2021年云南漾濞MS6.4地震同震位移場和震源滑動模型反演

黎朕靈 金明培 繆素秋

摘要：基于2021年云南漾濞MS6.4地震震中周圍40 km范圍內僅有的2 個強震臺近場強震記錄進行基線校正并給出同震位移。同時分析強震和GPS資料呈現(xiàn)的永久位移場特征，利用快速獲取的GPS同震位移場和InSAR 升、降軌資料分別獨立和聯(lián)合反演該地震的震源滑動模型，并進一步展現(xiàn)全空間預測位移場分布。結果表明：①漾濞地震水平同震位移場呈現(xiàn)以右旋走滑為主的錯動。②GPS和InSAR獨立和聯(lián)合反演所得的震源靜態(tài)滑動范圍基本一致，均呈現(xiàn)單側破裂的總體特征，即主要滑動均發(fā)生在震中東南部。6種模型的最大滑動量分別為0.74 m、0.66 m、0.44 m、0.45 m、0.47 m和0.47 m，反演的矩震級為MW5.9～6.3。③根據震源滑動模型正演所得的漾濞地震全空間預測水平同震位移場與實際觀測位移場一致性較好，震中南、北兩側向內擠壓，東、西兩側向外拉張，符合走滑型地震所產生的四象限位移場分布特征。

關鍵詞：近場強震記錄;基線校正;GPS;同震位移場;InSAR;震源滑動模型;漾濞MS6.4地震

中圖分類號：P315.72?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1000-0666（2021）03-0330-08

0 引言

2021年5月21日21時48分34秒，云南省大理白族自治州漾濞縣（25.67°N，99.87°E）發(fā)生MS6.4地震，震源深度8 km。地震造成漾濞縣、永平縣、洱源縣、大理市不同程度的房屋破壞和人員傷亡。據統(tǒng)計，地震共造成3人死亡，34人受傷。

在震后及時解算和分析多種資料的同震位移場、探討震源滑動模型與孕震機理，能更好地認識地震的成因、了解地震的運動學特征，對地殼構造運動、地震動力學特征及震后快速應急響應、工程抗震設計和震后趨勢判定等工作有重要指導意義。同震位移場可通過空間—大地測量方法獲得，例如InSAR和連續(xù)GPS觀測（Ge et al，2008;Ozawa et al，2011;Hu et al，2013;溫少妍等，2018;黃星，2020;張華英等，2021），或由近斷層強震記錄解算獲得。但由于地震發(fā)生時觀測點地面的傾斜和旋轉、儀器效應和低頻干擾等原因，強震記錄客觀存在基線漂移，直接積分得到的速度和位移時程會出現(xiàn)嚴重的非物理漂移，因此需要對基線漂移進行校正處理，以便估計出較準確的同震位移。目前已有很多針對基線漂移的校正方法，如Iwan（1985）采用特征時間點的方法來定義基線漂移的開始和結束時間，以連續(xù)函數的形式表示速度時程的基線校正;Wu（2007）采用雙線性校正，以迭代的方式確定特征時間點，使校正后的位移呈現(xiàn)斜坡函數的形式;Chao等（2010）在Wu等（2007）研究基礎上，采用加速度圖中的能量分布比作為基線校正的依據;Wang等（2011）在上述研究基礎上，提出改進的經驗基線校正的自動化方案SMBLOC，該方法能夠在震后快速獲取較準確的強震同震位移，已在多個地震震例中取得了較好的結果（金明培等，2014，2017;申文豪，2019;黎朕靈，2020）。目前震源反演研究主要表現(xiàn)出兩大發(fā)展趨勢：一是快速獲取有價值的單一地震資料以便在震后快速反演得到震源模型;二是采用多種資料進行聯(lián)合反演。僅使用單一的數據難以保證對震中區(qū)域的空間全覆蓋，多種數據的聯(lián)合反演能確保信號覆蓋得更全面，提高數據的覆蓋率，且聯(lián)合反演也可以看作是不同數據之間的相互約束條件（張勇，2010）。強震和GPS給出的近場永久位移都是一些有限測點的信息，而永久位移常隨測點間距的增大呈非線性變化，且雖然GPS觀測資料在水平方向上精度較高，但在垂直向上精度不足。Wang（2012）認為GPS數據可以對斷層的滑動量提供更豐富的約束;Feng等（2012）利用GPS數據對InSAR形變結果進行校正，以消除大氣和軌道的影響;王永哲（2015）通過聯(lián)合GPS和InSAR數據反演2011年日本東北MW9.0地震同震滑動分布，認為InSAR數據可以很好地彌補GPS數據空間分辨率的不足。

