基于GNSS和InSAR約束的2021年瑪多MS7.4地震同震滑動(dòng)分布及應(yīng)用

余鵬飛，熊維，陳威，喬學(xué)軍*，王迪晉，劉剛，趙斌，聶兆生，李瑜，趙利江，張懷

1 中國地震局地震研究所，武漢 430071 2 中國地震局地震大地測量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430071 3 湖北省地震局，武漢 430071 4 中國地震局地球物理研究所，北京 100081 5 中國地震臺網(wǎng)中心，北京 100045 6 青海省基礎(chǔ)測繪院，西寧 810001

0 引言

據(jù)中國地震臺網(wǎng)(CENC)測定，北京時(shí)間2021年5月22日2時(shí)4分，在青海省果洛藏族自治州瑪多縣(98.34°E，34.59°N)發(fā)生MS7.4地震，震源深度17 km.據(jù)野外地質(zhì)調(diào)查，此次地震造成了約150～160 km的地表破裂及大面積的砂土液化，多處橋梁、房屋等損毀(李智敏等，2021；潘家偉等，2021).美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS)、全球矩心矩張量目錄(GCMT)等給出了此次地震的震源機(jī)制解(表1、圖1)，均顯示此次地震為一次走滑型事件.

瑪多地震位于青藏高原中部巴顏喀拉次級塊體內(nèi)，距巴顏喀拉塊體北部邊界東昆侖斷裂約70 km.

表1 瑪多地震的震源機(jī)制解Table 1 The focal mechanism solutions for the Madoi earthquake

圖1 瑪多地震震中及周邊地區(qū)地形、斷層、歷史強(qiáng)震、震間GNSS水平速度場及InSAR數(shù)據(jù)覆蓋地區(qū)紅色五角星為瑪多地震震中，紅色震源球?yàn)閁SGS及GCMT發(fā)布的瑪多地震震源機(jī)制解，黃色圓圈為重定位的余震(王未來等，2021)，黑色曲線為斷層(鄧起東，2007)，黑色震源球?yàn)閬碓从贕CMT的歷史強(qiáng)震，黑色箭頭為陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)1999—2020年間相對歐亞板塊的震間GNSS水平速度場，藍(lán)色方框?yàn)锳LOS-2衛(wèi)星升降軌影像覆蓋地區(qū)，綠色為Sentinel-1衛(wèi)星升降軌影像覆蓋地區(qū).Fig.1 Distribution map of topography, fault, major historical earthquake in the Madoi areasThe red star marks the epicenter of the Madoi earthquake from CENC. The red beach balls are focal mechanism solutions of the Madoi earthquake from USGS and GCMT. The yellow circles represent the relocated aftershocks (Wang et al.，2021). The black lines are faults (Deng，2007). The black beach balls are focal mechanism solutions of the historical earthquake from the GCMT catalog. The black arrows represent the horizontal velocity field relative to the Eurasian plate (from CMONOC, between 1999 and 2020) provided by the GNSS Data, Products and Services Platform (http:∥www.cgps.ac.cn/) of the China Earthquake Administration. Blue box is the coverage area of ALOS-2 satellite image and the green box is the coverage area of Sentinel-1 satellite image.

青藏高原是我國現(xiàn)代構(gòu)造活動(dòng)最強(qiáng)烈的地區(qū)，而巴顏喀拉塊體是青藏高原內(nèi)部近20年來構(gòu)造活動(dòng)最強(qiáng)烈的次級塊體(鄧起東等，2002，2014)(圖1).自1997年以來，中國大陸所有7級以上地震都發(fā)生在巴顏喀拉塊體邊界斷裂上，包括1997年瑪尼MS7.5地震、2001年昆侖山MS8.1地震、2008年于田MS7.3地震、2008年汶川MS8.0地震、2010年玉樹MS7.1地震、2013年蘆山MS7.0地震、2014年于田MS7.3地震和2017年九寨溝MS7.0地震(圖1).此次瑪多地震的發(fā)生表明巴顏喀拉塊體仍是中國大陸強(qiáng)震活動(dòng)的主體地區(qū).深入研究此次地震的形變及震源特征，對理解巴顏喀拉塊體的變形機(jī)制和構(gòu)造活動(dòng)特征以及區(qū)域地震危險(xiǎn)性評估都有重要科學(xué)意義.

