Sentinel-1影像约束下的东昆仑断裂带玛沁—玛曲段现今地壳变形特征

2023-11-04温扬茂方志斌贺克锋杨九元熊露雲许才军

地球物理学报 2023年11期

温扬茂, 方志斌, 贺克锋, 杨九元, 熊露雲, 许才军

1 武汉大学测绘学院, 武汉 430079 2 地球空间环境与大地测量教育部重点实验室, 武汉 430079 3 自然资源部地球物理大地测量重点实验室, 武汉 430079

0 引言

东昆仑断裂带是位于青藏高原北部的一条大型左旋走滑断裂,平均走向270°～290°,呈略向NE凸出的弧形,全长约2000 km(图1a).作为巴颜喀拉块体的北边界和青藏块体向东挤出的重要通道,东昆仑断裂带调节着青藏高原东北缘的东向挤出和东北向缩短,是青藏高原活动性最强的断裂之一(Avouac and Tapponnier, 1993; Tapponnier et al., 2001).东昆仑断裂带中段具有均匀稳定的10～12 mm·a-1的滑动速率(Van Der Woerd et al., 2002),东段滑动速率则自西向东递减,从～10 mm·a-1逐渐降至玛曲县以东的2～9 mm·a-1(Kirby et al., 2007; Harkins et al., 2010; Li et al., 2011; Diao et al., 2019; Zhao et al., 2022),但是对东段滑动速率是在98°E以西缓慢向东递减,还是在距离断裂带最东端150 km以内快速向东递减存在一定争议.此外,东昆仑断裂带中西段历史上发生过多次地震,如1937年托索湖MS7.5地震、1963年阿拉克湖MS7.1地震、1973年玛尼MS7.3地震、1997年玛尼MW7.6地震(图1a).在2001年可可西里MW7.8地震(图1a)发生后,东昆仑断裂带东段的玛沁—玛曲段成为历史地震破裂空段(闻学泽等, 2009).古地震研究表明(李春峰等, 2005; 李陈侠, 2009),玛沁段的古地震复发周期为600±100 a,最近一次地震事件的离逝时间为～400 a,距最小古地震复发周期只有100 a;玛曲段最近三次古地震的复发间隔为～1000 a,最近一次地震事件的离逝时间为1055～1524 a(Li et al., 2011),已超过最新三次地震的复发间隔,表明玛沁—玛曲段存在发生大地震的可能性.

图1 玛沁—玛曲段构造背景(a) 中黑线为青藏高原主要断裂带,红线为东昆仑断裂带,绿线代表玛沁—玛曲段,灰线代表其余活动断裂(邓起东等, 2003);蓝色圆形代表东昆仑断裂带1900年至今发生的M≥7的地震(来自USGS,https:∥www.usgs.gov/programs/earthquake-hazards/earthquakes).(b)中黑色粗线代表东昆仑断裂带,灰色细线代表次级断裂(Taylor and Yin, 2009);蓝色箭头为GPS水平速度场(Wang and Shen, 2020),误差椭圆表示68%置信区间;粉色和绿色虚线框分别代表本文所用升、降轨影像覆盖范围;红色三角代表阿尼玛卿山.背景地形数据来自美国航天飞机雷达地形测绘任务(Shuttle Radar Topography Mission, SRTM)( Farr et al., 2007).Fig.1 Tectonic map of the Maqên-Maqu segment(a) Black lines represent the main faults in Tibetan Plateau, red lines represent the East Kunlun Fault zone (EKF), green line represents the Maqên-Maqu segment (MMS), gray lines represent the other faults (Deng et al., 2003); Blue circles denote M≥7 earthquakes since 1900 in the EKF from USGS (https:∥www.usgs.gov/programs/earthquake-hazards/earthquakes). (b) Thick black lines represent the EKF, fine gray lines represent secondary faults (Taylor and Yin, 2009); Blue arrows indicate the horizontal GPS velocity field (Wang and Shen, 2020) and error ellipses indicate the 68% confidence interval; Pink and green rectangles show the coverage of the InSAR ascending and descending tracks used in this study, respectively; Red triangle represents the Anyemaqen Mountain. The background topography is from the Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) (Farr et al., 2007).