為了提高數據的約束和覆蓋率，本文基于GPS和 InSAR數據分別獨立和聯(lián)合反演漾濞地震的震源滑動模型，采用Wang等（2008）基于牛頓最速下降法編寫的SDM（Steepest Decent Method）程序進行反演，利用SMBLOC程序對漾濞地震近場質量較好的強震數據進行基線校正，對強震和GPS觀測同震位移場特征進行分析，探討此次地震的位移分布特征及斷層錯動方式。同時，基于快速獲取的GPS永久位移和InSAR升降軌視線向LOS位移數據資料分別獨立和聯(lián)合反演震源滑動模型，并根據滑動模型計算漾濞地震全空間預測同震位移場。

1 研究區(qū)概況及資料選取與處理

漾濞MS6.4地震發(fā)生在多震的滇西北地區(qū)，該地區(qū)的強震危險性一直是地震地質領域關注的焦點之一（毛玉平等，2003），震中附近發(fā)育有 NW 向的維西—喬后斷裂。根據云南地震臺觀測資料，漾濞地震的前—主—余震序列大致沿該斷裂的西側呈北西向條帶狀分布，余震集中分布于主震的東南方向。維西—喬后斷裂是紅河斷裂帶向北彌散延伸的分支斷裂，全長約280 km?？傮w走向北西，傾向北東或南西，傾角為50°～70°。早期該斷裂的活動性質以擠壓為主，晚第四紀以來則以右旋走滑為主，兼張性正斷（常祖峰等，2014）。近十余年來，該區(qū)域中小地震活動呈持續(xù)增強態(tài)勢，例如2013年洱源5.5級地震（常祖峰等，2014）和2017年漾濞5.1級地震（潘睿等，2019）。

因漾濞地震震源尺度較小，近場強震臺站稀疏，僅53YBX和53YPX強震臺數據質量較好，所以選取這兩個強震臺進行基線校正;在震中40 km范圍內共有35個GPS觀測站記錄到同震位移，選取其中水平位移大于0.3 cm的觀測站進行分析，選取的臺站如圖1所示。采用 Sentinel-1A哨兵衛(wèi)星的InSAR資料，其中InSAR升軌數據為2021年5月20—26日的影像資料;降軌數據為2021年5月10—22日的影像資料。

本文采用SMBLOC方法（Wang et al，2011）對強震資料進行基線校正。一般來說，基線校正通常基于積分之后未校正的速度或未校正的位移來估計基線漂移。使用由Wang等（2008，2009）根據約束條件下最小二乘原理、基于牛頓最速下降法編寫的SDM程序進行反演，目前該程序已被廣泛應用于同震或震后的滑動分布反演（Diao et al，2010，2011;Xu et al，2010;金明培等，2013，2014，2017;屠泓為等，2016;黎朕靈等，2020）。漾濞地震震中經緯度（25.67°N，99.87°E）選取自云南地震臺結果，震源機制解采用張迎峰基于InSAR資料得到的結果，即走向138°、傾角80°、滑動角170°、參照M>2.0的余震分布取斷層面的長為40 km、寬為20 km。

2 同震位移場特征

此次地震造成的地面位移較小，為了更好地探究震后地表運動特征，筆者選取水平位移大于0.3 cm的11個GPS觀測站和數據質量較好的53YBX和53YPX強震臺數據進行分析（圖1）。圖2給出了采用SMBLOC程序校正后距離震中最近的強震臺53YBX三分量的加速度、速度和位移時程圖。此次地震使53YBX臺向西移動了3.7 cm，向北移動2.8 cm，向下移動1.8 cm。