大地測量技術(shù)獲取的同震形變是強(qiáng)震發(fā)生的直接表現(xiàn)，也是解剖地震的重要資料.以GNSS和InSAR為代表的現(xiàn)代大地測量技術(shù)在震源機(jī)制等研究中已獲得了廣泛的應(yīng)用(Xu et al.，2010；喬學(xué)軍等，2014；單新建等，2015；李永生等，2016;Du et al.，2018).瑪多地震發(fā)生后，不同學(xué)者利用連續(xù)GNSS或InSAR觀測等大地測量資料開展了相關(guān)研究.李志才等(2021)利用21個(gè)連續(xù)GNSS測站獲取了瑪多地震的滑動(dòng)分布，由于觀測數(shù)據(jù)太少且大部分為遠(yuǎn)場信息，滑動(dòng)模型相對粗糙.華俊等(2021)基于Sentinel-1衛(wèi)星升降軌數(shù)據(jù)計(jì)算了滑動(dòng)分布及應(yīng)力擾動(dòng)，但由于影像失相關(guān)在近場缺少約束，近場模擬殘差相對較大.Wang等(2022)利用DInSAR技術(shù)，結(jié)合像素偏移追蹤補(bǔ)全近場形變信息，反演的同震滑動(dòng)最大高達(dá)7 m，遠(yuǎn)大于其他學(xué)者的結(jié)果.因此本文利用震后及時(shí)獲取的近場流動(dòng)GNSS觀測，結(jié)合GNSS連續(xù)觀測、Sentinel-1和ALOS-2 InSAR觀測，獲取瑪多地震精細(xì)的同震形變場，反演震源參數(shù)及同震滑動(dòng)分布模型，并對區(qū)域地震活動(dòng)性的影響進(jìn)行初步探討.

1 地質(zhì)構(gòu)造背景與現(xiàn)今地殼形變

新生代以來，在印度板塊以～50 mm·a-1的速度向歐亞板塊碰撞和持續(xù)匯聚作用下(Molnar and Tapponnier，1975)，青藏高原地殼南北向縮短，垂向增厚.在這一動(dòng)力過程中，青藏高原若干次級構(gòu)造塊體分別沿大型走滑斷裂帶以不同速率向東或東南方向滑動(dòng)(Tapponnier et al.，1982，2001；Peltzer et al.，1989；聞學(xué)澤等，2011).巴顏喀拉塊體是這些塊體中最活躍的塊體之一.

被一系列強(qiáng)烈活動(dòng)的構(gòu)造帶所分割和圍陷，青藏高原可劃分為祁連山、東昆侖—柴達(dá)木、巴顏喀拉等6個(gè)次級塊體.巴顏喀拉次級塊體位于青藏高原中部，為一走向北西的長條狀塊體，主要受其南北兩側(cè)的走滑斷裂所控制(鄧起東等，2010).其北邊界為東昆侖斷裂，南邊界為瑪爾蓋茶卡-若拉崗日斷裂、甘孜—玉樹斷裂和鮮水河斷裂，東邊界為龍門山斷裂.東昆侖斷裂由一系列斷裂按一定的幾何結(jié)構(gòu)組合而成，各斷裂多呈左行左階羽列組合形式，其間夾有拉分盆地或擠壓隆起.東昆侖斷裂東起若爾蓋以東，與塔藏?cái)嗔严嘟樱蛭鹘?jīng)瑪曲、瑪沁、托索湖、阿拉克湖、納赤臺、至庫賽湖以西，繼續(xù)西延與阿爾金斷裂相交，全長超過1600 km，是一條巨型走滑斷裂(青海省地震局和中國地震局地殼應(yīng)力研究所，1999；鄧起東等，2010).走向北西西，各段傾向不一，總體傾向北，傾角55°～85°.阿拉克湖—托索湖—瑪沁—瑪曲段，斷層走向由290°轉(zhuǎn)為310°再轉(zhuǎn)為280°，形成反“S”型構(gòu)造.在斷裂走滑運(yùn)動(dòng)的情況下，斷裂走向的急劇變化導(dǎo)致擠壓隆起形成阿尼瑪卿山斷隆.沿東昆侖斷裂帶的滑動(dòng)速率，在中西段(西大灘—瑪沁)為10 ～ 12.5 mm·a-1，向東遞減，在瑪沁—瑪曲段衰減到5～7 mm·a-1，至塔藏段降至3 mm·a-1以下(Van der Woerd et al.，2002；Lin，2008；李陳俠，2009；Kirby and Harkins，2013；Ren et al.，2013).自1900年以來，該斷裂發(fā)生了6次7.0級以上地震(青海省地震局和中國地震局地殼應(yīng)力研究所，1999；中國地震局震害防御司，1999；鄧起東等，2002)，形成了長達(dá)1200 km的地震破裂帶(李建軍等，2017).

