許光煜，徐錫偉，易亞寧，溫揚茂，王啟欣,李康，任俊杰

1 應急管理部國家自然災害防治研究院，北京 100085 2 東華理工大學測繪工程學院，南昌 330013 3 武漢大學測繪學院，武漢 430079

0 引言

根據中國地震臺網測定，2022年1月8日1時45分，在青藏高原東北緣祁連山南邊界青海門源縣皇城鄉(xiāng)北發(fā)生了MW6.6地震（圖1），稱之為門源地震，震中位于北緯37.77°，東經101.26°，震源深度10 km（https:∥news.ceic.ac.cn/CC20220108014528.html）.截至2022年1月11日22時，地震造成10人受傷，海北州門源、祁連、剛察、海晏等縣境171個村共2405戶17069人受災.震中區(qū)域余震不斷，最大余震為1月12日M5.2地震.

已有研究表明，震中附近發(fā)育著NW向祁連山北緣斷裂帶中東段和NWW向海原斷裂帶中西段.祁連山北緣斷裂帶中東段由NW向旱峽—大黃溝斷裂、玉門斷裂、佛洞廟—紅崖子斷裂、民樂—大馬營斷裂和皇城—雙塔斷裂等組成，分別為河西走廊酒西、酒東、民樂、武威等新生代中晚期前陸盆地西側邊界斷裂（Gaudemer et al.，1995；Xu et al.,2010；徐錫偉等，2016）.其中，佛洞廟—紅崖子斷裂地殼縮短速率約為1.4 mm·a-1，垂直抬升速率為1.1 mm·a-1，地表破裂型地震復發(fā)間隔約為3700年，曾發(fā)生過公元1609年紅崖子71/4級地震（Xu et al.,2010；徐錫偉等，2010；Li et al.,2021）；民樂—大馬營斷裂和皇城—雙塔斷裂是民樂盆地與祁連山之間的主控邊界斷裂，傾向西南，傾角～36°±8°，民樂—大馬營斷裂的全新世垂直滑動速率為 2±1 mm·a-1，距今1.36 ka 以來發(fā)生過1次地表破裂型地震（Xiong et al.,2017）.GPS監(jiān)測和地質滑動速率矢量分析反映出祁連山和河西走廊地區(qū)NE向地殼縮短率介于2 mm·a-1至4 mm·a-1之間（Hetzel et al.,2004,2019；Zhang et al.,2004；Xu et al.,2010；Xiong et al.,2017；Yang et al.,2018；Zhong et al.,2020；Liu et al.,2021）.海原斷裂帶由海原斷裂、古浪斷裂、老虎山斷裂、毛毛山斷裂、金強河斷裂、冷龍嶺斷裂、托萊山斷裂等組成，以左旋走滑為主.冷龍嶺斷裂晚第四紀左旋滑動速率最大可達19±4 mm·a-1（Lasserre et al.,2002），最小值為6.5±0.7 mm·a-1（Guo et al.,2019a），古地震復發(fā)間隔為1650±550年，最新一次地表破裂推測為1927年古浪地震（Guo et al.,2019b）.冷龍嶺斷裂向東分叉為南北兩分支，北支稱為古浪斷裂，近東西向展布，左旋滑動速率為4.3±0.7 mm·a-1（何文貴等,2010）；南支由金強河斷裂、毛毛山斷裂、老虎山斷裂和海原斷裂等左階斜列而成，階區(qū)分別形成了天祝、景泰等拉分盆地，左旋滑動速率介于 12±4 mm·a-1和6.6±2 mm·a-1之間（Lasserre et al.,1999；陳文彬，2003；Yao et al.,2019；Shao et al.,2021）.歷史上，海原斷裂曾發(fā)生過1920年海原M8.5地震，1927年古浪M8地震在皇城—雙塔斷裂和冷龍嶺斷裂曾發(fā)生過同震破裂（Gaudemer et al.，1995；Xu et al.,2010；Guo et al.,2019b）.Gaudemer等（1995）把景泰拉分盆地以西老虎山斷裂、毛毛山斷裂、金強河斷裂、冷龍嶺斷裂和托萊山斷裂稱為天祝地震空區(qū)，徐錫偉等（2017）利用地震地質標志把老虎山斷裂、毛毛山斷裂、金強河斷裂、冷龍嶺斷裂和民樂—大馬營斷裂等劃定為祁連山中段高震級地震危險區(qū).顯然，發(fā)生在冷龍嶺斷裂西段的門源地震震級僅為MW6.6，明顯小于前人對天?？諈^(qū)或祁連山中段高震級地震危險區(qū)的預期震級（Gaudemer et al.,1995；徐錫偉等，2017）.因此，對門源地震變形特征和發(fā)震構造研究將深化認識祁連山中段危險區(qū)活動斷層之間的相互作用，對進一步判定未來地震趨勢、高震級地震監(jiān)測預測等具有十分重要的學術價值和實際減災意義.

