新生代以来，印度板块以40~50 mm/a的速率挤入欧亚板块(Burtman and Molnar， 1993; Molnar and Tapponnier， 1975)，造成欧亚大陆内部广泛变形(丁国瑜和卢演俦，1986)，其中帕米尔高原就吸收了10~15 mm/a的汇聚形变(Yang et al., 2008; Zubovich et al., 2010; Ischuk et al., 2013)，高原内山体大幅度隆升，挤压推覆构造发育，地震频繁(图 1).在帕米尔东北缘、西南天山及塔里木盆地的交汇区(PAmir，Southen Tianshan及Tarim Basin，简称PAST)，构造变形强烈，分布有塔拉斯—费尔干纳、西昆仑、托特拱拜孜及卡兹克阿尔特等活动断层(活动褶皱)，这些大型断层对内陆造山具有控制作用(Robinson et al., 2013)，也是区域地震活动的主导因素，但长期以来，活动断层的破裂方式一直未得到全面研究.2008年10月5日我国与吉尔吉斯斯坦交界处发生M_S6.8级强震，但国内外机构的研究在主震震源参数测定上存在一定差异(表 1)，主余震测定也有不同(陈建波等，2009; 苏金蓉等，2013)，更重要的是此次乌恰地震的构造意义还缺乏深入分析.因此，我们利用InSAR获取的本次地震同震形变场，反演震源参数及发震断层滑移分布，并以此探讨西南天山及帕米尔北缘浅源地震的成因和机理.

图 1 帕米尔东北缘、南天山及塔里木盆地及邻区地形、断层、GPS速度场及InSAR数据分布 绿色方框为ALOS SAR数据覆盖区域，黑色方框为PAST地区(见图 6). Fig. 1 Distribution map of topography，faults，GPS velocity and InSAR data in the north-east of Pamir Plateau，the south Tianshan，the Tarim Basin and surrounding areas The green box is the coverage of ALOS SAR data. The black rectangle presents the PAST region(see Fig. 6).

表 1(Table 1)

表 1 2008年10月5日乌恰地震震源机制解统计 Table 1 Statics of different focal mechanism solutions for the Oct. 5，2008 Mw6.7 Wuqia earthquake 单位/研究者 震中/(°) (经度，纬度) 地震矩 (N·m) 震级 深度/km 节面I/(°) 节面II/(°) 走向，倾向，滑动角 走向，倾向，滑动角 GCMT 73.64，39.50 1.4×1019 Mw6.7 12 246，38，78 82，53，99 NEIC 73.824，39.533 1.0×1019 Mw6.6 10 262，46，102 65，45，78 唐兰兰等(2012) 73.90，39.51 (无) Mw6.4 33 255，20，90 75，70，90 苏金蓉等(2013) 73.8，39.5 0.81×1019 Mw6.54 7.4 260，50，105 57，43，75 CENC 73.67，39.58 (无) Ms7.0 27 (无) (无) 本文 73.804，39.534 0.89×1019 Mw6.6 5 (无) 46，48，90

表 1 2008年10月5日乌恰地震震源机制解统计 Table 1 Statics of different focal mechanism solutions for the Oct. 5，2008 Mw6.7 Wuqia earthquake

地质构造研究表明，PAST交汇区是第四纪及现今的活动变形主要集中区之一(Burtman and Molnar， 1993; 陈杰等，2011)，因此是强震多发区(图 1).地震野外考察表明，本次地震发生在帕米尔北缘的卡兹克阿尔特弧形活动褶皱-逆断裂带上(陈建波等，2009)，由多个向北逆冲的次级推覆体及其间的横向撕裂断层组成，包括乌合沙鲁断裂、卡兹克阿尔特断裂和乌帕尔压扭断裂(陈杰等，1997; 沈军等，2011)等，属帕米尔弧形造山带的前缘部分，卡兹克阿尔特断裂位于帕米尔北缘弧形推覆构造带东段前缘，主要走向为北北西向，长265 km左右，以逆掩推覆为主，断层面西倾，倾角15°~30°，是昆仑山山前推覆构造前缘的铲状断层，是乌恰1985年8月23日7.1级地震及1993年6.2级地震的发震构造.断裂西段位于乌恰谷地中部，谷地的北部和南部边界分别发育肯别尔特断裂和乌合沙鲁断裂(沈军等，2011).其中，乌合沙鲁断裂位于南天山山前卡巴加特复背斜北翼，是受印度板块北挤形成的向北突出的弧形断裂，长140 km，断裂为卡兹克阿尔特弧前缘最新形变的断层，野外考察表明，乌合沙鲁断裂是本次地震的发震断层(陈建波等，2009).

