InSAR數(shù)據(jù)約束下的2022年瀘定MS6.8地震震源參數(shù)及滑動(dòng)分布

顏丙囤 殷海濤 馮 兵 馮恩國 劉保華 李 峰

1 山東省地震局聊城地震監(jiān)測中心站，山東省聊城市中華南路24號，252001 2 山東省地震局，濟(jì)南市文化東路20號，250014 3 中國地震局第二監(jiān)測中心，西安市西影路316號，710054

據(jù)中國地震臺網(wǎng)測定，2022-09-05四川瀘定縣發(fā)生6.8級地震，震中位置29.59°N、102.08°E，震源深度16 km。此次地震發(fā)生在鮮水河斷裂帶附近，初步震源機(jī)制解顯示為走滑型破裂。鮮水河斷裂帶位于青藏高原東部，是一條大型左旋走滑斷裂，由甘孜向南經(jīng)侏倭、爐霍、道孚、康定，最后延伸至瀘定的磨西以南部分，呈略向NE向凸出的弧形[1-2]。由于采用的數(shù)據(jù)和方法不同，各機(jī)構(gòu)和團(tuán)隊(duì)給出的斷層震源機(jī)制解存在差異。張喆等(https://www.cea-igp.ac.cn/kydt/279423.html)利用矩心矩張量反演方法獲得的最優(yōu)模型結(jié)果顯示，此次地震的標(biāo)量矩震級為MW6.61，矩心深度為16.0 km；王衛(wèi)民等(http:∥www.itpcas.cas.cn/new_kycg/new_kyjz/202209/t20220906_6509485.html)利用地震數(shù)據(jù)資料研究震源機(jī)制和震源破裂過程，得出此次地震類型為高傾角走滑型，地震矩為MW6.65，最大滑動(dòng)量為192 cm，震源深度約13 km；王洵等(https:∥www.ief.ac.cn/kydts/info/2022/69528.html)采用IRIS遠(yuǎn)場波形資料進(jìn)行研究，認(rèn)為此次地震矩震級為6.7級，初始破裂點(diǎn)深度約為12.8 km，為高傾角左旋走滑型地震。USGS和GCMT的詳細(xì)震源參數(shù)信息見表1，區(qū)域構(gòu)造背景見圖1。

表1 瀘定MS6.8地震震源參數(shù)Tab.1 Source parameters of the Luding MS6.8 earthquake

圖1 區(qū)域構(gòu)造背景Fig.1 Regional tectonic background

1 InSAR數(shù)據(jù)處理與同震形變場

1.1 InSAR數(shù)據(jù)處理

選用Sentinel-1A中C波段SAR數(shù)據(jù)，極化方式為VV[3]，同時(shí)選擇短時(shí)間基線，有助于保持干涉圖的相干性，圖像參數(shù)見表2。首先采用SARscape軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后采用Goldstein濾波方法對去地形后的干涉圖進(jìn)行濾波處理，再采用最小費(fèi)用流法實(shí)現(xiàn)絕對相位恢復(fù)，最后將SAR坐標(biāo)系統(tǒng)結(jié)果投影到WGS-84地理坐標(biāo)系中[3]。

