北京时间2007-06-03 05：34：56，云南宁洱发生M_S6.4地震，震中位于23.03°N、101.06°E，震源深度5 km。此次地震震级高、震源浅且震中离县城较近，除大量房屋破坏外，还出现山体滑坡、陡崖崩塌、地面开裂、喷沙冒水等地质次生灾害^[1]。据统计，此次地震造成3人死亡、341人受伤，逾百万人不同程度受灾，直接经济损失达18.9亿元^[2]。

依据徐锡伟等^[3]给出的川滇地区活动块体划分方案，宁洱震区位于保山-普洱块体中的景谷次级块体。该区域地质构造复杂，新构造活动强烈，区域断裂发育，其中最主要的是无量山断裂带。该断裂带控制兰坪-思茅中生代至早新生代坳陷及其内部中新世以来的新构造隆起活动，属于晚更新世活动断裂^[1]。无量山断裂在景谷盆地北端，分为普文、普洱和磨黑3支次级断裂(图 1)，有记载以来发生过10次6.1~6.8级地震^[4]，最大地震为1979-03-15普洱磨黑6.8级地震。2014-10-07，普文断裂的北西延长线发生普洱景谷M_S6.6地震，可见该地区地震活动相当活跃。因此，研究宁洱M_S6.4地震对该地区及中国西南板块的构造运动有重大意义。

钱晓东等^[5]估算2007年宁洱地震序列视应力，揭示了该地震序列的辐射能量和视应力分布特征；杨晓平等^[6]通过野外现场调查发现，地质灾害分布与普洱断裂空间位置大致相同；张勇等^[7]通过反演地震波形资料得到宁洱地震发震断层走向角、倾向角、滑动量等参数，矩震级(M_W=6.4)相对于USGS和GCMT结果偏大。对2007年宁洱地震的研究多以地震波数据为主，且研究结果略有差异，鲜有利用InSAR数据对该地震进行研究。鉴于雷达差分干涉测量技术(differential InSAR, D-InSAR)在监测地表形变方面具有范围大、连续性好的特点，且监测精度可达cm甚至mm级^[8]，对地震震源参数的反演结果更加全面和可靠，所以本文拟通过InSAR技术研究2007年宁洱地震。

本文选用ALOS PALSAR升轨数据作为数据源，通过二轨D-InSAR获得宁洱地震的同震形变场^[9]，利用四叉树降采样降低反演数据量，然后采用PSO算法和Okada弹性半空间位错模型反演地震断层参数以及断层面精细滑动分布，并计算周边断层的库仑应力改变值，以此为基础对该区域的地震断层活动和潜在地震灾害进行分析和讨论。

1 同震形变场 1.1 InSAR数据处理

云南宁洱震区全境皆山，地形起伏大，森林覆盖率高。本文选取2007-01-31和2007-06-31地震前后的两景ALOS PALSAR影像，详细信息如表 1所示，影像很好地覆盖了震中区域(图 1)。实验所选干涉对的垂直基线为480 m，对应的10 m DEM地形误差仅造成卫星视线向(line of sight, LOS)约8.8 mm的偏移量，可忽略不计。对于ALOS PALSAR轨道信息不够精确造成的轨道误差，采用二次多项式曲面进行拟合去除，最后通过地理编码得到LOS向同震形变场(图 2)。

1.2 同震形变场分析

从图 2可以看出，干涉条纹非常清晰。以NNW-SSE向破裂迹线为轴分为西盘和东盘，离发震断层越近，干涉条纹越密，形变梯度越大。东西两盘的条纹变化有很大不同，西盘呈现3~4个灰阶周变化，外围2个灰阶周变化连续光滑，靠近震中的2个灰阶周变化有间断，NW段的形变区域范围大于SE段，而SE段形变梯度大于NW段且存在失相干区域，除去形变缺失区域，最大LOS形变量达到51.6 cm。由于采用的数据为PALSAR升轨数据，正值表示朝接近卫星方向运动，地表显示为抬升或者向西运动。东盘没有明显的灰阶周变化，其最大LOS形变量为-11.7 cm，负值表示朝背离卫星方向运动，地表显示为沉降或向东运动。通过东、西盘的条纹及形变量级可以看出，主要形变发生在西盘；而由西盘上升、东盘下降可判断，断层带有逆冲趋势且倾向SW。由于该形变场特征十分符合走滑型地震的四相位蝴蝶状形变模式，故可认为该地震具有较大的走滑分量并呈现NNW向右旋走滑特征。以上观察分析得到的地震断层的走向、倾向和两盘相对运动趋势，与GCMT、USGS反演的震源机制解基本吻合(表 2)。从图 3可以看出，仅震中区域相干性较低，其余部分相干性都较好。