震源机制解的结果表明，帕米尔北缘卡兹克阿尔特断裂带以浅源地震为主，在弧形活动褶皱-逆断裂带的中、东部，地震以逆冲推覆为主，并有部分走滑地震，发震机理较明确；而在兴都库什地区则以中源地震为主，地震以走滑为主，但也有逆冲和正断层地震，表明构造活动较复杂(Burtman and Molnar， 1993; 唐兰兰等，2012；Fan et al., 1994；楼小挺等，2007).

GPS的研究结果表明，天山地区地壳运动的基本特征为南北向挤压，横跨天山的GPS测站相对哈萨克地台的位移速率由南往北递减，沿天山由西往东递减，天山东部(84°E—88°E)总缩短速率约5~ 10 mm/a，仅为西天山缩短速率20 mm/a的20%~50%，塔拉斯—费尔干纳断裂的滑移速率仅为1~4 mm/a，而近东西走向、低倾角的山前主滑脱断层的滑动速率在西南天山达10~13 mm/a，境外北天山为6~12 mm/a，东天山为2~5 mm/a. GPS速度场显示天山南北向汇聚变形分布不均匀，天山内部缩短变形相对较小，其两侧山盆交接地带的变形占总汇聚变形的80%~90%(Yang et al., 2008).帕米尔北缘弧形推覆构造带以10~15 mm/a的速度逆掩阿莱谷地(Zubovich et al., 2010)；帕米尔高原内部南北向缩短不明显，但东西向存在5~10 mm/a的拉张(Ischuk et al., 2013).图 1显示，PAST交汇区的形变量以10~15 mm/a的NS运动为主，兼具微小的EW向运动. 3 InSAR观测及结果

利用InSAR技术获取地震的同震形变场，并开展震源机制的研究，已经在国内外得到广泛应用(Massonnet et al., 1993; 单新建等，2002；Lohman and Simons， 2005; Wang et al., 2011; Salvi et al., 2012; Weston et al., 2012). 由于乌恰地震发生在海拔4500~5000 m左右的高原山区，积雪和冰川覆盖较多，比较适合L波段的InSAR测量，因此我们选择了日本ALOS卫星的Palsar遥感图像(表 2).为了确保结果的可靠性，我们分别选择了最短的时间基线和空间基线两对图像获取同震形变场.

表 2(Table 2)

表 2 ALOS 数据信息(轨道: 527，景: 780) Table 2 ALOS SAR data information(Track:527，Frame:780) 编号 主像日期 辅像日期 间隔/天 垂直基线/m A 20080702 20090820 413 90 B 20081002 20081117 46 492

表 2 ALOS 数据信息(轨道: 527，景: 780) Table 2 ALOS SAR data information(Track:527，Frame:780)

InSAR数据处理软件使用美国JPL研发的ROI_PAC软件，该软件为开源软件，从原始(Level-0级)数据处理，与之配套的各种预处理及后续研究软件非常丰富，用户人数较多，因此广泛地应用于形变监测及研究(www.roipac.org〖2013-08-25〗).

ALOS卫星的精密轨道已包含于原始观测数据中，DEM模型为美国宇航局NASA发布的SRTM数字高程模型，用来消除地形，模型的地面分辨率为3 s，垂直和水平精度分别为16 m和20 m，InSAR处理中距离向与方位向按2×10进行多视处理，并利用加权功率谱法进行滤波生成干涉图(Goldstein and Werner， 1998)，相位解缠由斯坦福大学研发的SNAPHU程序完成(Chen and Zebker， 2006)，该程序以统计学为基础，先利用精密轨道参数计算各点的概略位置，然后结合各像素点的相干性，从相干性高的点逐步递推至周边，以最大后验概率求取最佳相位值，可以完整地获得整幅干涉图的解缠相位，并获得地理编码后的沿卫星视线方向(LOS)形变场(图 2).

图 2 InSAR同震LOS形变场(左右图像分别对应表 2中A与B) Fig. 2 The coseismic deformation map of LOS from InSAR(The left and right image correspond to A and B of Table 2)

同震LOS形变场(图 2)表明，两对干涉图像的模式相似，西北侧(下盘)表现为下沉，A和B的最大形变量分别为39 cm和35 cm，说明结果基本一致；但由于受到地形和积雪(冰川)的影响，即使采用了较短的时间和垂直基线，仍然无法全面地获取地震的同震形变场，尤其是在震区的东南侧(上盘).为了更好地对同震形变场进行约束，我们利用多孔径雷达干涉(MAI)方法(Bechor and Zebker， 2006)，获得了一组沿卫星方位向(Azimuth)的形变场及不同剖面的形变分布(图 3)，图像清晰地显示了地震引起的局部地表形变分布特征.