表2 升降軌干涉影像參數(shù)Tab.2 Interference image parameters of ascending and descending

1.2 InSAR同震形變場

D-InSAR反演的瀘定地震升降軌InSAR干涉圖和升降軌同震形變場見圖2、3。由圖2可見，發(fā)震區(qū)干涉條紋失相干現(xiàn)象嚴(yán)重。由圖3可見，形變場主要分布在震中區(qū)域，具有非對稱分布特征，影響范圍達(dá)60km。其中，升軌干涉圖的同震形變場顯示，NW方向存在一個(gè)長約30 km的近長方形LOS向下沉區(qū)域，SE方向存在一個(gè)直徑約18 km的近圓形上升區(qū)域，T26軌道顯示最大沉降量約為10 cm，最大上升量約為12 cm。降軌干涉圖與升軌干涉圖的形變趨勢相反，升軌干涉圖的下沉區(qū)域在降軌干涉圖中表現(xiàn)為上升，最大形變量約為9 cm；升軌干涉圖的上升區(qū)域在降軌干涉圖中表現(xiàn)為下沉，最大形變量約為18 cm[4]。根據(jù)升降軌成像幾何模式可知，形變場的上、下盤呈現(xiàn)出不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，說明地震引起的地表形變主要以水平運(yùn)動(dòng)為主，符合走滑斷層地震的運(yùn)動(dòng)特征[5-6]。發(fā)震區(qū)域InSAR數(shù)據(jù)失相干嚴(yán)重，上升軌道近場信號噪聲較大，升軌干涉對的空間基線為203.7 m，降軌干涉對的空間基線為49.3 m，升軌同震形變場存在形變異常區(qū)。為確定該形變異常區(qū)是否由相位解纏誤差引起，參考韓炳權(quán)等[7]的多時(shí)相干涉結(jié)果發(fā)現(xiàn)，干涉對均存在上述形變異常區(qū)，說明相位解纏誤差并不是引發(fā)形變異常區(qū)的因素。同時(shí)，結(jié)合光學(xué)影像數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，該異常區(qū)位于溝谷地帶，區(qū)域形變信號與地形具有較強(qiáng)的相關(guān)性，因此形變異常區(qū)極可能是區(qū)域地形引起的大氣誤差(如聚集在溝谷上方的團(tuán)霧等)所致[7]。基于此，本文最終采用降軌干涉對的形變場作為同震建模的數(shù)據(jù)源。

圖2 InSAR升降軌干涉條紋圖Fig.2 InSAR interference fringe pattern of ascending and descending

圖3 InSAR升降軌同震形變場(LOS方向)Fig.3 InSAR coseismic deformation field of ascending and descending (LOS direction)

2 InSAR震源機(jī)制反演和發(fā)震構(gòu)造及區(qū)域地震危險(xiǎn)性分析

2.1 InSAR震源機(jī)制反演

本文在InSAR同震形變分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，首先利用Okada彈性半空間位錯(cuò)模型反演發(fā)震斷層的幾何參數(shù)[7-9]，然后基于約束條件下的最小二乘原理及最速下降法進(jìn)一步反演震源斷層破裂面上的滑動(dòng)分布特征。

由于InSAR同震形變場數(shù)據(jù)量龐大，在空間上高度相關(guān)，因此在獲取斷層幾何參數(shù)之前，需要對干涉圖進(jìn)行降采樣處理，獲取合適的InSAR形變數(shù)據(jù)集[3]。在采樣過程中，為了增加震中附近區(qū)域的采樣點(diǎn)密度、減少遠(yuǎn)離震中區(qū)域的采樣點(diǎn)密度，采用均勻矢量網(wǎng)格對降軌形變場進(jìn)行降采樣處理，共得到5 680個(gè)降軌形變數(shù)據(jù)點(diǎn)(圖4)?；诮挡蓸覫nSAR視線向形變數(shù)據(jù)的點(diǎn)位形變場結(jié)果，結(jié)合GCMT推薦的斷層幾何參數(shù)設(shè)置搜索間隔，斷層走向設(shè)置為120°～200°，斷層長寬和位置根據(jù)InSAR形變場特征確定，斷層頂部深度設(shè)置為0～20 km，斷層滑動(dòng)角設(shè)置為-30°～30°，斷層傾角根據(jù)區(qū)域構(gòu)造背景設(shè)置為30°～90°。將非線性反演得到的均勻滑動(dòng)斷層幾何參數(shù)引入到線性反演模型中，均勻反演得到的斷層參數(shù)見表3。降軌形變場采樣及反演殘差見圖5。由圖可見，模擬結(jié)果與反演結(jié)果的擬合度較好。

圖4 降軌形變場采樣點(diǎn)Fig.4 Sampling points of descending deformation field

表3 均勻滑動(dòng)反演斷層參數(shù)Tab.3 Fault parameters by uniform slip inversion

圖5 降軌形變場采樣及反演殘差Fig.5 Sampling and inversion residuals of descending deformation field