圖3為基于強震和GPS數據得到的漾濞MS6.4地震的同震位移場，主要有以下特征：

（1）同震位移分布范圍與幅度。GPS能檢測到的同震位移場主要分布在震中40 km范圍內，GPS觀測站主要分布在震中北部，在震中南部分布稀疏。53YPX強震臺位于震中東南部，能在一定程度上彌補該方向上GPS測點不足。從圖3a的水平同震位移場來看，強震最大水平位移出現(xiàn)在震中東南部約7.7 km的53YBX臺，GPS最大水平位移出現(xiàn)在震中東北部約5.4 km的h204臺，其東西、南北、垂直向位移分別為4.6 cm、0.5 cm、-0.2 cm。

（2）位移場反映的斷層錯動方式。從較大范圍來看，同震位移場反映斷層錯動以右旋走滑為主。水平同震位移場（圖3a）特征表現(xiàn)為：以斷層面為界，其西部的GPS觀測站和53YPX強震臺水平位移均向外拉張，西北部和西南部分別表現(xiàn)為西北向和西南向位移;距斷層面較遠的東部臺站均表現(xiàn)為東南向位移;斷層面北向GPS觀測站密集，大多表現(xiàn)為正南向位移;位于斷層面西南盤、震中南側的ybxl臺位移方向為NNW，與位于斷層面東北盤、震中東北方向的h204臺的位移方向基本相反，表明震中南、北側位移為向內壓縮。雖然此次地震周邊臺站分布不均勻，震中南部觀測點較少，但從整體上看，其水平向同震位移場呈現(xiàn)出相對較好的四象限對稱分布。從垂直向位移場（圖3b）來看，在震中北部表現(xiàn)為向上的位移，在南部多表現(xiàn)為向下的位移。

從同震位移場還可以看出，最大永久位移主要發(fā)生在斷層面內震中東側和東南端，結合圖1的余震空間展布，余震大致沿震源機制解給出的走向138°分布。地震造成的最大地表永久位移和震后余震展布均距離維西—喬后斷裂較遠，且斷層走向與該斷裂走向存在10°左右差距，因此，推測此次地震未發(fā)生在維西—喬后斷裂的主干斷裂上，發(fā)震斷層有可能是該斷裂的次級斷裂，該結論也得到現(xiàn)場科考結果的證實（李傳友等，2021）。

（3）強震與GPS位移場比較。震中附近強震臺站稀少，相距較近的GPS觀測站和強震臺僅有一對：53YPX和h204臺，分別位于震中的南北兩端，其南北方向上位移相反，與震源機制解反映的斷層錯動相符合。但在震中東西方向，因53YBX臺接近所選取的斷層線，導致其雖位于東北盤，但位移方向卻為北西向。由于強震臺站數量較少，在滑動模型反演中僅使用GPS位移場和InSAR資料進行計算。

基于InSAR升降軌數據繪制同震形變場，如圖4所示。從InSAR降軌形變場看，形變主要發(fā)生在斷層兩側，且兩側形變存在明顯差異（圖4a）。InSAR升軌形變場因包含震后5天大量余震影響，斷層兩側的形變特征不明顯（圖4b）。

3 震源滑動模型反演

地殼速度結構模型采用楊軍等（2014）反演云南地區(qū)中小地震震源機制解所采用的莫霍面深度為55 km的模型（表1）。

根據震源和斷層參數可快速計算出斷層參考點的位置為（99.82°E，25.75°N），深度取0 km，斷層共分為800個子斷層，每個斷層子單元為? 1 km×1 km，由于GPS垂直位移場的解算精度不及水平向，因此在反演時賦予較小的權重。圖5給出最終的反演結果，表2為各個模型參數對比。

