2022年1月8日青海門源MS6.9 地震同震形變場及地下位錯反演

萬秀紅 屠泓為

青海省地震局，西寧 810001

0 引言

圖1 門源6.9級地震及3級以上余震分布

合成孔徑雷達干涉測量技術(shù)(InSAR)是近幾十年發(fā)展起來的空間對地觀測技術(shù)，能夠全天候獲取高精度、連續(xù)覆蓋的地面高程和地表形變信息，是現(xiàn)今地震斷層參數(shù)研究的重要手段之一。該技術(shù)以同一地區(qū)的兩景SAR圖像為基本處理數(shù)據(jù)，通過求取兩景SAR圖像的相位差，獲取干涉圖像，然后經(jīng)相位解纏，從干涉條文中獲取地形高程或形變信息(張景發(fā)等，1998； 單新建等，1998； 萬秀紅等，2019)。從近幾十年對強震后地表形變的研究可以看出，該技術(shù)是研究地表形變的一種快速而有效的方法。2001年青海昆侖山口西8.1級、2008年四川汶川8.0級、2008年西藏當雄6.6級、2008年西藏改則6.9級、2010年青海玉樹7.1級、2016年青海門源6.4級、2016年新疆阿克陶6.7級、2017年四川九寨溝7.0級、2021年青海瑪多7.4級等地震發(fā)生后，眾多學者通過InSAR技術(shù)分別從不同的角度對這些強震進行了研究，并給出了相應(yīng)的研究結(jié)果(萬永革等，2008； 單新建等，2004；Wan et al，2017； 屠泓為等，2016； 屈春燕等，2008； 伍吉倉等，2020； 邵葉等，2011； 談洪波等，2013； 喬學軍等，2009； 洪順英等，2009； 趙強等，2017； 邱江濤等，2018； 季靈運等，2018； 楊君妍等，2021)，這些結(jié)果為相關(guān)地震研究提供了重要的參考。

門源MS6.9 地震發(fā)生在海拔較高的無人區(qū)，雖然未造成人員傷亡，但此次地震震級較大，造成的地表破裂范圍較長，地表影響范圍也較大。因此，采用D-InSAR技術(shù)，利用 Sentinel-1 衛(wèi)星的SAR 影像進行計算，分析地表形變場，對于研究該地區(qū)地表形變與地下位錯具有重要意義。

1 區(qū)域構(gòu)造背景

2022年1月8日門源MS6.9 地震發(fā)生在冷龍嶺斷裂與托萊山斷裂交匯處，是繼1986年6.4級、2016年6.4 級地震后，又一次發(fā)生在門源地區(qū)的6級以上地震事件。

冷龍嶺活動斷裂是青藏高原東北緣祁連山的重要組成部分，位于青藏高原前緣部位的祁連山斷裂帶中東段，該斷裂全新世以來活動強烈，主要表現(xiàn)為左旋走滑運動，并伴有正傾滑性質(zhì)，斷錯地貌特征明顯，具有典型的左旋走滑特征，冷龍嶺斷裂晚更新世以來的平均水平滑動速率為(4.3±0.7)mm/a，全新世晚期以來的平均水平滑動速率為(3.9±0.36)mm/a(何文貴等，2010； 姜文亮等，2017)。冷龍嶺斷裂是一條全新世活動斷裂，且具有多期活動的特點，晚更新世以來斷裂發(fā)生過4期斷層活動，從老至新位錯量分別為45～65m、22～52m、13～27m、7～10m，說明該斷裂具有較強的水平活動特性(趙強等，2017； 李智敏等，2016)。

本次地震震中位于冷龍嶺斷裂與托萊山斷裂交匯處，相比于前兩次6級地震，本次地震震級明顯偏大，地表破裂明顯，已發(fā)現(xiàn)約25km的地表破裂(1)中國地震局，2022. 科考工作每日情況第9期. 內(nèi)部資料.，是迄今該區(qū)域地表破裂最為發(fā)育的一次強地震。

