2017年8月8日21时19分在我国四川省阿坝州九寨沟县附近发生了7.0级地震，根据中国地震台网测定，震中位于北纬33.2°，东经103.88°，震源深度20 km(http://www.csi.ac.cn/).震中距离九寨沟县39 km，距离成都市285 km.兰州、成都、重庆、绵阳、西安等地震感强烈.据地震应急现场指挥部，截至8月14日本次地震已造成25人遇难，约250人受伤及大量房屋倒塌和受损.

这次九寨沟M_S7.0地震发生在青藏高原中部巴颜喀拉次级地块东缘.青藏高原是我国现代构造运动和地震活动最强烈的地区，而巴颜喀拉地块是青藏高原内部近20年来构造活动最强烈的次级块体(邓起东等，2014；周春景，2014).自1997年以来，在我国青藏高原中北部发生了7次M_S7.0以上大地震，包括2次M_S8.0以上特大地震，而这些地震都发生在巴颜喀拉地块的边界断裂带上，如1997年西藏玛尼M_S7.5、2001年青海昆仑山M_S8.1地震、2008年四川汶川M_S8.0地震、2010年青海玉树M_S7.1地震和2013年四川芦山M_S7.0地震等.邓起东等(2014)的研究表明，自有地震记录以来，在高原内部及周边记录到多达18次8级以上巨大地震和100余次7~7.9级地震，它们均发生在喜马拉雅板块边界构造带和板内次级块体及其边界活动断裂带上(图 1).自1900年以来，青藏高原曾经历了3次地震活动丛集高潮，即1920—1937年海原-古浪地震系列、1947—1976年察隅-当雄地震系列和1995—现在昆仑-汶川地震系列.每一个地震系列都有自己的主体活动区，最新的昆仑-汶川地震系列的主体活动区为巴颜喀拉地块(图 1).此次地震发生在巴颜喀拉地块东边界附近，表明该块体仍在持续活动中.

图 1

Fig. 1

图 1 (a) 青藏高原东缘地震构造背景，(b)本次地震震中区地震构造略图 (a)中：黑色虚线表示块体边界，蓝色和粉色虚线方框分别表示升轨和降轨Sentinel-1A的数据覆盖范围，红色方框表示(b)图所示的研究区范围.(b)中：黑色震源机制解表示虎牙断裂历史地震的震源机制，红色震源机制解表示2017 MS7.0九寨沟地震的震源机制，蓝色圆点表示九寨沟地震的余震分布(截至2017年8月21日)，红色五角星为九寨沟地震震中. Fig. 1 (a) Tectonic setting in eastern margin of Tibetan Plateau. (b) Aftershocks distribution and tectonic setting in the epicentral area of the Jiuzhaigou earthquake (a) The dash black line shows the boundary of sub-blocks. The blue and pink boxes in dashed line denote the coverage of ascending and descending Sentinel-1A data, respectively. The red box represents the study area in plot (b). (b) The focal mechanisms of history earthquakes (in black) and Jiuzhaigou earthquake (in red) are shown. The blue dots denote the distribution of aftershocks before August 21 2017 after the mainshock. The red star marks the epicenter of the Jiuzhaigou earthquake.

此次九寨沟M_S7.0地震发生于巴颜喀拉地块东边界附近的塔藏断裂、岷江断裂、虎牙断裂的交汇处，此区域断裂构造交错复杂，地震活动也比较频繁，历史上曾于1976年在此次地震震中东南约70~80 km处发生6.7~7.2级强震群(唐荣昌和陆联康，1981)，于1973年在此次地震震中南部约30 km处发生6.5级地震，1879年在此次地震震中以东约75 km处发生8.0级地震.而本次九寨沟地震则是该区域近40年来发生的最大地震.由于震中区地质基础工作薄弱，现有的活动构造图中并无断层分布(邓起东, 2007)，因此对此次地震的发震构造有不同的看法.根据余震分布，一种观点认为是南部的虎牙断裂向西北扩展的结果，另一种观点认为是北部塔藏断裂活动的结果(图 1).

本文利用欧空局升降轨Sentinel-1A卫星数据(https://www.asf.alaska.edu/sentinel/)，快速获取了2017年8月8日四川九寨沟M_S7.0地震不同视角的InSAR干涉形变场，并基于升降轨数据反演了地震断层滑动分布和同震库仑应力变化，进而对这次地震造成的形变场特征、震源断层和运动性质，以及对区域地震活动性的影响进行了初步探讨.

