位于青藏高原东缘的鲜水河断裂带是分割川滇块体与巴颜喀拉块体的一条呈弧形、以左旋走滑为主的全新世大型活动断裂带^[1](图 1)，在青藏高原东部晚新生代地壳变形中起着重要的调节作用。鲜水河断裂全长超过300 km，具有雁列组合和断层弯曲的几何特征^[2]，地震活动性强，自1725年以来，断裂带发生M6.0以上地震22次，其中M7.0以上地震8次^[3]，2014-11-22康定M6.3地震^[4]是距今最近的一次强震。由于鲜水河断裂带在研究青藏高原动力学模式中的特殊作用，对其形变特征的研究在评估区域地震灾害和地震风险中具有重要意义。

鲜水河断裂带现今形变特征与滑动速率一直是地学界的研究热点。用地质学方法推算鲜水河断裂带的现今滑动速率在5~15 mm/a之间，且分段特征明显^{[1-2, 5-7]}。通过GPS或水准测量方法得到鲜水河断裂带北西段的滑动速率在8~15 mm/a之间，南段则在5~14 mm/a左右^{[6, 8-11]}。InSAR计算结果表明，鲜水河断裂带北西段现今滑动速率为9~12 mm/a左右^[12]。

由于GPS点分布稀疏，难以获取断层附近的精细形变特征^[10]。而近年来，随着InSAR技术的不断发展，其在大范围地形复杂区域震间形变提取方面取得了较多成果^[13]。本文基于欧空局Sentinel-1卫星影像资料，利用InSAR技术处理获取鲜水河断裂带2015~2018年的平均地壳形变速率场。

1 InSAR震间形变速率场 1.1 SAR影像与InSAR数据处理

采用来自2个相邻轨道的降轨Sentinel-1影像数据分析鲜水河断裂带震间形变，轨道号分别为33和135(图 1)。从每个轨道选取3个Frame进行拼接，并提取出公共覆盖区域形成一系列SAR影像，影像东西向覆盖约460 km，南北向覆盖约480 km，时间跨度为2014-10~2018-03，共53景(同一轨道不同Frame拼接后视为1景)，数据基本信息见表 1。InSAR数据处理采用GAMMA商业软件平台，由于Sentinel-1影像采用TOPS成像模式，其对方位向配准精度要求非常高(千分之一像元)，因此本文采用增强频谱分集方法来保证配准精度^[14]，同时引入NASA发布的30 m空间分辨率的SRTM DEM作为外部地形信息辅助配准。主影像的选取使用三差原则，利用两轨法生成差分干涉图，使用SRTM DEM模拟并消除地形相位。考虑到研究区域植被茂盛、气候多变，干涉图相干性低，需要对干涉图进行多视及滤波处理。多视因子设置为120:30，即像元分辨率为420 m×420 m，采用Goldstein滤波^[15]进一步提高相干性。相位解缠采用基于Delaunay三角网的最小费用网络流算法，仅解缠相干系数大于0.6的像元，解缠起始点选取在断裂附近。使用远场数据进行二次多项式拟合去除残余形变场中的轨道误差等非构造变形信号^[16]。对于大气相位延迟引起的误差，使用GACOS在线气象模型进行估计，并从干涉图中去除^[17]。对于残留的大气湍流层延迟，根据其空间相关时间不相关的时空域特性，采用时间域高通滤波和空间域低通滤波进行估计并削弱。

干涉对选取时需考虑空间基线和时间基线的影响。一方面，由于研究区域地形复杂，较大的外部DEM误差会对形变信号产生干扰，而DEM误差对形变监测的影响与垂直基线成正比，因此需要使用短空间基线抑制DEM误差。另一方面，短时间间隔干涉图包含的构造变形信号较弱，无法有效反映断层的震间运动。因此，在干涉图选取时需要同时限定空间基线和时间基线，本文限定垂直基线小于100 m，时间间隔不小于300 d。同时，考虑到2014-11-22研究区域内发生康定M6.3地震，为避免同震影响，只选取2015年以后的SAR影像参与计算，得到31幅干涉图，用于计算震间形变(图 2)。最后采用π-RATE软件包计算鲜水河断裂带的平均地壳形变速率场。综合数据处理流程如图 3所示。

1.2 InSAR速率场

图 4是利用π-RATE软件处理得到的鲜水河断裂带2个相邻轨道2015~2018年平均地壳形变速率图(雷达视线(LOS)方向)。可以看出，path33轨道结果的整体相干较高，这是因为该轨道数据量更多且区域地形及气候条件更好。path33轨道数据覆盖了甘孜-玉树断裂带东段以及鲜水河断裂带北西段部分断裂，速率场显示断裂两侧存在明显的远场差异运动，红色和品红色为负值，表示远离卫星运动，黄色和绿色为正值，表示靠近卫星运动。结合本文使用的Sentinel-1数据为降轨右视可知，断层运动性质为左旋，与现有研究结果一致。path135轨道数据覆盖了鲜水河断裂带炉霍段至康定段，形变速率图显示断层两侧同样存在明显的远场差异运动，且在2014-11康定M6.3地震附近存在一个明显的高速运动区。除此之外，2个轨道的形变速率场在距离断层上百公里以外存在一些形变特征与断层左旋走滑特性不一致的现象，可能是由误差或其他与鲜水河断裂带不相关的地表运动引起的。