現(xiàn)代GNSS觀測結(jié)果表明，在印度板塊的碰撞擠壓作用下，高原地殼在南北向縮短的同時(shí)還存在東向擠出，并繞東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)旋轉(zhuǎn)(Wang et al.，2001; Zhang et al.，2004).其中，巴顏喀拉地塊的運(yùn)動(dòng)方向約為NE61.45°，速率約為21 mm·a-1(張培震等，2003).王偉和王琪(2008)利用GNSS資料建立的中國大陸活動(dòng)地塊運(yùn)動(dòng)學(xué)模型中巴顏喀拉塊體的運(yùn)動(dòng)速率則為16.5 mm·a-1.由GNSS觀測獲得的垂直運(yùn)動(dòng)速度場表明巴顏喀拉塊體109國道以東地區(qū)均表現(xiàn)為持續(xù)的隆升，速率在1～3 mm·a-1，其中龍門山、貢嘎山隆升速率達(dá)2～3 mm·a-1(Liang et al., 2013).40余年的精密水準(zhǔn)資料也顯示龍門山斷裂以西的高原地區(qū)隆升速率達(dá)3 mm·a-1以上(王雙緒等，2013).

2 GNSS與InSAR監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理及分析

地震發(fā)生后，中國地震局地震研究所迅速組織野外測量與科學(xué)考察隊(duì)于2021年5月23日前往地震現(xiàn)場，開展了二十多天的震后流動(dòng)GNSS觀測.流動(dòng)觀測站點(diǎn)包括陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域站、測繪局B級網(wǎng)點(diǎn)等.此外，我們還收集了震中400 km范圍陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)站，測繪局CORS站等連續(xù)GNSS測站的震前與震后數(shù)據(jù).所有觀測數(shù)據(jù)基于GAMIT軟件，采用常規(guī)精密處理方法，獲得了瑪多地震水平同震形變場(圖2).GPS解算結(jié)果，北方向、東方向中誤差分別為0.003 m、0.003 m.GNSS形變場顯示瑪多地震同震形變非常顯著，距震中200 km仍有1 cm左右同震形變，斷層北側(cè)4454測站水平形變達(dá)1.208 m，向西運(yùn)動(dòng)；斷層南側(cè)2836測站水平形變達(dá)0.683 m，向南東東向運(yùn)動(dòng)，同震形變場在南北兩側(cè)分別表現(xiàn)為順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的特點(diǎn)，表明此次地震是左旋走滑錯(cuò)動(dòng)的結(jié)果.

歐空局(ESA)的C波段Sentinel-1系列衛(wèi)星在IW(Interferometric Wide)觀測模式下采用TOPS技術(shù)進(jìn)行觀測，不僅能夠提高影像質(zhì)量，還能夠提高影像的干涉性能.工作于L波段的ALOS-2衛(wèi)星，由于擁有更長的波長，能夠監(jiān)測到更大的形變梯度，因而在強(qiáng)震的同震形變監(jiān)測中應(yīng)用廣泛.Sentinel-1和ALOS-2衛(wèi)星在震后分別對本次震中區(qū)進(jìn)行了及時(shí)的應(yīng)急觀測，使我們獲得了很好的升降軌InSAR同震形變場(表2，圖3).

