弯折等几何不连续结构, 形成了长约158km的同震地表破裂带和多样化的断裂几何形态, 其中以震中区段落的地震地表破裂形态最为特殊和复杂。有助于全面认识震中区段落的地震地表破裂形态并深入理解其形成机理, 文中基于分辨率约为3cm的航空影像数据, 结合野外实地调查资料, 完成了本区域地表破裂的精细填图。对地表破裂的类型、 分布、 几何结构和走向等进行的综合分析表明, 震中区的地震地表破裂受阶区几何结构的影响而呈现分布式破裂的特点。并且, 震中附近的强震动效应和地震断裂初始发育阶段的影响, 进一步造成了该段落分布式地震地表破裂的形态。文中高清再现了震中区的阶区及其附近段落的地震地表破裂特点, 对走滑断裂带的分布式同震地表破裂有了更进一步的了解。

地震地表破裂是理解大陆地壳变形模式和地震破裂行为的关键, 也是活动断层避让带设置的直接依据。2021年5月22日青海玛多 M_W7.4 地震沿昆仑山口-江错断裂江错段形成了长达158km的同震地表破裂, 造成沿线野马滩大桥、 昌马河大桥坍塌。文中基于震后2次大范围现场调查资料和震区3~7cm分辨率的无人机航片, 获得了本次地震详细的地表破裂, 在精细填图的基础上, 阐述了玛多地震地表破裂、 地表裂缝、 砂土液化带和带状塌陷等多种类型裂缝的分布特征及其意义。除在断裂相交处存在多条次级破裂外, 局部存在大量延伸长、 走向稳定、 具有雁列特征的裂缝带, 最远处与主破裂带的距离>5km; 在震中附近及震中以西、 以东多个段落跨断层数千米范围内存在分支破裂、 斜列式地表裂缝、 砂土液化带、 带状塌陷和地裂缝等与同震变形相关的地表特征。玛多地震分布式同震地表裂缝的揭示, 主要得益于大范围、 密集的现场调查和厘米级高分辨率航片的精细解译, 使小位移量破裂或微弱裂缝得到充分识别。由于缺乏明确的位错标志, 难以甄别未在主破裂断层上的同震地表裂缝是构造成因还是震动成因, 分析其空间分布形态、 余震分布及其震源机制、 区域构造背景等, 经初步推测, 不排除有些裂缝代表区域先存断层的继承性活动与次级断层触发活动的可能性。对分布式同震地表裂缝的精细刻画有助于全面理解地震破裂过程的机理, 对于重要工程抗震减灾的有效设防具有现实意义。

阿尔金断裂是青藏高原东北缘的一条重要的边界断裂, 其几何结构和运动学性质对青藏高原的构造演化具有重要的指示意义。 通过卫星影像解译和野外实地调查, 在柴达木盆地西缘、 索尔库里盆地南约10km的盐壳区发现一长约14km的古地震地表破裂带。 该地震破裂带与阿尔金主走滑断裂近平行, 根据几何形态大致可将其分为3段走向不同的次级段落, 总体走向为N80°E, 但局部段落的走向存在变化。 该破裂带的构造样式以挤压隆起、 次级断裂、 裂槽、 三角拉分盆地和断陷盆地为主要特征, 多相间出现, 是典型的走滑断层上的地震破裂带特征, 文中利用野外活动断裂地质填图方法标绘了30余个挤压隆起体。 另外, 考察中还发现在多数挤压隆起上有多次地震重复活动的证据。 根据附近盐壳钻孔年龄和地震裂缝中沉积物的年龄结果推测, 最新一次地震事件发震时间的下限为全新世。 该地震地表破裂带向E进入大通沟南山, 其地貌特征表现为较连续的逆冲陡坎, 而向W破裂带逐渐消失。 通过地震反射剖面推测认为该破裂带向W与阿尔金断裂平顶山次级断裂相接。 作为阿尔金断裂的1个构造节点, 平顶山将部分应变传递到青藏高原内部的月牙山-大通沟断裂, 其多次活动造成了月牙山东约14km长的地表破裂带。