圖5a～c使用單一數據反演震源滑動模型，各個模型主要特征有：（1）基于GPS資料滑動模型（以下簡稱GPS模型）最大滑動量為0.74 m，滑動主要分布在震中東南部25 km范圍內，最大破裂發(fā)生在沿傾向2～10 km，走向11～22 km的斷層面上。（2）基于InSAR降軌資料的滑動模型（以下簡稱InSAR降軌模型）最大滑動量為0.44 m，相對GPS模型的滑動量較小，滑動分布集中在震中東南部15 km范圍內，最大破裂發(fā)生在沿傾向2～9 km、走向12～22 km的斷層面內。相對于GPS模型，InSAR降軌模型的滑動量分布更為集中，最大破裂更接近地面。（3）基于InSAR升軌資料的滑動模型（以下簡稱InSAR升軌模型）最大滑動量為0.66 m，滑動主要分布在震中東南部25 km范圍內，且在斷層面底部也分布有約0.2 m的滑動，最大破裂發(fā)生在斷層面沿傾向0～9 km、走向11～30 km處，因為漾濞MS6.4地震后又發(fā)生多次余震，而InSAR升軌數據包含大量余震干擾，導致其滑動分布與GPS和InSAR降軌模型的范圍略有不同，滑動量比InSAR降軌模型較大，反演所得的震級為MW6.3，相較其它模型偏大。

因InSAR升軌數據包括主震后5日的觀測結果易受余震數據干擾，反演時可能會造成一定的誤差，所以在反演滑動模型時，對該資料給予較小的權重，主要采用3種聯(lián)合反演方式：GPS+InSAR降軌（圖5d）、GPS+InSAR升降軌（圖5e，升軌權重為1）和GPS+InSAR升降軌模型（圖5f，其中升軌權重為0.5）。使用這3種聯(lián)合反演模型得到的最大滑動量為0.43～0.45 m，滑動主要分布在沿走向10～25 km、沿傾向0～12 km的斷層面內，最大破裂發(fā)生在沿走向12～22 km、沿傾向2～9 km的斷層面內，與GPS和InSAR降軌模型基本一致，與InSAR升軌模型略有差異。

本文所使用的6種模型均顯示漾濞地震的斷層錯動以右旋走滑為主。最大破裂均發(fā)生在距離震中約3 km的東南側，呈現(xiàn)出明顯的單側破裂特征。可能因為數據的不同，造成各個模型的滑動范圍及最大滑動量存在一定的差異。但除InSAR升軌模型外，其余5種模型的最大破裂范圍基本一致，各個模型滑動量均在一個量級內。因此，6種模型整體具有較好的一致性。

漾濞MS6.4地震前震和余震均較為豐富，其中包括1次5.6級前震和2次5級以上余震，截至5月21日24時和25日24時共記錄到ML≥1.0余震多達206次和1 590次。前震和余震，特別是震級較大的前震和余震對InSAR升降軌解算的同震位移場均有一定的影響，而且，InSAR往往只能給出視線向（LOS）位移場，而非傳統(tǒng)意義上的水平和垂直位移場。因此，根據聯(lián)合反演的滑動模型，我們計算了震中周圍（99.3°～100.4°E，25.2°～26.2°N）全空間的預測地表靜態(tài)水平位移分布（圖6），取位移點的間隔約為8 km，以便更為直觀地了解此次地震的影響。從圖6可以看出，斷層線東西兩側的位移向外擴張，震中南北兩端的位移向內擠壓，在震中的東南部位移達到最大值，反映斷層錯動以右旋走滑為主，與由觀測值計算所得的同震位移場所反映的震源機制基本一致。對于臺站分布不均勻的地區(qū)，全空間預測同震位移分布圖可提供密集的地表位移分布，為震后的物質運輸、救援力量分配等提供有價值的參考。

4 結論

本文基于2021年漾濞MS6.4地震后震中周圍2個強震臺三分量加速度記錄，利用經驗基線校正自動化方案（SMBLOC）對強震記錄進行基線校正后估算其同震位移。利用快速獲取的GPS同震位移場、InSAR升、降軌數據分別獨立和聯(lián)合反演漾濞地震的震源滑動模型，并根據滑動模型進一步給出了震中周圍全空間預測水平同震位移場，主要得出以下結論：

（1）漾濞地震的同震位移場呈現(xiàn)較好的四象限分布，震中東、西兩側位移向外拉，而震中南、北兩側位移向內擠壓，永久位移在震中的東南端達到最大值。從基于GPS同震位移場、InSAR升、降軌數據分別獨立和聯(lián)合反演的震源滑動模型來看，6種模型的滑動范圍大致相同，最大破裂均發(fā)生在震中東南側，西北側滑動較小或基本沒有滑動，呈現(xiàn)出單側破裂的總體特征。結合余震分布和InSAR降軌干涉圖像，推測此次地震未發(fā)生在維西—喬后主干斷裂上，發(fā)震構造可能為維西—喬后斷裂的的次級斷裂。