圖1 門源地震區(qū)域構造背景圖深綠色震源球為Global Centroid Moment Tensor（GCMT）發(fā)布的歷史地震（1976年1月—2022年1月，MW>5）震源機制解 （Dziewonski et al.,1981）；紅色震源球為GCMT發(fā)布的2022年青海門源地震的震源機制解（Dziewonski et al.,1981）；藍色矩形框表示本文使用的哨兵1號雷達影像覆蓋范圍（T26，T128和T33分別表示升軌26，升軌128和降軌33）；淺藍色矩形框表示高分7號（G7）影像覆蓋范圍；黑色線段表示該區(qū)域構造斷裂（徐錫偉等，2016）；FH：佛洞廟—紅崖子斷裂，QLB：祁連山北緣斷裂，MD：民樂—大馬營斷裂，HC-ST：皇城—雙塔斷裂，SN-QL：肅南—祁連斷裂，TLS:托萊山斷裂，LLL:冷龍嶺斷裂，GL：古浪斷裂，JQH:金強河斷裂，MMS:毛毛山斷裂，LHS:老虎山斷裂，HY：海原斷裂.紫色箭頭為震間GNSS速度場（Wang and Shen,2020）；紅色圓圈表示2012—2022年間中國地震臺網（https:∥news.ceic.ac.cn）記錄到的該區(qū)域地震；右上角子圖中品紅色矩形表示圖1范圍.Fig.1 Tectonic background of the Menyuan earthquakeThe dark green beach balls are the focal mechanism solutions of historical earthquakes （1976-01—2022-01,MW>5） released by Global Centroid Moment Tensor （GCMT） （Dziewonski et al.,1981）.The red beach ball is the focal mechanism solution of the 2022 Menyuan Earthquake in Qinghai province,China,from GCMT （Dziewonski et al.,1981）.Blue rectangles show the footprint of Sentinel-1 radar images （T26,T128 and T33 represent ascending track 26,ascending track 128 and descending track 33,respectively）.Light blue rectangle outlines the cover area of Gaofen-7 （G7） image.Active faults in this area are outlined in black lines （Xu et al.，2016）.Abbreviations of FH,QLB,MD,HC-ST,SN-QL,TLS,LLL,GL,JQH,MMS,LHS,HY represent Fudongmiao-Hongyazi fault,North Qilianshan fault,Minle-Damaying fault,Huangcheng-Shuangta fault,Sunan-Qilian fault,Tuolaishan fault,Lenglongling fault,Gulang fault,Jinqianghe fault,Maomaoshan fault,Laohushan fault and Haiyuan fault,respectively.Purple arrows are GNSS velocities from Wang and Shen （2020）.Red circles represent seismicity from 2012 to 2022 recorded by China Seismic Network （CSN）.The magenta rectangle in inset map at top right shows the location of the Fig.1.

目前已有一些2022年門源地震的發(fā)震斷層模型發(fā)表（李振洪等，2022；Yang et al.,2022;馮萬鵬等,2022;Li et al.,2022），這些研究在數據使用、模型構建、反演結果等方面均存在一定差異性.針對這些研究結果的差異，本文擬圍繞發(fā)震斷層模型的復雜性、實際發(fā)震斷層模型與地質解譯斷層的差異和冷龍嶺斷裂與托萊山斷裂在門源地震破裂中的聯(lián)系這幾個關鍵問題開展研究，從而更為全面地認識門源地震的發(fā)震斷層.本文利用歐空局升降軌哨兵1號衛(wèi)星數據，快速獲取了2022年1月8日門源MW6.6地震的同震形變場，聯(lián)合升降軌數據反演發(fā)震斷層參數和同震滑動分布，并根據單斷層模型InSAR擬合殘差結果，輔以高分7號影像解譯的地表破裂和實地考察成果，構建沿走向變化斷層模型，并利用無人機野外觀測數據精確斷層位置，獲取更為真實的發(fā)震斷層模型；在此基礎上比較了已發(fā)表模型之間的異同，探討了區(qū)域地震危險性.研究表明，準確的斷層模型和滑動分布結果是分析發(fā)震斷層與地質解譯斷裂一致性的重要保證，同時對震區(qū)冷龍嶺斷裂、托萊山斷裂、民樂—大馬營斷裂等之間相互作用及區(qū)域地震危險性分析具有重要意義.

1 高分7號同震影像解譯

中國資源應用中心提供了震后應急拍攝的國產高分7號多光譜衛(wèi)星影像，其空間分辨率為2.6 m，全色影像空間分辨率達到0.65 m，影像成像時間為2021年11月30日（震前）和2022年1月8日（震后）.根據收集到的兩景地震前后遙感影像，分別進行了相應的影像預處理操作，包括正射校正、圖像融合、波段組合、影像色彩增強等，最后對地震前后的高分7號衛(wèi)星影像進行目視解譯，圈定地震造成的地表破裂.在正射融合后的高分7號遙感影像中，清晰可見位于硫磺溝附近沿冷龍嶺斷裂西段分布、長約19 km的地震地表破裂帶（稱之為主破裂帶），以及位于獅子口溝以西托萊山斷裂東端近東西走向長約4 km的分支地震地表破裂（圖2）.其中，主破裂帶西端可見連續(xù)地裂縫疊加在一條北西西-南東東走向坡中谷現(xiàn)象（圖2a和b中紅色箭頭所指位置），反映出冷龍嶺斷裂西段南側有垂直隆升現(xiàn)象；主破裂帶中東段為積雪覆蓋的山體部分，同樣形成了線性展布的地表和冰面不連續(xù)張剪切裂隙和擠壓鼓包（圖2c、d、e、f）.

