黎朕靈 金明培 繆素秋

摘要：基于2021年云南漾濞MS6.4地震震中周圍40 km范圍內(nèi)僅有的2 個(gè)強(qiáng)震臺(tái)近場強(qiáng)震記錄進(jìn)行基線校正并給出同震位移。同時(shí)分析強(qiáng)震和GPS資料呈現(xiàn)的永久位移場特征，利用快速獲取的GPS同震位移場和InSAR 升、降軌資料分別獨(dú)立和聯(lián)合反演該地震的震源滑動(dòng)模型，并進(jìn)一步展現(xiàn)全空間預(yù)測(cè)位移場分布。結(jié)果表明：①漾濞地震水平同震位移場呈現(xiàn)以右旋走滑為主的錯(cuò)動(dòng)。②GPS和InSAR獨(dú)立和聯(lián)合反演所得的震源靜態(tài)滑動(dòng)范圍基本一致，均呈現(xiàn)單側(cè)破裂的總體特征，即主要滑動(dòng)均發(fā)生在震中東南部。6種模型的最大滑動(dòng)量分別為0.74 m、0.66 m、0.44 m、0.45 m、0.47 m和0.47 m，反演的矩震級(jí)為MW5.9～6.3。③根據(jù)震源滑動(dòng)模型正演所得的漾濞地震全空間預(yù)測(cè)水平同震位移場與實(shí)際觀測(cè)位移場一致性較好，震中南、北兩側(cè)向內(nèi)擠壓，東、西兩側(cè)向外拉張，符合走滑型地震所產(chǎn)生的四象限位移場分布特征。

關(guān)鍵詞：近場強(qiáng)震記錄;基線校正;GPS;同震位移場;InSAR;震源滑動(dòng)模型;漾濞MS6.4地震

中圖分類號(hào)：P315.72?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? 文章編號(hào)：1000-0666（2021）03-0330-08

0 引言

2021年5月21日21時(shí)48分34秒，云南省大理白族自治州漾濞縣（25.67°N，99.87°E）發(fā)生MS6.4地震，震源深度8 km。地震造成漾濞縣、永平縣、洱源縣、大理市不同程度的房屋破壞和人員傷亡。據(jù)統(tǒng)計(jì)，地震共造成3人死亡，34人受傷。

