新疆于田MS7.3地震同震与震后形变机制研究

孙 赫 季灵运 朱良玉 赵 强

1 中国地震局第二监测中心，西安市西影路316号，710054



新疆于田MS7.3地震同震与震后形变机制研究

孙 赫1季灵运1朱良玉1赵 强1

1 中国地震局第二监测中心，西安市西影路316号，710054

利用InSAR技术获取2008-03-21新疆于田MS7.3地震的同震和震后形变场。同震分布式滑动反演结果表明，同震断层最大滑动量达5.4 m，主要分布在南部断层的0～5 km深度附近，地震以正断错动为主，兼有左旋走滑分量。震后形变结果表明，发震断层北段两侧存在差异性运动，最大累积差异形变在震后782 d达15 cm。进一步分析表明，震后断层余滑可能是震后形变的主要机制。余滑反演结果表明，震后2 a断层余滑量相对较小，滑移区范围明显减小且均位于浅部区域，北部断层能量释放较彻底，南部仍存有少量能量，整体能量基本释放完。

于田地震；InSAR；同震形变场；震后形变场；余滑

2008-03-21新疆于田MS7.3地震[1]震中位于西昆仑地震带与阿尔金地震带交汇区，地表破裂长度达30多km，在正断层的基础上存在左旋走滑位移[2-7]。区域构造如图1所示。

红色矩形框为本文研究区域；黑色线为区域内断层分布；红色实线为野外地质考察确定的地表破裂[2]；地形数据为90 m分辨率的SRTM数据；蓝色圆圈为NEIC震后5个月的余震分布图1 于田地震区域构造示意图Fig.1 Local faults of the 2008 Yutian earthquake

地震发生后，许多专家对其发震机制与发震断层构造进行多方面研究，其中包括野外地质考察[2]、地质构造与地壳形变研究[5]以及基于GPS、InSAR技术的探测与模拟[6-9]等。本文利用SAR数据获取的InSAR形变场反演于田地震的同震与震后断层滑动分布。对比分析后发现，震后余滑量相对较小，能量基本释放完全。

1 D-InSAR同震形变结果与分析

1.1 反演算法简介

本文利用Wang等[10]提出的SBIF(sensitivity based iterative fitting)反演程序。在反演处理之前，采用四叉树方法将InSAR技术获取的形变场数据进行降采样[11]，以提高运算速度。反演计算时，采用InSAR技术获取的形变场作为约束。发震断层走向通过震后野外实地考察确定，倾角根据ISC提供的震源机制解和文献[7]综合确定。断层主要包括南北两段，具体位置与方向如图2中黑色实线所示。北段走向为196.4°，倾角为52°，南段走向为渐变，由北向南从155°到230°，倾角为52°。为了得到较合理的反演结果，利用数据拟合程度与断层滑动粗糙度曲线之间的关系确定该断层的平滑因子。图3为于田地震同震断层应力面的粗糙度与数据拟合曲线，分析断层应力面平滑条件，得到同震的平滑因子为0.05。2008年于田地震震源深度为19 km，而且大部分影响深度为地表以下10 km处，故设置反演模型深度为20 km。

1.2 同震形变结果与分析

利用D-InSAR技术分别对ENVISAT SAR数据和ALOSPALSAR数据(表1)进行处理，并采用90 m分辨率的SRTM数据作为外部DEM数据，得到于田地震同震形变场(图2(a)和2(b)，形变方向为LOS方向)。研究时间域内，在冰雪覆盖区及部分地势陡峭的山区出现失相干现象。加之卫星轨道入射角差异，升降轨数据获取的干涉图信息不尽相同。升轨PALSAR数据获取的最大形变区位于上盘，沉降量达110 cm，下盘沉降约为50 cm。降轨ENVISAT数据在最大形变区失相干，上、下盘最大沉降与抬升均为40 cm左右。

