据中国地震台网测定，北京时间2016年1月21日01点13分，青海省门源县发生M_S 6.4级地震.截至当天12时，全县有600户农房出现不同程度裂缝，9人因地震避险时受伤.24日上午，中国地震局发布了门源6.4级地震烈度图，极震区烈度为8度，其余大部分属于7度和6度(中国地震信息网, 2016).

门源地震震中位于北纬37.68°，东经101.62°，地下深度7 km附近, 主震过后并未发生5级以上余震，其中最大余震发震于主震5 min后，为位于震中附近深度10 km的4.1级余震(Earthquake Hazards Program, 2016).截至2016年2月11日，主震附近沿近NE向共发生余震572次，余震分布如图 1所示.目前，该地震的发震要素、震源机制存在争议，CMT的震源机制解暗示此次地震为震中101.76°E，37.65°N，震源深度13.9 km的一次纯逆冲型地震(CMT, 2016)，而USGS暗示此次地震可能为震中101.641°E，37.671°N，震源深度19.5 km的一次纯逆冲型地震(USGS, 2016)，但实际野外构造调查显示此次地震应为走滑兼逆冲型地震(中国地震局地球物理研究所, 2016).

图 1

Figure 1

图 1 2016年青海门源MW 5.9级地震及其地震地质构造背景，黑色实线表示该地震区域内的活动断层，其中冷龙岭断裂是一条以左旋走滑为主的断层，红色五角星表示震中所在位置，蓝色圆点表示余震分布，其颜色深浅表示震源深度 Figure 1 The tectonic background of 2016 Qinghai Menyuan MW 5.9 earthquake, black lines represent the main faults in the area, wherein Lenglongling fault is a left-lateral slip faults, red star mean the location of epicentre, the blue dots indicate the distribution of aftershocks, which represents the focal depth by color shades

近年来，具有高空间分辨率、高精度、以及大范围空间连续覆盖等众多优势合成孔径雷达差分技术得到迅速发展，广泛应用于各类地质灾害的监测研究，其中包括对同震形变场的观测(王超等，2002；舒宁，2003；刘国祥, 2005; 张红, 2009).Massonnet等于1993年利用二轨差分技术应用两景ERS-1SAR影像获取了Landers的同震视线向形变场(Massonnet et al., 1993)；Tobita等于1998年基于四景JERS影像，采用四轨差分技术获取了俄罗斯North Sakhalin地震同震形变场(Tobita et al., 1998)；Funning、Wang、Talebian、Stramondo、Jackson、季灵运、佟国功等人先后应用Envisat ASAR数据，采用不同的InSAR/SAR技术对2003年12月26日发生的伊朗Bam地震进行了形变场解算、断层反演等研究(Talebian et al., 2004；Wang et al., 2004；Funning et al., 2005；Stramondo et al., 2005；Jackson et al., 2006)；Hu等于2011年联合Envisat ASAR和ALOS-1 PALSAR数据D-InSAR形变场及GPS数据，得到了2011年3月11日发生在日本仙台市东130 km处的M_W 9.0级地震的高精度的同震形变场(Qiang and Kai, 2011；Hu et al., 2013).2011年之后欧空局Envisat卫星以及日本宇航局的ALOS-1卫星相继停止了对地观测任务，目前在轨的德国宇航局的TerraSAR卫星、意大利宇航局的COSMO-SkyMed卫星、加拿大航空局的RadarSAT卫星等，由于幅宽、雷达波长等因素，对全球范围内的地震观测能力减弱，未能获取自2011年以来的众多地震的地表形变信息，包括了2012年的墨西哥地震、2013年的哥伦比亚地震等(杨莹辉, 2015).而2014年欧空局发射的Sentinel-1A卫星已经成功发射，并基于干涉宽模式成功地获得众多可靠稳定的地震观测资料，如纳帕M_W 6.1地震、尼泊尔M_S 8.1地震等(李永生等, 2015；卢倩云等, 2015).综上所述，InSAR技术对地震监测及滑动机制的反演提供了非常有效的数据支撑.

本文利用Sentinel-1A卫星所获取的覆盖门源地区的两景影像，通过D-InSAR技术获取2016年01月21日青海门源地震同震形变场，并以此为约束对门源地震的断层参数和滑动机制进行反演计算，进一步分析该次地震的断层运动背景和滑动机制，为其他广大科研人员的进一步深入研究提供参考.