全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)和合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthetic Aperture Radar, InSAR)为研究地壳变形特征和断裂带活动性提供了有效的观测资料(Wright et al., 2004; Liang et al., 2013).其中,GNSS可以提供毫米级水平形变和亚厘米级垂直形变,但中国大陆的GNSS测站分布稀疏,观测空间分辨率较低,难以捕捉到空间短波长的地壳变形;而InSAR可以提供高空间分辨率、大范围、毫米级的一维视线(Line of Sight,LOS)向地表形变.两种观测的结合,可获得地表高精度、高空间分辨的三维形变图(Weiss et al., 2020; Watson et al., 2022; Zhao et al., 2022).

本文处理了覆盖东昆仑断裂带玛沁—玛曲段(～99°E—104°E)2014—2021年间Sentinel-1的升、

降轨卫星影像,获得了该段的LOS向形变速率.在此基础上,联合GPS速度场解算该区域高空间分辨率的三维形变速率场和应变率场.最后,根据形变速率和应变率的结果,对东昆仑断裂带玛沁—玛曲段的地壳运动特征、应变率积累特征以及断裂带滑动速率等进行分析与讨论.

1 数据和方法

1.1 InSAR数据处理

研究使用了覆盖东昆仑断裂带玛沁—玛曲段的Sentinel-1卫星升轨T026A、T128A和降轨T033D、T135D共四个轨道的SAR影像(影像数量分别为115、136、146、135),时间跨度为2014—2021年玛多MW7.4地震发生之前,影像覆盖范围如图1b所示.数据处理过程中,首先对四个轨道的原始SLC影像选取时间基线大于2 a、垂直基线小于30 m的像对使用GAMMA软件(Wegnüller et al., 2016)来进行差分处理,包括利用30 m分辨率的SRTM DEM(Farr et al., 2007)去除地形相位,使用自适应滤波(Goldstein and Werner, 1998)提高干涉图信噪比,使用SNAPHU方法(Chen and Zebker, 2002)进行干涉图解缠,并将干涉图地理编码到WGS84坐标框架.然后,根据干涉图的误差水平剔除了其中大气干扰严重的干涉图,最终轨道T026A、T128A、T033D、T135D分别使用了551、561、587、428个差分干涉对.在此基础上,基于SBAS(Small Baseline Subset)原理(Berardino et al., 2002),利用MintPy软件(Zhang et al., 2019)对这些干涉对进行时序组网来获取研究区域LOS向形变速率场,解算时采用桥接(Bridging)和相位闭合技术对干涉相位的解缠误差进行探测和改正,选取时间相干性>0.7的干涉对基于最小生成树(Minimum Spanning Tree, MST)算法来组网,大气误差通过GACOS模型(Yu et al., 2018)来进行改正,地形误差通过函数模型来进行估计以及固体潮效应通过固体潮模型(Milbert, 2018)来进行改正.

由于每幅干涉图中形变是相对的,导致解算得到的形变结果之间存在系统性差异,且未以欧亚大陆为参考基准,因此利用GPS数据对LOS向形变速率进行校正(胡俊, 2013; Weiss et al., 2020).考虑到该区域的垂向变形很小(Liang et al., 2013; Hao et al., 2014),因此忽略垂向位移的影响,首先将GPS水平位移投影到LOS向,利用该投影速率值与实测LOS向速率值之间的差值对每个轨道估计一个二次曲面,然后把该二次曲面从LOS向形变速率场中扣除,即得到以欧亚大陆为基准,长波长形变特征与GPS一致,同时保留短波长形变特征的玛沁—玛曲段LOS向形变速率场.校正过程中所使用的GPS速度场来自Wang和Shen(2020),该速度场的观测时段为1999—2016年,其平均中误差小于0.5 mm·a-1.

1.2 三维形变速率场和应变率场解算

联合GPS观测和InSAR观测来解算三维形变速率场的观测方程如下:

(1)

其中,V是GPS观测形变速度,S是InSAR观测LOS向形变速率,I为单位阵,P为LOS向的投影系数,U为待求解的三维形变速率,εv和εs为GPS和InSAR的观测误差.

在求解过程中,采用插值GPS与InSAR联合解算的方法(Shen and Liu, 2020),即首先在研究区域内划分网格,将GPS水平速度场插值到每个网格上,然后对网格内的升降轨LOS向形变速率取平均,最后以其各自的观测精度为权重,在每个网格上解算方程(1).

