新疆于田MS7.3地震同震與震后形變機(jī)制研究

孫 赫 季靈運(yùn) 朱良玉 趙 強(qiáng)

1 中國(guó)地震局第二監(jiān)測(cè)中心，西安市西影路316號(hào)，710054

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新疆于田MS7.3地震同震與震后形變機(jī)制研究

孫 赫1季靈運(yùn)1朱良玉1趙 強(qiáng)1

1 中國(guó)地震局第二監(jiān)測(cè)中心，西安市西影路316號(hào)，710054

利用InSAR技術(shù)獲取2008-03-21新疆于田MS7.3地震的同震和震后形變場(chǎng)。同震分布式滑動(dòng)反演結(jié)果表明，同震斷層最大滑動(dòng)量達(dá)5.4 m，主要分布在南部斷層的0～5 km深度附近，地震以正斷錯(cuò)動(dòng)為主，兼有左旋走滑分量。震后形變結(jié)果表明，發(fā)震斷層北段兩側(cè)存在差異性運(yùn)動(dòng)，最大累積差異形變?cè)谡鸷?82 d達(dá)15 cm。進(jìn)一步分析表明，震后斷層余滑可能是震后形變的主要機(jī)制。余滑反演結(jié)果表明，震后2 a斷層余滑量相對(duì)較小，滑移區(qū)范圍明顯減小且均位于淺部區(qū)域，北部斷層能量釋放較徹底，南部仍存有少量能量，整體能量基本釋放完。

于田地震；InSAR；同震形變場(chǎng)；震后形變場(chǎng)；余滑

2008-03-21新疆于田MS7.3地震[1]震中位于西昆侖地震帶與阿爾金地震帶交匯區(qū)，地表破裂長(zhǎng)度達(dá)30多km，在正斷層的基礎(chǔ)上存在左旋走滑位移[2-7]。區(qū)域構(gòu)造如圖1所示。

紅色矩形框?yàn)楸疚难芯繀^(qū)域；黑色線(xiàn)為區(qū)域內(nèi)斷層分布；紅色實(shí)線(xiàn)為野外地質(zhì)考察確定的地表破裂[2]；地形數(shù)據(jù)為90 m分辨率的SRTM數(shù)據(jù)；藍(lán)色圓圈為NEIC震后5個(gè)月的余震分布圖1 于田地震區(qū)域構(gòu)造示意圖Fig.1 Local faults of the 2008 Yutian earthquake

地震發(fā)生后，許多專(zhuān)家對(duì)其發(fā)震機(jī)制與發(fā)震斷層構(gòu)造進(jìn)行多方面研究，其中包括野外地質(zhì)考察[2]、地質(zhì)構(gòu)造與地殼形變研究[5]以及基于GPS、InSAR技術(shù)的探測(cè)與模擬[6-9]等。本文利用SAR數(shù)據(jù)獲取的InSAR形變場(chǎng)反演于田地震的同震與震后斷層滑動(dòng)分布。對(duì)比分析后發(fā)現(xiàn)，震后余滑量相對(duì)較小，能量基本釋放完全。

1 D-InSAR同震形變結(jié)果與分析

1.1 反演算法簡(jiǎn)介

本文利用Wang等[10]提出的SBIF(sensitivity based iterative fitting)反演程序。在反演處理之前，采用四叉樹(shù)方法將InSAR技術(shù)獲取的形變場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行降采樣[11]，以提高運(yùn)算速度。反演計(jì)算時(shí)，采用InSAR技術(shù)獲取的形變場(chǎng)作為約束。發(fā)震斷層走向通過(guò)震后野外實(shí)地考察確定，傾角根據(jù)ISC提供的震源機(jī)制解和文獻(xiàn)[7]綜合確定。斷層主要包括南北兩段，具體位置與方向如圖2中黑色實(shí)線(xiàn)所示。北段走向?yàn)?96.4°，傾角為52°，南段走向?yàn)闈u變，由北向南從155°到230°，傾角為52°。為了得到較合理的反演結(jié)果，利用數(shù)據(jù)擬合程度與斷層滑動(dòng)粗糙度曲線(xiàn)之間的關(guān)系確定該斷層的平滑因子。圖3為于田地震同震斷層應(yīng)力面的粗糙度與數(shù)據(jù)擬合曲線(xiàn)，分析斷層應(yīng)力面平滑條件，得到同震的平滑因子為0.05。2008年于田地震震源深度為19 km，而且大部分影響深度為地表以下10 km處，故設(shè)置反演模型深度為20 km。

