斷層滑動分布與震源破裂過程聯合反演研究

張國宏

（中國地震局地質研究所，北京100029）

斷層滑動分布與震源破裂過程聯合反演研究

張國宏

（中國地震局地質研究所，北京100029）

本論文的主要研究領域集中于地震震源破裂過程的聯合反演。具體來說，就是試圖通過對發生在中國大陸內部的3個典型震例的地震震源參數、地震斷層幾何結構及其地表形變特征等方面進行綜合性研究，從而總結出不同震例類型的發震特征、破裂樣式等一般性規律，同時研究不同數據類型在反演地震震源參數的不足與優勢，比較分析聯合各類不同數據源進行反演的優勢特征等。選取的3個震例分別為2008年的四川汶川MS8.0地震（逆沖為主）、2008年的新疆于田MS7.3地震（正斷層性質）及2010年的青海玉樹MS7.1地震（左旋走滑為主）。這3個震例對應3類典型的地震斷層類型，便于進行綜合性的分析研究。首先，它們都發生在巴顏喀拉次級地塊的主要邊界上，而巴顏喀拉地塊目前被認為是中國大陸內部最為活躍的次級地塊之一；其次，它們的震級都足夠大，均超過7.0級，而大地震往往 “攜帶”地球內部介質特性、應力分布狀態等基本信息，能為研究現今板塊運動狀態及其趨勢分析提供“窗口”；最后，它們均發生在地震監測數據能力迅速提升的當代，具備研究基礎同時也急需開展工作。

為獲得地震及斷層的破裂過程與滑動分布，我們采用了聯合反演的技術手段，使用的數據包括高分辨率衛星影像、GPS、InSAR同震形變場及遠場地震波等。考慮到反演問題的不唯一性，采用了分辨率測試的方法，試圖辨析各數據種類的分辨能力，從而進一步判別反演結果的可靠性。通過不同地震類型的類比研究、不同數據的聯合反演，希望能對理解地震孕育過程、震災形成機理及未來地震孕育趨勢提供參考價值。主要研究內容如下：

首先，通過InSAR技術，獲取汶川地震的同震形變場，初步分析其特征及地表破裂幾何結構，加深對地震地表形變場的認識，同時為斷層滑動分布反演準備基礎數據；與其他的空間對地觀測手段如GPS等進行同震形變場綜合對比分析，并進行聯合反演；利用分辨率測試方法分析反演結果的不確定性及其成因，獲得基于InSAR與GPS數據聯合反演的分辨率特征，提高對汶川地震斷層滑動分布隨走向與深度變化特征的認識。

其次，利用InSAR數據研究于田地震的同震地表形變場；利用高分辨率衛星影像數據，分析其斷層地表分布特征；基于3段有限斷層模型反演于田地震的滑動分布；分析數據反演分辨率及入射角與方位角變化對反演結果造成的不確定性影響等。

最后，利用地震波與InSAR聯合反演玉樹地震的震源破裂過程。首先獲取ALOS PALSAR雷達衛星數據所觀測到的InSAR同震形變場，并利用像素追蹤技術獲得偏移量圖，分析玉樹地震的斷層地表線跡及其特征，并建立5段斷層模型；聯合反演玉樹地震的震源破裂過程，分析反演參數與震源不確定性，分析不同數據權重對反演結果的影響，分析可能存在的超剪切破裂現象，最終獲得玉樹地震的震源破裂隨時間與空間的變化過程。

