2018年云南墨江MS59地震的InSAR同震形变机制

孙赫 刘传金

摘要：采用DInSAR技术得到2018年云南墨江MS59地震的同震形变场，以此为约束，利用SDM程序反演同震形变场和发震断层面的滑动分布，并讨论了此次地震的发震构造。结果表明：墨江地震造成地表LOS向最大形变量约为6 cm，同震形变场呈对称分布。发震断层以右旋走滑运动为主，符合区域构造的运动性质。断层面的最大滑动量为019 m，大约分布在沿断层走向10～13 km、且沿倾向向下3～6 km处。断层在近地表处滑动量较小，同震错动未破裂至地表。

关键词：InSAR;墨江MS59地震;SDM;同震形变场;滑动分布

中图分类号：P315725   文献标识码：A   文章编号：1000-0666（2019）03-0379-06

0 引言

合成孔径雷达干涉测量技术（Interferometric Synthetic Aperture Radar，简称InSAR）具有高时空分辨率、高精度、全天候、全天时等优点，无需地面控制点，可以获取高空间分辨率的地壳形变速度场，也可以为反演提供重要约束信息。21世纪初以来，随着SAR卫星数据影像的丰富及处理技术的推动发展，InSAR技术被广泛地应用到地质灾害监测中。尤其在近几年，国内外学者将该技术引入到地震相关研究中，如大范围、高空间分辨率InSAR形变场的获取（Liu et al，2018;洪顺英等，2009;邱江涛等，2018），发震构造分析（季灵运等，2017），发震断层面的滑动分布与分析（屈春燕等，2017;Tong et al，2013）以及断层面的闭锁程度研究（Wang et al，2009;Sreejith，2018）等。InSAR技术打破了传统大地测量基于离散点的监测局限，降低了费用、劳动强度等问题，同时解决了无法在短时间内获取大面积、高空间密度的地表沉陷形变场的难题。

2018年9月10日云南墨江发生MS59地震，震源深度11 km，墨江15个乡镇、临沧及昆明均有震感，震中灾区部分老舊房屋倒塌，造成一定的经济损失。由于墨江地震发震区域的监测台站比较稀疏，缺少历史大地测量监测数据，因此已有研究中并未给出该地震的具体发震构造。鉴于研究区域的地理位置及地表植被特征，传统的测量技术并不能获得断层面运动的细节特征，本文利用InSAR技术获取2018年墨江MS59地震的同震形变场，并以此为约束，反演断层面上的同震滑动分布，探讨本次地震的发震构造。

1 构造背景

墨江地震震中位于墨江县通关镇丙蚌村（图1），处于NW向红河断裂（向宏发等，2004，2017;李西等，2016）的南边，近SN向把边江断裂（赵慈平等，2014）的东面。红河断裂带横贯云南西部、中部和东南部，控制着云南地区的主要构造活动（张建国，2009），是一条典型的右旋走滑断裂（向宏发等，2006），全长约1 000 km（向宏发等，2004;李西等，2016），其北段强震频发，历史上曾发生过9次6级以上地震（包括1652年弥渡7级地震和1925年大理7级地震）;其中段尚无强震和大震记载（张建国，2009）;其南段以山前断裂、中谷断裂、双支断裂为主，没有发生过6级以上的地震（虢顺民等，2001），地质与大地测量结果显示南段走滑速率3 mm/a左右（虢顺民等，2001;Loveless，Meade，2011;刘耀辉等，2015;孙云梅，李金平，2018;陆好健等，2018），最大剪应变积累较强，地震危险性较大（孙云梅，李金平，2018）。红河断裂带是否存在发震危险性存有争议（邓起东等，2002;Replumaz et al，2001;徐锡伟等，2017）。把边江断裂也是一条右旋走滑断裂带，走滑速率达18 mm/a（赵慈平等，2014），截至2014年，该断裂尚无发生过强震和大震的记录。这2条断裂的运动速率存在差异性，可能导致地壳在长期的运动过程中积累能量，从而发震。

2018年墨江地震后，美国地质调查局（USGS）与全球矩心矩张量（GCMT）利用远场地震波资料计算了此次地震的发震位置和震源机制解（表1），结果均表明此次地震为走滑性质事件。

2 DInSAR同震形变结果

为得到同震形变场，分别收集墨江地震前后2个时段C波段的Sentinel1卫星影像（表2），基于GAMMA软件利用DInSAR技术依次进行多视、干涉、滤波、解缠、大气、地形相位及轨道误差剔除等分析处理，得到墨江地震同震升降轨数据形变场。由于研究区域内降轨数据的相干性极差，通过多次调整数据处理参数，均未得到理想结果，因此本文只给出了使用升轨数据得到的InSAR形变场（形变方向为LOS方向）（图2a）。从图2a可看出，研究区形变场呈对称分布，覆盖了墨江地震的震中，中间存在一条大致呈NE向的迹线，可能是本次地震的发展断层，迹线两侧形变存在明显差异，形变场显示断层上盘下降量达6 cm，下盘上升约4 cm。结合SAR卫星几何成像方向，可以判断此次地震为右旋走滑为主的事件。

