九寨沟地震发生在青藏高原东北缘、巴颜喀拉地块东部和华南地块交界处(图 1(a))，断层交错，地质结构复杂。巴颜喀拉地块是青藏高原近年来活动构造最强烈的次级地块^[1]。图 1(a)中GPS速度场表明，在印度板块北向运动的挤压下，青藏高原东北部的巴颜喀拉块体向四川、云南发生扭转，与柴达木地块及华南地块发生碰撞，速率自西向东呈逐渐减小趋势^[2-4]。可以初步判定，九寨沟地震是一次以左旋为主的地震破裂事件。从图 1(b)中余震重定位数据可以看出，余震长轴为北西向，与虎牙断裂的北向延伸线重合。已有研究结果表明，九寨沟地震发生在虎牙断裂北部的隐伏断裂上^[5]。图 1(c)中余震剖面表明，余震分布近乎垂直，可以初步认定此次地震事件的发震断层面为大倾角。

光盖山-迭山断裂(GGS-DSF); 白龙江断裂(BLJF); 东昆仑断裂(DKLF); 龙日坝断裂(LRBF); 岷江断裂(MJF); 塔藏北断裂(TZF-N); 塔藏断裂(TZF); 虎牙断裂(HYF) 图 1 九寨沟MS7.0地震震中及余震分布 Fig. 1 Locationmap of Jiuzhaigou MS7.0 earthquake epicenter and aftershocks

地震发生后，不少团队通过欧空局哨兵1A遥感卫星获取的InSAR数据计算震中形变场，并反演出地震的滑动分布。由于受大气误差、DEM误差、断层模型简化等因素的影响，最后的结果不可避免地带有一定的误差^[6-7]。此外，在数据处理过程中虽然可以利用设置相干性阈值的方法将相干性小的像元过滤掉，但相干性阈值的设置同样有待商榷。针对上述问题，本文对形变区的相干系数进行统计分析，进而确定相干性阈值，并利用GACOS(general atmospheric correction on-line service)数据对形变场进行大气校正，利用校正后的形变场反演断层滑动分布，探讨GACOS数据的改正效果，并根据反演结果初步厘清九寨沟地震的发震构造及形成机制。

本文利用两景升轨哨兵1A数据来获取震区形变场，影像时间分别为2017-07-30和2017-08-11，时间间隔为12 d，垂直基线为35 m，能够最大程度地减少时空失相干，且震后影像和地震时间只相隔3 d，能够避免余震对同震形变场的影响。外部DEM利用美国宇航局发布的SRTM-1″，其水平分辨率为30 m，高程精度为10 m，能有效去除干涉图中的地形影响。对距离向、方位向分别作8视和2视的多视处理，有效降低干涉图中的噪声。相位解缠采用最小费用流(MCF)算法，初次解算的相干性阈值设置为0.2，解算的形变场及相干性结果如图 2所示。

图 2 九寨沟地震升轨同震形变场及相干性 Fig. 2 Coseismic deformation field and coherence of the ascending orbit of Jiuzhaigou earthquake

图 2(a)显示，主要形变区位于塔藏断裂以西，形变场范围约60 km×60 km，形变场长轴为北西向。沉降区主要位于震中西北方向，视线向最大沉降量22 cm；隆升区位于震中西南方向，视线向最大隆升量12 cm。从图 2(b)可以看出，干涉图呈蝴蝶形态，其对称轴为经过震中的北西向形变长轴，西侧形变明显(约有8个周期的形变条纹)，东侧形变较弱不足1个周期，北侧的“翅膀”较大，南侧“翅膀”较小，为典型的走滑事件。图 2(c)为形变场对应的相干系数，对剖面A1-A4、B1-B4的相干系数进行统计分析，结果如图 3所示。从图 3可以看出，相干系数频率在0.35处发生骤降，说明绝大部分噪声区域的相干系数小于0.35，故以0.35作为相干性阈值，重新解算九寨沟地震同震形变场。

图 3 相干系数统计结果 Fig. 3 Statistical results of coherence coefficient

GACOS是英国纽卡斯尔大学李振洪教授团队开发的一款InSAR大气校正产品，利用迭代分解(ITD)模型^[8]从对流层延迟中分离分层和湍流信号，并生成高空间分辨率天顶总延迟映射，用于纠正InSAR形变场。该产品数据的空间分辨率为0.125°，时间分辨率为6 h，并据此内插出时空分辨率分别为1 min和30″的大气校正数据。实践证明，该数据应用效果较好^[9]。通过下载九寨沟地区两景升轨数据所对应的GACOS数据对升轨形变场进行校正，结果如图 4所示。