得到三维形变速率场后,可以根据其中的水平分量来计算应变率场,即地表位移由块体刚性运动和块体内部应变两部分组成:

(2)

其中,Vxi和Vyi是测站i的水平位移分量,Δxi和Δyi是ΔRi=ri-R的两个分量,ri和R分别表示测站i和待插值点的位置,Ux和Uy为x和y方向的平移速率分量,ω为旋转速率,τxx、τxy、τyy为水平应变率分量,ε为观测误差.

解算方程(2)需要同时顾及测站距待计算点的距离以及测站的空间分布来确定测站间的相对权重.考虑到三维形变的高空间分辨率,本文选择了高斯函数作为距离权函数(Shen et al., 2015),该函数一般情况下较二次函数更适用于数据覆盖密集的情况,能够给出应变变化更多的空间细节.在得到τxx、τxy、τyy等应变率分量后,可以计算区域第二应变率不变量2ndinv、剪应变率shr和面膨胀率dilat:

(3)

(4)

dilat=τxx+τyy.

(5)

2 结果

2.1 LOS向形变速率场

MintPy给出的东昆仑断裂带玛沁—玛曲段LOS向形变速率场如图2所示,可以看到四个轨道的LOS向形变速率场都存在显著的轨道误差斜面,其斜面两端的速率差值为～20 mm·a-1;此外,还可以看到形变速率在东昆仑断裂带两侧存在一定的梯度.该LOS向形变速率场的内符合精度如图3所示,其中,两个升轨T026A和T128A的标准差均值为～0.6 mm·a-1,图幅右下角标准差最大值不超过1.3 mm·a-1;两个降轨T033D和T135D的精度相对较高,标准差均值为～0.4 mm·a-1.

经GPS速度场校正后的东昆仑断裂带玛沁—玛曲段2014—2021年间的LOS向形变速率场如图4所示.结果显示,该区域存在整体向东的运动特征,LOS向形变速率沿东昆仑断裂带存在明显的梯度,且速率值沿断裂带自西向东逐渐递增/递减.其中,升轨结果(图4a)中,断裂带北侧的速率值自西向东从～-9.0 mm·a-1升高至～-6.0 mm·a-1,南侧从～-12.0 mm·a-1升高至～-6.0 mm·a-1;降轨结果(图4b)中,断裂北侧速率值自西向东从～8.0 mm·a-1递减至～4.0 mm·a-1,南侧从～12.0 mm·a-1递减至～6.0 mm·a-1.

图4 经GPS速度场校正后的玛沁—玛曲段LOS向形变速率场(a)和(b)分别代表升、降轨LOS向形变速率场;黑色箭头代表卫星飞行方向,红色箭头代表LOS视线向的水平投影;速率正、负值分别代表朝向卫星和背离卫星的运动.AA′,BB′为(c—f)的剖面位置.(c,d)和(e,f)分别为升、降轨LOS向形变速率与GPS水平形变速率的比较; 红线代表东昆仑断裂带的位置,黑色点云表示距离剖面40 km以内的InSAR LOS向形变速率,蓝绿色方块代表距离剖面 40 km以内的GPS数据,误差棒代表68%置信区间,灰色底图代表剖面的地形.Fig.4 The LOS deformation velocity fields along the MMS after GPS velocity field correction(a) Ascending LOS deformation velocity field, and (b) descending LOS deformation velocity field; Black arrows indicate the satellite′s flight direction, red arrows show the horizontal projection of the LOS vectors; positive and negative velocity values indicate motion toward and away from the satellite; AA′ and BB′ in (a) and (b) indicate profile locations for (c—f).(c, d) and (e,f) are comparisons between the LOS deformation velocities and the GPS horizontal deformation velocities for ascending and descending tracks, respectively; Red lines show the location of the EKF, black point clouds show the InSAR LOS velocities within 40 km along the profiles, cyan squares with error bars representing the 68% confidence interval are GPS velocities within 40 km from the profiles, gray base maps show the elevation of the profiles.

为了验证LOS向形变速率的外符合精度,将InSAR覆盖范围内的GPS水平速度资料(Wang and Shen,2020)投影到LOS视线向,然后与InSAR形变速率结果进行比较(图5).升轨数据中GPS投影速率值与LOS向速率值的相关系数为0.92,二者差值的标准差为～0.6 mm·a-1;降轨中两速率值相关系数为0.96,差值标准差为～0.4 mm·a-1,表明得到的InSAR时序观测具有较高的精度,并且与GPS观测具有良好的一致性.