我們使用瑞士GAMMA軟件對所有SAR數(shù)據(jù)進(jìn)行處理(Werner et al.，2000).其中，利用美國宇航局發(fā)布的30 m分辨率的SRTM數(shù)字高程模型進(jìn)行地形相位的模擬和消除，采用加權(quán)功率譜技術(shù)對干涉圖進(jìn)行濾波以提高信噪比(Goldstein and Werner，1998)，使用最小費(fèi)用流法進(jìn)行相位解纏(Pepe and Lanari，2006)，采用多項(xiàng)式擬合以消除軌道誤差，經(jīng)過地理編碼最終獲取瑪多地震視線向(LOS)的同震形變場(圖3).Sentinel-1升、降軌及ALOS2升、降軌LOS向形變中誤差分別為0.012 m、0.015 m、0.034 m、0.046 m.

圖2 瑪多地震GNSS水平同震形變場Fig.2 The GNSS horizontal coseismic deformation field of the Madoi earthquake

表2 InSAR同震形變數(shù)據(jù)信息Table 2 InSAR coseismic deformation data information

圖3 瑪多地震同震形變場(a—c)、(d—f)、(g—i)和(j—l)分別為Sentinel-1升軌、Sentinel-1降軌、ALOS2升軌和ALOS2降軌的干涉條紋圖、LOS向形變場及降采樣的結(jié)果.黑色實(shí)線為瑪多地震的地表破裂跡線.Fig.3 Coseismic deformation field of the Madoi earthquake(a—c), (d—f), (g—i), (j—l) represent the interferograms, the LOS deformation fields, and the down-sampled results for Sentinel-1 ascend track, Sentinel-1 descend track, ALOS2 ascend track and ALOS2 descend track, respectively.The black lines are the ruptured fault traces of the 2021 Madoi earthquake.

Sentinel-1升降軌影像完整地捕捉了瑪多地震的同震形變場，整個(gè)形變場呈橢圓狀(圖3a，3d)，形變場長軸方向?yàn)?05°(或285°).此次地震造成了十分顯著的地表形變，最大視線向形變達(dá)0.9 m.由于升降軌觀測的視線向不一致，升軌和降軌圖像上發(fā)震斷層兩側(cè)的形變符號相反(圖3b，3e).地震造成的地表形變范圍非常大，長寬約220 km×160 km.除靠近地表破裂的位置因失相關(guān)導(dǎo)致部分條紋缺失，升、降軌干涉條紋整體上連續(xù)光滑.干涉條紋以發(fā)震斷層為中心，兩側(cè)總體呈對稱分布.靠近發(fā)震斷層位置有多個(gè)不連續(xù)的同心圓，說明位錯(cuò)量沿?cái)鄬拥牟痪鶆蚍植?，推測沿?cái)鄬幼呦蚩赡艽嬖诙鄠€(gè)凹凸體.條紋十分密集，說明具有較大的形變梯度.采用Stripmap模式的ALOS-2升軌影像由于刈幅相對較窄僅捕捉到東側(cè)的同震形變.SacnSAR模式的ALOS-2降軌影像則完整捕捉了同震形變.由于波長更長，升降軌ALOS-2干涉圖條紋數(shù)量相對較少.整體來看，ALOS2獲取的同震形變場同Sentinel-1的結(jié)果相似，但ALOS-2降軌影像視線向最大形變達(dá)1.2 m.圖3顯示此次地震造成了明顯的地表破裂，西起鄂陵湖，東達(dá)昌麻河，長約160 km.各形變場圖像上地表破裂帶的位置十分吻合，并沒有因?yàn)樾l(wèi)星視線向不一致而導(dǎo)致偏移.

InSAR同震形變場數(shù)據(jù)量大，且相鄰觀測值之間具有很高的空間相關(guān)性，將全部InSAR觀測值用于反演計(jì)算沒有必要且會影響反演效率.我們利用四叉樹采樣法(Jónsson et al.，2002)對InSAR同震形變場進(jìn)行降采樣處理，InSAR觀測值數(shù)量大幅減少，且原始形變場的主要特征在降采樣過程中得到較好的保留.