由于鲜水河断裂是以左旋走滑为主的断层，因此，忽略其垂向运动分量，通过雷达入射角(θ)、雷达视线方位角(α)和断层走向(β)，可将雷达视线方向形变速率(D_LOS)转换为断层平行方向速率(D_fault)^[18](式(1))，计算时考虑雷达入射角随经度的变化：

$ D_{\rm fault} = D_{\rm LOS}/\left[ {\sin\left( \theta \right)\cdot \cos\left( {\alpha - \beta } \right)} \right] $

(1)

而后将path33和path135轨道断层平行方向的形变场进行拼接。拼接前首先保证2个轨道速率图都通过地理编码转到WGS-84坐标系，计算所有重叠点形变速率与2个轨道在该点平均速率的差值，统计差值的平均值为-0.1 mm/a和0.1 mm/a，作为2个轨道形变速率的整体偏移量。拼接时不重叠的点各自保留，重叠的点取2个轨道速率的平均值，最终得到鲜水河断裂2015~2018年的沿断层平行方向的震间平均地壳形变速率场(图 5)。

2 InSAR速率场精度评定 2.1 相邻轨道重叠区域精度评定

通过统计2个轨道独立观测的SAR数据结果间重叠点差值，可以验证InSAR结果之间的一致性。图 6为path33和path135相邻轨道重叠区形变速率的差值直方图，红色实线为直方图的最佳高斯拟合曲线，σ为高斯拟合的标准差。直方图统计结果显示，2组相邻轨道重叠点速率差值符合正态分布，速率差值标准差为2.0 mm/a，可认为是单一轨道形变速率不确定性的2^0.5倍^[19]，即单一轨道的不确定性为1.41 mm/a，表明了InSAR监测结果的可靠性。

2.2 InSAR与GPS数据对比

将具有N、E、U方向运动速率的GPS点投影到雷达视线方向上与InSAR结果对比。为分析垂直形变影响，将对比分为2组：1)将GPS的N、E、U方向速率均投影到雷达视线方向；2)仅将GPS的N和E方向投影到雷达视线方向，通过减去平均值的方法校正GPS与InSAR速率间的整体偏移量。统计得到2组GPS速率与InSAR结果差值的标准差分别为1.90 mm/a与1.91 mm/a，说明研究区域内垂向形变对InSAR监测结果影响很小。为了更直观地反映InSAR与GPS间的关系，绘制图 7所示的散点图。图中，蓝色和红色直线分别为2组结果的拟合函数，其斜率分别为0.95和1.18，接近正比例函数(灰色直线)，表明InSAR与GPS监测结果具有较好的一致性。

3 讨论

为进一步定量分析鲜水河断裂带不同段落的速率变化特性，选取侏倭、格篓、虾拉沱、沟普、龙灯坝、老乾宁等6处跨断层场地，提取其两侧InSAR速率(断层平行方向)剖线，剖线宽度5 km，长度100 km(图 5中剖线a-f)，得到如图 8(a)~(f)所示的6条剖线，同时提取剖面附近的GPS速率^[12]并将其投影至断层平行方向后叠加到InSAR剖线图上。从图 8可以看出，path33和path135轨道InSAR监测结果之间以及与GPS监测结果间均具有较好的一致性，能够较完整地反映断层两侧的运动差异，自北向南6处剖线对应的平行断层方向运动速率分别为11 mm/a、10 mm/a、11 mm/a、9 mm/a、9 mm/a、7 mm/a，与现有大地测量结果比较一致。跨断层剖线结果还表明，断层运动速率自北向南存在递减趋势。最后，为分析2014年M6.3康定地震震后效应影响，提取康定地震震中位置附近(图 5(g))的InSAR速率剖线并叠加GPS监测结果，得到图 8(g)所示的剖线。剖线显示，受震后余滑效应影响，断层在该处最大滑动速率达到约15 mm/a，明显高于断层其他段落，且影响主要集中在断层北侧近场区域。

4 结语

本文基于欧空局提供的Sentinel-1 SAR影像2个轨道数据，利用InSAR技术获取鲜水河断裂带2015~2018年的震间形变速率场，结果具有较好的相干性与较高的空间分辨率。精度评定结果显示，InSAR监测结果可靠性较高且与GPS监测结果具有很好的一致性。形变速率图显示，鲜水河断裂具有明显的左旋走滑运动特性，从断层不同位置的跨断层剖线看出，断层整体滑动速率约为7~11 mm/a，且自北向南存在递减趋势，在2014-11 M6.3康定地震附近，由于受到震后影响，滑动速率最大达到约15 mm/a。

致谢: 感谢广东工业大学土木与交通工程学院王华教授提供π-RATE程序包。