大地測量數據約束的2024年新疆烏什MW7.0地震震源破裂特征研究

一、前言

根據中國地震臺網中心測定，北京時間2024年01月23日02時09分，新疆阿克蘇地區烏什縣（北緯41.26度，東經78.63度）發生7.1級地震，震源深度22公里。地震造成3人遇難、5人受傷，最大烈度達到IX度，主要波及了烏什縣和阿合奇縣。震源機制解表明，地震發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。此次地震發生在天山山脈內。天山山脈是一條板內褶皺和逆沖帶，其構造主要受印度與亞洲碰撞的控制。震中區域的特點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"。根據中國地震臺網統計，截至2024年3月3日，新疆烏什縣7.0級地震的余震總數超過2000次，其中矩震級（MW）大于5.0的余震有17次，最大余震為5.7級，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的構造活動特征，本文研究了2024年烏什地震發震斷層的幾何結構和滑動分布。目前，InSAR技術為地震大地測量學的研究提供了重要的技術基礎，其通過利用LiDAR和衛星遙感數據計算地形及形變，原理是通過多幅影像數據相位差異捕捉地表毫米級的不變化。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，然后在此基礎上反演其震源破裂滑動分布。

二、發震斷層幾何參數

Sentinel-1InSAR衛星掃描區域覆蓋了2024年1月新疆烏什地震震源區。阿拉斯加衛星數據中心（AlaskaSatelliteFacility，ASF，https：//search.asf.alaska.edu）在地震發生后處理了Sentinel-1衛星數據，并向全球用戶免費提供數據處理結果等文件，升軌和降軌數據的詳細信息見表1。升軌和降軌視向線（LOS）形變均呈現以NEE-SWW向分開的兩個非對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數據會使得計算效率低下，為提高反演的效率，需要對InSAR進行降采樣處理。本文選擇四叉樹方法[1對InSAR升軌和降軌數據進行降采樣處理。InSAR數據的權重根據背景噪聲的協方差確定。

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

三、震源破裂滑動分布

為研究震源破裂的細節特征，通常將斷層面離散化，例如劃分為大小相同的矩形，反演每片上的滑動量。根據均勻滑動模型的斷層位置和幾何參數，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行網格化。斷層面分別被分割為 2 7 × 1 1 個大小相同的子斷層。震源滑動分布反演是一個線性問題，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軌道數據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以逆沖分量為主，未破裂至地表，滑動主要發生在 深度范圍內，最大滑動量 ，釋放的地震矩 與GlobalCMT發布的地震矩大小相當。

四、結語

歐亞板塊與印度板塊碰撞帶北緣的天山地震帶，作為大陸內部典型構造活動區，其北界為準噶爾盆地及哈薩克地臺構造單元，南緣與塔里木克拉通相接。在新生代構造演化過程中，印度板塊以約46毫米/年的速率持續向北擠壓歐亞板塊，其遠程構造效應導致該區域成為全球地殼運動最活躍的地帶之一[]。研究區內發育的邁丹一沙依拉姆斷裂系統由若干近平行的次級斷層構成，形成寬約 的復雜構造帶，具有顯著的逆沖一左旋走滑復合型活動特征。該斷裂系統斷面總體呈北西傾向，傾角介于 至 之間，沿北東向延伸逾 ，構成了西南天山高海拔山區與低山丘陵帶的重要地貌分界。現代大地測量數據顯示，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 1 7 . 4 ± 1 . 8 毫米/年，證實了該區域現今構造運動以近南北向的擠壓逆沖為主導。值得注意的是，水平速度場分析揭示該斷裂系統在逆沖運動基礎上疊加有左旋剪切分量，這種三維運動特征與區域構造應力場具有良好的一致性[]。

Sentinel-1SAR衛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衛星的升軌和降軌數據，首先確定了2024年新疆烏什地震發震斷層的幾何參數，然后在此基礎上反演震源破裂滑動分布。本文以InSARLOS形變為約束，經非線性反演得到烏什地震發震斷層的走向是 、傾角 、滑動角 。破裂以逆沖滑動為主，有左旋分量，和震源機制解相吻合。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震斷層為邁丹一沙依姆斷裂的次級斷裂。震源滑動分布反演結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，最大滑動量 ，地震釋放的總地震矩 （MW7.06）。

參考文獻

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基金項目：中國鐵建股份有限公司科技研發計劃項目“數字化融合勘察設計一體化成套技術研究與應用”（項目編號：2022-A02）

作者單位：中鐵第四勘察設計院集團有限公司

■責任編輯：張津平尚丹