（2）全空間預測水平同震位移場與實際觀測的同震位移場呈現(xiàn)出較好的一致性。對于觀測臺站較為稀疏的地區(qū)或是震源尺度較小的地震，通過全空間預測水平同震位移場可更全面地了解震中附近更大范圍內受地震影響的情況，為了解地震的孕育、發(fā)生、發(fā)展和震后的應急救援，提供有價值的參考。

感謝中國地震局地質研究所甘衛(wèi)軍研究團隊提供的GPS同震位移資料;感謝中國地震局地質研究所張迎峰博士分享Sentinel-1A哨兵衛(wèi)星InSAR解算資料。

參考文獻：

常祖峰，張艷鳳，周青云，等.2014.2013年洱源MS5.5地震烈度分布及震區(qū)活動構造背景研究[J].中國地震，30（4）：560-570.

黃星.2020.InSAR和GPS技術在震間和同震形變領域的應用研究[D].北京：中國地震局地震預測研究所.

金明培，黎朕靈，汪榮江.2017.日本熊本MW7.0地震同震位移場和震源滑動模型反演[J].地震學報，39（6）：819-830.

金明培，汪榮江，屠泓為.2014.蘆山7級地震的同震位移估計和震源滑動模型反演嘗試[J].地球物理學報，57（1）：129-137.

金明培，汪榮江.2013.用近場強震動記錄快速估計同震位移并反演震源滑動分布[J].地球物理學報，56（4）：1207-1215.

黎朕靈，金明培，繆素秋.2020.2016年8月24日意大利佩魯賈MW6.2級地震同震位移場估計和震源滑動模型反演[J].地球物理學進展，35（1）：32-39.

李傳友，張金玉，王偉.2021.2021年云南漾濞MS6.4地震發(fā)震構造分析[J].地震地質，43（3）：706-721.

毛玉平，韓新民，谷一山，等.2003.云南地區(qū)強震（M≥6）研究[M].昆明：云南科技出版社.

潘睿，姜金鐘，付虹，等.2019.2017年云南漾濞MS5.1及MS4.8地震震源機制解和震源深度測定[J].地震研究，42（3）：338-348.

申文豪，李永生，焦其松，等.2019.聯(lián)合強震記錄和InSAR/GPS結果的四川九寨溝7.0級地震震源滑動分布反演及其地震學應用[J].地球物理學報，62（1）：115-129.

屠泓為，汪榮江，刁法啟，等.2016.運用SDM方法研究2001年昆侖山口西MS8.1地震破裂分布：GPS和InSAR聯(lián)合反演的結果[J].地球物理學報，59（6）：2103-2112.

王永哲.2015.利用GPS和InSAR數據反演2011年日本東北MW9.0地震斷層的同震滑動分布[J].地震學報，37（5）：796-805，885.

溫少妍，單新建，張國宏，等.2018.基于InSAR和遠場地震波聯(lián)合反演2008年MW6.3大柴旦地震震源破裂過程[J].地球物理學報，61（6）：2301-230.

楊軍，蘇有錦，陳佳，等.2014.利用CAP方法快速計算云南地區(qū)中小地震震源機制解[J].中國地震，30（4）：551-559.

張華英，楊建文，高瓊.2021.2021 年漾濞MS6.4 級地震前兆異常分析[J].華南地震，41（2）：176-182.

張勇.2010.地震破裂過程反演及其在大地震應急中的應用研究[D].北京：中國地震局地球物理研究所.

Chao W A，Wu Y M，Zhao L.2010.An automatic scheme for baseline correction of strong-motion records in coseismic deformation determination[J].Journal of Seismology，14（3）：495-504.

Diao F，Xiong X，Wang R J.2011.Mechanisms of transient postseismic deformation following the 2001 MW7.8 Kunlun（China）Earthquake[J].Pure and Applied Geophysics，168（5）：767-779.

Diao F，Xiong X，Wang R，et al.2010.Slip model of the 2008 MW7.9 Wenchuan（China）earthquake derived from co-seismic GPS data[J].Earth Planets & Space，62（11）：869-874.