我们利用Sentinel-1A/IW宽幅数据来获取本次地震的同震形变场.Sentinel-1A是欧空局于2014年4月发射的新一代雷达卫星，工作在C波段(波长为5.6 cm)，用于延续退役卫星ERS/ENVISAT的观测任务，但在分辨率和幅宽方面有了很大提升.图像分辨率最低可达到5 m，覆盖区域最大达到250 km.地震发生后，我们立即从欧空局(ESA)网站上下载了Sentinel-1A/IW模式数据(https://sentinel.esa.int/)，其中升轨震前数据为2017年7月30日拍摄，震后数据为2017年8月11日拍摄，降轨震前数据为2017年8月6日，震后数据为2017年8月18日.震前震后影像构成的干涉对垂直基线分别为52 m(升轨)和38 m(降轨)，时间间隔为12天(升降轨).由于该区域山高坡陡，植被茂密，形变场西侧保持了一定的相干性，而东侧存在较大区域的失相干.数据处理采用最新版GAMMA软件平台，地形相位的消除采用美国宇航局发布的SRTM-3sec数字高程模型(SRTM DEM).处理过程中对干涉图做了距离向、方位向10视和2视的多视处理以降低干涉图的噪声.相位解缠采用基于Delaunay三角网、适用于低相干区相位解缠的最小费用流(MCF)算法，先对高质量的区域进行解缠，得到可靠的解缠相位值，然后以这些可靠相位值构建相位模型，通过相位模型实现对其他低相干区域的解缠.最后得到清晰的同震干涉纹图和解缠干涉位移(图 2—图 4).

图 2

Fig. 2

图 2 九寨沟MS7.0地震降轨同震形变场 黑色圆点：MS7.0九寨沟地震震中. (a)降轨干涉条纹图；(b)降轨干涉位移图. Fig. 2 The descending coseismic interferogram (a) and deformation field (b) of MS7.0 Jiuzhaigou earthquake The black dot shows the epicenter of Jiuzhaigou earthquake.

图 3

Fig. 3

图 3 九寨沟MS7.0地震升轨同震形变场 黑色圆点：MS7.0九寨沟地震震中. (a)升轨干涉条纹图；(b)升轨干涉位移图. Fig. 3 The ascending coseismic interferogram (a) and deformation field (b) of MS7.0 Jiuzhaigou earthquake The black dot shows the epicenter of Jiuzhaigou earthquake.

图 4

Fig. 4

图 4 九寨沟MS7.0地震升降轨同震位移剖面(剖面位置见图 2和图 3)；红色为降轨形变场剖面，淡蓝色为升轨形变场剖面 Fig. 4 The LOS displacement profiles of the coseismic ascending (light blue dots) and descending (red dots) deformation field of the MS7.0 event; the location of profiles can be seen in Figs. 2 and 3

综合分析图 2、图 3和图 4可知，本次M_S7.0地震造成的同震形变场发生在塔藏断裂、岷江断裂和虎牙断裂交汇处，升降轨形变场均显示地表形变影响范围达50 km×50 km，形变场长轴方向为NW向，卫星视线向最大隆升形变量为0.1 m(升轨)和0.14 m(降轨)，最大沉降形变量达0.22 m(升轨)和0.1 m(降轨)，同一地区升降轨数据观测得到的形变量符号相反，表明发震断层的运动性质以走滑为主.结合升降轨视线向隆升和沉降与断层运动的关系，可以判定地表形变为断层的左旋走滑运动引起的.

本文以获取的InSAR同震形变场为约束，进一步反演了发震断层面上的滑动分布特征.虽然发震区域之前并未有活断层记录，野外调查也并未发现明显的地表破裂，但是精定位的余震分布和InSAR同震形变场完全能勾勒出一条走向为SE—NW的发震断层迹线，我们以此迹线为基础结合USGS(United States Geological Survey，美国地质调查局)震源机制解构建初始断层几何模型(走向150°左右，倾角40°到70°)，并对不同倾角的模型进行测试，最终确定了走向和倾角分别为153°和50°的单一平面断层模型, 断层面积为40 km×30 km.为更好地获取断层面的滑动分布细节，本文将断层平面划分为若干个2 km×2 km的子断层.反演之前，先利用相干系数对InSAR形变场进行掩膜，得到相干性大于0.4的高质量形变数据点，然后对这些数据点进行均匀采样，升降轨数据各采样10000个点位数据进行反演.