通過本論文的震例綜合對比研究，我們獲得以下認識：

（1）運用InSAR技術獲取了中國大陸內部3次典型地震事件的同震形變場，加深了對地震滑動模式及其地表形變特征的認識。

首先，InSAR獲取的汶川地震同震形變場清晰地反映出汶川地震地表同震形變場分布特征，干涉條紋以北東向發震斷層（映秀—北川斷裂）為中心，且呈包絡狀分布。同震形變場影響范圍非常大，長寬達到500 km×450 km范圍；南側甚至到達樂山、重慶一帶，北側到南坪、武都、康縣。從干涉條紋的分布格局可以看出，發震斷層兩側干涉條紋有多次起伏，且有一定的兩盤不對稱性，這說明位錯量沿斷層分布是不均勻的。在發震斷層南西端映秀鎮附近，出現了排列細密的同心干涉條紋，說明這一帶的形變強度非常大。北川縣城南東側，有平行于斷層密集的干涉條紋包絡，這表明該段發震斷層有較大的地表位錯量。在汶川地震震中位置，條紋開始包絡震中，表明震中附近是發震斷層的西端點。在青川附近，條紋已包絡了發震斷層，顯示了出斷層東端形成的形變場格局。發震斷層附近，斷層兩側均表現為局部抬升，且沿斷層形變量分布很不均勻，表現出較強的分段性。

其次，從于田地震的InSAR同震形變場分析，斷層西盤（或北西盤）運動較為復雜，靠近斷層區域為東向或沉降運動，而遠離斷層往西約50 km則為西向或抬升運動；斷層東盤（或東南盤）運動相對簡單，以東向或沉降運動為主。兩盤相對運動的趨勢大體與震源機制解揭示的正斷層破裂相一致。

最后，玉樹地震的InSAR形變場條紋則清晰顯示發震斷層為NW-SE的玉樹斷裂，平均走向為310°。除部分靠近斷層兩側的區域由于形變過大導致InSAR數據失相干外，整體形變場特性非常清晰，可初步判定此次地震的左旋走滑運動特征。斷層南盤為遠離衛星方向運動，最大值約達42 cm；斷層北盤向靠近衛星方向運動，峰值為40 cm左右；且峰值出現地點與地表調查所獲得的位錯分布較為吻合。由形變條紋分布我們可初步判定發震斷層長約75 km；東段約32 km的斷層滑動到達地表，形成較為明顯的地表破裂分布；西段則形成較為連續的形變條紋。InSAR形變場整體分布特征與野外調查及偏移量追蹤的結果均較為吻合。

（2）聯合反演了GPS與InSAR數據，確定了汶川地震斷層滑動分布特征，及反演分辨率相對較高與分辨率較低的區域。

經過分辨率測試反演，我們認為汶川地震的斷層滑動分布反演，其可靠結果位于主斷裂的地表下15 km處；深部及次斷裂的滑動分布可靠性降低。反演獲得的斷層滑動分布主要特征為：3個滑動分布集中區，分別位于映秀鎮、岳家山及北川地區等，且主要分布于地表15 km左右；滑動角顯示在映秀—北川斷裂的西南段以逆沖為主、沿北東向逐漸轉換為以右旋走滑為主甚至純右旋走滑運動。

（3）引入入射角與方位角隨觀測點位變化的InSAR數據反演于田地震的滑動分布，獲得了其斷層滑動分布特征及部分震源參數。

于田地震的InSAR數據反演結果顯示，在引入入射角與方位角變化后，斷層2和斷層3上形成較大的滑動分布集中區，最大滑動量達3.2 m，而在斷層1處則滑動相對較小。我們的反演結果并未出現與走滑斷層類似的“淺部滑動缺失”現象，且滑動主要集中于0～14 km深度。反演獲得的較佳矩張量為3.3×1019N·m，矩震級達MW7.0。

（4）聯合反演了InSAR與地震波數據，獲得了玉樹地震的震源破裂過程、斷層滑動分布特征及部分震源參數。

從最終的聯合反演結果可知，玉樹地震的主要破裂過程持續了20 s，釋放了約90%左右的總能量。在前10 s內，一個滑動分布集中區形成于震源附近，其能量釋放極值位于8 s左右。隨后的破裂主要沿斷層走向往東南方向發展，并最終在斷層東南段淺層10 km內形成一個較大的滑動集中區，這一階段的能量釋放極值到達于12 s左右。聯合反演獲得的矩張量為2.3×1019N·m，相當于矩震級MW約為6.9。

雷達干涉測量（InSAR）；地震波；汶川地震；于田地震；玉樹地震；震源破裂過程；聯合反演

（作者電子信箱，張國宏：zhanggh.geophysics＠gmail.com）

P315；

A；

10.3969/j.issn.0235-4975.2012.08.008