3 斷層滑動(dòng)分布反演

3.1 斷層參數(shù)

Sentinel-1和ALOS-2衛(wèi)星升降軌形變場顯示此次地震造成了非常顯著的地表破裂，且各形變場圖像上地表破裂帶的位置幾乎重合，這使我們可以勾勒出一條走向NWW-SEE的發(fā)震斷層地表跡線(圖3).余震精定位結(jié)果顯示在余震區(qū)東端出現(xiàn)馬尾狀分叉特征，升降軌干涉圖上也顯示了與此相符的形變特征，因此，我們在東端主斷層南側(cè)相應(yīng)位置設(shè)置了一條分支斷層(圖3).據(jù)此，我們可以確定主斷層和分支斷層的空間位置，其走向由斷層跡線確定并隨跡線變化.不同于主斷層，余震精定位的結(jié)果顯示發(fā)生于分支斷層的余震位于地表破裂跡線的南側(cè)，表明其可能南傾，因此我們也考慮了其傾向南的可能性.結(jié)合InSAR形變特征及余震精定位結(jié)果，主斷層和分支斷層長度分別設(shè)定為180 km和30 km，寬度均設(shè)定為30 km.斷層傾角則參考各機(jī)構(gòu)震源機(jī)制解、余震精定位結(jié)果、震中區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造特征限定在65°～90°范圍.通過網(wǎng)格搜索，最終確定了主斷層傾角85°，傾向北，分支斷層傾角68°，傾向南.

3.2 滑動(dòng)分布反演

基于彈性半空間位錯(cuò)模型，以GNSS和InSAR同震形變場為約束，采用基于約束條件的最小二乘原理及最速下降法進(jìn)行發(fā)震斷層的同震滑動(dòng)分布反演(Wang et al.，2013).泊松比設(shè)為0.25，剪切模量設(shè)為30 GPa.為更好的獲取斷層面滑動(dòng)分布細(xì)節(jié)，將主斷層和分支斷層按2 km×2 km劃分為若干個(gè)子斷層.在以大地測量數(shù)據(jù)反演同震滑動(dòng)分布研究中，對多個(gè)數(shù)據(jù)集的相對權(quán)重關(guān)系，有經(jīng)驗(yàn)定權(quán)(Feng et al., 2010)，模型殘差最小定權(quán)(申文豪等，2019)，觀測數(shù)據(jù)誤差定權(quán)(He et al., 2021)等多種定權(quán)方法，本文根據(jù)觀測數(shù)據(jù)誤差定權(quán)，將GNSS和Sentinel1升、降軌，ALOS2升、降軌觀測值相對權(quán)重分別設(shè)為1、0.25、0.20、0.09、0.07，既反映了各觀測數(shù)據(jù)的精度水平，也是大地測量相關(guān)計(jì)算的通行做法.最佳光滑因子則由模型粗糙度和相對擬合殘差的折中曲線確定為0.07.最后獲取了基于均勻介質(zhì)模型的瑪多地震斷層滑動(dòng)分布(圖4).結(jié)果顯示，主斷層的滑動(dòng)以走滑為主，平均滑動(dòng)角為-4.36°.地震引起的同震位錯(cuò)長約170 km，破裂主要集中在0～15 km深度范圍內(nèi).最大滑動(dòng)量為4.4 m，對應(yīng)深度為6.97 km.分支斷層最大滑動(dòng)量2.9 m，平滑滑動(dòng)角為-11.84°.由滑動(dòng)分布導(dǎo)出的矩震量為1.61×1020N·m，相應(yīng)的矩震級為MW7.4.

圖4 GNSS與InSAR聯(lián)合反演的瑪多地震滑動(dòng)分布(a)、(b)分別為主斷層和分支斷層上的滑動(dòng)分布．Fig.4 Coseismic slip model of the Madoi earthquake inverted by GNSS and InSAR(a) and (b) represent the coseismic slip on the main fault and the secondary fault.

我們采用棋盤測試進(jìn)行GNSS與InSAR聯(lián)合反演的滑動(dòng)分布分辨率檢驗(yàn)(圖5).保持?jǐn)鄬幽Ｐ偷膸缀螀?shù)不變，僅對斷層面上滑動(dòng)矢量進(jìn)行更改，但保持?jǐn)鄬用嫔掀骄瑒?dòng)量不變.結(jié)果表明GNSS與InSAR聯(lián)合反演模型對15 km以上的滑動(dòng)具有較好的分辨能力，在淺部能夠支持的分辨尺寸為10 km×10 km.前述瑪多地震的同震滑動(dòng)位于0～15 km深度，對此區(qū)間內(nèi)滑動(dòng)分布特征有足夠的分辨力.