图2 2008年于田地震形变结果(包括ENVISAT与PALSAR两类数据)Fig.2 The deformation results of 2008 Yutian earthquake including ENVISAT and PALSAR

表1 SAR影像数据参数

反演过程中，首先对获得的InSAR形变场进行降采样，以提高运算速度；然后对ENVISAT和PALSAR同震形变场进行共同约束反演，得到模拟形变场(图2(e)～图(f))。残差结果显示，差值在±10 cm之间，精度比较可靠。滑动分布结果(图4)显示，滑移主要集中在地下0～5 km深度，南段断层的滑移量比较大，最大达5.4 m；北段断层滑移量约为4 m，集中分布在地下10～18 km深度。断层滑动分布证实了于田地震的正断层破裂机制，同时兼有一定的左旋走滑分量。

图4 于田地震同震反演的断层面滑动分布Fig.4 The inversion slip distribution of coseismic for Yutian earthquake

2 震后形变场获取与机制探讨

为获取震后形变信息，选用9景L波段的ALOS PALSAR数据，时间跨度为2008-05-26～2010-07-17。其中,垂直基线的阈值为±2 500 m，时间基线的阈值为35～800 d。通过影像数据的自由组合，选取11个相干性较高的干涉对进行计算，详细参数见表2，时-空基线关系如图5所示。

采用SBAS技术对表2中的干涉对进行处理，得到于田地震震后累积形变场，如图6所示。2008-05-26～2010-07-17发震断层北段两侧存在差异形变，累积差异形变约为15 cm，表明震后断层存在活动。为了定量分析断层两侧地表形变变化，分析图6中剖线在各时间段内的形变变化(图7)。图7显示，震后46 d内基本没有形变，184 d时发生形变，直到506 d后形变基本稳定，说明断层滑移基本停止。图8给出了基于指数函数和对数函数的断层北段附近a点的形变时间序列拟合曲线，结果表明，震后2 a内形变逐年增加，累积超过5 cm。

表2 选取干涉对列表信息

图5 干涉对基线组合Fig.5 Baseline combination of all the interferomeric pairs

图6 于田地震震后2008～2010年累积形变(虚线为形变时间序列剖面位置)Fig.6 The postseismic cumulative deformation of Yutian earthquake from 2008 to 2010(Dotted lines represent profile position for the time series of deformation)

图6～8的震后累积形变及震后形变时间序列结果表明，震后断层北段存在余滑。为了得到震后断裂带的滑动情况，同样采用上文的反演策略与算法，以获取的震后InSAR地壳形变为约束，对震后InSAR降采样形变场(图9(a))进行反演，得到模拟形变场(图9(b))与断裂带滑动分布(图10)。研究区域内残差结果差异在±3 cm内。由图10知，震后2 a内，断层滑动量相对很小，最大滑动量为0.7 m，南北两段断层的滑移区均集中在地下0～5 km深度。结合同震与震后断层滑动分布结果，北段断层能量由深至浅进行释放，震后2a基本释放完；南段断层震后滑动区范围明显减小，同时余滑量也明显减弱，由同震的5.4 m降到震后的0.7 m。

图7 2008～2010年剖线上各时段累积形变(剖线位置见图6)Fig.7 Accumulative deformation of profile line in different stages from 2008 to 2010 (profile position in Fig.6)

图8 2008-2010年于田地震震后a点形变时间序列Fig.8 Time series of postseismic deformation in LOS for point a of Yutian earthquack in different stages from 2008 to 2010

图9 InSAR降采样形变场、形变场模拟结果及残差Fig.9 Resampled deformation, inversed deformation and residual for inversed data

图10 于田地震震后断层面的滑动分布Fig.10 The inversion slip distribution of postseismic for Yutian earthquake