位于河套盆地北缘的大青山断裂晚第四纪以来活动强烈，发生过多次破坏性地震，对现今地貌的塑造具有重要作用。目前，利用地貌因子对河套盆地大青山段流域进行区域性构造地貌形态量化分析，以揭示该区运动特征的研究仍相对缺乏。文中以该区为例，利用30m分辨率的DEM数据和GIS空间分析技术获取大青山流域水系网络和7个亚流域盆地的地形数据，定量统计各汇水盆地的面积-高程积分（HI）值并拟合其空间分布规律，通过改进的Chi-plot基岩河道分析方法——积分法，得到了大青山流域的河道纵剖面和陡峭指数的空间分布特征。结果显示：大青山流域的HI值中等，地貌发育阶段为壮年期；河道纵剖面揭示了多个河流裂点的存在，河道仍处于不均衡发育状态；河道陡峭指数在山体区呈高值分布。对比分析大青山地区的构造地貌特征与气候、岩性及构造的相关性，指示构造活动是控制大青山隆升及地貌形态发育的主要因素。

石羊河流域位于祁连山东段，其河流体系记录了最新的构造信息和构造活动。提取石羊河流域的地貌信息，有助于揭示祁连山东段石羊河流域地貌对构造活动的响应，及系统探讨该区地貌发育特征及其所蕴含的构造意义。文中基于GIS空间分析技术，利用数字高程模型（DEM）、Matlab脚本提取了石羊河流域7条河流的纵剖面，并利用基岩河道水力侵蚀模型对其进行分析，获得了7条河流的陡峭系数、平均侵蚀量、凹曲度、裂点分布、高程、距河流出水口距离和流域面积等地貌信息。结果表明，石羊河流域的各条支流至少存在1个主裂点，裂点上、下河段具有不同的陡峭度（k_s）与凹曲度（θ），说明河流纵剖面裂点的上、下河段具有不同的发育趋势。对河流纵剖面、裂点分布及岩性进行综合分析，结果表明，古浪河、金塔河、杂木河、西营河、东大河和西大河都具有"坡折式"裂点，处于瞬时状态。祁连山东段河流地貌演化主要与构造活动相关。利用本区晚第四纪活动断裂相关裂点上游河道的凹曲度指标拟合出整条河流，得到石羊河流域的平均侵蚀量约488m，发源于古浪推覆体的6条支流的平均侵蚀量为508.5m。进一步计算研究区河网归一化的河流陡峭系数（k_sn）并得到其空间分布，结合河流纵剖面和裂点分析结果对祁连山东段石羊河流域的构造特征进行了综合分析，k_sn的结果显示下游段陡峭系数<60，中游明显大于下游。同时，位于构造结处的古浪推覆体其k_sn值呈现高值，表明该区第四纪以来经历了明显的构造抬升过程。文中结果表明石羊河流域地貌演变处于非均衡状态，构造变形是祁连山东段地貌演化的主要影响因素，控制着该区现今的地貌发育及演化历史。

干旱-半干旱地区第四纪冲洪积扇蕴含着丰富的气候与构造信息，划分并描述不同时期的冲洪积扇单元及其地貌特征是开展第四纪冲洪积扇研究的重要步骤。野外考察等传统方法是对冲洪积扇进行描述与填图的最重要的途径之一，但在此之前对冲洪积扇进行大范围的自动化地貌初步分级则可为地貌填图提供指导，从而提高后续的野外工作效率。文中借助航空影像生成的0.2m分辨率数字高程模型提取老虎山地区各冲洪积扇单元的起伏度与粗糙度，实现对各冲洪积扇单元的分类与差异探讨。研究表明，随着提取窗口尺寸的增大，粗糙度迅速增大，而当提取窗口增大到一定程度后粗糙度过渡为缓慢增大并达到稳定的状态。在尺寸为8m×8m的滑动取样窗口下，起伏度与粗糙度随着冲洪积扇年龄的增加，呈现先减小而后增大的趋势，这恰好反映了冲洪积扇的动态演化过程。

为高效获取民乐-永昌断裂西段活动构造研究的定量参数，利用ERDAS软件，基于SPOT6立体像对提取高分辨率点云数据，经过滤波和插值生成2m分辨率的数字高程模型（DEM）；DEM数据线性高程精度达1m。基于DEM数据提取的高地貌面上的3条廊带剖面显示，区域存在明显的褶皱变形，后续通过高精度差分GPS实测河流阶地纵剖面进一步揭示T₂阶地存在高度约2.0m的构造抬升。廊带剖面和河流阶地纵剖面显示断裂-褶皱变形整体走向为311°，与小震精定位反演拟合断层参数和震源机制解结果相近，其位置也与地震应急科考资料显示现场情况吻合。上述结果表明，民乐-永昌隐伏断裂西段民乐—大马营段存在明显的构造变形，支持该断裂为2003年民乐-山丹M_S6.1和5.8级地震发震断层的认识。立体像对对于活动构造研究具有重要的作用，可为室内确定构造变形的空间位置和野外详细考察提供重要指导。