图5 LOS向形变速率与GPS投影到LOS向形变速率的比较(a) 升轨; (b) 降轨.横向和纵向误差棒分别表示InSAR和投影后GPS速率的68%置信区间.红色实线斜率为1,紫色虚线代表两倍标准差.Fig.5 Comparisons between the LOS deformation velocities and the GPS deformation velocities projected onto the LOS direction(a) Ascending and (b) descending tracks. Horizontal and vertical error bars show the 68% confidence interval of the InSAR and projected GPS velocities. Red solid lines are with the slope of one. Dashed purple lines represent double standard deviations.

2.2 区域三维形变场

基于校准后LOS向形变速率,联合GPS水平速度场(Wang and Shen, 2020),解算得到了东昆仑断裂带玛沁—玛曲段0.02°×0.02°的三维形变速率场(图6).水平向结果(图6b和6c)表明该区域存在显著的东向运动,速率在东昆仑断裂带两侧差异且沿断裂带自西向东逐渐减小.在断裂带以北,东向运动自西向东从～12.0 mm·a-1递减至～10.0 mm·a-1,北向运动从～5.0 mm·a-1递减至～0.0 mm·a-1,在断裂带以南,东向运动自西向东从～16.0 mm·a-1递减至～12.0 mm·a-1,北向运动从～4.0 mm·a-1递减至～-1.0 mm·a-1,这与东昆仑断裂带的左旋走滑以及滑动速率递减的特征相符(Harkins et al., 2010).解算得到的垂向形变速率场是以区域平均垂向形变速率为基准,它反映的是区域相对垂向运动.结果(图6a)显示大部分区域的垂向形变速率为-1～1 mm·a-1,表明区域内无显著的相对垂向形变.

图6 玛沁—玛曲段三维形变速率场(a) 中彩色代表垂向形变,蓝色箭头代表降采样后的水平形变速率,误差椭圆代表68%置信区间.(b)和(c)分别为东西向和南北向形变速率.Fig.6 The 3-D deformation velocity fields of the MMS In (a), color shows the vertical deformation, blue arrows represent the down-sampling horizontal deformation velocities with 68% confidence interval. (b) and (c) are the deformation velocity fields in the E-W and N-S directions, respectively.

三维形变速率场的精度如图7所示,东西向形变速率和垂向形变速率在解算时主要由升、降轨LOS向形变速率结果提供约束,因此SAR影像重叠越多的区域精度越高,其中,东西向形变速率标准差均值为～0.6 mm·a-1,最大值不超过1.0 mm·a-1,垂向形变速率标准差均值为～0.5 mm·a-1,最大值不超过0.8 mm·a-1;南北向形变速率主要由GPS南北向速率场插值结果来进行约束,因此精度在空间上呈现与GPS测站分布相关的空间短波长特征,其标准差均值为～0.9 mm·a-1,最大值不超过1.5 mm·a-1.

图7 玛沁—玛曲段三维形变速率场精度(a) 东西向; (b) 南北向; (c) 垂向.Fig.7 The precision of the 3-D deformation velocity fields along the MMS(a) E-W; (b) N-S; (c) Vertical.

2.3 区域应变率场

计算得到的第二应变率不变量(图8a)表明,应变率主要沿东昆仑断裂带分布,在阿尼玛卿山和西贡周断层交汇区附近存在应变率高值区,最大值分别为～65 nstrain·a-1和～70 nstrain·a-1;在玛曲以东,应变率在光盖山—迭山断裂与东昆仑断裂带之间弥散分布,为30～40 nstrain·a-1.此外,在东昆仑断裂带以南的玛多—甘德断裂和甘德南缘断裂上,应变率积累为～35 nstrain·a-1;在阿万仓断裂上,应变率积累沿断裂从西贡周断层交汇区的～65 nstrain·a-1逐渐降至断裂尾端的～30 nstrain·a-1.最大剪应变率(图8b)显示,高应变率沿东昆仑断裂带表现为近NE-SW的挤压和近NW-SE的拉张,符合东昆仑断裂带的左旋走滑运动,其25～40 nstrain·a-1的挤压速率略大于20～30 nstrain·a-1的拉张速率,说明东昆仑断裂带在左旋走滑的同时可能兼具一定的逆冲分量.此外,在东昆仑断裂带以南的玛多—甘德断裂和龙日坝断裂之间,主应变率主要表现为近东西向的挤压,为～15 nstrain·a-1.