2 同震形變場獲取與建模

2.1 InSAR同震形變場

利用哨兵1號升降軌雷達影像進行干涉處理獲得了門源地震的同震形變場（表1，圖3）.其中，升軌26和降軌33震前數據均為2021年12月29日拍攝，震后數據均為2022年1月10日拍攝，升軌128為2022年1月5日震前數據，震后數據為2022年1月17日拍攝.該區(qū)域植被覆蓋較少，干涉對相干性較好.數據處理采用GAMMA軟件（Wegnüller et al.,2016），利用二軌法獲取升降軌同震干涉結果，對干涉結果進行多視處理以增強信噪比，使用SRTM 90 m分辨率的DEM數據（Farr et al.,2007）模擬和去除地形相位影響，利用最小費用流算法對干涉圖進行解纏（Chen and Zebker,2000），將解纏后的干涉圖進行地理編碼.利用雙線性函數對非形變區(qū)域的InSAR數據進行建模，以及使用線性函數擬合InSAR觀測值和地形之間的關系來改正InSAR觀測中的軌道和大氣延遲誤差（Feng et al.,2019）.InSAR同震干涉圖顯示冷龍嶺斷裂西段沿線存在清晰的地表同震形變.連續(xù)的近東西走向的非對稱蝴蝶狀形變條紋所勾勒的斷層走向基本與地質解譯的冷龍嶺斷裂跡線相一致，表明門源地震的發(fā)震斷層是冷龍嶺斷裂西段.升降軌數據顯示出相反的形變特征（圖3），表明門源地震破裂造成的地表形變以水平運動為主.兩個InSAR升軌數據的同震視線向位移范圍分別為-72.4～37.4 cm（升軌26）和-56.7～39.7 cm（升軌128），降軌視線向位移范圍為-49.4～47.2 cm（降軌33）.其中InSAR升軌26數據并未完全覆蓋整個地震破裂區(qū)域，僅記錄到地震破裂西部的部分地表形變.降軌33和升軌128完整覆蓋了地震破裂區(qū)域，但在形變中心區(qū)域都存在一定程度的失相干現(xiàn)象（圖3）.

2.2 同震垂直與水平形變場

為了更直觀地顯示門源地震的地表形變，我們利用升降軌InSAR觀測值（升軌128和降軌33）反演地表的準東西向和準垂直向同震形變場.由于雷達衛(wèi)星繞地球運轉的軌道為近極地軌道，即飛行方向接近南北向，因此InSAR的視線向觀測量對地表的南北向位移最不敏感，對地表垂直位移最為敏感，東西向位移次之（Fialko et al.,2001）.基于InSAR視線向位移這一特征，以及考慮到門源地震為近東西向走滑地震事件，這里假設地表南北向位移為0.通過升降軌InSAR這兩個不同視角的觀測值，可以獲得準東西向和準垂直向同震形變場 （Fujiwara et al.,2000;Wen et al.,2016）.反演結果顯示地表位移以東西向形變?yōu)橹鳎抑餍巫儏^(qū)域可見大量垂直位移（圖4a和b）.其中，冷龍嶺斷裂南側大梁山山體可見明顯抬升，抬升量約20 cm左右，托萊山東端南部山體可見山體沉降，沉降量約為10 cm左右.結果顯示準東西向位移范圍為-68.6～78.0 cm,準垂直向位移范圍為-27.9～24.2 cm.從二維位移剖面中可以看出沿CD剖線30 km至50 km處存在明顯的地表抬升變形（圖4d），正好對應于冷龍嶺斷裂南側大梁山山體，表明冷龍嶺斷裂面略微向南傾，不僅以左旋走滑為主，還存在一定擠壓縮短分量，與高分7號影像中顯示的冷龍嶺斷裂西段南側有垂直隆升現(xiàn)象相吻合（圖2b）.

圖2 高分7號遙感影像解譯的地表破裂結果圖紅色線段表示解譯獲得的地表破裂跡線，淡藍色實線表示河流.藍色線段表示本文利用InSAR觀測確定的斷層模型地表跡線.紅色五角星表示2022年青海門源地震震中位置.（a、b、c、d、e、f）分別對應主圖中綠色矩形框選中區(qū)域內解譯、紅色箭頭標出的地表破裂位置.Fig.2 Surface rupture interpreted by Gaofen-7 imageThe red lines represent coseismic surface rupture detected from the image,and the light blue lines denote rivers.Blue line represents fault trace determined by InSAR data.Red star shows the epicenter of the 2022 Menyuan （Qinghai） earthquake.（a,b,c,d,e and f） present the selected area in green rectangle boxes in main figure,where the red arrows indicate the locations of surface rupture.