GNSS水平同震位移的觀測與模擬表明(圖6)，除4499測站外，震中附近GNSS測站的模擬結(jié)果均較好.遠(yuǎn)離震中區(qū)域的測站，斷層南側(cè)的測站擬合結(jié)果較好，斷層北側(cè)的測站擬合殘差相對較大.從InSAR獲取的同震形變模擬及殘差分布來看(圖7)，模擬得到的形變場與觀測值具有較好的一致性，ALOS2降軌影像鄂陵湖東南殘差相對較大，可能與其包含了更多的震后余滑有關(guān).整體殘差，GNSS數(shù)據(jù)東方向?yàn)?.4 cm，北方向?yàn)?.4 cm，Sentinel-1升軌為4.0 cm，降軌為6.7 cm，ALOS2升軌為4.6 cm，降軌為5.5 cm.觀測值與模擬值的相關(guān)系數(shù)為99.03%.

4 同震庫侖應(yīng)力

地震發(fā)生時(shí)，發(fā)震斷層通常會產(chǎn)生相當(dāng)大的靜態(tài)同震滑移，并在近場和遠(yuǎn)場引起靜態(tài)同震應(yīng)力變化.計(jì)算和分析同震庫侖應(yīng)力變化是評價(jià)地震對周圍斷層影響的重要手段.根據(jù)庫侖破裂準(zhǔn)則，庫侖應(yīng)力變化定義為

Δδf=Δτ+μ′Δσn，

其中，Δτ代表沿?cái)鄬用婊瑒?dòng)方向的剪切應(yīng)力變化；Δσn代表斷層面法向正應(yīng)力變化；μ′代表有效摩擦系數(shù)，其取值范圍為0～1(Scholz，1990).庫侖應(yīng)力為正時(shí)表示加載，會促進(jìn)斷層的破裂，為負(fù)時(shí)表示卸載，會抑制斷層的破裂.

基于反演的斷層滑動(dòng)模型，我們利用PSCMP/PSGRN軟件(Wang et al.，2006)計(jì)算瑪多地震引起的同震應(yīng)力變化.有效摩擦系數(shù)設(shè)為0.4(King et al.，1994)，剪切模量設(shè)為30 GPa，根據(jù)反演的滑動(dòng)分布將深度設(shè)為7 km.結(jié)果表明，瑪多地震使東昆侖斷裂瑪沁段應(yīng)力明顯上升，加載達(dá)0.05 MPa，超過了0.01 MPa的觸發(fā)閾值，而東昆侖斷裂托索湖段、瑪多—甘德斷裂、達(dá)日斷裂及久治斷裂上的應(yīng)力均被卸載，后續(xù)發(fā)生地震的可能性降低.

圖5 棋盤測試(a)、(b)分別為對主斷層和分支斷層的棋盤測試.Fig.5 Checkboard tests(a) and (b) represent the checkboard tests on the main fault and the secondary fault.

圖6 GNSS同震位移觀測值及模擬值Fig.6 The observed and simulated horizontal GNSS coseismic deformation

圖7 InSAR同震形變場的觀測、模擬及殘差分布(a—c)、(d—f)、(g—i)、(j—l)分別為Sentinel-1升軌、Sentinel-1降軌、ALOS2升軌和ALOS2降軌的觀測值、模擬值和殘差.Fig.7 Observation, simulation, and residual for InSAR coseismic deformation(a—c), (d—f), (g—i), (j—l) represent the observation, simulation, and residual for Sentinel-1 ascend track, Sentinel-1 descend track, ALOS2 ascend track and ALOS2 descend track, respectively.

