斷層滑動(dòng)分布與震源破裂過(guò)程聯(lián)合反演研究

張國(guó)宏

（中國(guó)地震局地質(zhì)研究所，北京100029）

斷層滑動(dòng)分布與震源破裂過(guò)程聯(lián)合反演研究

張國(guó)宏

（中國(guó)地震局地質(zhì)研究所，北京100029）

本論文的主要研究領(lǐng)域集中于地震震源破裂過(guò)程的聯(lián)合反演。具體來(lái)說(shuō)，就是試圖通過(guò)對(duì)發(fā)生在中國(guó)大陸內(nèi)部的3個(gè)典型震例的地震震源參數(shù)、地震斷層幾何結(jié)構(gòu)及其地表形變特征等方面進(jìn)行綜合性研究，從而總結(jié)出不同震例類型的發(fā)震特征、破裂樣式等一般性規(guī)律，同時(shí)研究不同數(shù)據(jù)類型在反演地震震源參數(shù)的不足與優(yōu)勢(shì)，比較分析聯(lián)合各類不同數(shù)據(jù)源進(jìn)行反演的優(yōu)勢(shì)特征等。選取的3個(gè)震例分別為2008年的四川汶川MS8.0地震（逆沖為主）、2008年的新疆于田MS7.3地震（正斷層性質(zhì)）及2010年的青海玉樹(shù)MS7.1地震（左旋走滑為主）。這3個(gè)震例對(duì)應(yīng)3類典型的地震斷層類型，便于進(jìn)行綜合性的分析研究。首先，它們都發(fā)生在巴顏喀拉次級(jí)地塊的主要邊界上，而巴顏喀拉地塊目前被認(rèn)為是中國(guó)大陸內(nèi)部最為活躍的次級(jí)地塊之一；其次，它們的震級(jí)都足夠大，均超過(guò)7.0級(jí)，而大地震往往 “攜帶”地球內(nèi)部介質(zhì)特性、應(yīng)力分布狀態(tài)等基本信息，能為研究現(xiàn)今板塊運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其趨勢(shì)分析提供“窗口”；最后，它們均發(fā)生在地震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能力迅速提升的當(dāng)代，具備研究基礎(chǔ)同時(shí)也急需開(kāi)展工作。

為獲得地震及斷層的破裂過(guò)程與滑動(dòng)分布，我們采用了聯(lián)合反演的技術(shù)手段，使用的數(shù)據(jù)包括高分辨率衛(wèi)星影像、GPS、InSAR同震形變場(chǎng)及遠(yuǎn)場(chǎng)地震波等。考慮到反演問(wèn)題的不唯一性，采用了分辨率測(cè)試的方法，試圖辨析各數(shù)據(jù)種類的分辨能力，從而進(jìn)一步判別反演結(jié)果的可靠性。通過(guò)不同地震類型的類比研究、不同數(shù)據(jù)的聯(lián)合反演，希望能對(duì)理解地震孕育過(guò)程、震災(zāi)形成機(jī)理及未來(lái)地震孕育趨勢(shì)提供參考價(jià)值。主要研究?jī)?nèi)容如下：

首先，通過(guò)InSAR技術(shù)，獲取汶川地震的同震形變場(chǎng)，初步分析其特征及地表破裂幾何結(jié)構(gòu)，加深對(duì)地震地表形變場(chǎng)的認(rèn)識(shí)，同時(shí)為斷層滑動(dòng)分布反演準(zhǔn)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；與其他的空間對(duì)地觀測(cè)手段如GPS等進(jìn)行同震形變場(chǎng)綜合對(duì)比分析，并進(jìn)行聯(lián)合反演；利用分辨率測(cè)試方法分析反演結(jié)果的不確定性及其成因，獲得基于InSAR與GPS數(shù)據(jù)聯(lián)合反演的分辨率特征，提高對(duì)汶川地震斷層滑動(dòng)分布隨走向與深度變化特征的認(rèn)識(shí)。

