2021年云南漾濞MS6.4地震同震地表形变与断层滑动分布

王绍俊 刘云华 单新建 屈春燕 张国宏 解朝娣 赵德政 范晓冉 华 俊 梁诗明 张克亮 代成龙

1)中国地震局地质研究所，地震动力学国家重点实验室，北京 100029 2)云南大学，地球科学学院，地球物理系，昆明 650500

0 引言

根据中国地震台网中心 CENC[注]http: ∥www.csi.ac.cn。测定，北京时间2021年5月21日，云南漾濞县发生MS6.4地震，地震共造成3人遇难、32人受伤，震中区域部分房屋建筑遭受了不同程度的损害。地震发生后，中国地震局启动了科学考察应急响应，多家科研单位参与其中，综合多种手段对漾濞地震的同震地表形变特征、震源机制、地震序列演化、野外活断层活动、工程震害调查、地震孕震环境和地震成核机制等开展了研究。

漾濞地震发生后，国内外不同机构相继给出了震源机制解(表1)，所有地震学震源机制解均显示本次地震的发震断层为右旋走滑断裂，然而漾濞地震科学考察组提供的余震精定位结果却表明漾濞地震破裂面远离已知断层，暗示着该区域构造的复杂性和地震风险评估形式的严峻性。

表1 不同机构给出的云南漾濞地震的震源机制解Table1 Source parameters of the Yangbi，Yunnan earthquake from different agencies

本文利用Sentinel-1 SAR数据获取了漾濞地震的同震形变场，结合震区的GNSS同震形变场研究漾濞地震的同震形变特征和断层面破裂特征，并基于此分析漾濞地震对区域断层的地震危险性影响，最后讨论了漾濞地震对红河断裂研究的启示与待解决的科学问题。

1 构造背景

在印度板块持续的NE向推挤作用下，青藏高原内部块体不断发生E向挤出运动(邓起东等，2014)，在东边界受到四川盆地的强烈阻挡之后，开始以东构造结为中心发生顺时针旋转，向中南半岛方向持续推挤，在川滇地区形成了千沟万壑的横断山脉。由于运动速率的差异，在川滇地区内部形成了一系列巨型走滑断裂： 维西-乔后-巍山断裂、红河断裂、鲜水河断裂带、安宁河断裂带、则木河断裂带、大凉山断裂带和小江断裂等(图1)。其中，鲜水河断裂、安宁河断裂和则木河断裂构成了川滇菱形块体的东边界，而维西-乔后-巍山断裂和红河断裂作为主要断裂控制着川滇块体的西南边界区域的地壳形变过程。

图1 漾濞地震区域的构造背景图Fig. 1 Tectonic setting of the Yangbi region.红色箭头代表GPS速度场(Wang et al.，2020)； 不同颜色的沙滩球代表历史地震； 黑色沙滩球代表USGS给出的震源机制解； 黑色实线矩形分别代表获取的Sentinel-1A/B升轨SAR影像范围； 黑色虚线矩形框代表1A降轨SAR影像范围； 蓝色矩形表示图1b； 图1b中的红色箭头为本次地震获得GNSS同震位移(由甘卫军私人通讯提供)； 黄色五角星代表中国地震台网中心给出的震中； 黑色五角星代表漾濞县城； 红色直线为跨断层方向； 不同颜色的圆点代表主震发生后3h内的余震。图1c为 沿AB的跨断层余震投影，圆点大小表示震级大小

就地理位置而言，2021年漾濞地震震中位于川滇菱形块体的西南边界，是维西-乔后-巍山断裂与红河断裂相接的部分。红河断裂作为青藏高原东南缘的一条重要构造分界，经历了早期的大型左旋剪切运动到新近纪以来的右旋走滑运动(向宏发等，2004)，从北至南分为红河北段、红河中段和红河南段断裂3段(虢顺民等，1996)。维西-乔后-巍山断裂南与红河断裂相连，北与金沙江断裂相接，新生代以来具有与红河断裂和金沙江断裂相似的运动学特征，可被认为是红河断裂的北延部分(常祖峰等，2016)。