5 討論

5.1 同震破裂模型

同震破裂模型顯示主發(fā)震斷層上的滑動(dòng)以走滑為主，斷層中部約100 km范圍近乎純走滑，東西兩端則帶有拉張分量.同震位錯(cuò)長達(dá)170 km，并上至地表，造成約160 km長的地表破裂.破裂主要集中在15 km以淺，最大滑動(dòng)量為4.4 m，與由統(tǒng)計(jì)得出的最大地震滑動(dòng)量與震級關(guān)系式(Wells and Coppersmith，1994)估算的最大滑動(dòng)量一致.最大滑動(dòng)量對應(yīng)深度為6.97 km，與重定位后的震源深度(7.6 km)(王未來等，2021)十分接近.由滑動(dòng)分布得出的矩震級為MW7.4，比USGS公布的結(jié)果略大，可能是因?yàn)橥鹦巫儓鲋邪苏鸷笮巫兊男畔?斷層上的滑動(dòng)呈不均勻分布，沿?cái)鄬幼呦蚩勺R別出4個(gè)凹凸體，分別對應(yīng)野外地質(zhì)考察的昌麻河鄉(xiāng)段、冬草阿龍湖段、黃河鄉(xiāng)段和鄂陵湖南段(李智敏等，2021；潘家偉等, 2021).從東至西，4個(gè)凹凸體上最大滑動(dòng)量分別為3.6 m、4.4 m、3.2 m和2.9 m.震源處的滑動(dòng)約2 m，相對較弱，而后向東西兩側(cè)傳播，且東側(cè)的滑動(dòng)強(qiáng)于西側(cè)，表明瑪多地震是一次不對稱的雙側(cè)破裂事件，與其西側(cè)的2001昆侖山口西8.1級地震類似(許力生和陳運(yùn)泰，2004).

5.2 發(fā)震斷裂

滑動(dòng)分布模型表明瑪多地震是一個(gè)左旋走滑型地震.InSAR同震形變場顯示瑪多地震造成了西起鄂陵湖，東至昌麻河，長約160 km的地表破裂，地表破裂帶與昆侖山口—江錯(cuò)斷裂重合.因此，我們認(rèn)為，第四紀(jì)左行走滑的昆侖山口—江錯(cuò)斷裂為2021年瑪多MS7.4地震的發(fā)震斷裂.該斷裂與東昆侖斷裂斜交，并平行于東昆侖斷裂秀溝—托索湖段，應(yīng)是東昆侖斷裂南側(cè)的分支斷裂.

東昆侖斷裂自托索湖往東，斷裂走向急劇變化導(dǎo)致擠壓隆起形成阿尼瑪卿山.由于擠壓彎曲的存在，阻止了斷裂帶上的滑動(dòng)，因此會在其邊緣形成次級斷裂以釋放積累的應(yīng)變.震前衛(wèi)星影像上，發(fā)震斷裂的鄂陵湖段和昌麻河段地貌跡線不清晰，說明這2段斷層較為年輕，正處于形成和貫通過程中(李智敏等，2021).潘家偉等(2021)認(rèn)為該擠壓彎曲阻止了瑪多地震破裂沿發(fā)震斷裂向東的繼續(xù)傳播，而InSAR同震形變場和反演的滑動(dòng)分布表明，瑪多—甘德斷裂在此次同震破裂中已被貫穿，江錯(cuò)段和昌麻河段可能已實(shí)現(xiàn)貫通.江錯(cuò)段和昌麻河段若已完全貫通，該地區(qū)的應(yīng)變分配可能會出現(xiàn)新的模式.

5.3 區(qū)域地震危險(xiǎn)性

東昆侖斷裂帶瑪沁—瑪曲段為無歷史地表破裂的地震空段(Van der Woerd et al.，2002；徐錫偉等，2002；Wen et al．，2007)，一直備受國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注.通過探槽開挖，瑪沁段早全新世以來古地震復(fù)發(fā)周期為500～1000 a，2000 a以來的地震復(fù)發(fā)周期則為600±100 a.瑪曲段古地震復(fù)發(fā)周期則為1000～2000 a，2000 a以來的地震復(fù)發(fā)間隔為1000 a(李陳俠，2009).瑪沁段最晚一次古地震事件距今已有514～534 a，瑪曲段為1055～1524 a，地震離逝時(shí)間均已接近或超過其復(fù)發(fā)周期.且汶川地震對東昆侖斷裂瑪沁—瑪曲段有應(yīng)力加載作用(Toda et al.，2008；單斌等，2012).同震庫侖應(yīng)力結(jié)果(圖8)顯示瑪多地震使東昆侖斷裂瑪沁段庫侖應(yīng)力加載達(dá)0.05 MPa，已經(jīng)超過了觸發(fā)閾值，該段發(fā)生強(qiáng)震的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步升高.