為獲取斷層面上的精細(xì)滑動(dòng)分布，將固定滑動(dòng)角設(shè)置為169°，矩形斷層面的長度(沿走向)和寬度(沿傾向)分別延長至80 km和50 km，走向和傾角細(xì)分為2 km×2 km，阻尼系數(shù)設(shè)置為0.02[3]，所得結(jié)果見圖6。由圖可見，斷層同震錯(cuò)動(dòng)以左旋走滑為主，同時(shí)具有少許逆沖分量。地震宏觀震中為102.28°E、29.59°N，矩震級為MW6.9，同震滑動(dòng)主要集中在6～24 km深度，斷層最大滑動(dòng)量約為2.5 m，位于地下約16 km處。斷層在近地表處滑動(dòng)量較小，說明同震錯(cuò)動(dòng)未破裂至地表[6]。由表1可見，張喆等、王衛(wèi)民等、王洵等的研究成果與本文InSAR反演結(jié)果相差不大，證明了本文滑動(dòng)分布的合理性。

圖6 同震滑動(dòng)分布Fig.6 Coseismic slip distribution

2.2 發(fā)震構(gòu)造與區(qū)域地震危險(xiǎn)性分析

獲得的同震形變場和斷層滑動(dòng)分布表明，青藏高原東南緣的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)對區(qū)域斷層運(yùn)動(dòng)方式具有控制作用。從構(gòu)造單元上看，瀘定地震發(fā)生在鮮水河斷裂帶西側(cè)，震中所處的構(gòu)造力學(xué)環(huán)境為NWW-SEE向擠壓、NNE-SSW向拉張的走滑型應(yīng)力結(jié)構(gòu)，反演確定的震源機(jī)制與鮮水河斷層的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)一致，初步判定此次瀘定地震發(fā)震斷層為鮮水河斷裂。

強(qiáng)震發(fā)生后，區(qū)域應(yīng)力場隨同震斷層錯(cuò)動(dòng)發(fā)生改變，引起的庫侖應(yīng)力變化對余震的時(shí)空分布研究具有參考意義。本文基于分層半無限空間粘彈性地殼介質(zhì)模型[6]，運(yùn)用Coulomb3.3軟件包進(jìn)行庫侖應(yīng)力分析。處理過程中，將泊松比設(shè)置為0.25，摩擦系數(shù)設(shè)置為0.4，分別計(jì)算10 km、16 km深度處瀘定地震引起的庫侖應(yīng)力變化[5]。靜態(tài)庫侖應(yīng)力計(jì)算結(jié)果顯示(圖7)，鮮水河斷裂南段和安寧河斷裂北端的庫侖應(yīng)力顯著增加，鮮水河斷裂帶上應(yīng)力加載最大值達(dá)0.5 bar，庫侖應(yīng)力的改變量大于0.1 bar ，對余震發(fā)生的位置有所影響，庫侖應(yīng)力增加區(qū)域的地震危險(xiǎn)性更大[6]。因此，鮮水河斷裂南段和安寧河斷裂北端的強(qiáng)震趨勢值得關(guān)注。

圖7 瀘定地震引起的鄰近區(qū)域靜態(tài)庫侖應(yīng)力變化Fig.7 Static Coulomb stress changes in neighboring regions caused by the Luding earthquake

3 結(jié) 語

1)升軌同震形變場因干涉對失相干嚴(yán)重，存在形變異常區(qū)。將降軌形變場作為同震建模的數(shù)據(jù)源，結(jié)果表明，形變場以左旋走滑為主，同時(shí)具有少量逆沖分量，形變主要位于6～24 km深度，最大滑動(dòng)量約為2.5 m，位于16 km深度處，反演的矩震級為MW6.9。其他地震學(xué)方法反演得到的震源機(jī)制與本文反演結(jié)果相近。

2)從區(qū)域應(yīng)變分配和構(gòu)造動(dòng)力背景上看，瀘定地震發(fā)生在鮮水河斷裂帶西側(cè)。結(jié)合發(fā)震斷層的幾何產(chǎn)狀和運(yùn)動(dòng)性質(zhì)可知，反演確定的震源機(jī)制與鮮水河斷層的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)一致，因此認(rèn)為此次瀘定地震的發(fā)震斷層為鮮水河斷裂。

3)此次瀘定地震引起的不同深度上的庫侖應(yīng)力變化結(jié)果表明，鮮水河斷裂南段和安寧河斷裂北端的強(qiáng)震趨勢值得關(guān)注。