震中区域的构造由3条左阶右旋断裂组成，自西向东依次是维西-乔后-巍山断裂、红河断裂北段和红河断裂中段，其中维西-乔后-巍山断裂与震中的垂直距离仅约10km。维西-乔后-巍山断裂具有较好的野外露头和详细的野外填图结果，已有研究表明该断裂走向NW-SE，断层面的倾向沿走向存在明显变化，其中在点苍山北侧附近断层面倾向NE，倾角为45°～65°(常祖峰等，2016)，然而在点苍山南端附近断层面倾向SW，倾角约为75°(任俊杰等，2007)。雁列式的断层排列和不稳定的断层倾向、倾角变化进一步表明该区域断裂演化不成熟、几何产状复杂、应力关联紧密。该断裂最新的活动年代距今约2i200a，平均滑动速率约为1.25mm/a。GNSS和历史地震震源机制显示，该区域受右旋剪切应力控制，略带NE-SW向拉张分量(图1b)。

据中国地震台网中心报道，1970年以来，震中50km范围内共发生MS≥3.0地震145次，其中3.0～3.9级地震108次，4.0～4.9级地震27次，5.0～5.9级地震9次，6.0～6.9级地震1次，震级最大的即为本次地震。GCMT地震目录显示，震中区自1976年以来发生过多次MW>5.0地震，震源机制大多以右旋走滑为主，个别为正断地震(图1)。

2 数据处理与形变场分析

由于其自身的观测优势，如覆盖面广、全天候、高精度、成本低等，星载合成孔径雷达差分干涉测量技术(Differential SAR Interferometry，D-InSAR)已经成为地表形变和活断层运动学特征研究中最为普遍的观测手段。自1992年Landers地震之后，在近30a内InSAR技术已成功应用于100多个地震的研究中，如2001年昆仑山口地震(万永革等，2008)、2008年汶川地震(张国宏等，2010)、2010年玉树地震(屈春燕等，2013)和2017年九寨沟地震(单新建等，2017)等。这些研究为深入理解地震动力学过程提供了丰富的基础数据。

漾濞地震之后，我们利用主震前、后的4幅Sentinel-1卫星升、降轨SAR影像(表2)开展研究，其中2021年5月26日获取的SAR数据为Sentinel-1B，其余数据为Sentinel-1A。使用GAMMA软件(Werneretal.，2000)对InSAR数据进行干涉处理，获取了漾濞地震的同震形变场。具体处理要点如下： 使用日本宇宙航空研究开发机构[注]https: ∥www.eorc.jaxa.jp/ALOS/en/aw3d30/data/index.htm。发布的AW3D 30m分辨率数字高程模型去除地形相位(Farretal.，2007)； 将距离向和方位向的多视比设为10︰2，以抑制干涉相位噪声； 采用自适应滤波算法(Adaptive spectral filtering)对原始干涉相位图进行空间滤波，降低解缠难度； 采用最小费流算法(Werneretal.，2000)进行相位解缠； 通过线性拟合法拟合残余轨道相位误差，根据相位与形变量的关系将相位转化为视线向形变，经地理编码后得到地理坐标系下的同震形变场。利用对流层分层与地形相关的特性，采用线性模型进行建模，并解算相关参数，进而实现对流层分层信号改正的目的。本研究中采用相对简化的思路，通过求解地形与分层信号的线性模型参数(Bekaert，2010)，进而重建对流层分层信号的影响。基于该思路，我们对原始干涉图进行了细致的大气噪声校正，该方法能够在一定程度上抑制大气噪声，提高干涉图质量。本文获取的InSAR升、降轨干涉条纹图和同震形变场如图2 所示。

表2 Sentinel-1卫星影像的详细参数Table2 Details of Sentinel-1 interferograms used in this study