2 断层参数及滑移量分布反演 2.1 形变数据降采样

为了提高反演效率并保留形变信息及保证采样点分布合理，本文在四叉树降采样基础上，对噪声区域进行掩膜，并设置最大和最小采样窗口^[10]，对不在此范围内的区域进行均匀采样。在该地震中采样的最大窗口为32(约1.5 km×1.5 km)，最小窗口为8(约0.4 km×0.4 km)，阈值为2 cm，取窗口内的形变均值用于反演，坐标使用窗口中心坐标。经过降采样后最终参与反演的数据点降至1 168个(图 2(b))。

2.2 反演建模

利用Okada均匀弹性半空间模型^[11]模拟InSAR技术获得的同震形变场，需要估计的断层参数有几何参数(经度、纬度、震源深度、断层的长度及宽度、断层走向及倾角)和运动参数(沿走向与倾向方向的滑动量)。断层模型确定后，建立模型与InSAR观测数据之间的线性方程：

$ \mathit{\boldsymbol{d}} = \mathit{\boldsymbol{Gm}} + \mathit{\boldsymbol{\varepsilon }} $

(1)

式中，d为InSAR视线向观测值；G为观测值与断层模型的格林矩阵，表示每单位走向滑动和倾向滑动所引起的地表位移值；m表示每个子断层上分别沿走向和倾向方向的滑动矢量；ε表示InSAR数据观测误差。可以看出, 地表形变值与断层几何参数是高度非线性的，本文根据机构给出的震源机制解(表 2)确定断层参数的搜索区间，并基于Okada模型，采用PSO粒子群算法^[12]得到最优参数估计值。

反演得到的断层长度为10.9 km，宽度为4.8 km，走向145°，倾向57.5°，滑动角153°，震源坐标为23.05°N、101.02°E，走向滑动量为0.6 m，倾向滑动量为0.8 m，RMSE约1.7 cm。可初步判定，此次地震是右旋走滑兼具逆冲分量的破裂模式。由图 3可见，反演得到的断层几何在地表的投影很好地覆盖了失相干区域，较短曲线部分为根据同震形变场与失相干区域边界推测的破裂迹线，与断层的上界面位置接近。这与表 2的USGS震源机制解相比，震源中心位置有少许偏差，断层走向与滑动角较符合，倾小了5°左右。

非线性反演是将断层作为一个整体，研究其产状及整体滑动。已有文献证明，在此假设下得到的断层倾角在后续滑动分布反演中可能并非最优^[13]，对细节进行反演时，不能很好地解释部分形变特征。因此本文进一步通过格网搜索法^[13]来优化倾角，最终确定倾角为49.5°。确定震源位错几何模型之后，断层的精细滑动分布与地表观测形变位移则呈线性关系，通常采用最小二乘方法来得到断层非均匀滑动分布。为了避免子断层滑动方向出现矛盾，本文采用非负约束最小二乘方法进行求解^[14]。将断层长度(沿走向)和宽度(沿倾向)分别扩展为24 km和14 km，并按1 km×1 km划分为24×14个子断层，求解每个子断层的滑动量，得到整个断层的精细滑动分布。由于划分了几百个子断层，出于原始求解模型的病态性以及断层单元之间物理平滑性的需要，因此给方程加上一定的光滑约束条件^[15]：

$ F(s) = {\left\| {\mathit{\boldsymbol{d}} - \mathit{\boldsymbol{G}}s} \right\|^2} + {\lambda ^2}\left\| {H{\tau ^2}} \right\| $

(2)