其次，利用InSAR數(shù)據(jù)研究于田地震的同震地表形變場(chǎng)；利用高分辨率衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，分析其斷層地表分布特征；基于3段有限斷層模型反演于田地震的滑動(dòng)分布；分析數(shù)據(jù)反演分辨率及入射角與方位角變化對(duì)反演結(jié)果造成的不確定性影響等。

最后，利用地震波與InSAR聯(lián)合反演玉樹(shù)地震的震源破裂過(guò)程。首先獲取ALOS PALSAR雷達(dá)衛(wèi)星數(shù)據(jù)所觀測(cè)到的InSAR同震形變場(chǎng)，并利用像素追蹤技術(shù)獲得偏移量圖，分析玉樹(shù)地震的斷層地表線跡及其特征，并建立5段斷層模型；聯(lián)合反演玉樹(shù)地震的震源破裂過(guò)程，分析反演參數(shù)與震源不確定性，分析不同數(shù)據(jù)權(quán)重對(duì)反演結(jié)果的影響，分析可能存在的超剪切破裂現(xiàn)象，最終獲得玉樹(shù)地震的震源破裂隨時(shí)間與空間的變化過(guò)程。

通過(guò)本論文的震例綜合對(duì)比研究，我們獲得以下認(rèn)識(shí)：

（1）運(yùn)用InSAR技術(shù)獲取了中國(guó)大陸內(nèi)部3次典型地震事件的同震形變場(chǎng)，加深了對(duì)地震滑動(dòng)模式及其地表形變特征的認(rèn)識(shí)。

首先，InSAR獲取的汶川地震同震形變場(chǎng)清晰地反映出汶川地震地表同震形變場(chǎng)分布特征，干涉條紋以北東向發(fā)震斷層（映秀—北川斷裂）為中心，且呈包絡(luò)狀分布。同震形變場(chǎng)影響范圍非常大，長(zhǎng)寬達(dá)到500 km×450 km范圍；南側(cè)甚至到達(dá)樂(lè)山、重慶一帶，北側(cè)到南坪、武都、康縣。從干涉條紋的分布格局可以看出，發(fā)震斷層兩側(cè)干涉條紋有多次起伏，且有一定的兩盤(pán)不對(duì)稱性，這說(shuō)明位錯(cuò)量沿?cái)鄬臃植际遣痪鶆虻?。在發(fā)震斷層南西端映秀鎮(zhèn)附近，出現(xiàn)了排列細(xì)密的同心干涉條紋，說(shuō)明這一帶的形變強(qiáng)度非常大。北川縣城南東側(cè)，有平行于斷層密集的干涉條紋包絡(luò)，這表明該段發(fā)震斷層有較大的地表位錯(cuò)量。在汶川地震震中位置，條紋開(kāi)始包絡(luò)震中，表明震中附近是發(fā)震斷層的西端點(diǎn)。在青川附近，條紋已包絡(luò)了發(fā)震斷層，顯示了出斷層?xùn)|端形成的形變場(chǎng)格局。發(fā)震斷層附近，斷層兩側(cè)均表現(xiàn)為局部抬升，且沿?cái)鄬有巫兞糠植己懿痪鶆?，表現(xiàn)出較強(qiáng)的分段性。

其次，從于田地震的InSAR同震形變場(chǎng)分析，斷層西盤(pán)（或北西盤(pán)）運(yùn)動(dòng)較為復(fù)雜，靠近斷層區(qū)域?yàn)闁|向或沉降運(yùn)動(dòng)，而遠(yuǎn)離斷層往西約50 km則為西向或抬升運(yùn)動(dòng)；斷層?xùn)|盤(pán)（或東南盤(pán)）運(yùn)動(dòng)相對(duì)簡(jiǎn)單，以東向或沉降運(yùn)動(dòng)為主。兩盤(pán)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)大體與震源機(jī)制解揭示的正斷層破裂相一致。