震例研究表明，震后地壳形变的机制主要有3种，即震后余滑、孔隙弹性回弹、震后粘弹性松弛[12]。震后余滑产生的形变主要集中在断层附近，余滑一般主要发生于断裂中部并且局限在上部4 km[13]; 孔隙弹性回弹产生孔隙弹性回弹形变，主要影响近场；而震后粘弹性松弛影响的范围比较宽广。在震后1～2 a，3种因素都有可能产生震后形变。但是，分析于田地震的震后形变场发现，形变主要发生在发震断层北段，并且沿断层两侧形变差异明显，比较符合震后余滑机制。后续反演分析亦以余滑机制为主，但是也可能有其他两种机制的贡献。

3 结 语

采用InSAR技术获取的同震及震后形变场显示，2008年于田地震符合正断层的形变机制兼有左旋走滑分量。利用SBIF反演方法分别对获取的形变场进行模拟反演计算，得到相应的模拟形变场及断层滑动分布。同震南段断层活动强烈，分布在地下深度0～15 km，最大滑移量为5.4 m。震后2 a时间内发震断层北段两侧形变差异显著，震后形变的主要机制可能是由震后断层余滑所致。震后断层活动较同震弱，能量基本释放完全，最大余滑量约为0.7 m。南北两段断层的滑移区均位于地下0～5 km的浅部区域。

[1] 尹光华，蒋靖祥，吴国栋. 2008年3月21日于田7.4级地震的构造背景[J]. 干旱区地理，2008，31(4)：543-549(Yin Guanghua，Jiang Jingxiang，Wu Guodong. Tectonic Background of the MS7.4 Earthquake at Yutian on March 21, 2008[J]. Arid Land Ceography，2008，31(4)：543-549)

[2] 徐锡伟，谭锡斌，吴国栋，等. 2008年于田MS7.3地震地表破裂带特征及其构造属性讨论[J]. 地震地质，2011，33(2)：462-471(Xu Xiwei，Tan Xibin，Wu Guodong，et al. Surface Ruture Features of the 2008 Yutian MS7.3 Earthquack and Its Tectonic Nature[J]. Seismology and Geology，2011，33(2)：462-471)

[3] 洪顺英，申旭辉，单新建，等. 基于升降轨ASAR的于田MS7.3级地震同震形变场信息提取与分析[J]. 国土资源遥感，2010，87(4)：98-102(Hong Shunying，Shen Xuhui，Shan Xinjian，et al. The Calculation and Analysis of the Coseismic Deformation Field of Yutian MS7.3 Earthquake Basing on the Ascending and Descending Orbit ASAR Date[J]．Remote Sensing for Land and Resources，2010，87(4)：98 -102)

[4] 张广伟，雷建设，孙长青．2014年2月12日新疆于田MS7.3级地震主震及余震序列重定位研究[J]．地球物理学报，2014，57(3)：1 012-1 020(Zhang Guangwei，Lei Jianshe，Sun Changqing. Relocation of the 12 February 2014 Yutian, Xinjiang, Mainshock (MS7.3) and Its Aftershock Sequence[J]. Chinese Journal of Geophysics，2014，57(3)：1 012-1 020)

[5] 万永革，沈正康，盛书中，等. 2008年新疆于田7.3级地震对周围断层的影响及其正断层机制的区域构造[J]. 地球物理学报，2010，53(2)：280-289(Wan Yongge，Shen Zhengkang， Sheng Shuzhong，et al. The Mechanical Effects of the 2008 MS7.3 Yutian，Xinjiang Earthquake on the Neighboring Faults and Its Tectonic Origin of Normal Faulting Mechanism[J]. Chinese Journal of Geophysics，2010，53(2): 280-289)

[6] 王凡，陈为涛，王敏，等. 利用GPS观测资料分析2008年于田MS7.3地震的同震位移及震后形变[J]. 地球物理学报，2011，54(9)：2 250-2 255(Wang Fan，Chen Weitao，Wang Min，et al. Coseismic and Postseismic Deformation of MS7.3 Yutian Earthquake Derived from GPS Data[J]. Chinese Journal of Geophysics，2011，54(9)：2 250-2 255)

