2018年云南墨江MS59地震的InSAR同震形變機制

孫赫 劉傳金

摘要：采用DInSAR技術(shù)得到2018年云南墨江MS59地震的同震形變場，以此為約束，利用SDM程序反演同震形變場和發(fā)震斷層面的滑動分布，并討論了此次地震的發(fā)震構(gòu)造。結(jié)果表明：墨江地震造成地表LOS向最大形變量約為6 cm，同震形變場呈對稱分布。發(fā)震斷層以右旋走滑運動為主，符合區(qū)域構(gòu)造的運動性質(zhì)。斷層面的最大滑動量為019 m，大約分布在沿斷層走向10～13 km、且沿傾向向下3～6 km處。斷層在近地表處滑動量較小，同震錯動未破裂至地表。

關(guān)鍵詞：InSAR;墨江MS59地震;SDM;同震形變場;滑動分布

中圖分類號：P315725?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1000-0666（2019）03-0379-06

0 引言

合成孔徑雷達干涉測量技術(shù)（Interferometric Synthetic Aperture Radar，簡稱InSAR）具有高時空分辨率、高精度、全天候、全天時等優(yōu)點，無需地面控制點，可以獲取高空間分辨率的地殼形變速度場，也可以為反演提供重要約束信息。21世紀初以來，隨著SAR衛(wèi)星數(shù)據(jù)影像的豐富及處理技術(shù)的推動發(fā)展，InSAR技術(shù)被廣泛地應(yīng)用到地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中。尤其在近幾年，國內(nèi)外學(xué)者將該技術(shù)引入到地震相關(guān)研究中，如大范圍、高空間分辨率InSAR形變場的獲?。↙iu et al，2018;洪順英等，2009;邱江濤等，2018），發(fā)震構(gòu)造分析（季靈運等，2017），發(fā)震斷層面的滑動分布與分析（屈春燕等，2017;Tong et al，2013）以及斷層面的閉鎖程度研究（Wang et al，2009;Sreejith，2018）等。InSAR技術(shù)打破了傳統(tǒng)大地測量基于離散點的監(jiān)測局限，降低了費用、勞動強度等問題，同時解決了無法在短時間內(nèi)獲取大面積、高空間密度的地表沉陷形變場的難題。

2018年9月10日云南墨江發(fā)生MS59地震，震源深度11 km，墨江15個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、臨滄及昆明均有震感，震中災(zāi)區(qū)部分老舊房屋倒塌，造成一定的經(jīng)濟損失。由于墨江地震發(fā)震區(qū)域的監(jiān)測臺站比較稀疏，缺少歷史大地測量監(jiān)測數(shù)據(jù)，因此已有研究中并未給出該地震的具體發(fā)震構(gòu)造。鑒于研究區(qū)域的地理位置及地表植被特征，傳統(tǒng)的測量技術(shù)并不能獲得斷層面運動的細節(jié)特征，本文利用InSAR技術(shù)獲取2018年墨江MS59地震的同震形變場，并以此為約束，反演斷層面上的同震滑動分布，探討本次地震的發(fā)震構(gòu)造。

1 構(gòu)造背景

墨江地震震中位于墨江縣通關(guān)鎮(zhèn)丙蚌村（圖1），處于NW向紅河斷裂（向宏發(fā)等，2004，2017;李西等，2016）的南邊，近SN向把邊江斷裂（趙慈平等，2014）的東面。紅河斷裂帶橫貫云南西部、中部和東南部，控制著云南地區(qū)的主要構(gòu)造活動（張建國，2009），是一條典型的右旋走滑斷裂（向宏發(fā)等，2006），全長約1 000 km（向宏發(fā)等，2004;李西等，2016），其北段強震頻發(fā)，歷史上曾發(fā)生過9次6級以上地震（包括1652年彌渡7級地震和1925年大理7級地震）;其中段尚無強震和大震記載（張建國，2009）;其南段以山前斷裂、中谷斷裂、雙支斷裂為主，沒有發(fā)生過6級以上的地震（虢順民等，2001），地質(zhì)與大地測量結(jié)果顯示南段走滑速率3 mm/a左右（虢順民等，2001;Loveless，Meade，2011;劉耀輝等，2015;孫云梅，李金平，2018;陸好健等，2018），最大剪應(yīng)變積累較強，地震危險性較大（孫云梅，李金平，2018）。紅河斷裂帶是否存在發(fā)震危險性存有爭議（鄧起東等，2002;Replumaz et al，2001;徐錫偉等，2017）。把邊江斷裂也是一條右旋走滑斷裂帶，走滑速率達18 mm/a（趙慈平等，2014），截至2014年，該斷裂尚無發(fā)生過強震和大震的記錄。這2條斷裂的運動速率存在差異性，可能導(dǎo)致地殼在長期的運動過程中積累能量，從而發(fā)震。