1.2 同震形變結(jié)果與分析

利用D-InSAR技術(shù)分別對(duì)ENVISAT SAR數(shù)據(jù)和ALOSPALSAR數(shù)據(jù)(表1)進(jìn)行處理，并采用90 m分辨率的SRTM數(shù)據(jù)作為外部DEM數(shù)據(jù)，得到于田地震同震形變場(chǎng)(圖2(a)和2(b)，形變方向?yàn)長(zhǎng)OS方向)。研究時(shí)間域內(nèi)，在冰雪覆蓋區(qū)及部分地勢(shì)陡峭的山區(qū)出現(xiàn)失相干現(xiàn)象。加之衛(wèi)星軌道入射角差異，升降軌數(shù)據(jù)獲取的干涉圖信息不盡相同。升軌PALSAR數(shù)據(jù)獲取的最大形變區(qū)位于上盤(pán)，沉降量達(dá)110 cm，下盤(pán)沉降約為50 cm。降軌ENVISAT數(shù)據(jù)在最大形變區(qū)失相干，上、下盤(pán)最大沉降與抬升均為40 cm左右。

圖2 2008年于田地震形變結(jié)果(包括ENVISAT與PALSAR兩類(lèi)數(shù)據(jù))Fig.2 The deformation results of 2008 Yutian earthquake including ENVISAT and PALSAR

表1 SAR影像數(shù)據(jù)參數(shù)

反演過(guò)程中，首先對(duì)獲得的InSAR形變場(chǎng)進(jìn)行降采樣，以提高運(yùn)算速度；然后對(duì)ENVISAT和PALSAR同震形變場(chǎng)進(jìn)行共同約束反演，得到模擬形變場(chǎng)(圖2(e)～圖(f))。殘差結(jié)果顯示，差值在±10 cm之間，精度比較可靠?；瑒?dòng)分布結(jié)果(圖4)顯示，滑移主要集中在地下0～5 km深度，南段斷層的滑移量比較大，最大達(dá)5.4 m；北段斷層滑移量約為4 m，集中分布在地下10～18 km深度。斷層滑動(dòng)分布證實(shí)了于田地震的正斷層破裂機(jī)制，同時(shí)兼有一定的左旋走滑分量。

圖4 于田地震同震反演的斷層面滑動(dòng)分布Fig.4 The inversion slip distribution of coseismic for Yutian earthquake

2 震后形變場(chǎng)獲取與機(jī)制探討

為獲取震后形變信息，選用9景L波段的ALOS PALSAR數(shù)據(jù)，時(shí)間跨度為2008-05-26～2010-07-17。其中,垂直基線(xiàn)的閾值為±2 500 m，時(shí)間基線(xiàn)的閾值為35～800 d。通過(guò)影像數(shù)據(jù)的自由組合，選取11個(gè)相干性較高的干涉對(duì)進(jìn)行計(jì)算，詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表2，時(shí)-空基線(xiàn)關(guān)系如圖5所示。

采用SBAS技術(shù)對(duì)表2中的干涉對(duì)進(jìn)行處理，得到于田地震震后累積形變場(chǎng)，如圖6所示。2008-05-26～2010-07-17發(fā)震斷層北段兩側(cè)存在差異形變，累積差異形變約為15 cm，表明震后斷層存在活動(dòng)。為了定量分析斷層兩側(cè)地表形變變化，分析圖6中剖線(xiàn)在各時(shí)間段內(nèi)的形變變化(圖7)。圖7顯示，震后46 d內(nèi)基本沒(méi)有形變，184 d時(shí)發(fā)生形變，直到506 d后形變基本穩(wěn)定，說(shuō)明斷層滑移基本停止。圖8給出了基于指數(shù)函數(shù)和對(duì)數(shù)函數(shù)的斷層北段附近a點(diǎn)的形變時(shí)間序列擬合曲線(xiàn)，結(jié)果表明，震后2 a內(nèi)形變逐年增加，累積超過(guò)5 cm。

表2 選取干涉對(duì)列表信息

圖5 干涉對(duì)基線(xiàn)組合Fig.5 Baseline combination of all the interferomeric pairs

圖6 于田地震震后2008～2010年累積形變(虛線(xiàn)為形變時(shí)間序列剖面位置)Fig.6 The postseismic cumulative deformation of Yutian earthquake from 2008 to 2010(Dotted lines represent profile position for the time series of deformation)

圖6～8的震后累積形變及震后形變時(shí)間序列結(jié)果表明，震后斷層北段存在余滑。為了得到震后斷裂帶的滑動(dòng)情況，同樣采用上文的反演策略與算法，以獲取的震后InSAR地殼形變?yōu)榧s束，對(duì)震后InSAR降采樣形變場(chǎng)(圖9(a))進(jìn)行反演，得到模擬形變場(chǎng)(圖9(b))與斷裂帶滑動(dòng)分布(圖10)。研究區(qū)域內(nèi)殘差結(jié)果差異在±3 cm內(nèi)。由圖10知，震后2 a內(nèi)，斷層滑動(dòng)量相對(duì)很小，最大滑動(dòng)量為0.7 m，南北兩段斷層的滑移區(qū)均集中在地下0～5 km深度。結(jié)合同震與震后斷層滑動(dòng)分布結(jié)果，北段斷層能量由深至淺進(jìn)行釋放，震后2a基本釋放完；南段斷層震后滑動(dòng)區(qū)范圍明顯減小，同時(shí)余滑量也明顯減弱，由同震的5.4 m降到震后的0.7 m。