此次余震分布结果及野外调查(中国地震局地球物理研究所, 2016)显示该次地震发生于走向NW-SE的冷龙岭断裂上(图 1).冷龙岭断裂带西起俄博，东经金瑶岭、冷龙岭主峰(5254 m)南侧，长约120 km.总体走向290°~300°，早期为逆断层，后期以走滑—拉张性质为特征.最新活动段倾向北东，倾角65°.西与祁连断裂相连，东与毛毛山断裂相接.沿断裂带形成了一系列断错地貌，如断错水系、山脊、冰碛物等.沿断裂断错水系十分发育，最大左旋错动达3.25 km，最小仅7 m.山脊错动也很明显，位错量110~280 m.冰碛台地左旋错动达135 m(何文贵等, 2010).断裂垂直位错表现为断层三角面、断层崖、陡坎、断层沟槽等.Lasserre等得到冷龙岭断裂的走滑速率达19±5 mm/a(Lasserre et al., 2002)，而何文贵等得到的冷龙岭断裂段的水平滑动速率仅为3.3~4.0 mm/a.通过探槽开挖和陡坎测量，全新世发育有3次古地震事件，距今年代分别为5926 a、3885 a和公元1540.古地震现象集中于讨拉柴陇至假墙丫豁的20 km地段内，主要表现为地震陡坎，沟槽、断塞塘、压脊等(何文贵等, 2000).自1900年以来，在此次地震震中附近100 km范围内的门源附近区域，共发生6级以上地震5次，最大地震为1927年5月的古浪8.0级地震，距离此次地震震中55 km左右，时间间隔最近的一次6级以上地震是1986年门源6.5级地震，表明冷龙岭断裂现今仍在活动(徐钦等, 2014).

因此，科学合理地确定此次门源地震的同震形变场，研究断层活动性质，反演其断层滑动分布，不仅有助于理解门源地震的发震机理和断层破裂分布特征，而且有助于对冷龙岭断裂几何及运动特征进行分析，并且对青藏东北缘地区及门源周边次生断裂构造运动的研究具有重要的科学意义.

本文基于D-InSAR技术通过Sentinel-1A影像测量门源地震的同震地表位移场.自Massonnet等成功利用雷达干涉图像对多条活断层几何特征进行研究，并利用弹性半空间的位错模型进行检验后，无数地震学者通过DInSAR技术成功分析绘制地表同震形变(Massonnet et al., 1993).

哨兵雷达卫星(Sentinel)是由欧空局设计，该卫星目前对Interferometric Wide模式数据采取免费公开政策，并采用TOPSAR技术(The Terrain Observation with Progressive Scans SAR)，通过有效减少宽幅成像时出现的Scalloping效应来增强成像辐射性能.本文获取了20160118(震前)和20160211(震后)两幅Sentinel-1A卫星影像进行差分干涉处理，SAR影像参数信息如表 1所示.Sentinel-1A数据干涉处理时，通过方位向与距离向分别进行多视处理来改善影像信噪比，生成分辨率约50 m的干涉影像.通过30 m分辨率的SRTM数字高程模型来去除地形相位.由于空间、时间基线都较短，两幅影像相干性统计直方图显示约75%的像元干涉性优于0.4.通过对差分干涉图进行自适应滤波处理去除相位噪声影响，并通过区域增长法对滤波后的干涉相位进行解缠.对获取形变图地理编码后，考虑D-InSAR技术的测量精度，本文对震中形变区域进行去掉±1 cm内误差形变的掩膜处理操作，最终得到的地表LOS向形变场如图 2.

表 1 (Table 1)

表 1 Sentinel-1A数据参数信息 Table 1 The Sentinel-1A data used in this paper

表 1 Sentinel-1A数据参数信息 Table 1 The Sentinel-1A data used in this paper

图 2

Figure 2

图 2 地理编码后的门源地震LOS向位移分布 Figure 2 The coseismic LOS displacements of Menyuan earthquake which after geocoding

由图 2可知，震中地区产生了近似椭圆形约8 cm左右的近LOS向形变隆起，形变区域整体成SE向分布，与余震发生区域高度重合，这与86年的门源M_S 6.4地震所观测的水准资料所显示的“冷龙岭断裂区域在地震孕育过程往往伴随垂直地表位移”具有相似的形变特征(于建民等, 1987；陈兵等, 2003)；通过同震形变图以及门源县地理位置可以得知，最大位移不在门源县城，而在县城北部的冷龙岭断裂北缘，因为震中位置偏离等因素，门源地震并未在门源县城内造成大规模伤害损失.另外，在冷龙岭断裂区域附近并未出现cm级LOS向下降形变，而表现出震中椭圆形的近LOS向隆升，及椭圆形周边的次生形变，结合Coulomb软件对形变的初步分析，此次地震可能不是单纯的逆冲断层，而是走滑兼逆冲性质的复合断层，这与中科院地球所得到结果门源地震非单逆冲断层发震结果相近(中国地震局地球物理研究所, 2016).

本文采用两步法对DInSAR形变结果进行反演：首先，通过固定滑移量利用非线性反演约束断层地理参数；然后通过线性反演复原断层面上的实际滑动分布.

反演过程中，由于D-InSAR得到的干涉形变场数据量包含千万级别的像素点位，且形变数据在空间上是高度相关的，直接用于计算既浪费资源也是没有必要的.为了提高反演效率为了提高反演效率，需要对需要对形变数据形变数据形变数据进行重采样.而四叉树采样方法在形变梯度大的区域采样多，在形变梯度低的区域采样数据少，能最大限度的保留图像的空间特征.因此，首先对同震位移中心区域进行采样计算，进而在保证反演精度的条件下，减少反演计算量.

