InSAR數據約束下的2022年瀘定MS6.8地震震源參數及滑動分布

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，濟南市文化東路20號，250014 3 中國地震局第二監測中心，西安市西影路316號，710054

據中國地震臺網測定，2022-09-05四川瀘定縣發生6.8級地震，震中位置29.59°N、102.08°E，震源深度16 km。此次地震發生在鮮水河斷裂帶附近，初步震源機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]。由于采用的數據和方法不同，各機構和團隊給出的斷層震源機制解存在差異。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模型結果顯示，此次地震的標量矩震級為MW6.61，矩心深度為16.0 km；王衛民等(http:∥www.itpcas.cas.cn/new_kycg/new_kyjz/202209/t20220906_6509485.html)利用地震數據資料研究震源機制和震源破裂過程，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遠場波形資料進行研究，認為此次地震矩震級為6.7級，初始破裂點深度約為12.8 km，為高傾角左旋走滑型地震。USGS和GCMT的詳細震源參數信息見表1，區域構造背景見圖1。

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

圖1 區域構造背景Fig.1 Regional tectonic background

1 InSAR數據處理與同震形變場

1.1 InSAR數據處理

選用Sentinel-1A中C波段SAR數據，極化方式為VV[3]，同時選擇短時間基線，有助于保持干涉圖的相干性，圖像參數見表2。首先采用SARscape軟件進行數據處理，然后采用Goldstein濾波方法對去地形后的干涉圖進行濾波處理，再采用最小費用流法實現絕對相位恢復，最后將SAR坐標系統結果投影到WGS-84地理坐標系中[3]。

表2 升降軌干涉影像參數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，發震區干涉條紋失相干現象嚴重。由圖3可見，形變場主要分布在震中區域，具有非對稱分布特征，影響范圍達60km。其中，升軌干涉圖的同震形變場顯示，NW方向存在一個長約30 km的近長方形LOS向下沉區域，SE方向存在一個直徑約18 km的近圓形上升區域，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域在降軌干涉圖中表現為上升，最大形變量約為9 cm；升軌干涉圖的上升區域在降軌干涉圖中表現為下沉，最大形變量約為18 cm[4]。根據升降軌成像幾何模式可知，形變場的上、下盤呈現出不同的運動狀態，說明地震引起的地表形變主要以水平運動為主，符合走滑斷層地震的運動特征[5-6]。發震區域InSAR數據失相干嚴重，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。為確定該形變異常區是否由相位解纏誤差引起，參考韓炳權等[7]的多時相干涉結果發現，干涉對均存在上述形變異常區，說明相位解纏誤差并不是引發形變異常區的因素。同時，結合光學影像數據發現，該異常區位于溝谷地帶，區域形變信號與地形具有較強的相關性，因此形變異常區極可能是區域地形引起的大氣誤差(如聚集在溝谷上方的團霧等)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據源。

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震源機制反演和發震構造及區域地震危險性分析

2.1 InSAR震源機制反演

本文在InSAR同震形變分析結果的基礎上，首先利用Okada彈性半空間位錯模型反演發震斷層的幾何參數[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一步反演震源斷層破裂面上的滑動分布特征。

由于InSAR同震形變場數據量龐大，在空間上高度相關，因此在獲取斷層幾何參數之前，需要對干涉圖進行降采樣處理，獲取合適的InSAR形變數據集[3]。在采樣過程中，為了增加震中附近區域的采樣點密度、減少遠離震中區域的采樣點密度，采用均勻矢量網格對降軌形變場進行降采樣處理，共得到5 680個降軌形變數據點(圖4)。基于降采樣InSAR視線向形變數據的點位形變場結果，結合GCMT推薦的斷層幾何參數設置搜索間隔，斷層走向設置為120°～200°，斷層長寬和位置根據InSAR形變場特征確定，斷層頂部深度設置為0～20 km，斷層滑動角設置為-30°～30°，斷層傾角根據區域構造背景設置為30°～90°。將非線性反演得到的均勻滑動斷層幾何參數引入到線性反演模型中，均勻反演得到的斷層參數見表3。降軌形變場采樣及反演殘差見圖5。由圖可見，模擬結果與反演結果的擬合度較好。

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

表3 均勻滑動反演斷層參數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滑動分布，將固定滑動角設置為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，走向和傾角細分為2 km×2 km，阻尼系數設置為0.02[3]，所得結果見圖6。由圖可見，斷層同震錯動以左旋走滑為主，同時具有少許逆沖分量。地震宏觀震中為102.28°E、29.59°N，矩震級為MW6.9，同震滑動主要集中在6～24 km深度，斷層最大滑動量約為2.5 m，位于地下約16 km處。斷層在近地表處滑動量較小，說明同震錯動未破裂至地表[6]。由表1可見，張喆等、王衛民等、王洵等的研究成果與本文InSAR反演結果相差不大，證明了本文滑動分布的合理性。

圖6 同震滑動分布Fig.6 Coseismic slip distribution

2.2 發震構造與區域地震危險性分析

獲得的同震形變場和斷層滑動分布表明，青藏高原東南緣的順時針旋轉對區域斷層運動方式具有控制作用。從構造單元上看，瀘定地震發生在鮮水河斷裂帶西側，震中所處的構造力學環境為NWW-SEE向擠壓、NNE-SSW向拉張的走滑型應力結構，反演確定的震源機制與鮮水河斷層的運動性質一致，初步判定此次瀘定地震發震斷層為鮮水河斷裂。

強震發生后，區域應力場隨同震斷層錯動發生改變，引起的庫侖應力變化對余震的時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模型[6]，運用Coulomb3.3軟件包進行庫侖應力分析。處理過程中，將泊松比設置為0.25，摩擦系數設置為0.4，分別計算10 km、16 km深度處瀘定地震引起的庫侖應力變化[5]。靜態庫侖應力計算結果顯示(圖7)，鮮水河斷裂南段和安寧河斷裂北端的庫侖應力顯著增加，鮮水河斷裂帶上應力加載最大值達0.5 bar，庫侖應力的改變量大于0.1 bar ，對余震發生的位置有所影響，庫侖應力增加區域的地震危險性更大[6]。因此，鮮水河斷裂南段和安寧河斷裂北端的強震趨勢值得關注。

圖7 瀘定地震引起的鄰近區域靜態庫侖應力變化Fig.7 Static Coulomb stress changes in neighboring regions caused by the Luding earthquake

3 結 語

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

2)從區域應變分配和構造動力背景上看，瀘定地震發生在鮮水河斷裂帶西側。結合發震斷層的幾何產狀和運動性質可知，反演確定的震源機制與鮮水河斷層的運動性質一致，因此認為此次瀘定地震的發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力變化結果表明，鮮水河斷裂南段和安寧河斷裂北端的強震趨勢值得關注。