青藏高原东北缘位于青藏高原块体、鄂尔多斯块体与阿拉善块体的交汇区^[1]，区域内新生代构造变形和地震活动强烈。其中，大型左旋走滑的广义海原断裂带是该区内的一条主干活动断裂带，由东段的狭义海原断裂、中段的毛毛山-老虎山断裂及西段的金强河断裂组成^[2]，全长约340 km。广义海原断裂及周边地区历史强震非常活跃，曾发生过1920年海原8.5级和1927年古浪8.0级两次8级地震以及多次7级地震。两次地震中间的天祝破裂空段，有记录以来没有发生6级以上地震，存在强震发生的危险^[3]。

鉴于广义海原断裂带所处的关键构造部位和历史强震活动特征，国内外学者利用大地测量手段开展了较为细致的研究。结果表明，广义海原断裂带具有分段运动特征，并且不同段落的地震危险性也存在差异。GPS研究结果表明，1920年海原8.5级地震发震断层处于震后调整(断层面未完全耦合)或孕震初级阶段，而天祝空段处于强震孕育的后期^[4]。由于受到空间分辨率的限制，GPS结果无法给出断层面的运动特征细节。另一方面，InSAR研究结果表明，海原断裂不同段落的地表形变存在较大差异，其深部运动特征也不同^[5-6]。

随着InSAR技术的发展与日益成熟，其在地震周期不同阶段(如震间^[7]、同震^[8]、震后^[9]阶段)的研究中都发挥了重要作用。本文基于L波段ALOS PALSAR卫星影像资料，获取了广义海原断裂带中东段(毛毛山断裂、老虎山断裂、狭义海原断裂)2007~2011年的平均地壳形变速率场；并以此为约束，反演了断层面上的震间滑动速率；最后结合地震活动结果，探讨断裂带不同段落的现今应力积累状态，为区域地震危险性评估提供重要依据。

1 InSAR平均地壳形变速率场

近年来，随着InSAR数据处理技术的进步，InSAR技术在获取断裂带震间期地壳形变场方面已经得到了广泛应用^[10-12]。本文基于2007~2011年获取的107景L波段ALOS PALSAR卫星影像，以GAMMA商业软件为计算平台，利用干涉图堆叠技术(Stacking)获取了广义海原断裂带中东段的震间平均地壳形变速率。SAR卫星数据包含5个轨道，覆盖了广义海原断裂带中东段的主体区域(图 1，红色方框表示ALOS PALSAR卫星影像覆盖范围)。

InSAR数据处理过程中，利用外部DEM数据去除干涉图中的地形相位部分，采用自适应滤波方法压制干涉图噪声；对于含有明显大气水汽垂直分层引起的相位延迟的干涉图，通过DEM高程信息进行去除处理。在得到每个轨道平均形变速率结果的基础上，对相邻轨道的平均形变速率结果进行拼接处理^[13]，包括形变结果的地理编码，统一到相同的地理坐标系，同时利用外部DEM数据消除由于几何成像、地形起伏等因素引起的畸变影像。统一解缠参考基准，以轨道473的形变结果为参考基准，校正形变结果的整体偏差，得到研究区域的大范围平均形变速率结果(图 2，平行断层方向，负值表示地壳形变速度场的同向运动)。

2 广义海原断裂带中东段震间滑动分布反演 2.1 断裂几何参数

首先，根据邓起东^[14]给出的广义海原断裂带地表行迹，确定反演断层的分段地表位置，即将广义海原断裂中东段分为3段，由西向东依次为毛毛山断裂、老虎山断裂、海原断裂(表 1)，走向介于283°~302°之间。第二，断裂带倾向和倾角的确定。深地震反射研究结果表明，海原断裂从地表到地壳10 km深处均处于陡立状态，倾角介于60~70°^[15]。大地电磁测深结果表明，海原断裂为陡立的超壳断裂，切割深度较深^[16]。因此，根据地球物理探测结果，海原断裂倾向北、倾角陡立。为了确定断裂的最优倾角，我们给定倾角60~90°的范围进行搜索测试，结果显示，当倾角为63°时，干涉图拟合残差最小(图 3)，因此，在后续反演中，选择63°作为最优倾角。同时，反演中断层沿倾向方向的深度给定30 km。第三，反演中，采用分层介质模型，模型参数根据CRUST1.0模型给定。