圖8 瑪多地震的同震庫倫應(yīng)力變化Fig.8 Coseismic Coulomb stress changes of the Madoi earthquake

中國大陸幾乎所有8級和80%～90%的7級以上強(qiáng)震都發(fā)生在活動(dòng)地塊邊界帶上(張培震等，2003)，而此次瑪多地震卻發(fā)生在活動(dòng)地塊內(nèi)部，這對活動(dòng)地塊理論的豐富和完善提出了新的要求.事實(shí)上，瑪多地震并不是孤例，其南側(cè)的達(dá)日斷裂就曾于1947年發(fā)生M73/4地震，同震位錯(cuò)達(dá)2～4 m(梁明劍等，2020).巴顏喀拉塊體內(nèi)部發(fā)生7級以上強(qiáng)震或許與其東部的變形模式有關(guān).東昆侖斷裂自托索湖往東，走向急劇變化導(dǎo)致擠壓隆起并在其南側(cè)發(fā)育一系列與之近乎平行的斷裂，沿東昆侖斷裂的滑動(dòng)速率也從10 mm·a-1降至3 ～ 5 mm·a-1.東昆侖南側(cè)的次級斷裂第四紀(jì)以來都可能有過強(qiáng)烈的活動(dòng)并至今活躍，如達(dá)日斷裂、瑪多—甘德斷裂和昆侖山口—江錯(cuò)斷裂都有過歷史地震活動(dòng)(張?jiān)Ｃ鞯龋?996；中國地震局震害防御司，1999；熊仁偉等，2010).這些次級斷裂同東昆侖斷裂，甘孜—玉樹—鮮水河斷裂一起，共同調(diào)節(jié)著巴顏喀拉塊體的向東擠出.同東昆侖斷裂相比，這些次級斷裂滑動(dòng)速率相對較低，在以往的研究中對其關(guān)注有限.此次瑪多地震的發(fā)生表明，盡管這些斷裂滑動(dòng)速率低，應(yīng)變積累慢，但仍然可以孕育7級以上強(qiáng)震.同震破裂顯示瑪多—甘德斷裂可能已在此次地震中被昆侖山口—江錯(cuò)斷裂所貫穿，這意味著該地區(qū)的應(yīng)變分配可能會出現(xiàn)新的模式，塊體內(nèi)部的次級斷裂活動(dòng)可能會增強(qiáng)，地震危險(xiǎn)性也會進(jìn)一步升高.

6 結(jié)論

(1)利用GNSS和多源InSAR監(jiān)測，獲取了2021年5月22日瑪多MS7.4地震的同震形變場.最大水平形變達(dá)1.2 m，最大LOS向形變約0.9 m.基于同震形變場反演的斷層滑動(dòng)模型顯示，瑪多地震為一次左旋走滑事件.同震位錯(cuò)達(dá)170 km，并上至地表，造成了約160 km的地表破裂.最大滑動(dòng)量為4.4 m，對應(yīng)深度6.97 km.瑪多地震釋放的矩震量為1.61×1020N·m，對應(yīng)矩震級MW7.4.

(2)破裂模型表明沿主發(fā)震斷層存在4個(gè)凹凸體，其中東部的兩個(gè)凹凸體破裂規(guī)模較大，最大滑動(dòng)量分別為4.4 m和3.6 m.西部的兩個(gè)凹凸體規(guī)模相對較小，最大滑動(dòng)量分別為3.2 m和2.9 m.瑪多地震是一次不對稱的雙側(cè)破裂事件.次斷裂傾向與主發(fā)震斷裂相反，傾向南，與余震精定位的結(jié)果相符.

(3)瑪多地震的發(fā)震斷層為昆侖山口—江錯(cuò)斷裂.瑪多—甘德斷裂在此次地震中被昆侖山口—江錯(cuò)斷裂所貫穿.同震庫倫應(yīng)力結(jié)果顯示，瑪多地震使東昆侖斷裂瑪沁—瑪曲段庫侖應(yīng)力加載超過了觸發(fā)閾值，該段發(fā)生強(qiáng)震的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步升高.

致謝感謝審稿專家為本文提供寶貴的修改意見.感謝汪榮江教授提供的SDM及PSCMP/PSGRN軟件.文中圖件均采用GMT軟件包繪制，在此一并感謝.