2022年1月8日青海门源MS6.9 地震同震形变场及地下位错反演

万秀红 屠泓为

青海省地震局，西宁 810001

0 引言

图1 门源6.9级地震及3级以上余震分布

合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)是近几十年发展起来的空间对地观测技术，能够全天候获取高精度、连续覆盖的地面高程和地表形变信息，是现今地震断层参数研究的重要手段之一。该技术以同一地区的两景SAR图像为基本处理数据，通过求取两景SAR图像的相位差，获取干涉图像，然后经相位解缠，从干涉条文中获取地形高程或形变信息(张景发等，1998； 单新建等，1998； 万秀红等，2019)。从近几十年对强震后地表形变的研究可以看出，该技术是研究地表形变的一种快速而有效的方法。2001年青海昆仑山口西8.1级、2008年四川汶川8.0级、2008年西藏当雄6.6级、2008年西藏改则6.9级、2010年青海玉树7.1级、2016年青海门源6.4级、2016年新疆阿克陶6.7级、2017年四川九寨沟7.0级、2021年青海玛多7.4级等地震发生后，众多学者通过InSAR技术分别从不同的角度对这些强震进行了研究，并给出了相应的研究结果(万永革等，2008； 单新建等，2004；Wan et al，2017； 屠泓为等，2016； 屈春燕等，2008； 伍吉仓等，2020； 邵叶等，2011； 谈洪波等，2013； 乔学军等，2009； 洪顺英等，2009； 赵强等，2017； 邱江涛等，2018； 季灵运等，2018； 杨君妍等，2021)，这些结果为相关地震研究提供了重要的参考。

门源MS6.9 地震发生在海拔较高的无人区，虽然未造成人员伤亡，但此次地震震级较大，造成的地表破裂范围较长，地表影响范围也较大。因此，采用D-InSAR技术，利用 Sentinel-1 卫星的SAR 影像进行计算，分析地表形变场，对于研究该地区地表形变与地下位错具有重要意义。

1 区域构造背景

2022年1月8日门源MS6.9 地震发生在冷龙岭断裂与托莱山断裂交汇处，是继1986年6.4级、2016年6.4 级地震后，又一次发生在门源地区的6级以上地震事件。

冷龙岭活动断裂是青藏高原东北缘祁连山的重要组成部分，位于青藏高原前缘部位的祁连山断裂带中东段，该断裂全新世以来活动强烈，主要表现为左旋走滑运动，并伴有正倾滑性质，断错地貌特征明显，具有典型的左旋走滑特征，冷龙岭断裂晚更新世以来的平均水平滑动速率为(4.3±0.7)mm/a，全新世晚期以来的平均水平滑动速率为(3.9±0.36)mm/a(何文贵等，2010； 姜文亮等，2017)。冷龙岭断裂是一条全新世活动断裂，且具有多期活动的特点，晚更新世以来断裂发生过4期断层活动，从老至新位错量分别为45～65m、22～52m、13～27m、7～10m，说明该断裂具有较强的水平活动特性(赵强等，2017； 李智敏等，2016)。

本次地震震中位于冷龙岭断裂与托莱山断裂交汇处，相比于前两次6级地震，本次地震震级明显偏大，地表破裂明显，已发现约25km的地表破裂(1)中国地震局，2022. 科考工作每日情况第9期. 内部资料.，是迄今该区域地表破裂最为发育的一次强地震。

图2 干涉图(a)和形变图(b)(降轨)

2 数据资料收集处理及计算方法

2022年1月8日门源6.9地震发生后，快速获取了覆盖震中区域升降轨数据(欧空局发射的Sentinel-1A卫星数据)，升轨卫星的两景数据分别为2022年1月5日(震前)和2022年1月17日(震后)，轨道号为128，空间基线约为39.009m； 降轨卫星的两景数据分别为2021年12月29日(震前)和2022年1月10日(震后)，轨道号为33，空间基线约为55.852m。采用的数据均为宽幅模式的SLC、 IW数据，极化方式为VV极化，时间基线为12天，计算使用的外部DEM数据均采用于图新地球网采购的30m分辨率的DEM数据。

图3 干涉图(a)和形变图(b)(升轨)

3 计算结果分析

图2为降轨的干涉图与形变图，图3为升轨的干涉图与形变图。根据数据计算结果，可以从图2、图3中明显看出本次地震震中位于蝴蝶状分布的形变图中心，抬升盘与下降盘之间的破裂迹线明显，破裂迹线长约24km，形变中心位于托莱山与冷龙岭断裂交汇处，即本次地震的震中位置。降轨数据干涉图显示，NW向形变范围(a-a1)约90km，SW向形变范围(b-b1)约72km； 升轨数据干涉图显示，NW向形变范围(c-c1)约84km，SW向形变范围(d-d1)约93km。

