2023, Vol. 43
2. 山东省地震局，济南市文化东路20号，250014;
3. 中国地震局第二监测中心，西安市西影路316号，710054
据中国地震台网测定，2022-09-05四川泸定县发生6.8级地震，震中位置29.59°N、102.08°E，震源深度16 km。此次地震发生在鲜水河断裂带附近，初步震源机制解显示为走滑型破裂。鲜水河断裂带位于青藏高原东部，是一条大型左旋走滑断裂，由甘孜向南经侏倭、炉霍、道孚、康定，最后延伸至泸定的磨西以南部分，呈略向NE向凸出的弧形[1-2]。由于采用的数据和方法不同，各机构和团队给出的断层震源机制解存在差异。张喆等(https://www.cea-igp.ac.cn/kydt/279423.html)利用矩心矩张量反演方法获得的最优模型结果显示，此次地震的标量矩震级为MW6.61，矩心深度为16.0 km；王卫民等(http://www.itpcas.cas.cn/new_kycg/new_kyjz/202209/t20220906_6509485.html)利用地震数据资料研究震源机制和震源破裂过程，得出此次地震类型为高倾角走滑型，地震矩为MW6.65，最大滑动量为192 cm，震源深度约13 km；王洵等(https://www.ief.ac.cn/kydts/info/2022/69528.html)采用IRIS远场波形资料进行研究，认为此次地震矩震级为6.7级，初始破裂点深度约为12.8 km，为高倾角左旋走滑型地震。USGS和GCMT的详细震源参数信息见表 1，区域构造背景见图 1。
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表 1 泸定MS6.8地震震源参数 Tab. 1 Source parameters of the Luding MS6.8 earthquake |
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图 1 区域构造背景 Fig. 1 Regional tectonic background |
选用Sentinel-1A中C波段SAR数据，极化方式为VV[3]，同时选择短时间基线，有助于保持干涉图的相干性，图像参数见表 2。首先采用SARscape软件进行数据处理，然后采用Goldstein滤波方法对去地形后的干涉图进行滤波处理，再采用最小费用流法实现绝对相位恢复，最后将SAR坐标系统结果投影到WGS-84地理坐标系中[3]。
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表 2 升降轨干涉影像参数 Tab. 2 Interference image parameters of ascending and descending |
D-InSAR反演的泸定地震升降轨InSAR干涉图和升降轨同震形变场见图 2、3。由图 2可见，发震区干涉条纹失相干现象严重。由图 3可见，形变场主要分布在震中区域，具有非对称分布特征，影响范围达60 km。其中，升轨干涉图的同震形变场显示，NW方向存在一个长约30 km的近长方形LOS向下沉区域，SE方向存在一个直径约18 km的近圆形上升区域，T26轨道显示最大沉降量约为10 cm，最大上升量约为12 cm。降轨干涉图与升轨干涉图的形变趋势相反，升轨干涉图的下沉区域在降轨干涉图中表现为上升，最大形变量约为9 cm；升轨干涉图的上升区域在降轨干涉图中表现为下沉，最大形变量约为18 cm[4]。根据升降轨成像几何模式可知，形变场的上、下盘呈现出不同的运动状态，说明地震引起的地表形变主要以水平运动为主，符合走滑断层地震的运动特征[5-6]。发震区域InSAR数据失相干严重，上升轨道近场信号噪声较大，升轨干涉对的空间基线为203.7 m，降轨干涉对的空间基线为49.3 m，升轨同震形变场存在形变异常区。为确定该形变异常区是否由相位解缠误差引起，参考韩炳权等[7]的多时相干涉结果发现，干涉对均存在上述形变异常区，说明相位解缠误差并不是引发形变异常区的因素。同时，结合光学影像数据发现，该异常区位于沟谷地带，区域形变信号与地形具有较强的相关性，因此形变异常区极可能是区域地形引起的大气误差(如聚集在沟谷上方的团雾等)所致[7]。基于此，本文最终采用降轨干涉对的形变场作为同震建模的数据源。
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图 2 InSAR升降轨干涉条纹图 Fig. 2 InSAR interference fringe pattern of ascending and descending |
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图 3 InSAR升降轨同震形变场(LOS方向) Fig. 3 InSAR coseismic deformation field of ascending and descending (LOS direction) |
本文在InSAR同震形变分析结果的基础上，首先利用Okada弹性半空间位错模型反演发震断层的几何参数[7-9]，然后基于约束条件下的最小二乘原理及最速下降法进一步反演震源断层破裂面上的滑动分布特征。
