大地測量數(shù)據(jù)約束的2024年新疆烏什MW7.0地震震源破裂特征研究

一、前言

根據(jù)中國地震臺(tái)網(wǎng)中心測定，北京時(shí)間2024年01月23日02時(shí)09分，新疆阿克蘇地區(qū)烏什縣（北緯41.26度，東經(jīng)78.63度）發(fā)生7.1級(jí)地震，震源深度22公里。地震造成3人遇難、5人受傷，最大烈度達(dá)到IX度，主要波及了烏什縣和阿合奇縣。震源機(jī)制解表明，地震發(fā)生在走向朝東的逆沖兼右旋走滑斷層上，或走向朝西的逆沖兼左旋走滑斷層上。此次地震發(fā)生在天山山脈內(nèi)。天山山脈是一條板內(nèi)褶皺和逆沖帶，其構(gòu)造主要受印度與亞洲碰撞的控制。震中區(qū)域的特點(diǎn)是擁有眾多東北向逆斷層和左旋走滑斷層以及山間盆地。烏什地震距離邁丹一沙依拉姆斷裂 6.0km"。根據(jù)中國地震臺(tái)網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，截至2024年3月3日，新疆烏什縣7.0級(jí)地震的余震總數(shù)超過2000次，其中矩震級(jí)（MW）大于5.0的余震有17次，最大余震為5.7級(jí)，此次地震屬于主震一余震型地震。余震序列沿NEE-SSW呈線性分布，與邁丹斷裂走向一致，主要集中分布在震中位置的SSW方向上。

為更好地理解天山地震帶斷層系統(tǒng)的構(gòu)造活動(dòng)特征，本文研究了2024年烏什地震發(fā)震斷層的幾何結(jié)構(gòu)和滑動(dòng)分布。目前，InSAR技術(shù)為地震大地測量學(xué)的研究提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)，其通過利用LiDAR和衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)計(jì)算地形及形變，原理是通過多幅影像數(shù)據(jù)相位差異捕捉地表毫米級(jí)的不變化。本研究首先利用Sentinel-1記錄升軌和降軌同震地表形變，確定此次烏什地震的斷層幾何參數(shù)，然后在此基礎(chǔ)上反演其震源破裂滑動(dòng)分布。

二、發(fā)震斷層幾何參數(shù)

Sentinel-1InSAR衛(wèi)星掃描區(qū)域覆蓋了2024年1月新疆烏什地震震源區(qū)。阿拉斯加衛(wèi)星數(shù)據(jù)中心（AlaskaSatelliteFacility，ASF，https：//search.asf.alaska.edu）在地震發(fā)生后處理了Sentinel-1衛(wèi)星數(shù)據(jù)，并向全球用戶免費(fèi)提供數(shù)據(jù)處理結(jié)果等文件，升軌和降軌數(shù)據(jù)的詳細(xì)信息見表1。升軌和降軌視向線（LOS）形變均呈現(xiàn)以NEE-SWW向分開的兩個(gè)非對(duì)稱分布的近橢圓狀分布，和邁丹一沙伊拉姆斷裂平行。

過于密集的InSAR數(shù)據(jù)會(huì)使得計(jì)算效率低下，為提高反演的效率，需要對(duì)InSAR進(jìn)行降采樣處理。本文選擇四叉樹方法[1對(duì)InSAR升軌和降軌數(shù)據(jù)進(jìn)行降采樣處理。InSAR數(shù)據(jù)的權(quán)重根據(jù)背景噪聲的協(xié)方差確定。

將震源近似為具有一定長寬和均勻滑動(dòng)量的矩形，即均勻滑動(dòng)模型。那么每個(gè)源有長、寬、走向、傾角、滑動(dòng)角、滑動(dòng)量和位置（上邊界的中心點(diǎn)，包含經(jīng)度、緯度和深度），共9個(gè)待求解參數(shù)[2]。本文選用貝葉斯非線性反演算法確定待解參數(shù)，該方法考慮觀測數(shù)據(jù)的先驗(yàn)誤差，提供能夠在誤差范圍內(nèi)解釋觀測數(shù)據(jù)的模型參數(shù)，獲取多個(gè)非線性參數(shù)的最優(yōu)值[3]。格林函數(shù)根據(jù)平面分層位錯(cuò)理論計(jì)算[4，地球介質(zhì)模型選擇Crust2.0一維速度模型。均勻滑動(dòng)模型參數(shù)的最優(yōu)值和貝葉斯估計(jì)的峰值具有很好的相關(guān)性。觀測值和模擬值也基本一致，如圖1所示。均勻滑動(dòng)模型各個(gè)參數(shù)的最大后驗(yàn)概率密度解見表2：走向""、傾角""、滑動(dòng)角""、長"、寬""、平均滑動(dòng)量""，表明此次地震是逆沖兼左旋走滑破裂事件。