表1 本文使用的哨兵1號影像干涉對Table 1 Sentinel-1 interferometric pairs used in this paper

圖3 InSAR同震形變場和均一斷層模型反演結果（a）、（d）和（g）分別為升軌26、降軌33和升軌128的InSAR觀測值；（b）、（e）和（h）為均一斷層滑動模型預測值；（c）、（f）和（i）為模型擬合殘差值.黑色實線為該區(qū)域的構造斷裂（徐錫偉等，2016）；LLL:冷龍嶺斷裂，TLS:托萊山斷裂，SN-QL：肅南—祁連斷裂，MD：民樂—大馬營斷裂，HC-ST：皇城—雙塔斷裂，MY：門源斷裂.紅色虛線段表示高分7號影像解譯得到的地表破裂；（a）、（d）、（g）中黑色矩形框為均一斷層模型的地表投影.圖中的形變值以間隔12 cm進行了重纏繞.Fig.3 InSAR coseismic deformation field and inversion results of uniform slip model（a）,（d） and （g） are observed line-of-sight （LOS） displacement map from ascending track 26,descending track 33 and ascending track 128,respectively.（b）,（e） and （h） are model prediction of uniform slip model.（c）,（f） and （i） are residual values of model fitting.Black lines denote active faults in this region （Xu et al.，2016）.Abbreviation of LLL,TLS,SN-QL,MD,HC-ST,MY represent Lenglongling fault,Tuolaishan fault,Sunan-Qilian fault,Minle-Damaying fault,Huangcheng-Shuangta fault and Menyuan fault,respectively.Red dotted line denotes surface rupture extracted from Gaofen-7 image.Black rectangular box in （a）,（d）,（g） is the surface projection of the uniform slip model.The deformation map was rewrapped with an interval of 12 cm.

圖4 同震形變場.（a） 準東西向位移場；（b） 準垂直向位移場；（c）、（d） 分別為沿著（a）和（b）中剖線AB和CD的二維位移向量（a）和（b）中黑色線段表示該區(qū)域構造斷裂（徐錫偉等，2016）.Fig.4 Surface displacement of quasi-eastward （a） and quasi-vertical （b） components.（c） and （d） are two-dimensional displacement vectors along section lines AB and CD in （a） and （b）,respectivelyBlack lines in （a） and （b） denote active faults in this region （Xu et al.，2016）.

2.3 單斷層建模

準確的發(fā)震斷層參數將有利于進一步理解區(qū)域構造之間的關聯(lián)性.我們首先采用單斷層模型進行建模，利用兩步法聯(lián)合反演InSAR升降軌數據；第一步，利用非線性反演約束斷層位置和幾何形態(tài)；第二步，利用線性反演獲取斷層面滑動分布特征（Wright et al.,1999;Funning et al.,2007）.數據建模采用彈性均勻半空間下的矩形位錯模型（Okada,1985）.為了提高反演效率，利用基于分辨率的采樣方法對干涉影像進行降采樣（Lohman and Simons,2005），獲取到降采樣的InSAR觀測值個數分別為304個（升軌26）、554個（降軌33）和632個（升軌128）.利用1-D協(xié)方差函數對降采樣數據進行定權（Parsons et al.,2006）.

在確定發(fā)震斷層位置和幾何形態(tài)過程中，采用基于貝葉斯理論的大地測量反演軟件（Geodetic Bayesian Inversion software,GBIS）進行非線性反演（Bagnardi and Hooper,2018）.GBIS軟件采用馬爾科夫鏈蒙特卡洛和Metropolis-Hasting算法計算每個未知參數的后驗概率分布:

（1）

其中，d表示觀測數據，m表示模型參數，p（m|d）表示后驗概率，p（d|m）表示似然函數，p（m）表示模型先驗信息，p（d）表示一個與參數m不相關的標準化常數.

在聯(lián)合升降軌InSAR數據進行均一斷層模型反演時，我們依據美國地質調查局（United States Geological Survey，USGS）給出的震源機制解，設定斷層參數反演的初值和區(qū)間.由于USGS給出了兩個可能的斷層節(jié)面解，需要對這兩個候選斷層節(jié)面進行初步判斷.通過觀察InSAR同震形變場，斷層破裂走向近東西向，可以排除震源機制解中第二個節(jié)面的結果（走向14°）.均一斷層反演結果顯示門源地震的發(fā)震斷層走向為106.5°，傾向為80.4°，滑動角3.7°.均一斷層模型得到的升降軌觀測數據的均方根誤差分別為4.9 cm、3.7 cm和4.5 cm（圖3）.利用InSAR觀測確定的地震矩震級為MW6.6，該結果與地震機構給出的結果基本一致（表2）.

表2 2022年青海門源地震震源參數Table 2 Source parameters of the 2022 Menyuan （Qinghai） earthquake

為了得到發(fā)震斷層面更為具體的滑動分布特征，我們對斷層面進行擴展和剖分，并進一步反演斷層面滑動分布.首先將非線性反演中得到的斷層位置、走向和傾向進行固定，然后沿斷層面走向將斷層長度擴展至30 km，沿斷層面傾向將斷層寬度擴展至20 km，并進一步將斷層面剖分成1 km×1 km的小矩形片.構建同震滑動分布反演觀測方程（Feng et al.,2018,2020;Wen et al.,2021）：

（2）

同震滑動分布反演結果顯示，斷層滑動主要分布在深度0～7.9 km范圍內，最大滑動量達到3.6 m，位于2.5 km深度（圖5）.分布式滑動模型顯示斷層破裂主要以走滑為主兼少量逆沖分量，矩震級為MW6.6.升降軌觀測數據擬合的均方根誤差分別為3.8 cm（升軌26）、4.1cm（降軌33）和2.7 cm（升軌128）（圖6）.