2018年墨江地震后，美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）與全球矩心矩張量（GCMT）利用遠場地震波資料計算了此次地震的發(fā)震位置和震源機制解（表1），結(jié)果均表明此次地震為走滑性質(zhì)事件。

2 DInSAR同震形變結(jié)果

為得到同震形變場，分別收集墨江地震前后2個時段C波段的Sentinel1衛(wèi)星影像（表2），基于GAMMA軟件利用DInSAR技術(shù)依次進行多視、干涉、濾波、解纏、大氣、地形相位及軌道誤差剔除等分析處理，得到墨江地震同震升降軌數(shù)據(jù)形變場。由于研究區(qū)域內(nèi)降軌數(shù)據(jù)的相干性極差，通過多次調(diào)整數(shù)據(jù)處理參數(shù)，均未得到理想結(jié)果，因此本文只給出了使用升軌數(shù)據(jù)得到的InSAR形變場（形變方向為LOS方向）（圖2a）。從圖2a可看出，研究區(qū)形變場呈對稱分布，覆蓋了墨江地震的震中，中間存在一條大致呈NE向的跡線，可能是本次地震的發(fā)展斷層，跡線兩側(cè)形變存在明顯差異，形變場顯示斷層上盤下降量達6 cm，下盤上升約4 cm。結(jié)合SAR衛(wèi)星幾何成像方向，可以判斷此次地震為右旋走滑為主的事件。

墨江地震地表破裂不明顯，無法確定具體發(fā)震斷層位置，現(xiàn)結(jié)合余震序列展布方向進行確定及外部驗證。圖3a為墨江地震余震的總體展布結(jié)果，主要呈圓形分布，線性展布特征不明顯。沿InSAR形變場中的跡線方向（圖2a）選取寬10 km的震源深度剖面（圖3a中的黑色矩形框），提取余震展布結(jié)果（圖3b），同時提取垂直于跡線方向?qū)?0 km的震源剖面數(shù)據(jù)結(jié)果（圖3c）進行對比分析。由圖3b，c可以看出，余震主要分布在主震震中附近，可能是由于主震震級小，能量小擴展性弱所致，但總體上仍能看出NE向余震展布比NW向長，說明NE向可能為本次地震發(fā)震斷層的主方向。同時由余震序列得到的主斷層方向與InSAR結(jié)果給出的發(fā)震斷層方向一致，說明利用InSAR地表形變場得到的發(fā)震斷層走向是合理的。

如果發(fā)震斷層走向為NE向，由USGS，GCMT等機構(gòu)給出的震源機制得出墨江地震是左旋走滑事件，與本文DInSAR結(jié)果不符。主要是由于墨江地震主震震級較小，雖然使用遠場地震波資料計算的震源機制解可以作為參考資料，但是相較InSAR近場形變結(jié)果的可靠性較低，尤其是USGS解算的震源機制解并沒有給出所選用的具體地震臺站信息，稀疏的臺站信息解算的結(jié)果可靠性相對較低。而InSAR技術(shù)不僅廣泛的應(yīng)用到地震中，而且具有高精度，尤其是在監(jiān)測困難或缺少大地測量數(shù)據(jù)的研究區(qū)，因此本研究采用InSAR技術(shù)對監(jiān)測臺站稀疏的墨江地震的相關(guān)區(qū)域進行研究分析，以便獲取墨江地震的發(fā)震構(gòu)造。

3 斷層滑動反演及發(fā)震構(gòu)造討論

利用高精度的InSAR形變場進行斷層滑動反演，可以得到可靠性比較高的斷層運動方向、深度及空間范圍。綜合反演計算時間效率，計算時首先將大數(shù)據(jù)量的InSAR形變場進行降采樣處理，同時保證近場區(qū)數(shù)據(jù)量，遠場區(qū)在不影響結(jié)果精度的前提下可以適當稀疏處理。反演計算時，首先假設(shè)發(fā)震斷層是均勻滑動的，通過蒙特卡洛搜索法不斷逼近擬合，得到斷層參數(shù)（Parsons et al，2006）;其次，在獲取的參數(shù)基礎(chǔ)上利用德國地學(xué)中心汪榮江開發(fā)的最速下降法（Steepest Descent Method，簡稱SDM）程序包（Wang et al，2004），反演發(fā)震斷層上每一個單元斷層面的滑動情況。