由于InSAR同震形变场数据量庞大，在空间上高度相关，因此在获取断层几何参数之前，需要对干涉图进行降采样处理，获取合适的InSAR形变数据集[3]。在采样过程中，为了增加震中附近区域的采样点密度、减少远离震中区域的采样点密度，采用均匀矢量网格对降轨形变场进行降采样处理，共得到5 680个降轨形变数据点(图 4)。基于降采样InSAR视线向形变数据的点位形变场结果，结合GCMT推荐的断层几何参数设置搜索间隔，断层走向设置为120°~200°，断层长宽和位置根据InSAR形变场特征确定，断层顶部深度设置为0~20 km，断层滑动角设置为-30°~30°，断层倾角根据区域构造背景设置为30°~90°。将非线性反演得到的均匀滑动断层几何参数引入到线性反演模型中，均匀反演得到的断层参数见表 3。降轨形变场采样及反演残差见图 5。由图可见，模拟结果与反演结果的拟合度较好。
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图 4 降轨形变场采样点 Fig. 4 Sampling points of descending deformation field |
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表 3 均匀滑动反演断层参数 Tab. 3 Fault parameters by uniform slip inversion |
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图 5 降轨形变场采样及反演残差 Fig. 5 Sampling and inversion residuals of descending deformation field |
为获取断层面上的精细滑动分布，将固定滑动角设置为169°，矩形断层面的长度(沿走向)和宽度(沿倾向)分别延长至80 km和50 km，走向和倾角细分为2 km×2 km，阻尼系数设置为0.02[3]，所得结果见图 6。由图可见，断层同震错动以左旋走滑为主，同时具有少许逆冲分量。地震宏观震中为102.28°E、29.59°N，矩震级为MW6.9，同震滑动主要集中在6~24 km深度，断层最大滑动量约为2.5 m，位于地下约16 km处。断层在近地表处滑动量较小，说明同震错动未破裂至地表[6]。由表 1可见，张喆等、王卫民等、王洵等的研究成果与本文InSAR反演结果相差不大，证明了本文滑动分布的合理性。
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图 6 同震滑动分布 Fig. 6 Coseismic slip distribution |
获得的同震形变场和断层滑动分布表明，青藏高原东南缘的顺时针旋转对区域断层运动方式具有控制作用。从构造单元上看，泸定地震发生在鲜水河断裂带西侧，震中所处的构造力学环境为NWW-SEE向挤压、NNE-SSW向拉张的走滑型应力结构，反演确定的震源机制与鲜水河断层的运动性质一致，初步判定此次泸定地震发震断层为鲜水河断裂。
强震发生后，区域应力场随同震断层错动发生改变，引起的库仑应力变化对余震的时空分布研究具有参考意义。本文基于分层半无限空间粘弹性地壳介质模型[6]，运用Coulomb3.3软件包进行库仑应力分析。处理过程中，将泊松比设置为0.25，摩擦系数设置为0.4，分别计算10 km、16 km深度处泸定地震引起的库仑应力变化[5]。静态库仑应力计算结果显示(图 7)，鲜水河断裂南段和安宁河断裂北端的库仑应力显著增加，鲜水河断裂带上应力加载最大值达0.5 bar，库仑应力的改变量大于0.1 bar，对余震发生的位置有所影响，库仑应力增加区域的地震危险性更大[6]。因此，鲜水河断裂南段和安宁河断裂北端的强震趋势值得关注。
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图 7 泸定地震引起的邻近区域静态库仑应力变化 Fig. 7 Static Coulomb stress changes in neighboring regions caused by the Luding earthquake |
1) 升轨同震形变场因干涉对失相干严重，存在形变异常区。将降轨形变场作为同震建模的数据源，结果表明，形变场以左旋走滑为主，同时具有少量逆冲分量，形变主要位于6~24 km深度，最大滑动量约为2.5 m，位于16 km深度处，反演的矩震级为MW6.9。其他地震学方法反演得到的震源机制与本文反演结果相近。
2) 从区域应变分配和构造动力背景上看，泸定地震发生在鲜水河断裂带西侧。结合发震断层的几何产状和运动性质可知，反演确定的震源机制与鲜水河断层的运动性质一致，因此认为此次泸定地震的发震断层为鲜水河断裂。
3) 此次泸定地震引起的不同深度上的库仑应力变化结果表明，鲜水河断裂南段和安宁河断裂北端的强震趋势值得关注。
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2. Shandong Earthquake Agency, 20 East-Wenhua Road, Ji'nan 250014, China;
3. The Second Monitoring and Application Center, CEA, 316 Xiying Road, Xi'an 710054, China