图8 东昆仑断裂带玛沁—玛曲段应变率场(a) 第二应变率不变量,蓝色椭圆为西贡周断层交汇区,蓝色三角代表阿尼玛卿山; (b) 最大剪应变率; (c) 面膨胀率; (d) 刚性旋转速率,正值代表顺时针旋转,负值代表逆时针旋转,黑色扇形代表顺时针旋转速率.Fig.8 Strain rate fields of the MMS of the EKF(a) Second invariant of the strain rate tensor, blue ellipse denotes the Xigongzhou fault intersection zone, blue triangle denotes the Anyemaqen Mountain; (b) Maximum shear strain rate; (c) Areal dilatation rate; (d) Rigid rotation rate, positive and negative values indicate clockwise and counter-clockwise rotation, black fan shapes denote clockwise rotation rate.

面膨胀率(图8c)显示,在阿尼玛卿山和西贡周断层交汇区附近,面压缩率为～40 nstrain·a-1;在阿万仓断裂和龙日坝断裂之间,面压缩率为～20 nstrain·a-1.刚性旋转速率(图8d)显示沿东昆仑断裂带存在～30 nrad·a-1的逆时针旋转,这与东昆仑断裂带的左旋走滑运动相匹配;区域内一些次级块体表现出一定的顺时针旋转,如达日断裂与甘德南缘断裂之间的块体、玛多—甘德断裂与东昆仑断裂带之间的块体,为～15 nrad·a-1;甘德南缘断裂与玛多—甘德断裂之间的块体、光盖山—迭山断裂与临潭—宕昌断裂之间的块体,为～10 nrad·a-1.

上述结果说明应变率积累不仅集中在东昆仑断裂带上,在断裂带周边区域同样存在不小的量级,这意味着区域内发生的形变不仅由东昆仑断裂带的左旋走滑承担,其附近次级断裂的作用也不容忽视.

2.4 玛沁—玛曲段长期滑动速率

将2.2节得到的水平形变速率投影到玛沁—玛曲段的平均走向,结果如图9a所示.在玛沁—玛曲段近似等间隔选取四条与断裂走向垂直的剖面(图9a),选择距离剖面20 km以内,距离断裂带100 km以内的水平形变速率值,并将其投影到与剖面垂直的方向(断裂带的局部走向),利用螺旋位错模型(Savage and Burford, 1973)估计断裂的滑动速率,即:

图9 螺旋位错反演结果(a)平行于断裂带的形变速率场,黑色虚线AA′—DD′分别为(b—e)中剖面的位置;(b—e)中粉色点云代表形变速率,黑色点表示沿剖面线4 km窗口数据的平均值,误差棒为该窗口范围数据标准差,红色虚线代表东昆仑断裂带的位置,绿色实线代表螺旋位错拟合结果, 青色方块表示剖面两侧20 km范围的GPS数据,误差棒为其1倍中误差.Fig.9 Inversion results from the screw dislocation model(a) Fault-parallel deformation velocity field. Black dash lines (AA′—DD′) indicate locations for (b—e). Pink point clouds in (b—e) show deformation velocities. Red dash line indicates the location of the EKF. Black points represent the mean value of data with a 4 km window along the profile line, error bars represent the standard deviation of data within this window, and green lines are simulations of the screw dislocation model. Cyan squares with 1-sigma error bars are GPS velocities within 20 km from the profiles.

(6)

其中,v是与断裂带平行的速率,x是距离断裂带的距离,VL和D分别表示断裂的滑动速率和闭锁深度,o为断层位置的偏移量,C为形变速率的偏移常数.

对速率剖面进行降采样,按照4 km的窗口计算速率均值和标准差,利用最小二乘对降采样后的数据进行反演得到阿尼玛卿山与玛沁之间、玛沁与西贡周断层交汇区之间、西贡周断层交汇区与玛曲之间以及玛曲以东的滑动速率分别为6.0±0.2 mm·a-1、5.6±0.2 mm·a-1、3.9±0.2 mm·a-1和3.5±0.2 mm·a-1,闭锁深度分别为24.2±2.4 km、21.8±3.0 km、10.8±2.4 km和17.6±3.8 km(图9b—e).反演结果显示玛沁—玛曲段滑动速率自西向东缓慢单调递减,但最优闭锁深度并没有表现出这种单向递减模式,显示各段闭锁深度可能存在一定的差异.考虑到二维螺旋位错模型虽然不能精确表征断层的闭锁/运动状态特征,但至少可以近似表达其一阶状态,因此推测各段整体上呈现一个高闭锁特征(李琦等, 2019; Zhu et al., 2020; Jian et al., 2022),但不排除在深度上存在小范围的自由蠕滑或低闭锁状态.