非线性反演过程中，本文采用弹性半空间内的Okada位错模型与结合高斯-牛顿迭代和梯度下降方法优点的莱文贝格-马夸特方法(Levenberg-Marquardt，LM)进行非线性反演断层参数，LM算法借由执行时修改参数达到结合高斯-牛顿算法以及梯度下降法的优点，并对两者之不足作改善(Okada, 1985；Madsen et al., 2004).LM方法中的成本函数为

(1)

d_i，obs-d_i，mod分别代表第i个像素的观测位移和模拟位移，σ_i为N个点的标准差.

从表 2非线性约束反演结果来看，DInSAR结果反演滑动角约为47°，滑动量约为0.6 m，展示出左旋走滑兼逆冲的形变趋势，和CMT(Centroid Moment Tensor)反演所得纯逆冲滑动角80°有所差异，但震中、震源深度、震级、走向和倾角等都与CMT、CENC等相关资料来源的面I相似, 其反演模型残差RMS约为0.38 cm.

表 2 (Table 2)

表 2 2016年青海门源MW 5.9地震震源参数 Table 2 Optimal fault geometric parameters of 2016 Qinghai Menyuan MW 5.9 Earthquake

表 2 2016年青海门源MW 5.9地震震源参数 Table 2 Optimal fault geometric parameters of 2016 Qinghai Menyuan MW 5.9 Earthquake

为了进一步获取断层滑动的实际空间滑动分布，在均一断层模型的基础上，我们将断层按照1 km×1 km进行划分，进行线性反演，公式为

(2)

其中，d_DInSAR代表DInSAR所获得的实际位移，m为断层面上的滑动分布，Δ²表示经验系数k约束下的光滑因子，G为弹性位错理论所算得到的理论位移场.线性反演结果及断层滑动分布见图 3和图 4.

图 3

Figure 3

图 3 (a)门源地震同震形变场；(b) InSAR资料约束下的最优拟合模型位移；(c)模型残差分布.红色矩形框表示本文中采用的断层几何模型 Figure 3 (a) Coseismic displacements of Menyuan earthquake; (b) Best-fit modelled displacements for the InSAR observtion; (c) The distribution of residual errors. Red rectangles denote the fault geometry model in this paper

图 4

Figure 4

图 4 走向130°、倾向46°断层参数下，基于线性反演所得到断层滑动分布 Figure 4 Fault slip distribution using the linear inversion with striking 130°, dipping 46°

非线性反演断层参数如表 2所述.假设刚性模量30 GPa，依据本文中所得到反演参数，计算的标量地震矩8.80×10¹⁷ Nm, 矩震级M_W 5.9，与CMT震级一致(Kanamori, 1977).

反演得到的断层走向和倾角与该区域余震形态高度拟合(图 1、图 2).断层滑动角为47°表示该断层为左旋兼逆冲断层，和冷龙岭断层的历史变化趋势和野外调查结果接近(中国地震局地球物理研究所, 2016).此次门源地震发震断层顶部距离地表约6.5 km，整体分布方向延冷龙岭断裂进行分布，在地表形成约57 km长的同震形变区域.

本文所采用的干涉对时间基线约为24 d，在地震发生后，门源地震在主震附近沿断层方向产生大量的余震，从最优模型拟合残差图中(图 3c)，LOS向最优拟合位移的残差最大约为1.5 cm，进而表明该拟合模型具备参考意义.

在以非线性反演所得到的断层长度、方向等参数为基础的条件下，在线性反演过程中将断层长度和宽度分别进行延长，最终按1 km对断层进行划分，分成20×20个长宽分别为1 km的断层微元进行线性反演，计算后得出断层滑动分布标量地震矩约为1.02×10¹⁸ Nm，对矩震级约为M_W 5.9，与非线性反演结果相当.

断层滑动分布图(图 4)显示，在地下6 km断层上滑动边界和地下11 km断层下滑动边界产生了约为25 cm的断层滑动，并向断层滑动中心逐渐增加，在断层滑动中心达到最大值约64 cm的断层滑动.

过Sentinel-1A卫星的两景SLC影像获得了2016年1月21日青海门源地震的同震形变位移.从同震位移结果上得出，门源地震震中位置位于冷龙岭断裂北侧的山体区域，地震主要由冷龙岭断层北缘破裂所致，LOS视线向形变主要以抬升为主，最大抬升约为8 cm，并无明显地表沉降，最大位移区域不在门源县城，因而门源县城受灾较少.门源地震与1986年青海门源M_S 6.4地震具有相似发震机制，即在青藏地块NE向运动的环境动力作用下(王双绪等, 2013)，强震易发生在断裂两侧升、降差异强烈，形成与断裂构造走向相关的垂直形变高梯度带(郝明, 2012；王双绪等, 2015).

取同震位移后，本文通过两步法对断层参数进行反演计算.反演计算后得出的断层面(深度7.9 km、矩震级M_W 5.9、走向130°、倾向46°、滑动角47°、滑动量0.6 m)与CMT等发布的地震参数具有较好的相似性，虽然滑动角与已知数据相异，但更加符合该断层的活动性质.根据冷龙岭断裂历史数据、同震形变位移以及反演结果，初步推断2016门源M_W 5.9地震是由发震断层左旋逆冲滑动错位所导致的一次地震.