激光雷达（Light Detection and Ranging，LiDAR）三维地形测绘技术已广泛应用于地质调查和地球科学研究中，其高精度特性推动了地球科学定量化发展；将其与无人飞行器集成为低空扫描系统，使其更加省时、便捷、高效，拓宽了LiDAR在野外调查的用途。将无人机载LiDAR测绘系统应用于野外地质调查，以2个实例展示了该系统LiDAR的优势与潜在使用前景。在活断层探测应用中，利用该系统对西秦岭北缘断裂漳县段南坡村研究点进行了扫描，有效地消除了地物和植被的影响，验证了断层展布位置，并获取了漳河T₁阶地的抬升量约为1.3m。另外，还对兰州大学黄土地质灾害观测试验站进行了扫描，为进一步分析微地貌对浅层黄土滑坡的影响提供了高分辨率地形数据。以上2个例子，扫描时间均较短，在0.5h左右，而且扫描得到的点云数据平均每m²约为600个点，分辨率可达到cm级别。试验结果表明，无人机载LiDAR三维扫描有望成为1种常规、高效和经济的测绘手段。

根据航、卫片解译和野外实地考察，在位于祁连山-河西走廊西段的酒西盆地白杨河背斜北发现1条较新的地震破裂带遗迹，破裂带长度约5km，呈弧形展布，保存较为完整，在最新的洪积扇面上陡坎高度约0.5~0.7m，在冲沟T₁阶地上陡坎高度约1.5m，分析认为其为较新的1次地震活动所致。沿断层陡坎探槽开挖表明，此次破裂带形成于约1 500a BP，此前断裂还有过活动。根据该地区历史地震资料考证和研究程度，认为该地震地表破裂带可能与365年玉门地震、1785年玉门惠回堡地震或1次漏记的历史强地震有关。

疏勒河流域盆地位于祁连山西段,跨越了该区多条不同方向和不同性质的活动断裂带,其所呈现的地貌特征反映了该区最新构造活动的信息。文中基于GIS空间分析技术,利用SRTM-3数字高程模型(DEM)数据,系统提取了疏勒河流域及其4个亚流域盆地的面积-高程积分曲线、疏勒河水系的Hack剖面以及河流坡降指标(SL),并对整个流域地形做了坡谱分析,获得了疏勒河流域的地貌特征。研究表明,疏勒河的流域地貌发育受到该区的阿尔金断裂、昌马断裂、托勒南山断裂以及疏勒南山断裂等强烈构造活动和区域岩性差异的影响,坡度以0°~35°的区段为主;整个流域盆地处于河流发育的"壮年期";构造活动是造成河流纵剖面发生改变的最主要因素,局部河段同时还受到岩性因素的控制和影响。这表明在活跃的造山带内部,河流地貌的发育过程中,活动断裂的构造作用是重要的控制因素。

前人对位于青藏块体北部与阿拉善块体接触带的金塔南山断裂是否存在左旋走滑新活动一直存在争议。文中基于航空照片和高分辨率遥感影像解译、地质地貌调查与填图、差分GPS测图、开挖剖面等方法,详细研究了金塔南山断裂的地质、地貌表现,分析是否存在左旋走滑的新活动特征。结果表明:金塔南山断裂晚第四纪以来有左旋走滑活动,地貌上表现为正、反向交替的断层陡坎、冲沟和微地貌的左旋位错、拉分盆地和挤压隆起等现象;地质剖面上表现为高倾角的断层面、倾向和性质不固定的断层面、花状构造。通过对比分析,得到金塔南山断裂晚更新世以来的左旋走滑速率约为(0.19±0.05)mm/a,与倾滑速率以及地表抬升速率相当,但远小于阿尔金断裂的走滑速率。综合分析认为,祁连山逆冲断裂系向NE的挤压扩展与应变分配可能是金塔南山断裂左旋走滑运动的动力学来源。