图2 漾濞MS6.4地震升、降轨同震形变场及形变地形剖线Fig. 2 Ascending and descending coseismic interferograms and deformation fields of the MS6.4 Yangbi earthquake.a 升轨干涉条纹图； b 升轨干涉位移图； c 降轨干涉条纹图； d 降轨干涉位移图； e 降轨形变剖面图。黑色沙滩球为USGS的震源机制解，黑色五角星代表CENC发布的震中

图2 展示了经过大气校正后的干涉图，其中降轨形变场的条纹相对较为清晰，长轴大致沿NW-SE向展布，包含2个形变区。其中，北盘靠近卫星视线向运动，最大LOS向形变量约为0.08m，南盘远离卫星视线向运动，最大LOS向形变量约为0.04m。与降轨数据不同，升轨数据的质量较差，仅能够分辨最大的一个形变中心，该区域靠近卫星视线向运动，最大运动量约为0.07m，剩余部分均为噪声，这主要是川滇地区植被覆盖率高、地形起伏大和多变的大气条件所致。

需要指出的是，鉴于川滇地区独特的自然地理条件，即便经过仔细的大气校正，InSAR数据的噪声污染仍然很严重，仅依靠InSAR数据难以直接推断发震断层的运动性质。但是，InSAR降轨数据显然给出了发震断层具体的空间位置，该断层的走向为NW-SE，远离已知断层，位于维西-乔后-巍山断裂以西约10km处。该结果与中国地震科学探测数据中心对外发布的余震精定位结果[注]http: ∥www.Chinarraydmc.cn/highlights/queryPage？mid=44&mpid=28。具有很好的一致性。

3 断层滑动模型反演与同震库仑应力计算

3.1 断层滑动模型反演

中国地震局地质研究所 “亚失稳实验区”的连续GNSS台站覆盖了漾濞地震震区的NW侧区域，地震发生后试验区科考组迅速获取了漾濞地震的GNSS形变场[注]https: ∥www.eq-igl.ac.cn/。(甘卫军私人通讯提供)，其中4个GNSS台站记录到了显著的同震形变信号，最大水平位移约为0.05m。本文使用该GNSS同震形变数据与获取的InSAR升、降轨数据共同约束漾濞地震的同震滑动模型，以精细刻画断层面的运动学特征。

综合InSAR降轨形变场、震后3h的余震精定位结果确定了发震断层的空间位置和走向，根据地震学矩张量反演的震源机制估计了断层的倾角范围(表1)。我们采用试错法获取断层倾角和倾向，即测试不同断层倾角和倾向对观测数据的拟合效果。结果发现，漾濞地震中 InSAR 与GNSS数据对发震断层的倾向并不敏感，无论是SW倾向的滑动模型1还是NE倾向的滑动模型2都能够在误差允许的范围内拟合InSAR和GNSS数据(图3)。SW倾的断层模型1所对应的升轨数据残差的加权均方根约为0.8cm，降轨数据的残差加权均方根约为1.4cm，GNSS的N向残差约为0.3cm、E向残差约为0.3cm。NE倾向断层模型2的升轨数据残差加权均方根约为0.8cm，降轨数据的残差加权均方根约为1.6cm，GNSS的N向残差约为0.2cm、E向残差约为0.3cm。出现这样的结果主要是因为： 1)漾濞地震的发震断层为倾角较高的走滑断裂，微小的倾向变化并不能有效地被InSAR数据捕捉到； 2)InSAR大气噪声严重、GNSS点位稀少。

虽然InSAR/GNSS约束的断层倾向误差较大，但2组反演结果给出了较为可靠的断层走向和滑动分布： 漾濞地震的发震断层走向NW-SE(134.88°)，破裂区域集中在地下2～10km范围内，长约20km，宽约8km，最大滑动量约为80cm，以右旋走滑为主，略带正断分量，地震释放的标量地震矩约为1.6×1018N·m，矩震级MW6.07。可见，InSAR/GNSS给出的震源机制与地震学给出的震源机制一致(表1)。