在震后及時(shí)解算和分析多種資料的同震位移場、探討震源滑動(dòng)模型與孕震機(jī)理，能更好地認(rèn)識(shí)地震的成因、了解地震的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，對(duì)地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、地震動(dòng)力學(xué)特征及震后快速應(yīng)急響應(yīng)、工程抗震設(shè)計(jì)和震后趨勢(shì)判定等工作有重要指導(dǎo)意義。同震位移場可通過空間—大地測(cè)量方法獲得，例如InSAR和連續(xù)GPS觀測(cè)（Ge et al，2008;Ozawa et al，2011;Hu et al，2013;溫少妍等，2018;黃星，2020;張華英等，2021），或由近斷層強(qiáng)震記錄解算獲得。但由于地震發(fā)生時(shí)觀測(cè)點(diǎn)地面的傾斜和旋轉(zhuǎn)、儀器效應(yīng)和低頻干擾等原因，強(qiáng)震記錄客觀存在基線漂移，直接積分得到的速度和位移時(shí)程會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的非物理漂移，因此需要對(duì)基線漂移進(jìn)行校正處理，以便估計(jì)出較準(zhǔn)確的同震位移。目前已有很多針對(duì)基線漂移的校正方法，如Iwan（1985）采用特征時(shí)間點(diǎn)的方法來定義基線漂移的開始和結(jié)束時(shí)間，以連續(xù)函數(shù)的形式表示速度時(shí)程的基線校正;Wu（2007）采用雙線性校正，以迭代的方式確定特征時(shí)間點(diǎn)，使校正后的位移呈現(xiàn)斜坡函數(shù)的形式;Chao等（2010）在Wu等（2007）研究基礎(chǔ)上，采用加速度圖中的能量分布比作為基線校正的依據(jù);Wang等（2011）在上述研究基礎(chǔ)上，提出改進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)基線校正的自動(dòng)化方案SMBLOC，該方法能夠在震后快速獲取較準(zhǔn)確的強(qiáng)震同震位移，已在多個(gè)地震震例中取得了較好的結(jié)果（金明培等，2014，2017;申文豪，2019;黎朕靈，2020）。目前震源反演研究主要表現(xiàn)出兩大發(fā)展趨勢(shì)：一是快速獲取有價(jià)值的單一地震資料以便在震后快速反演得到震源模型;二是采用多種資料進(jìn)行聯(lián)合反演。僅使用單一的數(shù)據(jù)難以保證對(duì)震中區(qū)域的空間全覆蓋，多種數(shù)據(jù)的聯(lián)合反演能確保信號(hào)覆蓋得更全面，提高數(shù)據(jù)的覆蓋率，且聯(lián)合反演也可以看作是不同數(shù)據(jù)之間的相互約束條件（張勇，2010）。強(qiáng)震和GPS給出的近場永久位移都是一些有限測(cè)點(diǎn)的信息，而永久位移常隨測(cè)點(diǎn)間距的增大呈非線性變化，且雖然GPS觀測(cè)資料在水平方向上精度較高，但在垂直向上精度不足。Wang（2012）認(rèn)為GPS數(shù)據(jù)可以對(duì)斷層的滑動(dòng)量提供更豐富的約束;Feng等（2012）利用GPS數(shù)據(jù)對(duì)InSAR形變結(jié)果進(jìn)行校正，以消除大氣和軌道的影響;王永哲（2015）通過聯(lián)合GPS和InSAR數(shù)據(jù)反演2011年日本東北MW9.0地震同震滑動(dòng)分布，認(rèn)為InSAR數(shù)據(jù)可以很好地彌補(bǔ)GPS數(shù)據(jù)空間分辨率的不足。

為了提高數(shù)據(jù)的約束和覆蓋率，本文基于GPS和 InSAR數(shù)據(jù)分別獨(dú)立和聯(lián)合反演漾濞地震的震源滑動(dòng)模型，采用Wang等（2008）基于牛頓最速下降法編寫的SDM（Steepest Decent Method）程序進(jìn)行反演，利用SMBLOC程序?qū)ρǖ卣鸾鼒鲑|(zhì)量較好的強(qiáng)震數(shù)據(jù)進(jìn)行基線校正，對(duì)強(qiáng)震和GPS觀測(cè)同震位移場特征進(jìn)行分析，探討此次地震的位移分布特征及斷層錯(cuò)動(dòng)方式。同時(shí)，基于快速獲取的GPS永久位移和InSAR升降軌視線向LOS位移數(shù)據(jù)資料分別獨(dú)立和聯(lián)合反演震源滑動(dòng)模型，并根據(jù)滑動(dòng)模型計(jì)算漾濞地震全空間預(yù)測(cè)同震位移場。

1 研究區(qū)概況及資料選取與處理

漾濞MS6.4地震發(fā)生在多震的滇西北地區(qū)，該地區(qū)的強(qiáng)震危險(xiǎn)性一直是地震地質(zhì)領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)之一（毛玉平等，2003），震中附近發(fā)育有 NW 向的維西—喬后斷裂。根據(jù)云南地震臺(tái)觀測(cè)資料，漾濞地震的前—主—余震序列大致沿該斷裂的西側(cè)呈北西向條帶狀分布，余震集中分布于主震的東南方向。維西—喬后斷裂是紅河斷裂帶向北彌散延伸的分支斷裂，全長約280 km?？傮w走向北西，傾向北東或南西，傾角為50°～70°。早期該斷裂的活動(dòng)性質(zhì)以擠壓為主，晚第四紀(jì)以來則以右旋走滑為主，兼張性正斷（常祖峰等，2014）。近十余年來，該區(qū)域中小地震活動(dòng)呈持續(xù)增強(qiáng)態(tài)勢(shì)，例如2013年洱源5.5級(jí)地震（常祖峰等，2014）和2017年漾濞5.1級(jí)地震（潘睿等，2019）。