文中选取了水平向和垂直向的剖线绘制了水平向与垂直向剖线沿视线向(LOS)形变量的变化，如图4(降轨)、图5(升轨)所示(纵轴为形变量，横轴为形变点位置的数据)，图中右上角的形变图中方框的位置为选取剖线的点，以该点为中心做了水平向和垂直向形变量的变化，图中曲线为该点垂直向与水平向形变量的变化范围。降轨数据显示，在断层区域视线向(LOS)形变量最小约-0.55m(远离卫星)，最大约0.68m(靠近卫星)； 升轨数据显示，在断层区域视线向(LOS)形变量最小约-0.49m(远离卫星)，最大约0.42m(靠近卫星)。

图4 沿水平剖线(a)和垂直剖线(b)形变量的变化(降轨)

图5 沿水平剖线(a)和垂直剖线(b)形变量的变化(升轨)

图6 降轨形变(a)、升轨形变(b)与烈度图叠加示意

图7 地表破裂照片

图8 硫磺沟大桥桥面变形(a)与位错(b)照片

图7为兰新铁路硫磺沟大桥附近拍摄的地表破裂，高差约0.6m，从下降盘很难一步跨到上升盘。距离该破裂100m左右的兰新铁路硫磺沟大桥铁轨变形，桥面错开，桥面一侧掉至桥墩中间的凹槽(图8)，这些均可作为计算结果的佐证。

对比邓起东断层分布和D-InSAR 形变场分布特点，可以看出此次地震发震构造不在冷龙岭断裂，也不在托莱山断裂，而是位于二者之间。而据中国地震局地质研究所野外科考，此次地震的发震构造发育在冷龙岭断裂与托莱山断裂之间阶区中的道沟断裂(韩竹军等，2022)。可见本次计算结果与中国地震局地质研究所现场科考结果基本一致。

4 位错反演结果

运用位错反演程序SDM(Wang et al，2011、2013； 屠泓为等，2016)，根据降轨D-InSAR数据分布建立破裂迹线，构建了一个约25km×41.5km的断层面，为提高分辨率，将其分解为273个2km×2km的子模块，考虑到破裂顶部倾角和底部倾角有所差异，根据众多的震源机制解结果，顶部倾角设定为83°，底部倾角设定在66°～83°之间，通过分角度计算，得出顶部倾角为83°、底部倾角为66°，并结合折中曲线等因素分析，得出光滑因子α=0.02时，计算得出的相关系数最高，达到98.3%，故以上述参数作为输入参数进行计算。

图9 沿纬度(a)、经度(b)方向的地下位错计算结果

根据位错反演计算结果(图9)，得出平均位错为0.46m，最大位错为3.29m，位于101.29°E，37.78°N，深度为4.75km。对比中国地震台网给出的6.9级主震位置，分析认为本文计算的最大位错破裂位置与主震位置一致性较好。科考工作显示，门源6.9级地震地表最大位错量为3.1m(2)，通过对InSAR数据位错反演的最大位错与地表科考得出的结果进行对比，认为二者具有较高的一致性。

5 结论

本文采用Sentinel-1A卫星数据，利用D-InSAR技术获取门源MS6.9 地震同震形变场，进行计算分析，运用SDM程序反演地下静态位错，并结合现场科考资料进行对比分析，得出如下认识：

(1)本次地震震中位于蝴蝶状分布的形变图中心，抬升盘与下降盘之间的破裂迹线明显，破裂迹线长约24km，形变中心位于托莱山与冷龙岭断裂交汇处，即本次地震的震中位置。

(2)降轨数据干涉图显示，NW向形变范围约90km，SW向形变范围约72km。升轨数据干涉图显示，NW向形变范围约84km，SW向形变范围约93km。有较明显的形变所涉面积约0.4万km2，对比已发布的门源6.9级地震烈度图和本次地震的形变图，表明二者重合度较高。

(3)降轨数据显示，在断层区域视线向(LOS)形变量最小约-0.55m(远离卫星)，最大约0.68m(靠近卫星)； 升轨数据显示，在断层区域视线向(LOS)形变量最小约-0.49m(远离卫星)，最大约0.42m(靠近卫星)。

(4)利用降轨数据计算位错反演结果，得出平均位错为0.44m，最大位错为3.29m，位于101.29°E，37.78°N，深度为4.75km。在8km以上位置位错在1.3m以上，一直破裂至地表，近地表位错破裂长度可达30km，在地表有明显破裂的区域长约25km。

综合分析认为，本次地下位错在主震区域破裂较为彻底，但在断层两端近地表破裂幅度较小，后续的应力触发作用值得关注。

致谢：感谢欧空局提供的Sentinel-1A卫星影像数据及汪荣江教授提供的反演程序，同时感谢审稿专家提出的修改建议。