圖7 2008～2010年剖線(xiàn)上各時(shí)段累積形變(剖線(xiàn)位置見(jiàn)圖6)Fig.7 Accumulative deformation of profile line in different stages from 2008 to 2010 (profile position in Fig.6)

圖8 2008-2010年于田地震震后a點(diǎn)形變時(shí)間序列Fig.8 Time series of postseismic deformation in LOS for point a of Yutian earthquack in different stages from 2008 to 2010

圖9 InSAR降采樣形變場(chǎng)、形變場(chǎng)模擬結(jié)果及殘差Fig.9 Resampled deformation, inversed deformation and residual for inversed data

圖10 于田地震震后斷層面的滑動(dòng)分布Fig.10 The inversion slip distribution of postseismic for Yutian earthquake

震例研究表明，震后地殼形變的機(jī)制主要有3種，即震后余滑、孔隙彈性回彈、震后粘彈性松弛[12]。震后余滑產(chǎn)生的形變主要集中在斷層附近，余滑一般主要發(fā)生于斷裂中部并且局限在上部4 km[13]; 孔隙彈性回彈產(chǎn)生孔隙彈性回彈形變，主要影響近場(chǎng)；而震后粘彈性松弛影響的范圍比較寬廣。在震后1～2 a，3種因素都有可能產(chǎn)生震后形變。但是，分析于田地震的震后形變場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，形變主要發(fā)生在發(fā)震斷層北段，并且沿?cái)鄬觾蓚?cè)形變差異明顯，比較符合震后余滑機(jī)制。后續(xù)反演分析亦以余滑機(jī)制為主，但是也可能有其他兩種機(jī)制的貢獻(xiàn)。

3 結(jié) 語(yǔ)

采用InSAR技術(shù)獲取的同震及震后形變場(chǎng)顯示，2008年于田地震符合正斷層的形變機(jī)制兼有左旋走滑分量。利用SBIF反演方法分別對(duì)獲取的形變場(chǎng)進(jìn)行模擬反演計(jì)算，得到相應(yīng)的模擬形變場(chǎng)及斷層滑動(dòng)分布。同震南段斷層活動(dòng)強(qiáng)烈，分布在地下深度0～15 km，最大滑移量為5.4 m。震后2 a時(shí)間內(nèi)發(fā)震斷層北段兩側(cè)形變差異顯著，震后形變的主要機(jī)制可能是由震后斷層余滑所致。震后斷層活動(dòng)較同震弱，能量基本釋放完全，最大余滑量約為0.7 m。南北兩段斷層的滑移區(qū)均位于地下0～5 km的淺部區(qū)域。

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About the first author:SUN He，assistant engineer，majors in crustal deformation and earthquake prediction，E-mail：sunhele@163.com.

Coseismic Deformation and Postseismic Deformation Mechanism Yutian MS7.3 Earthquake

SUNHe1JILingyun1ZHULiangyu1ZHAOQiang1

1 Second Crust Monitoring and Application Center, CEA,316 Xiying Road，Xi’an 710054，China

On March 21th, 2008, a MS7.3 earthquake occurred in Yutian of Xinjiang. In this paper, InSAR technology is used to obtain the coseismic and postseismic deformation. The inversion of coseismic slip distribution shows that the largest slip achieves 5.4 m and that the slip is dominant in the south of the fault, near 0-5 km depth beneath the ground surface. The earthquake is a normal faulting event with a slight sinistral strike-slip component. Postseismic deformation indicates that there are differences in movement in the north section of seismogenic fault, and the largest cumulative deformation difference is about 15 cm in 782 d after the earthquake. According to the further analysis, the afterslip of postseismic fault may be the main mechanism for deformation. The degree of postseismic afterslip is relatively small in two years and the slip region decreases greatly and for the most part is located in shallow areas. The energy of north fault is relatively exhaustive released, while there is little energy remaining in south part of the fault.

Yutian earthquake；InSAR；coseismic deformation；postseismic deformation；afterslip

Special Fund for Earthquake Research of CEA, No.201508009.

2015-12-15

項(xiàng)目來(lái)源：中國(guó)地震局地震行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)(201508009)。

孫赫，助理工程師，主要從事地殼形變與地震預(yù)測(cè)研究，E-mail：sunhele@163.com。

10.14075/j.jgg.2016.12.004

1671-5942(2016)012-1052-04

P315

A