图 3 SAR同震方位向形变场(图像对：20081002/20081117)右下图中黑色虚线为推测的地表破裂，右上角插图为剖面AA′，BB′及CC′的同震方位向形变量. Fig. 3 Coseismic deformation of azimuth direction from MAI SAR(SAR pair:20081002/20081117)The black dotted line indicates the surface rupture trace. The right-top insert map means the coseismic azimuth offsets of three profiles AA′，BB′ and CC′ across the surface rupture trace.

根据哈佛大学CMT及USGS NEIC发布的震 源机制解(表 1)，结合同震形变场(图 2，图 3)显示的破裂 走向及LOS形变方向，可初步确定乌恰地震 为逆断为主的破裂事件，断层走向为NNE，倾向为SSE.

设InSAR观测的地表形变量为d，断层面上的滑移量为s，两者的关系为

我们采用Okada的弹性半空间均匀位错理论(Okada，1985)及约束非线性优化算法(Burgmann et al., 1997)，将断层划分为30×14(1 km×1 km)的网格单元(图 4)，首先通过调整断层长度、宽度、位置和位错参数进行系列正演计算，在满足地震矩(剪切模量33 GPa)与CMT/NEIC结果基本一致的前提下，依据残差及折衷(Trade-off)曲线分布，最终选取一组最佳的断层参数作为非线性优化算法的输入参数，并约束断层走向、倾角、深度、位置、长度、宽度，利用有界变量最小二乘(BVLS)对断层位错量进行估算.虽然获得了两个方向的同震形变量，但由于MAI技术获得的方位向形变量的精度与图像的信噪比和相干性有关，一般为5~10 cm，因此反演计算中未采用.对于LOS形变量，将两组同震形变场层叠(stack)求均值，并采用四叉树法进行降采样处理.断层的空间位置、产状及滑移分布结果见表 3和图 4. 模拟结果与残差分布见图 5，整体拟合残 差为2.2 cm.

图 4 沿断层倾向的滑移分布 Fig. 4 Dip-slip distribution

表 3(Table 3)

表 3 断层参数 Table 3 Fault parameters X0/km (WE向) Y0/km (SN向) 走向 /(°) 倾向 /(°) 埋深 /km 长度 /km 宽度 /km 滑移量 /m 93.7 63.5 46 48 10.40 30 14 0~3.4

表 3 断层参数 Table 3 Fault parameters

图 5 InSAR模拟、观测与残差图像 Fig. 5 Maps for model，observation and residual of InSAR

(1)断层滑移分布显示，走滑量不明显，同震位 错以倾滑为主(图 4)，表明乌恰地震是一次以逆断 为主的破裂过程，断层面上最大位错量接近3.4 m，形变主要 集中于地下2~7 km，形变中心位于(73.8040°E，39.5335°N)，地震矩为0.89×10¹⁹N·m，对应的矩震级为M_w6.6；地震发生在走向46°、倾角48°的断层上，发震断层长30 km，宽14 km.该结果所确定的最大形变位置，震级，断层参数(走向，倾向)及震源深度与苏金蓉等(2013)的结果较接近，由于苏金蓉等(2013)使用了宽频带波形数据，反演的结果具有较高的分辨率和精度，而由于InSAR结果较好地覆盖了近场区域，因此获得的反演结果也具有一定的参考意义，虽然由于干涉失相关而造成断层上盘形变信息的缺失，但由于采用了约束非线性优化算法，LOS的残差分布表明(图 5c)，模拟结果具有较高的精度.

(2)乌恰M_w6.7地震发生后不到3 min，该地又发生了M_S6.3级余震(陈建波等，2009；苏金蓉等，2013).InSAR反演的地震断层滑动位错分布(图 4)显示出双破裂特征，其中断层西段的地震矩为0.73× 18¹⁹N·m，矩震级为M_w6.5，断层东段的地震矩为0.16 × 18¹⁹N·m，矩震级为M_w6.1，最大形变位于(73.9119°E，39.6165°N)，震级与乌恰地震的主震和余震具有较好的对应，但地点及震源机制是否对应，因为缺少M_S6.3余震的详细资料，无法开展深入的比对分析，唐兰兰等(2012)详细地研究了该地区2006—2010年间的52个地震的震源机制解，但未包含M_S6.3级余震，而CMT和NEIC也未发布M_S6.3级余震的震源机制解，因此对于图 4的结果，存在两种可能：第一，双破裂模型与主震和余震事件对应；第二，双破裂由主震同时激发，并产生出具有凹凸体特征的滑移分布.