以往的地震统计研究中, 由于中小地震产生地表破裂的震例缺乏, 多数研究者认为在大多数情况下, 当地震震级M>6 1/2 时才会产生地表破裂。基于上述统计认识, 古地震探槽中破裂的出现也认为更可能是由M6 1/2 以上地震造成的。收集了1950—2014年全球范围内有明确记录产生地表破裂的56个中小强度震例, 发现伴有地表破裂地震的震级下限可能在5级左右, 极端情况下震级可以低至3.6级。同时, 从理论和经验的角度, 探讨地表破裂的控制因素, 发现震源深度较浅是中小强度地震产生地表破裂的1个重要原因, 此外高热流值和拉张的构造环境、摩擦强度较弱的活动断裂也是低震级事件破裂达到地表的有利条件。因此, 虽然中小震级地震产生地表破裂的概率较低, 但并非完全不可能。古地震探槽解译时, 也不能绝对地认为只要有破裂出现, 就一定是6.5级以上地震所为, 而忽视古地震探槽揭示中等震级地震事件的可能性。

河西走廊-祁连断裂系、阿尔金断裂和海原断裂共同控制着青藏高原的东北边界及其变形模式。昌马断裂为河西走廊-祁连断裂系中一条活动强烈的走滑断裂带，其连接着阿尔金断裂和海原断裂。基于昌马断裂的活动特征和几何分布将其分为4段，并获取了其中3段的左旋滑动速率，分别为西段（1.33±0.39）mm/a、中西段（3.11±0.31）mm/a、中东段（3.68±0.41）mm/a，以及西段的缩短速率（0.70±0.20）mm/a。结果显示，昌马断裂的左旋滑动速率由西向东具有明显增大的趋势。昌马断裂的活动调节了阿尔金断裂约30%滑动速率减小量。研究证实了昌马断裂与祁连山西段其他次级断裂的左旋滑动、地壳缩短和盆地内部变形共同承担着阿尔金断裂东段多数的左旋位移，这种构造转换模式支持青藏高原东北缘是具有侧向挤出的地壳持续增厚模式。

雅布赖山前断裂位于阿拉善块体中部的雅布赖山东南侧，断裂全长约120km，整体走向为N60°E，倾向SE，正断性质，局部发现左旋走滑特征。通过卫星影像解译及野外地质填图，并结合断裂几何结构与断错地貌特征将断裂分为3段：雅布赖盐厂段（西南段）、阿贵庙段（中段）、海布勒格段（东北段）。其中，雅布赖盐厂段长约35km，新活动特征明显，最新一次事件陡坎高度约 1m，保存了新鲜的自由面，表明最后一次事件离逝时间较短。阿贵庙段长约31km，断裂整体沿基岩山前分布，几何结构单一，部分地段距山前1～2km处发现分支断裂。海布勒格段长约15km，断错多级地貌面，局部发现最新地表破裂，但不连续，其陡坎高0.5～1.5m。雅布赖山前断裂以正断性质为主，它的形成主要是受到NW-SE方向的区域拉张作用，局部的左旋特征可能是由于受到青藏高原往NE向扩展的影响。

以青藏块体北部的北祁连山-河西走廊地震构造带为研究对象,在系统收集整理该区主干活动断裂新活动性特征、断裂滑动速率、历史地震及古地震资料的基础上,结合现今地震活动性,采用地震空区、空段识别方法和地震活动b值空间图像扫描方法,分析了研究区内历史地震及b值的分布特征。结果显示,该区的榆木山北缘断裂离逝时间较长,应力积累程度较高,具有发生大震的构造条件,其未来大震危险性最高,值得高度关注。其次,该区的嘉峪关断裂也存在地震空段和低b值段,也应引起重视。

根据最新地质考察和历史地震考证结果,西秦岭北缘断裂带从东到西可划分为宝鸡、天水、武山、漳县、黄香沟和锅麻滩共6个次级断裂段。上述断裂既具有单段破裂,又具有多段组合破裂的特征。利用时间相依的地震潜势概率评估方法,对这6个单段分别进行地震危险性概率评估,其中黄香沟段和漳县段发生单段破裂的可能性最大,天水段发生单段破裂的概率次之。若发生组合破裂,黄香沟段和漳县段组合破裂可能性大。同时,根据沿断裂带的b值扫描图像分析结果显示,黄香沟段和天水附近应力积累较高,这两个地区应是未来发生强震的主要段落,值得关注。