Feng G，Ding X，Li Z，et al.2012.Calibration of an InSAR-derived coseimic deformation map associated with the 2011 MW9.0 Tohoku-Oki Earthquake[J].IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters，9（2）：302-306.

Ge L，Zhang K，Ng A H，et al.2008.Preliminary results of satellite radar differential interferometry for the Co-seismic Deformation of the 12 May 2008 MS8.0 Wenchuan earthquake[J].Geographic Information Sciences，14（1）：12-19.

Hu J，Li Z W，Ding X L，et al.2013.Derivation of 3-D coseismic surface displacement fields for the 2011 MW9.0 Tohoku-Oki earthquake from InSAR and GPS measurements[J].Geophysical Journal International，192（2）：573-585.

Iwan W D.Moser M A，Peng C Y.1985.Some observations on strong-motion earthquake measurement using a digital accelerograph[J].Bulletin of the Seismological Society of America，75（5）：1225-1246.

Ozawa S，Nishimura T，Suito H，et al.2011.Coseismic and postseismic slip of the 2011 magnitude-9 Tohoku-Oki earthquake[J].Nature.

Wang C，Ding X，Shan X，et al.2012.Slip distribution of the 2011 Tohoku earthquake derived from joint inversion of GPS，InSAR and seafloor GPS/acoustic measurements[J].Journal of Asian Earth Sciences，57（6）：128-136.

Wang L，Wang R，Roth F，et al.2009.Afterslip and viscoelastic relaxation following the 1999 M7.4 Izmit earthquake from GPS measurements[J].Geophysical Journal International，178（3）：1220-1237.

Wang R J，Motagh M，Walter T R.2008.Inversion of slip distribution from coseismic deformation data by a sensitivity-based iterative fitting（SBIF）method//EGU General Assembly 2008.Vienna，Austria：EGU.

Wang R J，Schurr B，Milkereit C，et al.2011.An improved automatic scheme for empirical baseline correction of digital strong-motion records[J].Bulletin of the Seismological Society of America，101（5）：2029-2044.

Wu Y M，Wu C F.2007.Approximate recovery of coseismic deformation from Taiwan strong-motion records[J].Journal of Seismology，11（2）：159-170.

Xu C，Liu Y，Wen Y，et al.2010.Coseismic slip distribution of the 2008 MW7.9 Wenchuan earthquake from joint inversion of GPS and InSAR data[J].Bulletin of the Seismological Society of America，100（5B）：2736-2749.

Slip Model and Co-seismic Displacement Field of the 2021Yangbi，Yunnan MS6.4 Earthquake

LI Zhenling，JIN Mingpei，MIAO Suqiu

（Yunnan Earthquake Agency，Kunming 650224，Yunnan，China）

Abstract

On the basis of the near-field strong motion records within 40 km around the epicenter of the Yangbi MS6.4 earthquake in Yunnan on May 21，2021，we used an improved automatic empirical baseline correction method to estimate the co-seismic displacement.We analyzed the characteristics of strong motion and GPS co-seismic displacement field.We inverted independently and jointly the source slip model using GPS data and InSAR ascending-and descending-orbit data，and further proposed the distribution of the predicted，full-space，co-seismic displacement field based on the slip model.The results showed that：（1）The horizontal co-seismic displacement field showed that the fault dislocation was dominated by right-lateral strike-slip.（2）The static slip range of the source obtained by independent-and joint-inversion of GPS and InSAR was basically the same.The maximum slip occurred in the south of the epicenter.The maximum slips of the source by the 6 models were respectively 0.74 m，0.66 m，0.44 m，0.45 m，0.47 m and 0.47 m.The inverted MW ranged from 5.9 to 6.3.（3）The predicted，full-space，horizontal，co-seismic displacement field of the Yangbi earthquake by the slip model was in good agreement with the observed，horizontal，co-seismic displacement field.The north and south parts of the epicenter were compressing inward，while the east and west parts were stretching outward.This was consistent with the characteristics of the co-seismic displacement field produced by a strike-slip earthquake.

Keywords：near-source strong motion;automatic empirical baseline correction;GPS;co-seismic displacement;slip model;InSAR;the Yangbi MS6.4 earthquake