(3)InSAR确定的发震断层为乌合沙鲁断裂，与野外调查的结果一致(陈建波，2009). 震中则位 于该断裂带在我国境内的最末端(图 6)，Google Earth 的地形图显示，震中位于我国与吉尔吉斯坦交界的河谷(图 7)，是否存在小规模的NNE向活动断层？由于缺少资料，还有待进一步调查和研究.另一方面，结合该地区的地震活动性，我们认为乌恰地震是帕米尔北缘弧形推覆构造带北向逆掩推覆阿莱河谷，两个构造带相互作用的结果，是板内构造活动的正常结果.GPS形变场的结果显示，在PAST及周边地区，阿莱河谷吸收了来自卡兹克阿尔特断裂约10~15 mm/a的形变量(Zubovich et al., 2010)，本次乌恰地震的最大位错约3.4 m，根据大震复发周期的 估算方法(李海兵等，2008)，初步确定该断层M_w6.6 地震的复发周期约为230~350 a.

图 6 PAST地区地形与活动断层分布 断层名称说明：1.塔拉斯—费尔干纳; 2. 迈丹; 3. 托特拱拜孜—阿尔帕雷克; 4. 阿图什北翼; 5. 阿图什南翼; 6. 库孜贡;7. 乌鲁克恰提; 8. 乌合沙鲁; 9. 卡兹克阿尔特; 10. 马尔坎苏; 11.艾肯尔特; 12.布伦口; 13. 塔什库尔干. Fig. 6 Topography and fault distribution in the PAST area The fault name is listed as following: 1. Talas-Fergana; 2. Maidan; 3. Totgumbaz-Alpaleh; 4. Nothern Artux; 5. Southern Artux; 6. Kuzgong; 7. Urukeqiati; 8. Uheshalu; 9. Kazkeaerte; 10. Markansu; 11. Aikenerte; 12. Bulunkou; 13. Taxkorgan.

图 7 乌恰Mw6.6地震震中在Google Earth地形中的位置 Fig. 7 The location of the Mw6.6(InSAR)Wuqia earthquake displayed in Earthgoogle map software

(4)发震断层的闭锁深度为9 km，最大形变深度约5 km，该结果与Minami Muto(www.ep.sci. hokudai.ac.jp/~geodesy/pdf/Muto_Bsc_Thesis. pdf[2014-01-02])的结果接近，说明乌恰地震属于浅源地震，一般而言，浅源地震主要发生在古老克拉通的区域，其地热比较低，岩石特别是结晶基底的强度比较高(谢祖军等，2012)，作为帕米尔北缘弧形推覆构造带东段前缘的最新变形带，乌合沙鲁断裂和卡兹克阿尔特断裂不具备较强的岩石基底，因此排除此种可能；而发震断层位于帕米尔北缘和阿莱河谷交界的盆山地区，在推覆构造带内存在大量的沉积层，有利于应力应变的积聚，该断裂上的历史地震未完全释放的残余应力积累，可能触发了本次地震.

(5)震源深度的精度主要依赖于地球模型和测震台网的分布(Chang et al., 2000)，如果地球模型中有关浅层地壳的结构参数存在偏差，将引起浅源地震震源深度的计算偏差，因此，精细的地球模型对提高震源深度的精度至关重要(Jansky et al., 2009).另一方面，联合地震波和大地测量(GPS，InSAR)资料进行反演，也将有助于提高震源机制解 的精度(Devlin et al., 2012; Fielding et al., 2013). 6 结论

利用DInSAR技术获得了2008年10月5日新疆乌恰M_w6.7级地震的同震形变场，根据卫星视线向(LOS)和方位向(Azimuth)的形变量级与模式，可初步确定本次地震具有逆冲运动特征，进一步利用均匀弹性半无限位错模型和有界最小二乘(BVLS)算法，以网格矩形位错元法估算并获得了发震断层的几何产状(长30 km，宽14 km，走向46°、倾角48°)及同震位错模型，表明发震断层以逆 冲运动为主，闭锁深度9 km，最大位错量接近3.4 m，形变中心位于73.804°E，39.534°N，震级约M_w6.6. 地震形变主要集中于地下2~7 km，表明乌恰地震属浅源地震，这主要与构造活动背景有关，同时可能与历史地震的残余应力积累有关.

InSAR反演的断层位错分布呈现双破裂特征，震级分别为M_w6.5和M_w6.1，可能反映了主震和余震事件，也可能是由主震激发，同时产生的两组破裂.

地震发生在乌合沙鲁断裂上，并与NNE向的河谷地带相交，由于帕米尔北缘弧形推覆构造带与阿莱河谷的相互作用，南北向地壳运动缩短，造成构造带内的应力应变积累，属板内构造活动的正常结果.地震引起发震断层的平均位错为0.644 m，该断层发生M_w6.6地震的周期约为230~350 a.