因漾濞地震震源尺度較小，近場強(qiáng)震臺(tái)站稀疏，僅53YBX和53YPX強(qiáng)震臺(tái)數(shù)據(jù)質(zhì)量較好，所以選取這兩個(gè)強(qiáng)震臺(tái)進(jìn)行基線校正;在震中40 km范圍內(nèi)共有35個(gè)GPS觀測(cè)站記錄到同震位移，選取其中水平位移大于0.3 cm的觀測(cè)站進(jìn)行分析，選取的臺(tái)站如圖1所示。采用 Sentinel-1A哨兵衛(wèi)星的InSAR資料，其中InSAR升軌數(shù)據(jù)為2021年5月20—26日的影像資料;降軌數(shù)據(jù)為2021年5月10—22日的影像資料。

本文采用SMBLOC方法（Wang et al，2011）對(duì)強(qiáng)震資料進(jìn)行基線校正。一般來說，基線校正通常基于積分之后未校正的速度或未校正的位移來估計(jì)基線漂移。使用由Wang等（2008，2009）根據(jù)約束條件下最小二乘原理、基于牛頓最速下降法編寫的SDM程序進(jìn)行反演，目前該程序已被廣泛應(yīng)用于同震或震后的滑動(dòng)分布反演（Diao et al，2010，2011;Xu et al，2010;金明培等，2013，2014，2017;屠泓為等，2016;黎朕靈等，2020）。漾濞地震震中經(jīng)緯度（25.67°N，99.87°E）選取自云南地震臺(tái)結(jié)果，震源機(jī)制解采用張迎峰基于InSAR資料得到的結(jié)果，即走向138°、傾角80°、滑動(dòng)角170°、參照M>2.0的余震分布取斷層面的長為40 km、寬為20 km。

2 同震位移場特征

此次地震造成的地面位移較小，為了更好地探究震后地表運(yùn)動(dòng)特征，筆者選取水平位移大于0.3 cm的11個(gè)GPS觀測(cè)站和數(shù)據(jù)質(zhì)量較好的53YBX和53YPX強(qiáng)震臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析（圖1）。圖2給出了采用SMBLOC程序校正后距離震中最近的強(qiáng)震臺(tái)53YBX三分量的加速度、速度和位移時(shí)程圖。此次地震使53YBX臺(tái)向西移動(dòng)了3.7 cm，向北移動(dòng)2.8 cm，向下移動(dòng)1.8 cm。

圖3為基于強(qiáng)震和GPS數(shù)據(jù)得到的漾濞MS6.4地震的同震位移場，主要有以下特征：

（1）同震位移分布范圍與幅度。GPS能檢測(cè)到的同震位移場主要分布在震中40 km范圍內(nèi)，GPS觀測(cè)站主要分布在震中北部，在震中南部分布稀疏。53YPX強(qiáng)震臺(tái)位于震中東南部，能在一定程度上彌補(bǔ)該方向上GPS測(cè)點(diǎn)不足。從圖3a的水平同震位移場來看，強(qiáng)震最大水平位移出現(xiàn)在震中東南部約7.7 km的53YBX臺(tái)，GPS最大水平位移出現(xiàn)在震中東北部約5.4 km的h204臺(tái)，其東西、南北、垂直向位移分別為4.6 cm、0.5 cm、-0.2 cm。

（2）位移場反映的斷層錯(cuò)動(dòng)方式。從較大范圍來看，同震位移場反映斷層錯(cuò)動(dòng)以右旋走滑為主。水平同震位移場（圖3a）特征表現(xiàn)為：以斷層面為界，其西部的GPS觀測(cè)站和53YPX強(qiáng)震臺(tái)水平位移均向外拉張，西北部和西南部分別表現(xiàn)為西北向和西南向位移;距斷層面較遠(yuǎn)的東部臺(tái)站均表現(xiàn)為東南向位移;斷層面北向GPS觀測(cè)站密集，大多表現(xiàn)為正南向位移;位于斷層面西南盤、震中南側(cè)的ybxl臺(tái)位移方向?yàn)镹NW，與位于斷層面東北盤、震中東北方向的h204臺(tái)的位移方向基本相反，表明震中南、北側(cè)位移為向內(nèi)壓縮。雖然此次地震周邊臺(tái)站分布不均勻，震中南部觀測(cè)點(diǎn)較少，但從整體上看，其水平向同震位移場呈現(xiàn)出相對(duì)較好的四象限對(duì)稱分布。從垂直向位移場（圖3b）來看，在震中北部表現(xiàn)為向上的位移，在南部多表現(xiàn)為向下的位移。