2.4 沿斷層走向變化模型

從圖3和圖6中可以看出，單斷層模型對InSAR數據的擬合殘差主要位于斷層沿走向的兩端.通過比較分布式斷層模型地表投影跡線與高分7號影像解譯的地表破裂（圖5d），顯示分布式斷層模型中段（約10 km長）與地表破裂走向較為一致，斷層模型西段則是在地表破裂的基礎上向西延伸了8 km左右，斷層模型東段與地表破裂存在約17°夾角.地表破裂在斷層模型東段位置存在沿走向變化特征，該位置也是模型擬合殘差最為突出之處，同時單斷層模型未考慮分支破裂的影響.

野外考察資料和高分7號衛(wèi)星遙感影像均發(fā)現(xiàn)震中區(qū)域存在地表破裂，表明門源地震破裂達到地表.為了進一步改進模型在斷層兩端和地表投影跡線附近的擬合情況，根據分布式斷層模型擬合殘差，輔以高分7號影像解譯的地表破裂，勾勒出斷層東段沿走向變化特征，并以此建立新的模型，同時野外考察顯示在托萊山斷裂東端亦發(fā)現(xiàn)了地表破裂（圖7d、e），應考慮將托萊山斷裂東端加入建模.在建立新模型的過程中，我們希望解決以下關鍵問題：（1）斷層模型東段沿走向變化特征是否可以通過InSAR觀測進行確定；（2）斷層模型西段可以沿冷龍嶺斷裂向西擴展至何處；（3）門源地震破裂期間托萊山斷裂與冷龍嶺斷裂是否貫通連接起來.

圖7 三個不同斷層模型場景（a） 斷層模型場景1；（b） 斷層模型場景2；（c） 斷層模型場景3.（d）、（e）為托萊山斷裂東端野外考察發(fā)現(xiàn)的地表破裂.Fig.7 Three scenarios of fault model（a）,（b） and （c） denote scenario 1,2,3 of fault model,respectively.（d） and （e） show the surface rupture observed in east end of Tuolaishan fault.

為了解決以上三個問題，我們構建了三個不同的斷層模型場景：（1）在分布式斷層模型中段基礎上，將斷層模型東段走向進行調整，依據分布式斷層模型對InSAR觀測值的擬合殘差圖，將固定斷層走向改為沿走向變化，將斷層模型西段調整為從斷層中段西端連接至托萊山斷裂的分支破裂處（圖7a）；（2）在分布式斷層模型中段基礎上，將斷層模型東段固定走向調整為沿走向變化，將斷層模型西段沿分布式斷層模型中段走向向西擴展至地表破裂末端（圖7b）；（3）將斷層模型場景2中的斷層向西擴展2 km，同時將斷層模型中段與托萊山斷裂處的分支破裂連接起來并向西擴展1 km（圖7c）.根據新構建的斷層地表投影跡線，分別沿斷層跡線走向和沿垂直于該跡線的平均走向角方向進行斷層面拓展，斷層傾角采用上文非線性反演確定的斷層傾角值，將得到的非平面斷層進一步剖分成近似1 km×1 km的小矩形片.采用線性反演方法得到沿走向變化斷層模型的滑動分布特征.反演結果顯示，斷層模型東段沿走向變化特征的加入能夠進一步消除單斷層模型中該區(qū)域的擬合殘差（圖8、10、12）.通過比較斷層模型場景1、2、3的反演結果，可以得出斷層模型西段沿冷龍嶺斷裂向西擴展是必要的，且至少向西擴展12 km（圖11、13）.圖9、13顯示斷層面上存在兩個主要滑動區(qū)域，兩個滑動區(qū)域形成連接的位置正位于冷龍嶺斷裂轉向托萊山斷裂的位置，可以推測托萊山斷裂東端與冷龍嶺斷裂西段很可能在門源地震破裂中形成了深部貫連.從斷層模型場景3的反演結果可以看出（圖12），將斷層沿冷龍嶺斷裂向西擴展，并將托萊山斷裂加入斷層建模能進一步消除以上其他模型在托萊山斷裂附近的擬合殘差，該模型進一步擬合了觀測數據，升降軌觀測數據的均方根誤差分別為0.8 cm（升軌26）、0.8 cm（降軌33）和1.9 cm（升軌128），極大改進了對升降軌觀測數據的擬合度.主斷層存在兩個主要滑動區(qū)域，分界點位于斷層東段出現(xiàn)沿走向變化處，最大滑動量3.8 m，位于1.5 km深度；分支斷層同樣存在兩處明顯滑動區(qū)域（圖13e），左側淺部滑動與高分7號解譯的分支破裂位置一致，右側深部滑動與冷龍嶺斷裂西段滑動形成貫通式連接.

圖8 斷層模型場景1反演結果（a）、（d）和（g）分別為升軌26、降軌33和升軌128的InSAR觀測值；（b）、（e）和（h）為斷層模型預測值；（c）、（f）和（i）為模型擬合殘差值.黑色實線為該區(qū)域的構造斷裂（徐錫偉等，2016）；紅色虛線段表示高分7號影像解譯得到的地表破裂；（a）、（d）、（g）中黑色虛線矩形框為斷層模型的地表投影，藍色實線為斷層地表投影跡線.圖中的形變值以間隔12 cm進行了重纏繞.Fig.8 Inversion results of scenario 1 of fault model（a）,（d） and （g） are observed LOS displacement map from ascending track 26,descending track 33 and ascending track 128,respectively.（b）,（e） and （h） are fault model prediction.（c）,（f） and （i） are residual values of model fitting.Black lines denote active faults in this region （Xu et al.，2016）.Red dotted line denotes surface rupture extracted from Gaofen-7 image.Black rectangular box with dotted line in （a）,（d）,（g） is the surface projection of the fault model,and blue line is the surface projection of the fault trace.The deformation map was rewrapped with an interval of 12 cm.