本文使用SDM反演程序(Wang et al., 2008)进行滑动分布计算，反演结果显示(图 5，图 6)，地震破裂主要集中在地下1~15 km深度范围内，地震最大滑动量1 m，出现于地下~8 km处，平均滑动角为-9°，矩震级为M_W6.5，显示断层破裂运动性质以左旋走滑为主，与USGS给出的震源机制解基本一致(https://earthquake.usgs.gov/earthquakes).从图 5中可以看出，九寨沟M_W6.5地震发生于塔藏断裂、岷江断裂、虎牙断裂三条断裂交汇处，由于震中区基础工作薄弱，现有的活动构造图中并无断层分布，因此对此次地震的发震构造有不同的看法.经过对多种数据的综合分析和研究，本文认为本次地震的发震断裂是虎牙断裂在其西北方向的延伸分支的可能性较大，理由有以下几点：第一，InSAR形变场确定的发震断层走向、倾向均与虎牙断裂比较吻合；第二，反演得到的2017年地震滑动模型参数与1973年地震的震源机制解比较相似(朱航和闻学泽，2009；图 5；均由断层的左旋走滑运动引起)；第三，2017年地震的余震分布与1973和1976年历史地震的余震在空间上存在较强的一致性和延续性(图 5).另外从图 5中还可以看出，2017年M_S7.0地震的破裂区域显示为一个整体的破裂区域，说明本次地震在上地壳深度0~20 km左右破裂较为充分，也基本上将该区域1973年及1976年4次>M_S6.0地震所遗留的虎牙断层北段隐伏断层未破裂部分完全破裂.

图 5

Fig. 5

图 5 基于InSAR数据反演的同震滑动分布模型 黑色实线表示断层，红色圆点表示1973年MS6.5地震的余震，粉色和黄色圆点表示1976年MS6.7~MS7.2历史地震群的余震，蓝色箭头指示断层滑动的方向. Fig. 5 Fault slip distribution from inversions constrained by InSAR The black line denotes the active faults; blue arrows show fault slip directions; the aftershock distribution of 1973 MS6.5 event (red dots) and 1976 MS6.7~MS7.2 earthquake swarm (the pink and yellow dots) are shown.

图 6

Fig. 6

图 6 断层滑动分布三维显示 Fig. 6 Fault slip distribution from InSAR inversion shown in 3D

图 7为基于升降轨InSAR数据反演发震断层同震滑动分布的拟合残差情况.可以看出，模拟的升降轨形变场与观测得到的形变场在分布形态和量值上都基本一致，说明了本文断层模型的可靠性和合理性.在断层模型的近场区域存在一定的残差(图 7c和7f)，可能与大气误差、DEM误差、断层模型的简化以及解缠误差等因素有关.

图 7

Fig. 7

图 7 断层滑动分布反演拟合情况: (a—c)分别对应升轨InSAR数据的观测值、模拟值和残差；(d—f)分别对应降轨InSAR数据的观测值、模拟值和残差 红色方框：断层模型地表投影；红色五角星表示九寨沟地震震中. Fig. 7 Observation, simulation and residual from ascending (a—c) and descending (d—f) InSAR data and inversion The red boxes show the surface projection of fault model in this study; the red star marks the epicenter of Jiuzhaigou earthquake.

同震断层破裂必然引起周围区域的应力变化和重新分布，这种应力调整控制着周围余震的发生和分布情况(Scholz, 1990).本文基于反演的断层滑动分布，采用弹性半空间位错模型，基于Coulomb 3.3软件平台(Toda et al., 2005; Lin and Stein, 2004)计算了同震库仑应力变化.采用的摩擦系数为0.4，该值为内陆走滑型断层的典型摩擦值.分别采用了三种不同的接收断层和4种不同的深度进行库仑应力的计算.计算结果分别如图 8、图 9和图 10所示.若以虎牙断裂为接收断层(虎牙断裂北段是以左旋走滑运动为主)，图 8不同深度的库仑应力计算结果均显示2017年九寨沟地震在发震断裂破裂区域的两端产生了明显的库仑应力增加，但是考虑到在过去的40年里虎牙断裂的其余分段均已发生过较大震级的破坏性地震，因此虎牙断裂在短时间内发生震级较大的破坏性地震的可能性较低.若以岷江断裂为接收断层(假设岷江断裂是以逆冲运动为主)，图 9的库仑应力计算结果显示2017年九寨沟地震在岷江断裂上产生了明显的库仑应力降，所以岷江断裂北段的地震危险性可能降低.若以塔藏断裂为接收断层(假设塔藏断裂以左旋走滑运动为主)，图 10的库仑应力计算结果显示2017年九寨沟地震在塔藏断裂上产生了明显的库仑应力降，但是考虑到塔藏断裂东段近百年未发生过破坏性大地震，所以其地震危险性需要进一步深入研究.

图 8

Fig. 8

图 8 九寨沟MS7.0地震同震库仑应力变化(接收断层为虎牙断裂本身) 红色五角星为MS7.0九寨沟地震震中. Fig. 8 Coseismic Coulomb stress change caused by the Jiuzhaigou MS7.0 earthquake using the Huya fault as the receiver fault The red star shows the epicenter of Jiuzhaigou earthquake.