墨江地震地表破裂不明显，无法确定具体发震断层位置，现结合余震序列展布方向进行确定及外部验证。图3a为墨江地震余震的总体展布结果，主要呈圆形分布，线性展布特征不明显。沿InSAR形变场中的迹线方向（图2a）选取宽10 km的震源深度剖面（图3a中的黑色矩形框），提取余震展布结果（图3b），同时提取垂直于迹线方向宽10 km的震源剖面数据结果（图3c）进行对比分析。由图3b，c可以看出，余震主要分布在主震震中附近，可能是由于主震震级小，能量小扩展性弱所致，但总体上仍能看出NE向余震展布比NW向长，说明NE向可能为本次地震发震断层的主方向。同时由余震序列得到的主断层方向与InSAR结果给出的发震断层方向一致，说明利用InSAR地表形变场得到的发震断层走向是合理的。

如果發震断层走向为NE向，由USGS，GCMT等机构给出的震源机制得出墨江地震是左旋走滑事件，与本文DInSAR结果不符。主要是由于墨江地震主震震级较小，虽然使用远场地震波资料计算的震源机制解可以作为参考资料，但是相较InSAR近场形变结果的可靠性较低，尤其是USGS解算的震源机制解并没有给出所选用的具体地震台站信息，稀疏的台站信息解算的结果可靠性相对较低。而InSAR技术不仅广泛的应用到地震中，而且具有高精度，尤其是在监测困难或缺少大地测量数据的研究区，因此本研究采用InSAR技术对监测台站稀疏的墨江地震的相关区域进行研究分析，以便获取墨江地震的发震构造。

3 断层滑动反演及发震构造讨论

利用高精度的InSAR形变场进行断层滑动反演，可以得到可靠性比较高的断层运动方向、深度及空间范围。综合反演计算时间效率，计算时首先将大数据量的InSAR形变场进行降采样处理，同时保证近场区数据量，远场区在不影响结果精度的前提下可以适当稀疏处理。反演计算时，首先假设发震断层是均匀滑动的，通过蒙特卡洛搜索法不断逼近拟合，得到断层参数（Parsons et al，2006）;其次，在获取的参数基础上利用德国地学中心汪荣江开发的最速下降法（Steepest Descent Method，简称SDM）程序包（Wang et al，2004），反演发震断层上每一个单元断层面的滑动情况。

31 同震形变场均匀滑动反演

采用均匀滑动模型获取墨江MS59地震的断层几何参数，参照表3中矩形断层参数（长度、宽度、深度、走向、倾角、倾向滑动量、走向滑动量、参考点位置），进行均匀滑动反演建模。反演的初始参数值参考图2中给出的大致范围区间，利用蒙特卡洛搜索法求取符合预测标准的最佳参数，反复逼近达到最佳拟合，然后生成1 000个均匀分布样本，取其均值作为最优解（表3）。结果表明，发震断层以走滑为主，震源深度约838 km，略大于断层宽度，走向约为223°，近似为NE方向，倾角为89°。同震形变场（图2a）、均匀滑动反演结果（图2b）与余震序列展布存在高空间相关性。由图2c可知，除下盘个别微小区域拟合效果不佳外，整体拟合得到的残差结果较小，可能与单一方向InSAR数据、数据失相干等因素有关，说明均匀反演得到的断层参数可靠性较高，因此可以利用得到的断层模型参数进行非均匀反演。

32 同震断层面滑动分布反演

基于断层几何模型参数，以InSAR形变场为约束，采用反演程序SDM进行同震断层面滑动分布反演。为获取断层面的精细滑动分布，参考Crust20模型将研究区地壳处理成层状介质模型。反演计算时将断层面沿走向和倾向2个方向划为离散的1 km×1 km近似矩形的小断层片，并将断层的长度与宽度都扩展为20 km，即划为400个 小单元断层片。为了保证反演结果稳定性，通过粗糙度与拟合残差曲线求得最佳滑动因子为003（图4）。图5为墨江地震分布式滑动反演结果与残差，模拟结果与观测形变场的拟合度达90%，较均匀滑动反演结果精度有所提高，由图5b可见，下盘形变区拟合结果较均匀滑动反演（图2b）结果更佳。

图6为同震断层面滑动分布，断层面的滑动分布主要集中在沿断层走向9～15 km、沿倾向向下3～9 km的区域内，平均滑动量与滑动角分别为007 m与1606°。断层在近地表处滑动量较小，表明此次地震未造成地表破裂;断层面最大滑移量为019 m，大约分布在沿断层走向10～13 km、沿倾向向下3～6 km处。滑动分布结果表明断层面的运动方式以右旋走滑活动为主，与InSAR技术判断断层的运动性质一致，表明本次计算结果是合理且可靠的。33 发震构造讨论

利用InSAR技术得到墨江地震同震形变场，结果显示，此次地震破裂面大致呈NE走向，与震后余震空间分布基本一致，说明本次地震的反演结果是科学合理的;InSAR形变场及断层面滑动分布，表明此次地震是在以右旋走滑为主的构造背景下发生的事件，符合区域构造的运动性质。

4 结论

基于升轨Sentinel1A SAR 数据，利用D-InSAR技术及SDM反演程序对2018年9月8日墨江MS59地震进行了研究，获取了地震同震形变场及断层面滑动分布，主要得到以下结论：

（1）利用InSAR技术得到墨江地震的同震形变场，升轨数据干涉图相干性较好，雷达视向上，上盘下降量达6 cm，下盘上升约4 cm，表明此次地震事件以右旋走滑为主。

（2）同震形变场位于红河断裂南段与把边江断裂区域之间，判断发震断层可能为2条断裂带间的一条调节断裂。

（3）分布式滑动反演结果与观测形变场的拟合度达90%，断层最大滑移量为019 m，大约分布在沿断层走向10～13 km、沿倾向向下3～6 km处，表明此次地震以右旋走滑运动为主，破裂未延伸至地表，与区域构造运动背景一致。

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