3 讨论

3.1 与前人应变率结果的比较

由于仅采用GPS观测或覆盖不完全、影像数量较少的InSAR观测,已有玛沁—玛曲段应变率场的研究结果质量较低或未包括断裂带最东端等(如,Li et al., 2018; Wang and Shen, 2020; Zhu et al., 2021; Zhao et al., 2022).本文通过大量覆盖东昆仑断裂带东段99°E—103°E的升、降轨SAR影像获得了玛沁—玛曲段～2 km×2 km的高空间分辨率三维形变速率场,在此基础上计算得到的高空间分辨率、高精度的应变率场,结果显示:区域应变率积累主要集中在东昆仑断裂带上,且在阿尼玛卿山附近和西贡周断层交汇区附近存在应变率高值区.其中,沿东昆仑断裂带分布的～40 nstrain·a-1的最大剪应变率与Wang和Shen(2020)以及Li等(2018)基于GPS观测的结果大小相当.阿尼玛卿山附近的高应变率积累特征与Zhao等(2022)和Zhu等(2021)等基于InSAR观测的研究结果特征一致,但～65 nstrain·a-1的第二应变率不变量略低于Zhao等(2022)的～70 nstrain·a-1和Zhu等(2021)的～80 nstrain·a-1,推测造成这种差异的原因可能是LOS向形变速率结果以及三维形变解算策略各不相同(Shen and Liu, 2020).此外,西贡周断层交汇区附近的应变率积累与Zhu等(2021)的结果存在一定差异,Zhu等(2021)在该区域给出的应变率高值区更靠近玛沁县,而本文结果则在玛沁县和玛曲县中间,两者相距～100 km,考虑到Zhu等(2021)仅使用降轨观测资料且应变结果在应变率高值区的空间分辨率为～15 km左右,我们认为本文结果具有更高的可信度.

3.2 东昆仑断裂带东段的现今活动特征

目前东昆仑断裂带东段的滑动速率存在两种可能的递减模型(图10),有学者认为滑动速率在距离最东端150 km以内快速向东递减(Kirby et al., 2007; Lin and Guo, 2008),另有学者认为滑动速率从98°E以西开始缓慢向东递减(Harkins et al., 2010; Diao et al., 2019).本文对玛沁—玛曲段滑动速率的反演结果显示,阿尼玛卿山和玛沁之间的滑动速率为6.0±0.2 mm·a-1(图9a剖面AA′,～100°E),明显低于东昆仑断裂带中段的10～12 mm·a-1(Van Der Woerd et al., 2002),表明东昆仑断裂带东段的滑动速率在距离最东端至少300 km处的阿尼玛卿山附近就已经开始向东缓慢递减.本文还将闭锁深度分别固定为10 km、15 km、20 km、25 km和30 km,分别反演了玛沁—玛曲段的滑动速率,结果(表1)均显示滑动速率自西向东缓慢递减的特征,其中,剖面AA′的滑动速率最大不超过6.4 mm·a-1,仍明显低于东昆仑断裂段中段～10 mm·a-1的滑动速率.此外,为了验证不同参考基准对结果的影响,我们还估计了玛沁—玛曲段在无区域旋转基准下的震间运动参数,结果显示不同基准虽然改变了区域的绝对形变速率值,但不改变断层附近的相对形变速率值,也不对断层震间运动参数产生明显影响.

表1 欧亚基准下不同闭锁深度及无区域旋转基准下的玛沁—玛曲段滑动速率Table 1 Slip rates of the MMS with different locking depths in the Eurasian reference frame and in the frame without regional rotation

图10 与前人研究断层滑动速率结果的比较淡紫色和淡橙色代表东昆仑断裂带东段可能存在的两种断层滑动模型.估计结果误差棒为68%置信区间.Fig.10 Fault slip rate comparison between this study and previous studies Light purple and light orange colors represent two possible models of fault slip along the eastern segment of the EKF. Error bars of the estimated values represent the 68% confidence interval.