图3 SW、NE倾向模型的观测-模拟-残差图Fig. 3 The observations，model simulation and residuals of SW-dipping and NE-dipping fault model.a—c分别对应SW倾向升轨InSAR数据的观测值、模拟值和残差； d—f分别对应SW倾向降轨InSAR数据的观测值、模拟值和残差； g—i分别对应NE倾向升轨InSAR数据的观测值、模拟值和残差； j—l分别对应NE倾向降轨InSAR数据的 观测值、模拟值和残差。黑色虚线是断层迹线； 黑色、红色、蓝色箭头代表GNSS数据的观测值、模拟值、残差

3.2 同震库仑应力计算

漾濞地震发生在维西-乔后-巍山断裂与红河断裂的交会处，该区域的地震背景活动性较强，处于背景地震b值预测模型的低值区，地震风险较高。漾濞地震的发震断层为之前未发现的活断层，是维西-乔后-巍山断裂西侧的一条NW向次级断裂。除此之外，该区域已知的断裂还有红河北段断裂和红河中段断裂，这些活动断裂从北到南呈右旋左阶排列，均为右旋走滑断裂，相互之间的垂直距离仅有十几km。正确评估漾濞地震对周围活动断裂的影响、分析周边断裂未来的地震风险是当务之急。

目前，评估库仑应力已经成为地震危险性分析的重要手段。我们利用GNSS数据和InSAR形变场联合约束反演所得的断层滑动分布结果，基于弹性半空间模型，设置摩擦系数为0.4(内陆走滑型断层的典型值)，采用Coulomb 3.3软件(Linetal.，2004)计算了漾濞地震对周边右旋走滑断层的库仑应力加载效应。分别使用SW倾断层模型和NE倾断层模型开展计算，计算结果(图5)表明，发震断层的倾向对库仑应力计算结果的影响较为微弱。在7.5km深度的横截面上，漾濞地震对周边断层主要表现为库仑应力卸载作用，仅有红河断裂北段部分区域具有些许库仑应力加载作用，但加载量较小，未达到触发水平(0.1bar)。但在15km深度的横截面上，库仑应力对发震断层本身和红河北段断裂具有显著的应力加载作用。然而，该区域的地震活动主要集中在10km以内(孙庆山等，2018)，这意味着15km深度附近可能为震间蠕滑区，并不具备孕震条件。因此，可初步认为MS6.4漾濞地震序列的发生对周边的右旋走滑断裂具有应力卸载作用，缓解了周围断裂的地震紧迫性。

4 讨论

印度板块向欧亚板块碰撞，导致青藏高原物质向E侧挤出，由于华南块体阻挡了高原物质流动，形成了众多次级块体，其中之一便是川滇块体。川滇块体顺时针运动(徐锡伟等，2003； 王恒等，2019)导致块体边界应力积聚(Leloupetal.，1995； Jinetal.，2019)，地震频发。本次地震发生在川滇块体西南边界，研究本次地震对川滇块体西南边界的地震危险性研究有重要意义。由反演所得断层滑动分布集中在10km深度以内来看(图4c，d)，本次地震是一个浅源断层破裂事件。InSAR/GNSS约束的断层滑动分布具有明显的右旋分量，与区域断裂右旋走滑背景一致。由InSAR/GNSS确定的断层位置、余震精定位的空间分布均表明，漾濞地震的发震断层远离已知活动断层，与最近的维西-乔后-巍山断裂也有约10km的距离，因此我们认为发震断层为一条未知的活动断裂。根据同震破裂的运动特征分析，该断裂属于维西-乔后-巍山断裂与红河断裂衔接处的分支断裂，可能为维西-乔后-巍山断裂的次级断层。该断层与周边断层的运动学关系还需要进一步深入研究。

图4 SW、NE倾向断层面上的滑动分布Fig. 4 Coseismic slip distribution inversion result using the SW-dipping and NE-dipping fault model.a SW倾向断层面的三维滑动分布； b NE倾向断层面的三维滑动分布； c SW倾向断层的滑动分布图； d NE倾向断层的滑动分布图

图5 漾濞地震的同震库仑应力变化图Fig. 5 Coseismic Coulomb stress change induced by the Yangbi MS6.4 earthquake using the receiving fault as the source fault.