圖9 斷層模型場景1同震滑動分布結果（a），其中白色線為間隔1 m的斷層滑動量等值線，灰色箭頭為斷層滑動方向；（b）和（c）分別為地震矩沿斷層走向和深度方向的分布；（d）為斷層模型展布，其中藍色線段為斷層地表投影跡線，黑色實線為該區(qū)域的構造斷裂（徐錫偉等，2016），紅色虛線段表示高分7號影像解譯得到的地表破裂Fig.9 Coseismic slip distribution of scenario 1 of fault model （a）.The white contours represent coseismic slip at intervals of 1 m,and the gray arrows indicate the rake of the coseismic slip.（b） and （c） are the geodetic moment distribution along strike and depth,respectively.（d） denotes the layout of the fault model.Blue line is the surface projection of the fault trace.Black lines denote active faults in this region （Xu et al.，2016）.Red dotted line denotes surface rupture extracted from Gaofen-7 image

圖13 斷層模型場景3同震滑動分布結果（a）主斷層滑動分布；（b）和（c）分別為地震矩沿斷層走向和深度方向的分布；（d）為斷層模型展布，其中藍色線段為斷層地表投影跡線，黑色實線為該區(qū)域的構造斷裂（徐錫偉等，2016），紅色虛線段表示高分7號影像解譯得到的地表破裂；（e）分支斷層滑動分布，其中白色線為間隔1 m的斷層滑動量等值線，灰色箭頭為斷層滑動方向.Fig.13 Coseismic slip distribution of scenario 3 of fault model（a） Slip distribution of main fault;（b） and （c） are the geodetic moment distribution along strike and depth,respectively;（d） denotes the layout of the fault model.Black lines denote active faults in this region （Xu et al.，2016）.Blue line is the surface projection of the fault trace.Red dotted line denotes surface rupture extracted from Gaofen-7 image；（e） Slip distribution of secondary fault.The white contours represent coseismic slip at intervals of 1 m,and the gray arrows indicate the rake of the coseismic slip.

圖14 （a） 無人機野外調查獲取的地震地表破裂跡線（綠色線段）;（b）為斷層模型場景3（藍色線段）和高分7號影像解譯得到的地表破裂（紅色線段）以及無人機野外調查獲取的地震地表破裂跡線（綠色線段）的相對位置；（c）為依據無人機野外調查獲取的地震地表破裂跡線構建的斷層模型（藍色線段）Fig.14 （a） Surface rupture obtained by unmanned aerial vehicle （UAV） field survey （green line）;（b） shows the relative locations of fault model of scenario 3 （blue line）,surface rupture interpreted from Gaofen-7 image （red line） and UAV field survey （green line）;（c） shows fault model （blue line） constructed based on UAV field survey

為進一步探究精細的地表破裂觀測對InSAR建模的影響，我們利用無人機野外調查獲取的地震地表破裂跡線（圖14a）來約束斷層模型地表跡線，構建沿走向變化斷層模型，反演同震滑動分布.從圖14b可以看出，無人機野外調查與高分7號觀測確定的地表跡線較為一致，無人機觀測獲取的地表跡線在沿冷龍嶺斷裂方向較為連續(xù)，且勾勒出兩處拉張結構；兩者確定的分支破裂也較為一致，近東西走向的分支破裂距離冷龍嶺斷裂西段約10 km.無人機觀測確定的分支破裂長度約為3.5 km，分支破裂沿托萊山斷裂向東擴展可與位于冷龍嶺斷裂西段的主破裂相連接.反演結果表明，主斷層存在三個明顯的滑動區(qū)域（圖15），最大滑動量3.7 m，位于5.4 km深度，西部和中部滑動區(qū)域的連接處位于地表跡線勾勒出的西側拉張結構處，中部和東部滑動區(qū)域的連接處位于地表跡線勾勒出的東側拉張結構處，推測這兩處局部拉張結構阻礙了地震的連續(xù)破裂.沿托萊山斷裂的分支斷層上呈現(xiàn)一狹長的條帶狀滑動分布，主要滑動位于2～4 km深度，斷層東側滑動可能與主斷層滑動在深部貫通.該模型能較好擬合觀測數據（圖16），升降軌觀測數據的均方根誤差分別為2 cm（升軌26）、0.8 cm（降軌33）和2.1 cm（升軌128）.

綜合分析以上模型，冷龍嶺斷裂西段需要在原來地質解譯的斷層數據基礎上至少向西擴展12 km，斷層模型東段加入沿走向變化特征能夠更好擬合觀測數據，地質解譯的冷龍嶺斷裂在該處的走向需要根據斷層模型進行調整；托萊山斷裂在門源地震中發(fā)生了破裂，斷裂東端與冷龍嶺斷裂西段在深部貫通.通過InSAR反演確定的最優(yōu)模型（斷層模型場景3）與利用無人機觀測約束的斷層模型相比，兩者整體較為一致，僅斷層西段存在一個側向的偏移，這種差異性帶來了不同的斷層滑動特征，數據擬合度方面InSAR反演確定的最優(yōu)模型占優(yōu)，推測實際的斷層位置可能與地表破裂跡線在某些位置并不完全一致.不同斷層模型反演結果的差異性也在一定程度上體現(xiàn)了大地測量觀測在門源地震破裂中的約束能力.