最后，玉樹(shù)地震的InSAR形變場(chǎng)條紋則清晰顯示發(fā)震斷層為NW-SE的玉樹(shù)斷裂，平均走向?yàn)?10°。除部分靠近斷層兩側(cè)的區(qū)域由于形變過(guò)大導(dǎo)致InSAR數(shù)據(jù)失相干外，整體形變場(chǎng)特性非常清晰，可初步判定此次地震的左旋走滑運(yùn)動(dòng)特征。斷層南盤(pán)為遠(yuǎn)離衛(wèi)星方向運(yùn)動(dòng)，最大值約達(dá)42 cm；斷層北盤(pán)向靠近衛(wèi)星方向運(yùn)動(dòng)，峰值為40 cm左右；且峰值出現(xiàn)地點(diǎn)與地表調(diào)查所獲得的位錯(cuò)分布較為吻合。由形變條紋分布我們可初步判定發(fā)震斷層長(zhǎng)約75 km；東段約32 km的斷層滑動(dòng)到達(dá)地表，形成較為明顯的地表破裂分布；西段則形成較為連續(xù)的形變條紋。InSAR形變場(chǎng)整體分布特征與野外調(diào)查及偏移量追蹤的結(jié)果均較為吻合。

（2）聯(lián)合反演了GPS與InSAR數(shù)據(jù)，確定了汶川地震斷層滑動(dòng)分布特征，及反演分辨率相對(duì)較高與分辨率較低的區(qū)域。

經(jīng)過(guò)分辨率測(cè)試反演，我們認(rèn)為汶川地震的斷層滑動(dòng)分布反演，其可靠結(jié)果位于主斷裂的地表下15 km處；深部及次斷裂的滑動(dòng)分布可靠性降低。反演獲得的斷層滑動(dòng)分布主要特征為：3個(gè)滑動(dòng)分布集中區(qū)，分別位于映秀鎮(zhèn)、岳家山及北川地區(qū)等，且主要分布于地表15 km左右；滑動(dòng)角顯示在映秀—北川斷裂的西南段以逆沖為主、沿北東向逐漸轉(zhuǎn)換為以右旋走滑為主甚至純右旋走滑運(yùn)動(dòng)。

（3）引入入射角與方位角隨觀測(cè)點(diǎn)位變化的InSAR數(shù)據(jù)反演于田地震的滑動(dòng)分布，獲得了其斷層滑動(dòng)分布特征及部分震源參數(shù)。

于田地震的InSAR數(shù)據(jù)反演結(jié)果顯示，在引入入射角與方位角變化后，斷層2和斷層3上形成較大的滑動(dòng)分布集中區(qū)，最大滑動(dòng)量達(dá)3.2 m，而在斷層1處則滑動(dòng)相對(duì)較小。我們的反演結(jié)果并未出現(xiàn)與走滑斷層類似的“淺部滑動(dòng)缺失”現(xiàn)象，且滑動(dòng)主要集中于0～14 km深度。反演獲得的較佳矩張量為3.3×1019N·m，矩震級(jí)達(dá)MW7.0。

（4）聯(lián)合反演了InSAR與地震波數(shù)據(jù)，獲得了玉樹(shù)地震的震源破裂過(guò)程、斷層滑動(dòng)分布特征及部分震源參數(shù)。

從最終的聯(lián)合反演結(jié)果可知，玉樹(shù)地震的主要破裂過(guò)程持續(xù)了20 s，釋放了約90%左右的總能量。在前10 s內(nèi)，一個(gè)滑動(dòng)分布集中區(qū)形成于震源附近，其能量釋放極值位于8 s左右。隨后的破裂主要沿?cái)鄬幼呦蛲鶘|南方向發(fā)展，并最終在斷層?xùn)|南段淺層10 km內(nèi)形成一個(gè)較大的滑動(dòng)集中區(qū)，這一階段的能量釋放極值到達(dá)于12 s左右。聯(lián)合反演獲得的矩張量為2.3×1019N·m，相當(dāng)于矩震級(jí)MW約為6.9。

雷達(dá)干涉測(cè)量（InSAR）；地震波；汶川地震；于田地震；玉樹(shù)地震；震源破裂過(guò)程；聯(lián)合反演

（作者電子信箱，張國(guó)宏：zhanggh.geophysics＠gmail.com）

P315；

A；

10.3969/j.issn.0235-4975.2012.08.008