2018年云南墨江MS59地震的InSAR同震形變機制

孫赫 劉傳金

摘要：采用DInSAR技術得到2018年云南墨江MS59地震的同震形變場，以此為約束，利用SDM程序反演同震形變場和發震斷層面的滑動分布，并討論了此次地震的發震構造。結果表明：墨江地震造成地表LOS向最大形變量約為6 cm，同震形變場呈對稱分布。發震斷層以右旋走滑運動為主，符合區域構造的運動性質。斷層面的最大滑動量為019 m，大約分布在沿斷層走向10～13 km、且沿傾向向下3～6 km處。斷層在近地表處滑動量較小，同震錯動未破裂至地表。

關鍵詞：InSAR;墨江MS59地震;SDM;同震形變場;滑動分布

中圖分類號：P315725?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1000-0666（2019）03-0379-06

0 引言

合成孔徑雷達干涉測量技術（Interferometric Synthetic Aperture Radar，簡稱InSAR）具有高時空分辨率、高精度、全天候、全天時等優點，無需地面控制點，可以獲取高空間分辨率的地殼形變速度場，也可以為反演提供重要約束信息。21世紀初以來，隨著SAR衛星數據影像的豐富及處理技術的推動發展，InSAR技術被廣泛地應用到地質災害監測中。尤其在近幾年，國內外學者將該技術引入到地震相關研究中，如大范圍、高空間分辨率InSAR形變場的獲取（Liu et al，2018;洪順英等，2009;邱江濤等，2018），發震構造分析（季靈運等，2017），發震斷層面的滑動分布與分析（屈春燕等，2017;Tong et al，2013）以及斷層面的閉鎖程度研究（Wang et al，2009;Sreejith，2018）等。InSAR技術打破了傳統大地測量基于離散點的監測局限，降低了費用、勞動強度等問題，同時解決了無法在短時間內獲取大面積、高空間密度的地表沉陷形變場的難題。

2018年9月10日云南墨江發生MS59地震，震源深度11 km，墨江15個鄉鎮、臨滄及昆明均有震感，震中災區部分老舊房屋倒塌，造成一定的經濟損失。由于墨江地震發震區域的監測臺站比較稀疏，缺少歷史大地測量監測數據，因此已有研究中并未給出該地震的具體發震構造。鑒于研究區域的地理位置及地表植被特征，傳統的測量技術并不能獲得斷層面運動的細節特征，本文利用InSAR技術獲取2018年墨江MS59地震的同震形變場，并以此為約束，反演斷層面上的同震滑動分布，探討本次地震的發震構造。

1 構造背景

墨江地震震中位于墨江縣通關鎮丙蚌村（圖1），處于NW向紅河斷裂（向宏發等，2004，2017;李西等，2016）的南邊，近SN向把邊江斷裂（趙慈平等，2014）的東面。紅河斷裂帶橫貫云南西部、中部和東南部，控制著云南地區的主要構造活動（張建國，2009），是一條典型的右旋走滑斷裂（向宏發等，2006），全長約1 000 km（向宏發等，2004;李西等，2016），其北段強震頻發，歷史上曾發生過9次6級以上地震（包括1652年彌渡7級地震和1925年大理7級地震）;其中段尚無強震和大震記載（張建國，2009）;其南段以山前斷裂、中谷斷裂、雙支斷裂為主，沒有發生過6級以上的地震（虢順民等，2001），地質與大地測量結果顯示南段走滑速率3 mm/a左右（虢順民等，2001;Loveless，Meade，2011;劉耀輝等，2015;孫云梅，李金平，2018;陸好健等，2018），最大剪應變積累較強，地震危險性較大（孫云梅，李金平，2018）。紅河斷裂帶是否存在發震危險性存有爭議（鄧起東等，2002;Replumaz et al，2001;徐錫偉等，2017）。把邊江斷裂也是一條右旋走滑斷裂帶，走滑速率達18 mm/a（趙慈平等，2014），截至2014年，該斷裂尚無發生過強震和大震的記錄。這2條斷裂的運動速率存在差異性，可能導致地殼在長期的運動過程中積累能量，從而發震。

2018年墨江地震后，美國地質調查局（USGS）與全球矩心矩張量（GCMT）利用遠場地震波資料計算了此次地震的發震位置和震源機制解（表1），結果均表明此次地震為走滑性質事件。

2 DInSAR同震形變結果

為得到同震形變場，分別收集墨江地震前后2個時段C波段的Sentinel1衛星影像（表2），基于GAMMA軟件利用DInSAR技術依次進行多視、干涉、濾波、解纏、大氣、地形相位及軌道誤差剔除等分析處理，得到墨江地震同震升降軌數據形變場。由于研究區域內降軌數據的相干性極差，通過多次調整數據處理參數，均未得到理想結果，因此本文只給出了使用升軌數據得到的InSAR形變場（形變方向為LOS方向）（圖2a）。從圖2a可看出，研究區形變場呈對稱分布，覆蓋了墨江地震的震中，中間存在一條大致呈NE向的跡線，可能是本次地震的發展斷層，跡線兩側形變存在明顯差異，形變場顯示斷層上盤下降量達6 cm，下盤上升約4 cm。結合SAR衛星幾何成像方向，可以判斷此次地震為右旋走滑為主的事件。

墨江地震地表破裂不明顯，無法確定具體發震斷層位置，現結合余震序列展布方向進行確定及外部驗證。圖3a為墨江地震余震的總體展布結果，主要呈圓形分布，線性展布特征不明顯。沿InSAR形變場中的跡線方向（圖2a）選取寬10 km的震源深度剖面（圖3a中的黑色矩形框），提取余震展布結果（圖3b），同時提取垂直于跡線方向寬10 km的震源剖面數據結果（圖3c）進行對比分析。由圖3b，c可以看出，余震主要分布在主震震中附近，可能是由于主震震級小，能量小擴展性弱所致，但總體上仍能看出NE向余震展布比NW向長，說明NE向可能為本次地震發震斷層的主方向。同時由余震序列得到的主斷層方向與InSAR結果給出的發震斷層方向一致，說明利用InSAR地表形變場得到的發震斷層走向是合理的。