本文反演得到的滑动速率与前人结果的比较见图10.图10显示,本文结果略低于Zheng等(2017)和Zhao等(2022)基于大地测量的研究结果,与Zhu等(2021)的结果较为一致,而相较于Harkins和Kirby(2008)以及Harkins等(2010)的地质调查结果则在不同位置略有差异,但总体上较为接近.其中,与大地测量研究结果存在差异的主要原因是使用了不同的观测数据和建模方式,如Wang和Shen(2020)、Zheng等(2017)的结果主要基于GPS观测;Zhu等(2021)的结果仅使用了升轨数据,且采用的是弹性半空间负位错模型;Zhao等(2022)尽管使用了该区域的Sentinel-1升、降轨影像和二维螺旋位错模型,但Zhao等(2022)在玛沁—玛曲段每个轨道使用～25景SAR影像,而本文使用～130景,推测由此产生的LOS向形变速率结果及质量的差异是二者滑动速率差异的主要原因.与地质研究结果存在差异的原因是地质调查得到的长期滑动速率代表的是百万年尺度上的断裂带活动性,而基于大地测量的结果则更偏向于断裂带的现今活动性.区域内的次级断裂如阿万仓断裂、玛多—甘德断裂、光盖山—迭山断裂等具有一定的晚第四纪活动性(梁明剑等, 2020; 张波等, 2021),且断裂之间正在发生构造转换(李陈侠等, 2016;任俊杰等, 2017),本文忽略次级断裂对研究区域形变的影响,仅考虑东昆仑断裂带,这将导致估计得到的滑动速率是东昆仑断裂带及其附近次级断裂滑动速率的总和,即可能在一定程度上高估了玛沁—玛曲段的滑动速率(Li et al., 2018).此外,古地震研究表明玛沁—玛曲段可能处于地震周期的末期(李陈侠, 2009),因此更精确的断层长期滑动速率需要采用地震周期模型来进行约束(如Diao et al., 2019).

3.3 区域构造变形模式

玛沁—玛曲段附近次级断裂上的应变率集中特征揭示出玛沁—玛曲段周缘的变形不仅由东昆仑断裂带承担,还由其附近次级断裂共同吸收调节.此外,区域内近似平行分布的次级块体的顺时针旋转运动,东昆仑断裂带和光盖山—迭山断裂之间以及龙日坝断裂北段弥散分布的应变率积累则意味着东昆仑断裂带与其东端区域存在构造转换(李陈侠等, 2016; 胡朝忠等, 2017; 任俊杰等, 2017).研究区域的变形模式符合被动式书斜构造模型(Zuza and Yin, 2016; Zhu et al., 2021),在该模型下,玛沁—玛曲段周缘受到青藏高原东北缘侧向挤出的NE向推力以及北部和东部块体的阻挡,产生一系列顺时针旋转的次级块体、次级块体间以左旋走滑为主的次级断裂以及东昆仑断裂带最东端的地壳缩短和山体隆升,而东昆仑断裂带玛沁—玛曲段的走滑速率正是在这样的变形过程中,部分转换到如阿万仓断裂、光盖山—迭山断裂等次级断裂的走滑运动上,部分转换到龙日坝断裂、岷山断裂等的逆冲运动以及岷山的隆起上,表现出自西向东递减的特征(Kirby and Harkins, 2013).

东昆仑断裂带玛沁—玛曲段的高应变率积累(图8b和8c)可能主要源于巴颜喀拉块体整体的NE-SW向的应力加载,导致区域存在整体的左旋挤压运动特征.而受断层几何、摩擦属性和地壳结构差异等因素的影响,区域存在应变率积累差异性特征,表现为应变率主要集中于玛沁—玛曲段阿尼玛卿山和西贡周断层交汇区附近(图8a).本文在这两处利用二维螺旋位错模型反演得到的闭锁深度为～20 km,达到区域孕震层深度下界,虽然该二维模型不能精确表征断层的闭锁状态特征,但至少可以近似表达其一阶状态,即该区域存在一个高闭锁的特征;结合古地震研究成果(李陈侠, 2009; 李春峰等, 2005)以及区域历史地震对玛沁—玛曲段库仑应力总体呈现出的加载作用(Shan et al., 2015; 靳志同等, 2019; He et al., 2022),推测东昆仑断裂带的阿尼玛卿山附近和西贡周断层交汇区附近具有较高的地震危险性,存在较强发生大地震的可能性.