图 4 大气校正效果示意图 Fig. 4 Atmospheric correction effect

图 4(a)中，InSAR升轨同震LOS向形变场1、2、3区域有明显的大气效应，表现为形变场不均匀、不连续，同震隆升区向外延伸范围大，与单新建等^[6]利用GAMMA软件获得的结果一致。图 4(b)为大气校正后的同震形变场，从形变场分布可看出，区域1、2、3的大气效应得到一定改善。图 4(c)和图 4(d)为剖面C1-C2、D1-D2的改正效果图，C1-C2贯穿形变中心，校正后的形变场在剖面C1-C2上有约1 cm的下沉；D1-D2由隆升中心向形变场西南延伸，校正后的形变场在剖面D1-D2西南边缘有约2 cm的下沉，在隆升中心下沉量逐步缩小为1 cm，在东北方向又逐渐扩大到1.5 cm，校正后的形变场在远场区域更接近于0，符合实际情况。经统计发现，LOS向最大下沉每增加1 cm，最大隆升减小1.3 cm，平均形变值减小1.5 cm。为进一步检验改正后形变场的可靠性，对改正前后的形变场分别进行四叉树降采样，采样阈值设置为2 cm。考虑到大气校正对远场的改正效果比较明显，故对远场进行均匀降采样以保证远场有足够数量的点参与反演，再以此形变场为约束反演发震断层的滑动分布。

根据图 1中的余震剖面及谢祖军等^[10]的研究结果，将断层倾角搜索范围设置为60°~90°，步长为1°，断层平面为40 km×24 km，子网格为2 km×2 km，断层方位角为150°左右。使用SDM反演程序进行滑动分布反演^[11]，考虑到地质分层的影响，在反演过程中通过CRUST1.0提供的地壳垂直分层参数计算格林函数。通过残差均方根(RMSE)与断层方位角的变化关系，确定断层地表迹线的平均走向为151°，由Misfit值与粗糙度的关系确定平滑因子为0.08。大气校正前后的反演结果如表 1所示，具体滑动分布见图 5(大气校正前后的滑动分布图差别较小，仅显示校正后的结果)。

图 5 九寨沟MS7.0地震滑动分布 Fig. 5 Slip distribution of Jiuzhaigou MS7.0 earthquake

表 1 Tab. 1

表 1 大气校正前后的反演结果 Tab. 1 Inversion results before and after atmospheric correction 大气校正 震级MW 深度/km 倾角/(°) 滑动参数 残差/m 平均滑动量/m 最大滑动量/m 滑动角/(°) 均方根 最大 最小 校正前 6.51 6.91 80 0.23 0.93 -0.16 0.024 0.081 -0.108 校正后 6.51 6.91 80 0.23 0.90 -0.53 0.022 0.074 -0.096

表 1 大气校正前后的反演结果 Tab. 1 Inversion results before and after atmospheric correction

GACOS大气校正前后的反演结果均显示，九寨沟M_S7.0地震是一次左旋走滑地震，矩震级为6.5，矩心深度为6.9 km，断层面倾角为80°，与哈佛大学全球矩张量解(GCMT)和美国地质调查局(USGS)的结果基本一致。最大滑动量为0.9 m，破裂主要集中在地表以下1~20 km, 滑动方向由上向下逐渐转为水平，破裂形态和面积与谢祖军等^[10]利用小波变换模拟退火有限断层反演方法得出的结果基本一致。虽然大气校正前后LOS向形变场反演的滑动分布结果相差不大，但残差均方根、最大残差、最小残差的结果均有所减小，说明GACOS大气校正有一定的效果。为进一步检验大气校正对断层滑动分布的影响，逐步加大原形变场中的改正值来模拟反演结果。实验发现，改正均值每增加5 cm，反演的矩震级增加约0.01，矩心深度增加约1 km，滑动破裂范围相应地向外扩张，残差均方根也有所增大，表明大气校正的效果不仅体现为残差均方根的减小，震源参数和破裂范围也会发生改变。由于本次地震事件的升轨形变场对应的大气改正值较小，对滑动分布反演结果的影响也较小。