三、震源破裂滑動(dòng)分布

為研究震源破裂的細(xì)節(jié)特征，通常將斷層面離散化，例如劃分為大小相同的矩形，反演每片上的滑動(dòng)量。根據(jù)均勻滑動(dòng)模型的斷層位置和幾何參數(shù)，本文將斷層面向四周做延展，長 ，寬 ，并以長 寬 的間隔沿走向和傾滑方向進(jìn)行網(wǎng)格化。斷層面分別被分割為 2 7 × 1 1 個(gè)大小相同的子斷層。震源滑動(dòng)分布反演是一個(gè)線性問題，本文選擇最小二乘算法，尋求觀測值和模擬值最佳擬合[5]。

2024年新疆烏什地震的震源滑動(dòng)分布如圖2所示。升軌的觀測值、模擬值和殘差如圖3所示，56、136和34軌道數(shù)據(jù)的擬合殘差均方根誤差分布是 、5.1cm、 。新疆烏什地震震源滑動(dòng)以逆沖分量為主，未破裂至地表，滑動(dòng)主要發(fā)生在 深度范圍內(nèi)，最大滑動(dòng)量 ，釋放的地震矩 與GlobalCMT發(fā)布的地震矩大小相當(dāng)。

四、結(jié)語

歐亞板塊與印度板塊碰撞帶北緣的天山地震帶，作為大陸內(nèi)部典型構(gòu)造活動(dòng)區(qū)，其北界為準(zhǔn)噶爾盆地及哈薩克地臺(tái)構(gòu)造單元，南緣與塔里木克拉通相接。在新生代構(gòu)造演化過程中，印度板塊以約46毫米/年的速率持續(xù)向北擠壓歐亞板塊，其遠(yuǎn)程構(gòu)造效應(yīng)導(dǎo)致該區(qū)域成為全球地殼運(yùn)動(dòng)最活躍的地帶之一[]。研究區(qū)內(nèi)發(fā)育的邁丹一沙依拉姆斷裂系統(tǒng)由若干近平行的次級(jí)斷層構(gòu)成，形成寬約 的復(fù)雜構(gòu)造帶，具有顯著的逆沖一左旋走滑復(fù)合型活動(dòng)特征。該斷裂系統(tǒng)斷面總體呈北西傾向，傾角介于 至 之間，沿北東向延伸逾 ，構(gòu)成了西南天山高海拔山區(qū)與低山丘陵帶的重要地貌分界?，F(xiàn)代大地測量數(shù)據(jù)顯示，跨邁丹一沙依拉姆斷裂的地殼縮短速率約為20毫米／年，其中，垂直天山走向的分量達(dá) 1 7 . 4 ± 1 . 8 毫米/年，證實(shí)了該區(qū)域現(xiàn)今構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以近南北向的擠壓逆沖為主導(dǎo)。值得注意的是，水平速度場分析揭示該斷裂系統(tǒng)在逆沖運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)上疊加有左旋剪切分量，這種三維運(yùn)動(dòng)特征與區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場具有良好的一致性[]。

Sentinel-1SAR衛(wèi)星成功地捕獲新疆烏什地震引起的地表形變。本文利用Sentinel-1SAR衛(wèi)星的升軌和降軌數(shù)據(jù)，首先確定了2024年新疆烏什地震發(fā)震斷層的幾何參數(shù)，然后在此基礎(chǔ)上反演震源破裂滑動(dòng)分布。本文以InSARLOS形變?yōu)榧s束，經(jīng)非線性反演得到烏什地震發(fā)震斷層的走向是 、傾角 、滑動(dòng)角 。破裂以逆沖滑動(dòng)為主，有左旋分量，和震源機(jī)制解相吻合。走向和邁丹一沙依姆斷裂平行，本文研究表明烏什地震的發(fā)震斷層為邁丹一沙依姆斷裂的次級(jí)斷裂。震源滑動(dòng)分布反演結(jié)果也表明烏什地震的震源破裂以逆沖分量為主，且破裂未傳播至地表，最大滑動(dòng)量 ，地震釋放的總地震矩 （MW7.06）。

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基金項(xiàng)目：中國鐵建股份有限公司科技研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“數(shù)字化融合勘察設(shè)計(jì)一體化成套技術(shù)研究與應(yīng)用”（項(xiàng)目編號(hào)：2022-A02）

作者單位：中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司

■責(zé)任編輯：張津平尚丹