如果發震斷層走向為NE向，由USGS，GCMT等機構給出的震源機制得出墨江地震是左旋走滑事件，與本文DInSAR結果不符。主要是由于墨江地震主震震級較小，雖然使用遠場地震波資料計算的震源機制解可以作為參考資料，但是相較InSAR近場形變結果的可靠性較低，尤其是USGS解算的震源機制解并沒有給出所選用的具體地震臺站信息，稀疏的臺站信息解算的結果可靠性相對較低。而InSAR技術不僅廣泛的應用到地震中，而且具有高精度，尤其是在監測困難或缺少大地測量數據的研究區，因此本研究采用InSAR技術對監測臺站稀疏的墨江地震的相關區域進行研究分析，以便獲取墨江地震的發震構造。

3 斷層滑動反演及發震構造討論

利用高精度的InSAR形變場進行斷層滑動反演，可以得到可靠性比較高的斷層運動方向、深度及空間范圍。綜合反演計算時間效率，計算時首先將大數據量的InSAR形變場進行降采樣處理，同時保證近場區數據量，遠場區在不影響結果精度的前提下可以適當稀疏處理。反演計算時，首先假設發震斷層是均勻滑動的，通過蒙特卡洛搜索法不斷逼近擬合，得到斷層參數（Parsons et al，2006）;其次，在獲取的參數基礎上利用德國地學中心汪榮江開發的最速下降法（Steepest Descent Method，簡稱SDM）程序包（Wang et al，2004），反演發震斷層上每一個單元斷層面的滑動情況。

31 同震形變場均勻滑動反演

采用均勻滑動模型獲取墨江MS59地震的斷層幾何參數，參照表3中矩形斷層參數（長度、寬度、深度、走向、傾角、傾向滑動量、走向滑動量、參考點位置），進行均勻滑動反演建模。反演的初始參數值參考圖2中給出的大致范圍區間，利用蒙特卡洛搜索法求取符合預測標準的最佳參數，反復逼近達到最佳擬合，然后生成1 000個均勻分布樣本，取其均值作為最優解（表3）。結果表明，發震斷層以走滑為主，震源深度約838 km，略大于斷層寬度，走向約為223°，近似為NE方向，傾角為89°。同震形變場（圖2a）、均勻滑動反演結果（圖2b）與余震序列展布存在高空間相關性。由圖2c可知，除下盤個別微小區域擬合效果不佳外，整體擬合得到的殘差結果較小，可能與單一方向InSAR數據、數據失相干等因素有關，說明均勻反演得到的斷層參數可靠性較高，因此可以利用得到的斷層模型參數進行非均勻反演。

32 同震斷層面滑動分布反演

基于斷層幾何模型參數，以InSAR形變場為約束，采用反演程序SDM進行同震斷層面滑動分布反演。為獲取斷層面的精細滑動分布，參考Crust20模型將研究區地殼處理成層狀介質模型。反演計算時將斷層面沿走向和傾向2個方向劃為離散的1 km×1 km近似矩形的小斷層片，并將斷層的長度與寬度都擴展為20 km，即劃為400個 小單元斷層片。為了保證反演結果穩定性，通過粗糙度與擬合殘差曲線求得最佳滑動因子為003（圖4）。圖5為墨江地震分布式滑動反演結果與殘差，模擬結果與觀測形變場的擬合度達90%，較均勻滑動反演結果精度有所提高，由圖5b可見，下盤形變區擬合結果較均勻滑動反演（圖2b）結果更佳。

圖6為同震斷層面滑動分布，斷層面的滑動分布主要集中在沿斷層走向9～15 km、沿傾向向下3～9 km的區域內，平均滑動量與滑動角分別為007 m與1606°。斷層在近地表處滑動量較小，表明此次地震未造成地表破裂;斷層面最大滑移量為019 m，大約分布在沿斷層走向10～13 km、沿傾向向下3～6 km處。滑動分布結果表明斷層面的運動方式以右旋走滑活動為主，與InSAR技術判斷斷層的運動性質一致，表明本次計算結果是合理且可靠的。33 發震構造討論

利用InSAR技術得到墨江地震同震形變場，結果顯示，此次地震破裂面大致呈NE走向，與震后余震空間分布基本一致，說明本次地震的反演結果是科學合理的;InSAR形變場及斷層面滑動分布，表明此次地震是在以右旋走滑為主的構造背景下發生的事件，符合區域構造的運動性質。

4 結論

基于升軌Sentinel1A SAR 數據，利用D-InSAR技術及SDM反演程序對2018年9月8日墨江MS59地震進行了研究，獲取了地震同震形變場及斷層面滑動分布，主要得到以下結論：

（1）利用InSAR技術得到墨江地震的同震形變場，升軌數據干涉圖相干性較好，雷達視向上，上盤下降量達6 cm，下盤上升約4 cm，表明此次地震事件以右旋走滑為主。

（2）同震形變場位于紅河斷裂南段與把邊江斷裂區域之間，判斷發震斷層可能為2條斷裂帶間的一條調節斷裂。

（3）分布式滑動反演結果與觀測形變場的擬合度達90%，斷層最大滑移量為019 m，大約分布在沿斷層走向10～13 km、沿傾向向下3～6 km處，表明此次地震以右旋走滑運動為主，破裂未延伸至地表，與區域構造運動背景一致。

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