2.2 震间滑动速率分布反演

根据§2.1获取的断裂带几何参数，以InSAR平均地表形变速率场为约束，利用德国地学中心汪荣江教授^[17]开发的最速下降法(SDM，steepest descent method)程序包，反演海原-老虎山-毛毛山断裂的震间滑动速率分布。反演过程中将断层面离散为3 km×3 km的断层片，以获取断层面的精细滑动分布。同时，采用应力降平滑约束相邻断层片之间的滑动分布结果，通过分析数据拟合程度与断层滑动粗糙度曲线之间的关系，确定反演的平滑因子(图 4)。为提高反演效率，对InSAR形变速率结果进行降采样处理，并将与断层活动无关的地壳形变部分(如煤矿开采引起的地表下沉)进行掩膜处理。

2.3 震间断层面滑动速率分布结果

图 5(a)为模拟的海原-老虎山-毛毛山断裂带震间平均形变速率图像，图 5(b)为残差图。残差结果表明，残差值在±3 mm/a以内，大部分残差值集中在±1 mm/a左右，因此整体上模拟干涉图能够较好地拟合原始观测干涉图。

图 6显示了广义海原断裂中东段各个段落的滑动速率空间分布情况。整体上看，断裂以左旋走滑运动为主，个别段落存在微量逆冲分量，与目前已有认识一致。具体来说，毛毛山断裂的滑动主要集中在12~24 km深度，最大量级约为2.3 mm/a；老虎山断裂的滑动主要集中在9~24 km深度，最大量级约为3.5 mm/a；海原断裂西段滑动主要集中在12~27 km深度，最大量级约为3.5 mm/a；海原断裂中段滑动主要集中在12~24 km深度，最大量级约为2.2 mm/a；海原断裂东段滑动主要集中在9~24 km深度，最大量级约为3.0 mm/a。本文获取的滑动速率较GPS获取的滑动速率偏小^[4]，可能由于GPS进行均一断层面反演，而本文反演时将断层面进行离散，即进行分布式滑动反演。

3 讨论

本文基于InSAR高空间分辨率地壳形变场约束反演了广义海原断裂带中东段的精细断层面滑动速率分布。相对于GPS形变结果，InSAR形变场具有较高的空间分辨率，因此能够约束反演分布式滑动速率，使我们更加深入地了解断裂深部的现今活动状态。

为了分析讨论断裂带现今应力积累情况，我们搜集到区域1980~2012年中小地震重新定位结果(断裂带两侧10 km范围内，如图 6(a)所示)。下面结合断裂带的中小地震活动情况，分段讨论断裂带现今可能的应力积累特征。毛毛山断裂是全新世活动断裂，断层岩研究结果表明，该断裂存在潜在孕震凹凸体^[18]，断裂附近现今小震活动较弱，断层深度9 km以内滑动量微弱，可能存在一定的应力积累，具备中强以上地震发震危险。老虎山断裂自中更新世以来活动加强，滑动速率明显加快，全新世活动具有分段性^[19]，现今中小地震活跃，中段断裂活动以蠕滑为主，应力积累相对较弱，强震危险性不高，但东段和西段断层面滑动量较小，可能是潜在的孕震凹凸体所在部位，应注意未来破裂发震的可能，与活动构造的研究结论一致^[19]。跨海原断裂东段的GPS速度剖面表明，海原断裂两侧平行断层和垂直断层方向地壳速度均表现明显差异运动^[20]，表明海原断裂带尚处于开放状态，说明该断裂带自1920年8.5级特大地震破裂以来，断层面还未完全重新耦合。滑动速率分布结果表明，海原断裂东、西段处于大震的震后蠕滑阶段，中段滑动量级较小。另外，整个广义海原断裂带以左旋走滑运动为主，毛毛山断裂、老虎山断裂东段、狭义海原断裂带西段存在一定程度的逆冲分量(图 6(b))。

4 结语

本文以InSAR技术获取的高空间分辨率震间形变速率场作为约束，反演了广义海原断裂带中东段(毛毛山断裂、老虎山断裂、狭义海原断裂)断层面上的震间滑动速率空间分布；最后分析讨论了断层面上的现今应力积累状态和活动特征。结果表明：

1) 毛毛山断裂闭锁深度约为9 km，存在一定的应力积累，具备强震发生背景。

2) 老虎山断裂深部存在无震滑移，未来发生强震的可能性不高。

3) 狭义海原断裂活动存在分段差异，东、西两段断层滑移量较明显，而中段断层的滑动速率较小。