图 6为九寨沟M_S7.0地震LOS向近场形变拟合情况。对比图 6(a)、图 6(d)与图 6(b)、图 6(e)可以看出，真实形变结果在发震断层地表迹线两侧的形变值改变较为平缓，而模拟的形变结果在断层两侧发生突变，这可能与断层两侧的介质结构存在差异有关，也可能是断层简化后产生的结果。LOS向形变场残差比较均匀，拟合较好，只有断层迹线上及远离震中、岷江断裂西北侧的点位残差稍大，再次证明发震断层并非呈线状，而应是呈条带状的复合断层。对比图 6(c)及图 6(f)中岷江断裂西北侧远场残差发现，图 6(f)中的残差整体较小，大气效应得到改善。另外，在岷江断裂东侧有一条与岷江断裂平行的残差较大的南北向拟合条带，考虑到发震断层地表迹线附近残差相对较大，后续有必要改变发震断层的形态或数量，进一步减小InSAR观测结果的拟合残差值。

图 6 LOS向形变场拟合情况 Fig. 6 The fitting condition of LOS deformation field

本文的研究表明，九寨沟地震是一次以左旋走滑为主的地震事件，发震断层位于虎牙断裂的北西向延长线上，断层倾向为南西向，倾角为80°，与USGS、GCMT、单新建等^[6]的研究结果一致；断层性质与岷江断裂及塔藏断裂差异较大，断层倾向与季灵运等^[7]的InSAR结果也不一致。断层倾向不同的原因可能是季灵运等^[7]利用的是组合断层面反演的结果，本文与单新建等^[6]利用的是单一断层面反演的结果，两者的矩心深度存在较大差距，分别为6~8 km和8~10 km。参考谢祖军等^[10]利用余震序列定位结果、震源机制解及地表断层踪迹等数据构建的九寨沟地震发震断层三维模型可知，在2~8 km深度范围内，发震断层节面呈南西倾向，向下延伸至8~20 km深度范围时断层面逐渐过渡为北东倾向, 但在其北西段再次过渡为南西倾向, 表明InSAR反演的断层倾向可能为矩心深度所在节面的断层特征。以上研究进一步说明，九寨沟地震所处位置的地质构造复杂，反演过程中断层形状设置与真实情况之间的差异会导致断层倾角的微小差别。基于InSAR数据反演的断层倾角反映的是矩心深度处的局部信息，优化断层结构能够提高滑动反演结果的可靠性，基本可以判定九寨沟地震发震断层的垂直、走滑特性与虎牙断裂北段的性质一致，为虎牙断裂北西向延伸的结果。

孙建宝等^[12]利用地震破裂模型与三维大地电磁反演结果对比发现，中下地壳低阻的粘性流体在虎牙断裂南段仅存在于断裂以西，而在虎牙断裂北段则扩散到断裂以东，粘性流体的差异性分布能够很好地解释虎牙断裂的南北差异及发震断层节面的不规则变化。从余震分布及断层破裂反演结果可以看出，九寨沟M_S7.0地震贯通了虎牙断裂和东昆仑断裂东段的断层空区，应力积累得到释放，今后一段时间内此区域发生地震的可能性不大，但厘清虎牙断裂北端与岷江断裂、塔藏断裂交汇处的地质构造特征和力学转换机制，对后续的地震危险性分析仍具有重要意义。

1) 通过InSAR技术获取山区的同震形变场，容易受植被生长、地形起伏、局部形变过大等影响造成失相干，在干涉图上表现为噪声斑点。统计发现，噪声斑点的相干性明显低于无噪声区，利用这一特点可以科学地设置InSAR数据处理中的相干性阈值，将相干性低的噪声点隔离出去。

2) 利用GACOS数据去除九寨沟升轨InSAR形变场具有良好的效果，对反演发震断层的参数及滑动分布影响较小，且局部形变场的拟合残差变小，表明经过大气校正后的LOS向形变场局部精度得到提高，但GACOS的校正效果是否具有普适性仍需更多的地震事件来检验。

3) 九寨沟地震发生在虎牙断裂北向延伸处，反演结果显示，这是一次以走滑为主的地震破裂事件，发震断层近乎垂直，矩震级为6.5，同震破裂集中在地表以下1~20 km，最大滑动量为0.9 m，矩心深度为6~8 km。发震断层在不同深度的倾角不同，InSAR反演结果反映的是局部断层信息，中下地壳粘性介质的分布差异是导致虎牙断裂断层倾角变化的主要原因。

致谢: 感谢欧空局(ESA)提供哨兵1A数据，四川省地震局龙锋提供余震重定位数据，德国波茨坦地学研究中心汪荣江教授提供SDM反演程序包，在此一并表示感谢。