31 同震形變場均勻滑動反演

采用均勻滑動模型獲取墨江MS59地震的斷層幾何參數(shù)，參照表3中矩形斷層參數(shù)（長度、寬度、深度、走向、傾角、傾向滑動量、走向滑動量、參考點位置），進行均勻滑動反演建模。反演的初始參數(shù)值參考圖2中給出的大致范圍區(qū)間，利用蒙特卡洛搜索法求取符合預(yù)測標準的最佳參數(shù)，反復(fù)逼近達到最佳擬合，然后生成1 000個均勻分布樣本，取其均值作為最優(yōu)解（表3）。結(jié)果表明，發(fā)震斷層以走滑為主，震源深度約838 km，略大于斷層寬度，走向約為223°，近似為NE方向，傾角為89°。同震形變場（圖2a）、均勻滑動反演結(jié)果（圖2b）與余震序列展布存在高空間相關(guān)性。由圖2c可知，除下盤個別微小區(qū)域擬合效果不佳外，整體擬合得到的殘差結(jié)果較小，可能與單一方向InSAR數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)失相干等因素有關(guān)，說明均勻反演得到的斷層參數(shù)可靠性較高，因此可以利用得到的斷層模型參數(shù)進行非均勻反演。

32 同震斷層面滑動分布反演

基于斷層幾何模型參數(shù)，以InSAR形變場為約束，采用反演程序SDM進行同震斷層面滑動分布反演。為獲取斷層面的精細滑動分布，參考Crust20模型將研究區(qū)地殼處理成層狀介質(zhì)模型。反演計算時將斷層面沿走向和傾向2個方向劃為離散的1 km×1 km近似矩形的小斷層片，并將斷層的長度與寬度都擴展為20 km，即劃為400個 小單元斷層片。為了保證反演結(jié)果穩(wěn)定性，通過粗糙度與擬合殘差曲線求得最佳滑動因子為003（圖4）。圖5為墨江地震分布式滑動反演結(jié)果與殘差，模擬結(jié)果與觀測形變場的擬合度達90%，較均勻滑動反演結(jié)果精度有所提高，由圖5b可見，下盤形變區(qū)擬合結(jié)果較均勻滑動反演（圖2b）結(jié)果更佳。

圖6為同震斷層面滑動分布，斷層面的滑動分布主要集中在沿斷層走向9～15 km、沿傾向向下3～9 km的區(qū)域內(nèi)，平均滑動量與滑動角分別為007 m與1606°。斷層在近地表處滑動量較小，表明此次地震未造成地表破裂;斷層面最大滑移量為019 m，大約分布在沿斷層走向10～13 km、沿傾向向下3～6 km處。滑動分布結(jié)果表明斷層面的運動方式以右旋走滑活動為主，與InSAR技術(shù)判斷斷層的運動性質(zhì)一致，表明本次計算結(jié)果是合理且可靠的。33 發(fā)震構(gòu)造討論

利用InSAR技術(shù)得到墨江地震同震形變場，結(jié)果顯示，此次地震破裂面大致呈NE走向，與震后余震空間分布基本一致，說明本次地震的反演結(jié)果是科學(xué)合理的;InSAR形變場及斷層面滑動分布，表明此次地震是在以右旋走滑為主的構(gòu)造背景下發(fā)生的事件，符合區(qū)域構(gòu)造的運動性質(zhì)。

4 結(jié)論

基于升軌Sentinel1A SAR 數(shù)據(jù)，利用D-InSAR技術(shù)及SDM反演程序?qū)?018年9月8日墨江MS59地震進行了研究，獲取了地震同震形變場及斷層面滑動分布，主要得到以下結(jié)論：

（1）利用InSAR技術(shù)得到墨江地震的同震形變場，升軌數(shù)據(jù)干涉圖相干性較好，雷達視向上，上盤下降量達6 cm，下盤上升約4 cm，表明此次地震事件以右旋走滑為主。

（2）同震形變場位于紅河斷裂南段與把邊江斷裂區(qū)域之間，判斷發(fā)震斷層可能為2條斷裂帶間的一條調(diào)節(jié)斷裂。

（3）分布式滑動反演結(jié)果與觀測形變場的擬合度達90%，斷層最大滑移量為019 m，大約分布在沿斷層走向10～13 km、沿傾向向下3～6 km處，表明此次地震以右旋走滑運動為主，破裂未延伸至地表，與區(qū)域構(gòu)造運動背景一致。

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