[7] 张国宏，屈春燕，单新建，等. 2008年MS7.1于田地震InSAR同震形变场及其震源滑动反演[J].地球物理学报，2011，54(11)：2 753-2 760(Zhang Guohong，Qu Chunyan，Shan Xinjian，et al. The Coseimic InSAR Measurements of 2008 Yutian Earthquake and Its Inversion for Source Parameters[J]. Chinese Journal of Geophysics，2011，54(11): 2 753-2 760)

[8] Lasserre G，Peltzer C，Crampe F，et al. Coseismic Deformation of the 2001 MW7.8 Kokoxili Earthquake in Tibet，Measured by Synthetic Aperture Radar Interferometry[J]. Journal of Geophysical Research Atmospheres，2005，110(B12)：1-18

[9] Shen Z K，Sun J B，Zhang P Z，et al. Slip Maxima at Fault Junctions and Rupturing of Barriers During the 2008 Wenchuan Earthquake[J]. Nature Geoscience，2009，2(10)：718-724

[10]Wang R，Xia Y，Grosser H，et al. The 2003 Bam(SE Iran)Earthquake：Precise Source Parameters from Satellite Radar Interferometry[J]. Geophysical Journal International，2004，159(3)：917-922

[11]Lohman R B，Simons M. Some Thoughts on the Use of InSAR Data to Constrain Models of Surface Deformation：Noise Structure and Data Downsampling[J]. Geochemistry Geophysics Geosystems，2005，6(1)：359-361)

[12]谭凯，王琪，王晓强，等. 震后形变的解析模型和时空分布特征[J]. 大地测量与地球动力学，2005，25(4)： 23-26(Tan Kai，Wang Qi，Wang Xiaoqiang，et al. Analyticmodels and Space-Time Distribution of Postseismic Deformation[J]. Journal of Geodesy and Geodynamics，2005，25(4)：23-26)

[13]Scholz C H，Wyss M，Smith S W. Seismic and Aseismic Slip on the San Andreas Fault[J]. Journal of Geophysical Research Atmospheres，1969，74(8)：2 049-2 069

About the first author:SUN He，assistant engineer，majors in crustal deformation and earthquake prediction，E-mail：sunhele@163.com.

Coseismic Deformation and Postseismic Deformation Mechanism Yutian MS7.3 Earthquake

SUNHe1JILingyun1ZHULiangyu1ZHAOQiang1

1 Second Crust Monitoring and Application Center, CEA,316 Xiying Road，Xi’an 710054，China

On March 21th, 2008, a MS7.3 earthquake occurred in Yutian of Xinjiang. In this paper, InSAR technology is used to obtain the coseismic and postseismic deformation. The inversion of coseismic slip distribution shows that the largest slip achieves 5.4 m and that the slip is dominant in the south of the fault, near 0-5 km depth beneath the ground surface. The earthquake is a normal faulting event with a slight sinistral strike-slip component. Postseismic deformation indicates that there are differences in movement in the north section of seismogenic fault, and the largest cumulative deformation difference is about 15 cm in 782 d after the earthquake. According to the further analysis, the afterslip of postseismic fault may be the main mechanism for deformation. The degree of postseismic afterslip is relatively small in two years and the slip region decreases greatly and for the most part is located in shallow areas. The energy of north fault is relatively exhaustive released, while there is little energy remaining in south part of the fault.

Yutian earthquake；InSAR；coseismic deformation；postseismic deformation；afterslip

Special Fund for Earthquake Research of CEA, No.201508009.

2015-12-15

项目来源：中国地震局地震行业科研专项(201508009)。

孙赫，助理工程师，主要从事地壳形变与地震预测研究，E-mail：sunhele@163.com。

10.14075/j.jgg.2016.12.004

1671-5942(2016)012-1052-04

P315

A