從同震位移場還可以看出，最大永久位移主要發(fā)生在斷層面內(nèi)震中東側(cè)和東南端，結(jié)合圖1的余震空間展布，余震大致沿震源機(jī)制解給出的走向138°分布。地震造成的最大地表永久位移和震后余震展布均距離維西—喬后斷裂較遠(yuǎn)，且斷層走向與該斷裂走向存在10°左右差距，因此，推測(cè)此次地震未發(fā)生在維西—喬后斷裂的主干斷裂上，發(fā)震斷層有可能是該斷裂的次級(jí)斷裂，該結(jié)論也得到現(xiàn)場科考結(jié)果的證實(shí)（李傳友等，2021）。

（3）強(qiáng)震與GPS位移場比較。震中附近強(qiáng)震臺(tái)站稀少，相距較近的GPS觀測(cè)站和強(qiáng)震臺(tái)僅有一對(duì)：53YPX和h204臺(tái)，分別位于震中的南北兩端，其南北方向上位移相反，與震源機(jī)制解反映的斷層錯(cuò)動(dòng)相符合。但在震中東西方向，因53YBX臺(tái)接近所選取的斷層線，導(dǎo)致其雖位于東北盤，但位移方向卻為北西向。由于強(qiáng)震臺(tái)站數(shù)量較少，在滑動(dòng)模型反演中僅使用GPS位移場和InSAR資料進(jìn)行計(jì)算。

基于InSAR升降軌數(shù)據(jù)繪制同震形變場，如圖4所示。從InSAR降軌形變場看，形變主要發(fā)生在斷層兩側(cè)，且兩側(cè)形變存在明顯差異（圖4a）。InSAR升軌形變場因包含震后5天大量余震影響，斷層兩側(cè)的形變特征不明顯（圖4b）。

3 震源滑動(dòng)模型反演

地殼速度結(jié)構(gòu)模型采用楊軍等（2014）反演云南地區(qū)中小地震震源機(jī)制解所采用的莫霍面深度為55 km的模型（表1）。

根據(jù)震源和斷層參數(shù)可快速計(jì)算出斷層參考點(diǎn)的位置為（99.82°E，25.75°N），深度取0 km，斷層共分為800個(gè)子斷層，每個(gè)斷層子單元為? 1 km×1 km，由于GPS垂直位移場的解算精度不及水平向，因此在反演時(shí)賦予較小的權(quán)重。圖5給出最終的反演結(jié)果，表2為各個(gè)模型參數(shù)對(duì)比。

圖5a～c使用單一數(shù)據(jù)反演震源滑動(dòng)模型，各個(gè)模型主要特征有：（1）基于GPS資料滑動(dòng)模型（以下簡稱GPS模型）最大滑動(dòng)量為0.74 m，滑動(dòng)主要分布在震中東南部25 km范圍內(nèi)，最大破裂發(fā)生在沿傾向2～10 km，走向11～22 km的斷層面上。（2）基于InSAR降軌資料的滑動(dòng)模型（以下簡稱InSAR降軌模型）最大滑動(dòng)量為0.44 m，相對(duì)GPS模型的滑動(dòng)量較小，滑動(dòng)分布集中在震中東南部15 km范圍內(nèi)，最大破裂發(fā)生在沿傾向2～9 km、走向12～22 km的斷層面內(nèi)。相對(duì)于GPS模型，InSAR降軌模型的滑動(dòng)量分布更為集中，最大破裂更接近地面。（3）基于InSAR升軌資料的滑動(dòng)模型（以下簡稱InSAR升軌模型）最大滑動(dòng)量為0.66 m，滑動(dòng)主要分布在震中東南部25 km范圍內(nèi)，且在斷層面底部也分布有約0.2 m的滑動(dòng)，最大破裂發(fā)生在斷層面沿傾向0～9 km、走向11～30 km處，因?yàn)檠∕S6.4地震后又發(fā)生多次余震，而InSAR升軌數(shù)據(jù)包含大量余震干擾，導(dǎo)致其滑動(dòng)分布與GPS和InSAR降軌模型的范圍略有不同，滑動(dòng)量比InSAR降軌模型較大，反演所得的震級(jí)為MW6.3，相較其它模型偏大。