3 討論

3.1 與已有斷層模型結果比較

目前已有一些2022年門源地震的發(fā)震斷層模型發(fā)表（李振洪等，2022；Yang et al.,2022;馮萬鵬等,2022;Li et al.,2022）.比較和分析發(fā)現(xiàn)，這些模型在斷層地表跡線（圖17）、最大滑動量以及滑動分布特征等方面均存在差異.李振洪等（2022）以光學解譯的地表破裂結果作為參照，結合InSAR同震形變場將發(fā)震斷層模型設置為兩個斷層，并固定斷層走向為104°和109°，反演確定了兩個斷層的長度、寬度和傾角，結果顯示子斷層最大滑動量為3.5 m，位于深度4 km處；Yang 等（2022）根據SAR偏移量跟蹤結果確定了發(fā)震斷層地表跡線，假設斷層傾角為82°、斷層最大深度為20 km建立斷層模型，反演確定了斷層滑動分布，結果顯示最大滑動量為～3.5 m；馮萬鵬等（2022）基于SAR強度數據的亞像素偏移結果手動確定了兩條主要斷層分支的地表跡線，采用余震重定位結果約束兩個斷層的傾角為70°和88°，構建斷層模型，反演確定了斷層滑動分布，最大滑動量約3 m，位于深度4 km處；Li 等（2022）根據SAR偏移量跟蹤結果初步確定模型采用兩個斷層，通過設置走向搜索區(qū)間（105°～120°）和傾角搜索區(qū)間（80°～100°），反演確定了兩個斷層的位置、幾何參數和分布式滑動模型，顯示最大滑動量為3.5 m，位于深度4 km處.

在InSAR數據使用方面，李振洪等（2022）和Yang等（2022）僅采用了升軌26和降軌33觀測，其中升軌26僅覆蓋了部分同震破裂區(qū)域；馮萬鵬等（2022）、Li等（2022）和本文中加入了升軌128觀測，該觀測完整記錄了同震形變；在發(fā)震斷層地表跡線確定方面，李振洪等（2022）參考了光學和InSAR觀測，Yang等（2022）和馮萬鵬等（2022）參考了SAR偏移量結果，Li 等（2022）通過InSAR數據反演確定；本文首先通過數據反演確定單斷層模型，進一步參考單斷層模型擬合殘差、高分7號觀測的地表破裂和地質解譯的斷層數據確定最終的發(fā)震斷層模型，并進一步利用無人機野外觀測數據約束斷層位置，獲取更為真實的發(fā)震斷層模型；盡管已發(fā)表模型和本文結果均顯示斷層最大滑動量在3.5 m左右，但在深度上存在一定差異，這主要是由于不同模型中斷層跡線的差異性造成的.由于使用的InSAR數據、斷層模型、平滑參數、權比因子等不同，致使不同模型給出的滑動分布和數據擬合結果存在差異.

本文提供的斷層模型不僅利用了已有區(qū)域地震構造圖資料，還充分利用高分衛(wèi)星影像和震區(qū)無人機拍攝影像，發(fā)震斷層模型更為真實、客觀，據此獲得的斷層滑動分布更加準確、可靠，可得到蘭新鐵路大梁隧道及其鄰近地段的變形測量的證實.大梁隧道在硫磺溝南山坡地帶以50°角度穿越冷龍嶺斷裂西段門源地震地表破裂帶，實測同震左旋錯動量約1.8 m，垂直（逆）錯動量約0.31 m，與反演結果完全一致（圖15）.因此，可利用這一斷層模型和斷層滑移分布對震區(qū)附近的地震危險性做進一步討論.

圖15 依據無人機野外調查觀測構建的斷層模型同震滑動分布結果（a）主斷層滑動分布，白色線為間隔1 m的斷層滑動量等值線，灰色箭頭為斷層滑動方向；（b）和（c）分別為地震矩沿斷層走向和深度方向的分布；（d）為斷層模型展布，其中黑色點為大梁隧道錯動點位置，藍色線段為斷層地表投影跡線，黑色實線為該區(qū)域的構造斷裂（徐錫偉等，2016），綠色線段表示無人機野外調查解譯得到的地表破裂；（e） 分支斷層滑動分布.Fig.15 Coseismic slip distribution of fault model which is constructed based on UAV field survey（a） Slip distribution of main fault.The white contours represent coseismic slip at intervals of 1 m,and the gray arrows indicate the rake of the coseismic slip.（b） and （c） are the geodetic moment distribution along strike and depth,respectively.（d） denotes the layout of the fault model.Black dot is the deformation position of the Daliang tunnel.Black lines denote active faults in this region （Xu et al.，2016）.Blue line is the surface projection of the fault trace.Green line denotes surface rupture extracted from UAV field survey.（e） Slip distribution of secondary fault.