图 9

Fig. 9

图 9 九寨沟MS7.0地震同震库仑应力变化(接收断层为岷江断裂) 红色五角星为MS7.0九寨沟地震震中. Fig. 9 Coseismic Coulomb stress change caused by the Jiuzhaigou MS7.0 earthquake using the Minjiang fault as the receiver fault The red star shows the epicenter of Jiuzhaigou earthquake.

图 10

Fig. 10

图 10 九寨沟MS7.0地震同震库仑应力变化(接收断层为塔藏断裂) 红色五角星为MS7.0九寨沟地震震中. Fig. 10 Coseismic Coulomb stress change caused by the Jiuzhaigou MS7.0 earthquake using the Tazang fault as the receiver fault The red star shows the epicenter of Jiuzhaigou earthquake.

(1) 结论

基于DInSAR技术，利用欧空局Sentinel-1A/IW升降轨宽幅数据，获取了2017年8月8日四川九寨沟M_S7.0地震InSAR同震形变场，并反演计算了断层滑动分布和同震库仑应力变化.结果表明，同震形变场发生在塔藏断裂、岷江断裂和虎牙断裂交汇的三角地带，同震变形影响范围约50 km×50 km，主体形变区呈NW向展布，升降轨数据观测得到的最大LOS形变量分别为~22 cm和~14 cm.非对称形变场反映出断层两侧的运动差异.西侧形变量大于东侧，反映出发震断层的倾向为西南方向.基于升降轨InSAR数据约束的滑动分布反演结果显示，最大滑动量为~1 m，平均滑动角为-9°，矩震级为M_W6.5，地震破裂主要集中在地下1~15 km深度范围内，整体而言本次地震破裂较为充分，基本将该区域1973年及1976年4次>M_W6.0地震遗留的未破裂断层部分完全破裂.基于不同接收断层的同震库仑应力变化计算结果均显示本次地震以应力释放为主，同时未在周围主要断层形成明显的库仑应力增加区，震中周围区域发生较大震级余震的可能性不大.

(2) 关于发震断层和后续余震活动趋势

本次地震发生于塔藏断裂、虎牙断裂和岷江断裂的交汇区域，但震中并未落在这些断裂的某一条上，而是位于目前活动构造图中的断裂空白区，因此判断此次地震的发震构造、判断发震断层进一步的活动趋势成为研究的重点之一.本文基于InSAR技术获得的九寨沟M_S7.0地震同震形变场，呈NW非对称的长椭圆形态，位于塔藏断裂南侧，虎牙断裂北部，与岷江断裂成交叉关系.我们采用的最佳的断层模型走向153°，倾角50°，倾向南西，拟合得到的矩震级M_W6.5，平均滑动角为-9°，显示断层破裂性质以左旋走滑运动为主，与USGU给出的震源机制解基本一致.考虑到根据InSAR形变场和精定位余震长轴走向勾勒出的发震断层地表迹线与虎牙断裂的北向延长线吻合，且本次地震的破裂性质与虎牙断裂左旋走滑运动性质一致，因此，初步判定发震断层为虎牙断裂北侧延伸分支.从目前的余震时空分布上来看，发震断层仍然处于应力调整的阶段，但余震量级小，范围主要集中在发震断层附近，10 km深度的库仑应力变化也显示本次破裂以应力释放为主，因此后续发生较大左旋走滑型余震的可能性不大.

(3) 关于与汶川地震和巴颜喀拉块体运动的关系

巴颜喀拉块体是目前青藏高原地震活动最为频繁，强震最为多发的次级块体之一，自1997年M_S7.5玛尼地震发生以来，其边界断裂带发生多次M7~8强震，显示出该块体剧烈的地壳形变和较强的应力积累(邓起东等，2014；陈长云等，2012).本次地震发生在巴颜喀拉块体东边界的隐伏断裂上，整体运动性质为左旋走滑，与巴颜喀拉块体北边界断裂带的左旋走滑运动性质一致，再次显示出巴颜喀拉块体东边界区域较强的应力应变积累状态和地震活动性特征.已有研究指出汶川地震同震破裂在该区域引起较大范围的库仑应力增强(Toda et al., 2008)，空间上对应于九寨沟地震的破裂发生区域，因此，本次事件可能与2008年汶川地震应力触发有一定的联系，间接说明汶川地震对周围断裂活动性和地震触发的影响作用.关于汶川地震同震破裂、震后形变对九寨沟地震发震断层的应力作用方式、特征和影响范围，以及周围活动断裂是否受这种影响而有潜在的破裂可能性还有待开展深入研究.

感谢欧空局(ESA)提供了免费的Sentinel-1A雷达卫星数据，感谢审稿人提出的宝贵修改意见，使本文得以完善.