2种倾向的断层模型，从数据拟合的角度来说无法分辨断层的实际倾向，我们给出了主震发生后3h内ML>1的跨断层余震投影面(图1c)，可以看出余震在跨断层投影面上的分布趋势显示了一条SW倾向的高倾角断层面，由此认为发震断层为SW倾向。主震发生后3h内余震活动逐渐减弱，说明断层运动趋于稳定。从目前的余震展布情况来看(图1b)，余震的分布区域与模拟的断层迹线走向一致，且与计算所得断层主破裂区地下7.5km深度水平的库仑应力减小的展布方向一致，说明发震断层尚处于应力调节阶段。通过计算所得的库仑应力变化可知(图5)，断层主破裂区域处于应力释放状态，后续发生较强余震的可能性不高。我们认为川滇块体边界复杂的次级断裂吸收了块体顺时针旋转带来的应力积累，从而调整了区域应力。而作为其主要边界之一的红河断裂的地震活动性从NW至SE逐渐减弱。对于红河断裂的地震危险性研究： 一种观点认为，红河断裂带作为川滇块体边界断裂的作用正在减弱，其中、南段未来不会有大地震发生(虢顺民等，1984，2001)； 另一种观点认为红河断裂中、南段大地震复发周期长，存在发生大地震危险(Allenetal.，1984)。从红河北段维西-乔后-巍山断裂所发生的云南漾濞地震对于整个红河断裂地震危险性的影响来看，漾濞地震是否会触发红河走滑断裂强震是后续值得研究的问题。此外，也要关注红河北段断裂和红河中段断裂的小地震活动性，尽快厘清维西-乔后-巍山断裂、红河北段断裂和红河断裂中段断裂的几何关系。利用GNSS加密观测和InSAR时序分析强化对红河断裂北段、中段的滑动速率、闭锁深度的约束，正确评估地震危险性。

5 结论

本文利用升、降轨InSAR数据获取了2021年5月21日漾濞地震同震形变场，并以升、降轨InSAR形变场数据和GNSS数据作为约束，给出了2种发震断层模型，分别计算了2种模型下漾濞地震的同震库仑应力。得到以下结论：

(1)基于升、降轨Sentinel-1数据得到了2021年云南漾濞地震同震形变场，升轨LOS向最大形变量约为0.07m，降轨LOS向最大形变量约为0.08m。升、降轨相同盘的最大形变量正负相反，结合升、降轨成像的特点，说明发震断层以走滑为主。

(2)以升、降轨形变场数据为约束，反演了2种断层模型，分别是SW倾向断层模型和NE倾向断层模型，SW倾向断层的最大滑动量约为0.8m，NE倾向断层的最大滑动量约为0.6m。2种模型的倾角均为80°，矩震级为MW6.07，破裂集中在地下2～10km深度范围内，地震未破裂到地表。2种模型计算的断层几何参数和滑动分布结果显示，发震断层为高倾角右旋走滑略带正断分量的断层。结合主震发生后3h内的余震精定位数据，其在跨断层方向的投影面，显示一条SW倾向的断层面，初步判定断层为SW倾向。

(3)同震形变场展布于维西-乔后-巍山断裂西侧，由于区域活断层构造图并未记录该破裂断层，初步认定本次地震的发震断层是维西-乔后-巍山断裂的次级断裂。计算得到的同震库仑应力结果表明，本次地震的发生使得区域应力得到了释放，该区域后续发生大地震的可能性不大。

致谢中国地震局地球物理研究所房立华研究员提供了漾濞地震余震的精定位数据； 甘卫军研究员提供了GNSS数据； 张迎峰在同震滑动模型反演过程中给予了帮助； 本文部分图件使用GMT软件绘制； 审稿人提出了很好的建议使文章更加完善。在此一并表示感谢!