因InSAR升軌數(shù)據(jù)包括主震后5日的觀測(cè)結(jié)果易受余震數(shù)據(jù)干擾，反演時(shí)可能會(huì)造成一定的誤差，所以在反演滑動(dòng)模型時(shí)，對(duì)該資料給予較小的權(quán)重，主要采用3種聯(lián)合反演方式：GPS+InSAR降軌（圖5d）、GPS+InSAR升降軌（圖5e，升軌權(quán)重為1）和GPS+InSAR升降軌模型（圖5f，其中升軌權(quán)重為0.5）。使用這3種聯(lián)合反演模型得到的最大滑動(dòng)量為0.43～0.45 m，滑動(dòng)主要分布在沿走向10～25 km、沿傾向0～12 km的斷層面內(nèi)，最大破裂發(fā)生在沿走向12～22 km、沿傾向2～9 km的斷層面內(nèi)，與GPS和InSAR降軌模型基本一致，與InSAR升軌模型略有差異。

本文所使用的6種模型均顯示漾濞地震的斷層錯(cuò)動(dòng)以右旋走滑為主。最大破裂均發(fā)生在距離震中約3 km的東南側(cè)，呈現(xiàn)出明顯的單側(cè)破裂特征。可能因?yàn)閿?shù)據(jù)的不同，造成各個(gè)模型的滑動(dòng)范圍及最大滑動(dòng)量存在一定的差異。但除InSAR升軌模型外，其余5種模型的最大破裂范圍基本一致，各個(gè)模型滑動(dòng)量均在一個(gè)量級(jí)內(nèi)。因此，6種模型整體具有較好的一致性。

漾濞MS6.4地震前震和余震均較為豐富，其中包括1次5.6級(jí)前震和2次5級(jí)以上余震，截至5月21日24時(shí)和25日24時(shí)共記錄到ML≥1.0余震多達(dá)206次和1 590次。前震和余震，特別是震級(jí)較大的前震和余震對(duì)InSAR升降軌解算的同震位移場均有一定的影響，而且，InSAR往往只能給出視線向（LOS）位移場，而非傳統(tǒng)意義上的水平和垂直位移場。因此，根據(jù)聯(lián)合反演的滑動(dòng)模型，我們計(jì)算了震中周圍（99.3°～100.4°E，25.2°～26.2°N）全空間的預(yù)測(cè)地表靜態(tài)水平位移分布（圖6），取位移點(diǎn)的間隔約為8 km，以便更為直觀地了解此次地震的影響。從圖6可以看出，斷層線東西兩側(cè)的位移向外擴(kuò)張，震中南北兩端的位移向內(nèi)擠壓，在震中的東南部位移達(dá)到最大值，反映斷層錯(cuò)動(dòng)以右旋走滑為主，與由觀測(cè)值計(jì)算所得的同震位移場所反映的震源機(jī)制基本一致。對(duì)于臺(tái)站分布不均勻的地區(qū)，全空間預(yù)測(cè)同震位移分布圖可提供密集的地表位移分布，為震后的物質(zhì)運(yùn)輸、救援力量分配等提供有價(jià)值的參考。