圖2 干涉圖(a)和形變圖(b)(降軌)

2 數(shù)據(jù)資料收集處理及計算方法

2022年1月8日門源6.9地震發(fā)生后，快速獲取了覆蓋震中區(qū)域升降軌數(shù)據(jù)(歐空局發(fā)射的Sentinel-1A衛(wèi)星數(shù)據(jù))，升軌衛(wèi)星的兩景數(shù)據(jù)分別為2022年1月5日(震前)和2022年1月17日(震后)，軌道號為128，空間基線約為39.009m； 降軌衛(wèi)星的兩景數(shù)據(jù)分別為2021年12月29日(震前)和2022年1月10日(震后)，軌道號為33，空間基線約為55.852m。采用的數(shù)據(jù)均為寬幅模式的SLC、 IW數(shù)據(jù)，極化方式為VV極化，時間基線為12天，計算使用的外部DEM數(shù)據(jù)均采用于圖新地球網(wǎng)采購的30m分辨率的DEM數(shù)據(jù)。

圖3 干涉圖(a)和形變圖(b)(升軌)

3 計算結(jié)果分析

圖2為降軌的干涉圖與形變圖，圖3為升軌的干涉圖與形變圖。根據(jù)數(shù)據(jù)計算結(jié)果，可以從圖2、圖3中明顯看出本次地震震中位于蝴蝶狀分布的形變圖中心，抬升盤與下降盤之間的破裂跡線明顯，破裂跡線長約24km，形變中心位于托萊山與冷龍嶺斷裂交匯處，即本次地震的震中位置。降軌數(shù)據(jù)干涉圖顯示，NW向形變范圍(a-a1)約90km，SW向形變范圍(b-b1)約72km； 升軌數(shù)據(jù)干涉圖顯示，NW向形變范圍(c-c1)約84km，SW向形變范圍(d-d1)約93km。

文中選取了水平向和垂直向的剖線繪制了水平向與垂直向剖線沿視線向(LOS)形變量的變化，如圖4(降軌)、圖5(升軌)所示(縱軸為形變量，橫軸為形變點位置的數(shù)據(jù))，圖中右上角的形變圖中方框的位置為選取剖線的點，以該點為中心做了水平向和垂直向形變量的變化，圖中曲線為該點垂直向與水平向形變量的變化范圍。降軌數(shù)據(jù)顯示，在斷層區(qū)域視線向(LOS)形變量最小約-0.55m(遠離衛(wèi)星)，最大約0.68m(靠近衛(wèi)星)； 升軌數(shù)據(jù)顯示，在斷層區(qū)域視線向(LOS)形變量最小約-0.49m(遠離衛(wèi)星)，最大約0.42m(靠近衛(wèi)星)。

圖4 沿水平剖線(a)和垂直剖線(b)形變量的變化(降軌)

圖5 沿水平剖線(a)和垂直剖線(b)形變量的變化(升軌)

圖6 降軌形變(a)、升軌形變(b)與烈度圖疊加示意

圖7 地表破裂照片

圖8 硫磺溝大橋橋面變形(a)與位錯(b)照片

圖7為蘭新鐵路硫磺溝大橋附近拍攝的地表破裂，高差約0.6m，從下降盤很難一步跨到上升盤。距離該破裂100m左右的蘭新鐵路硫磺溝大橋鐵軌變形，橋面錯開，橋面一側(cè)掉至橋墩中間的凹槽(圖8)，這些均可作為計算結(jié)果的佐證。

對比鄧起東斷層分布和D-InSAR 形變場分布特點，可以看出此次地震發(fā)震構(gòu)造不在冷龍嶺斷裂，也不在托萊山斷裂，而是位于二者之間。而據(jù)中國地震局地質(zhì)研究所野外科考，此次地震的發(fā)震構(gòu)造發(fā)育在冷龍嶺斷裂與托萊山斷裂之間階區(qū)中的道溝斷裂(韓竹軍等，2022)?？梢姳敬斡嬎憬Y(jié)果與中國地震局地質(zhì)研究所現(xiàn)場科考結(jié)果基本一致。