圖16 依據無人機野外調查觀測構建的斷層模型反演結果（a）、（d）和（g）分別為升軌26、降軌33和升軌128的InSAR觀測值；（b）、（e）和（h）為斷層模型預測值；（c）、（f）和（i）為模型擬合殘差值.黑色實線為該區(qū)域的構造斷裂（徐錫偉等，2016）；紅色虛線段表示高分7號影像解譯得到的地表破裂；（a）、（d）、（g）中黑色虛線矩形框為斷層模型的地表投影，藍色實線為斷層地表投影跡線.圖中的形變值以間隔12 cm進行了重纏繞.Fig.16 Inversion results of fault model which is constructed based on UAV field survey（a）,（d） and （g） are observed LOS displacement map from ascending track 26,descending track 33 and ascending track 128,respectively.（b）,（e） and （h） are fault model prediction.（c）,（f） and （i） are residual values of model fitting.Black lines denote active faults in this region （Xu et al.，2016）.Red dotted line denotes surface rupture extracted from Gaofen-7 image.Black rectangular box with dotted line in （a）,（d）,（g） is the surface projection of the fault model,and blue line is the surface projection of the fault trace.The deformation map was rewrapped with an interval of 12 cm.

3.2 同震庫侖應力變化

為探索同震斷層破裂引起的震中區(qū)域應力變化，利用InSAR確定的同震滑動分布模型作為輸入（圖13），在均勻彈性半空間中使用邊界元方法計算同震庫侖應力變化（Lin and Stein,2004;Toda et al.,2011）.計算使用的有效摩擦系數為0.4，接收斷層走向與主震方向一致.圖18為深度3 km和沿垂直于斷層跡線剖面AB的庫侖應力計算結果.結果表明，主破裂區(qū)近南北和近東西方向庫侖應力增大，西北和東南以及東北和西南區(qū)域庫侖應力減小.截面圖顯示地震破裂造成斷層跡線下0～10 km深度區(qū)域庫侖應力減小，主震破裂區(qū)域下方的庫侖應力增加（圖18）.門源地震破裂增加了震中區(qū)域10 km以下地殼的靜態(tài)庫侖應力載荷.因此，附近民樂—大馬營斷裂、托萊山斷裂和冷龍嶺斷裂中段或1927年古浪地震未破裂段未來地震危險性值得特別關注.

圖17 不同斷層模型結果比較（a）、（b）、（c）、（d）中的斷層模型分別來自李振洪等（2022）、Yang等（2022）、馮萬鵬等（2022）、Li等（2022）.Fig.17 Comparison of different fault modelsFault models in （a）,（b）,（c）,（d） are from Li et al.（2022）,Yang et al.（2022）,Feng et al.（2022）,Li et al.（2022）.

圖18 同震庫侖應力變化與近期地震危險區(qū)黑色虛線矩形框為本文InSAR確定的斷層模型的地表投影，紅色實線為斷層地表投影跡線.左下圖為沿剖線AB的庫侖應力變化剖面，其中紅色實線表示斷層.紅色原點表示1927年古浪地震震中位置；紅色虛線橢圓表示震中附近民樂—大馬營斷裂、托萊山斷裂和冷龍嶺斷裂中段或1927年古浪地震未破裂段未來地震危險性值得特別關注區(qū)域.Fig.18 Coseismic Coulomb stress change and recent earthquake risk regionThe black rectangular box with dotted line denotes the surface projection of the fault model determined by InSAR data,and the red line is the surface projection of fault trace.The Coulomb stress profile along the section line AB is shown in the lower left,where red line represent fault.The red dot indicates the epicenter of the 1927 Gulang earthquake.The red ellipses with dotted line ouline the potential earthquake risk region of Minle-Damaying fault,Tuolaishan fault and central section of Lenglongling fault （i.e.,the unbroken section of Gulang earthquake in 1927） in future.

4 結論

本文利用哨兵1號雷達影像和高分7號遙感數據對2022年青海門源地震的同震形變和發(fā)震構造進行了研究.聯(lián)合InSAR升降軌觀測數據反演了發(fā)震斷層的幾何形態(tài)和斷層滑動分布特征，結果顯示門源地震至少有兩條斷裂發(fā)生了破裂，主斷層對應地質解譯的冷龍嶺斷裂西段，InSAR確定的斷層模型顯示主斷層東段存在沿走向變化特征，西段則在地質解譯斷層基礎上向西延伸，次斷層對應地質解譯的托萊山斷裂東端，兩個斷裂組成一個平躺的Y型分布.斷層滑動破裂到了地表，與野外考察觀測到的地表破裂相吻合.主斷層滑動主要集中在0～9 km深度范圍，次斷層滑動主要集中在0～4 km深度范圍，大地測量數據確定的矩震級為MW6.6,與地震機構發(fā)布結果相一致.高分7號遙感影像解譯結果顯示震中區(qū)域多處地物位移，與左旋走滑斷層破裂造成的地表形變相一致，地物位移點分布軌跡基本與InSAR確定的斷層地表跡線位置相一致.同震庫侖應力變化計算結果顯示民樂—大馬營斷裂、托萊山斷裂和冷龍嶺斷裂中段未來地震危險性值得關注.

致謝感謝兩位審稿專家和責任編委提出的寶貴意見，感謝編輯的支持與幫助.哨兵1號影像由歐空局提供；本文使用的InSAR數據存儲在Zenodo，可在線下載（https:∥zenodo.org/record/6970615）.文中大部分圖件使用GMT軟件繪制.