4 結(jié)論

本文基于2021年漾濞MS6.4地震后震中周圍2個(gè)強(qiáng)震臺(tái)三分量加速度記錄，利用經(jīng)驗(yàn)基線校正自動(dòng)化方案（SMBLOC）對(duì)強(qiáng)震記錄進(jìn)行基線校正后估算其同震位移。利用快速獲取的GPS同震位移場、InSAR升、降軌數(shù)據(jù)分別獨(dú)立和聯(lián)合反演漾濞地震的震源滑動(dòng)模型，并根據(jù)滑動(dòng)模型進(jìn)一步給出了震中周圍全空間預(yù)測(cè)水平同震位移場，主要得出以下結(jié)論：

（1）漾濞地震的同震位移場呈現(xiàn)較好的四象限分布，震中東、西兩側(cè)位移向外拉，而震中南、北兩側(cè)位移向內(nèi)擠壓，永久位移在震中的東南端達(dá)到最大值。從基于GPS同震位移場、InSAR升、降軌數(shù)據(jù)分別獨(dú)立和聯(lián)合反演的震源滑動(dòng)模型來看，6種模型的滑動(dòng)范圍大致相同，最大破裂均發(fā)生在震中東南側(cè)，西北側(cè)滑動(dòng)較小或基本沒有滑動(dòng)，呈現(xiàn)出單側(cè)破裂的總體特征。結(jié)合余震分布和InSAR降軌干涉圖像，推測(cè)此次地震未發(fā)生在維西—喬后主干斷裂上，發(fā)震構(gòu)造可能為維西—喬后斷裂的的次級(jí)斷裂。

（2）全空間預(yù)測(cè)水平同震位移場與實(shí)際觀測(cè)的同震位移場呈現(xiàn)出較好的一致性。對(duì)于觀測(cè)臺(tái)站較為稀疏的地區(qū)或是震源尺度較小的地震，通過全空間預(yù)測(cè)水平同震位移場可更全面地了解震中附近更大范圍內(nèi)受地震影響的情況，為了解地震的孕育、發(fā)生、發(fā)展和震后的應(yīng)急救援，提供有價(jià)值的參考。

感謝中國地震局地質(zhì)研究所甘衛(wèi)軍研究團(tuán)隊(duì)提供的GPS同震位移資料;感謝中國地震局地質(zhì)研究所張迎峰博士分享Sentinel-1A哨兵衛(wèi)星InSAR解算資料。

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Slip Model and Co-seismic Displacement Field of the 2021Yangbi，Yunnan MS6.4 Earthquake

LI Zhenling，JIN Mingpei，MIAO Suqiu

（Yunnan Earthquake Agency，Kunming 650224，Yunnan，China）

Abstract

On the basis of the near-field strong motion records within 40 km around the epicenter of the Yangbi MS6.4 earthquake in Yunnan on May 21，2021，we used an improved automatic empirical baseline correction method to estimate the co-seismic displacement.We analyzed the characteristics of strong motion and GPS co-seismic displacement field.We inverted independently and jointly the source slip model using GPS data and InSAR ascending-and descending-orbit data，and further proposed the distribution of the predicted，full-space，co-seismic displacement field based on the slip model.The results showed that：（1）The horizontal co-seismic displacement field showed that the fault dislocation was dominated by right-lateral strike-slip.（2）The static slip range of the source obtained by independent-and joint-inversion of GPS and InSAR was basically the same.The maximum slip occurred in the south of the epicenter.The maximum slips of the source by the 6 models were respectively 0.74 m，0.66 m，0.44 m，0.45 m，0.47 m and 0.47 m.The inverted MW ranged from 5.9 to 6.3.（3）The predicted，full-space，horizontal，co-seismic displacement field of the Yangbi earthquake by the slip model was in good agreement with the observed，horizontal，co-seismic displacement field.The north and south parts of the epicenter were compressing inward，while the east and west parts were stretching outward.This was consistent with the characteristics of the co-seismic displacement field produced by a strike-slip earthquake.

Keywords：near-source strong motion;automatic empirical baseline correction;GPS;co-seismic displacement;slip model;InSAR;the Yangbi MS6.4 earthquake