式中，λ²为光滑因子，H为拉普拉斯算子，τ为断层面上的应力降，表示光滑条件。根据图 4曲线折中选取光滑因子为0.05，在保证平滑度的同时RMSE无明显增大^[10]。参数设定完成后，反演出宁洱地震的断层滑动分布，如图 5所示。

从图 5(b)来看，走向分量最大滑动量为0.9 m，平均滑动量为0.2 m(表 3)，断层面上滑动方向为自右向左，从整个断层来看表现为右旋走滑；从图 5(c)来看，倾向分量最大滑动量为0.8 m，平均滑动量为0.1 m，断层面上滑动方向为自下而上，表现为逆冲形式。两相对比，走滑分量占优，但逆冲趋势也很明显。从图 5(a)来看，断层面滑动主要分布在走向长20 km、倾向长10 km的区域内，轮廓大致为耳状，与同震形变场形似。在该区域内，断层滑动量峰值位于断层面上距地表 3~4 km处，为1.2 m，平均滑动量为0.2 m，最上层的子断层滑动量在0~0.2 m范围，量级小、不连续，且其南段接近地表的滑动量较北段大。在耳状主要滑动区域以外，还有两处滑动较小的区域，滑动量为0.1~0.2 m，这可能是由于部分较低质量观测点参与反演造成的残差。如图 5(d)所示，该次地震最大地震矩的释放发生在地表以下3~4 km处，即最大滑动量所在，从中间向上下递减，断层面上层曲线较陡，递减速度较快，到地表及地下10 km处，地震矩的释放量已经极其微小。从图 6可以看出，形变模拟结果整体上较好地反映了真实观测值，残差多出现在失相干区域边缘，RMSE相对于非线性结果减小到0.9 cm。

3 静态库仑应力计算

计算和分析地震发生后对周边断层的库仑应力改变是判断地震相互之间触发关系和影响的重要手段^[16]。库仑应力改变函数定义如下：

$ \Delta {\rm{CFS}} = \Delta \tau + \mu '\Delta {\sigma _n} $

(3)

式中，ΔCFS表示接收断层库仑应力改变值，Δτ为沿断层滑动方向的剪切力变化，μ′为有效摩擦系数，Δσ_n为接收断层面上的正应力变化。

本文将磨黑断裂、把边江断裂、哀牢山断裂以及2014年景谷地震所在断裂作为接收断层，周边断层基本参数参考USGS及文献[17]的震源机制解，计算2007年宁洱地震后的库仑应力改变值，如图 7所示。结果表明，距离宁洱地震最近的磨黑断裂库仑应力改变值最大，其北段库仑应力增加到0.4 bar，而南段减小0.3 bar；把边江断裂北段增加0.2 bar，南段减小0.1 bar；哀牢山断裂由于距离较远，库仑应力改变不是很明显，只有少许增加；2014年景谷地震所在断裂北段库仑应力减小0.1 bar，南段增加0.2 bar。综上所述，在2007年宁洱地震发生后，其发震断层右侧的磨黑断裂和把边江断裂的北段都处于库仑应力增加区域；发震断层左侧、景谷地震所在断裂的北段，库仑应力减小。

4 讨论

InSAR在监测过程中易受各种误差的影响，虽然本文在实验中已对各种误差进行了改正和削弱，但这些误差的影响在一定程度上仍然存在。尽管如此，但从InSAR形变残差结果来看，本文反演的参数结果还是具有较好的参考价值。最终得到的震源机制解如表 2所示，结合震中位置可以推断，发震断层为NNW向普洱断裂，倾向SW，破裂方式为右旋走滑为主兼具逆冲分量。与USGS和GCMT结果相比，破裂面走向与滑动方向基本一致，倾角偏小13°左右，震级相差不大；与张勇等^[7]的结果相比，倾角较接近，断层走向与滑动角偏小7°和13°。断层精细滑动分布具体数值如表 3所示，张勇等^[7]与本文得到的最大滑动量都为1.2 m，但地震矩M₀=5.51×10¹⁸ Nm(M_W6.4)远大于本文M₀=2.15×10¹⁸ Nm(M_W6.19)。张勇等^[7]选取了全球范围内20个台站的地震波资料，且地震波辐射具有方向性效应，所以台站数目不足、分布不均可能是导致其结果与本文(以及USGS和GCMT)结果相差较大的原因。鉴于此，用InSAR技术获取同震形变场得到反演结果可能更具可靠性。