4 位錯反演結(jié)果

運用位錯反演程序SDM(Wang et al，2011、2013； 屠泓為等，2016)，根據(jù)降軌D-InSAR數(shù)據(jù)分布建立破裂跡線，構(gòu)建了一個約25km×41.5km的斷層面，為提高分辨率，將其分解為273個2km×2km的子模塊，考慮到破裂頂部傾角和底部傾角有所差異，根據(jù)眾多的震源機制解結(jié)果，頂部傾角設(shè)定為83°，底部傾角設(shè)定在66°～83°之間，通過分角度計算，得出頂部傾角為83°、底部傾角為66°，并結(jié)合折中曲線等因素分析，得出光滑因子α=0.02時，計算得出的相關(guān)系數(shù)最高，達到98.3%，故以上述參數(shù)作為輸入?yún)?shù)進行計算。

圖9 沿緯度(a)、經(jīng)度(b)方向的地下位錯計算結(jié)果

根據(jù)位錯反演計算結(jié)果(圖9)，得出平均位錯為0.46m，最大位錯為3.29m，位于101.29°E，37.78°N，深度為4.75km。對比中國地震臺網(wǎng)給出的6.9級主震位置，分析認為本文計算的最大位錯破裂位置與主震位置一致性較好?？瓶脊ぷ黠@示，門源6.9級地震地表最大位錯量為3.1m(2)，通過對InSAR數(shù)據(jù)位錯反演的最大位錯與地表科考得出的結(jié)果進行對比，認為二者具有較高的一致性。

5 結(jié)論

本文采用Sentinel-1A衛(wèi)星數(shù)據(jù)，利用D-InSAR技術(shù)獲取門源MS6.9 地震同震形變場，進行計算分析，運用SDM程序反演地下靜態(tài)位錯，并結(jié)合現(xiàn)場科考資料進行對比分析，得出如下認識：

(1)本次地震震中位于蝴蝶狀分布的形變圖中心，抬升盤與下降盤之間的破裂跡線明顯，破裂跡線長約24km，形變中心位于托萊山與冷龍嶺斷裂交匯處，即本次地震的震中位置。

(2)降軌數(shù)據(jù)干涉圖顯示，NW向形變范圍約90km，SW向形變范圍約72km。升軌數(shù)據(jù)干涉圖顯示，NW向形變范圍約84km，SW向形變范圍約93km。有較明顯的形變所涉面積約0.4萬km2，對比已發(fā)布的門源6.9級地震烈度圖和本次地震的形變圖，表明二者重合度較高。

(3)降軌數(shù)據(jù)顯示，在斷層區(qū)域視線向(LOS)形變量最小約-0.55m(遠離衛(wèi)星)，最大約0.68m(靠近衛(wèi)星)； 升軌數(shù)據(jù)顯示，在斷層區(qū)域視線向(LOS)形變量最小約-0.49m(遠離衛(wèi)星)，最大約0.42m(靠近衛(wèi)星)。

(4)利用降軌數(shù)據(jù)計算位錯反演結(jié)果，得出平均位錯為0.44m，最大位錯為3.29m，位于101.29°E，37.78°N，深度為4.75km。在8km以上位置位錯在1.3m以上，一直破裂至地表，近地表位錯破裂長度可達30km，在地表有明顯破裂的區(qū)域長約25km。

綜合分析認為，本次地下位錯在主震區(qū)域破裂較為徹底，但在斷層兩端近地表破裂幅度較小，后續(xù)的應(yīng)力觸發(fā)作用值得關(guān)注。

致謝：感謝歐空局提供的Sentinel-1A衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)及汪榮江教授提供的反演程序，同時感謝審稿專家提出的修改建議。