如图 3所示，沙海军等^[2]在曼连-新平-太达一带以及杨晓平等^[6]在龙洞、昆鹅、砍柴河等地均考察到了地表裂缝与喷沙冒水点的存在，这与本文反演的断层上界线位置以及低相干区域很好地对应，说明地震破裂到地表引起了失相干现象。反演出的断层滑动分布(图 5)在近地表尤其是南段存在一定的滑动量，与图 2(a)中形变场南段干涉条纹不连续区域一致，但滑动并不连续且量级较小，该现象符合野外调查得到的地震断层没有明显出露地表^[1]但在震区存在地表裂缝^[6]的情况。钱晓东等^[5]研究表明，宁洱震区的高能量释放地与高视应力主要集中在主震的SW方向，所以本文推测，宁洱地震序列能量和视应力的空间分布不均，导致在形变场南段的形变较大，进而使地表产生裂缝引起失相干。

在分析库仑应力扰动对地震活动影响时，通常认为0.1 bar为显著触发作用的最低阈值^[18]，而到了0.5 bar就非常危险。由图 7可看出，除了距离较远的哀牢山断裂，其他断裂扰动值都在0.1 bar以上，但不超过0.5 bar，触发作用较明显。在宁洱地震右侧，磨黑断裂和把边江断裂的北段都处于库仑应力增加的正值区域，说明对未来地震可能有加速作用，南段则处于抑制区域。1979年的磨黑地震震中位于应力增加最大的区域，可能在磨黑6.8级地震后，该断裂北段再次处于应力积累、孕育地震的过程中，而宁洱地震加速了这一过程，未来具有再次发震的可能性；宁洱地震左侧，景谷地震震中位于断层库仑应力负值区域，说明宁洱地震发生后抑制了该断层的活动。两次地震间该区域未有5级以上的地震发生，说明该地区可能一直处于应力积累的过程，而2007年的宁洱地震释放了一部分能量。由此推测，如果没有宁洱地震，2014年的景谷地震可能会更早发生。此外，近年来无量山断裂带地震出现成组成丛趋势，可能预示着川滇菱形块体的西南主边界断裂带红河断裂及其附近应变积累达到较高水平，应特别注意该断裂历史地震空段发生7级以上地震的危险性。

宁洱地震作为一个浅源地震，本文得到的震源深度小于USGS和GCMT的结果，可能是由于该区域地震台网比较稀疏，对地震的深度约束较弱所致。该地震断层没有出露地表，只分布了一系列地表裂缝以及喷砂冒水点，如图 5所示，滑动分布到地表的量非常小。同时地震矩的释放由断层面中部向上逐渐递减，到地表已经非常微小，且与下层的递减相比，上层到顶部的递减明显具有突变性。该现象同Fialko等^[19]提到的年轻走滑断层在近地表破裂缺失的现象一致。普洱断裂为晚更新世-全新世的年轻活动断裂，该现象的发生可能是由于年轻走滑断层近地表在震间具有分布式非弹性形变的特点。因为该类断层最上层地壳只存在很小的弹性势能，不能参与弹性形变，使其滑动分布产生突变性，且无法大范围、连续地破裂到地表，进而也减小了由于震源较浅而引起较大破坏的可能。

5 结语

本文利用二轨差分D-InSAR获取了宁洱地震LOS向的同震形变场，得到最大LOS向形变为51.6 cm，并发现形变场南段失相干较严重；结合Okada弹性半空间位错模型反演了该地震的断层几何分布以及断层精细滑动分布，得到发震断层为NNW向普洱断裂，倾向SW，断层活动以右旋走滑为主，兼具逆冲分量，反演得到的震级为M_W6.19，略大于USGS(M_W6.1)、GCMT(M_W6.1)的结果；由宁洱地震周边断层的库仑应力场变化情况得出，磨黑断裂北段增加了0.4 bar，处于危险区域，而景谷地震所处位置为库仑应力负值区域，宁洱地震可能推迟了景谷地震发生时间；该次地震为浅源地震，但断层未出露地表，与野外调查结果一致。