1. 引言
2018年2月6日,中国台湾省花莲县东部地区发生Mw 6.4级地震,根据美国地质调查局(USGS)公布结果,此次地震震中位置位于(24.134˚N,121.659˚E),震源深度~17 km [1],剧烈的同震运动给当地造成巨大生命和财产损失,截至2018年2月11日18时,花莲地震共造成17人遇难、285人受伤,多栋建筑物倒塌。
花莲地震震中位于花东纵谷断裂附近,花东纵谷北起花莲,南至台东,是台湾岛地质构造上的重要分界 [2]。断裂带西侧为欧亚板块,东侧为菲律宾海板块,两板块的交汇速率~80 mm/a [3] [4] [5]。现有研究表明,花东纵谷断裂运动积累了30~40 mm/a的地壳压缩量 [6] [7] [8],导致沿该断裂带地震活动频发。根据中国地震台网监测显示,近六年来,在北纬21˚N~26˚N,东经120˚E~122˚E的台湾岛及附近海域范围内,共发生了10次Ms 6.0级以上的地震,其中有两次强震事件位于台湾花莲县以东附近海域 [9]。
震后的受灾情况调查显示,此次地震主要影响花莲县及其附近区域,野外调研发现米伦断层地表轨迹附近有明显的断层错动现象。但花莲县和米伦断层均距震中超过20 km,该区域的显著地表位移究竟是由孕震断层破裂造成,或米伦断层受主震触发破裂造成,仍有待进一步的分析和研究。此外,GPS形变场显示在花莲市南部的苓顶断层附近出现显著的地表位移 [10],对于该断层是否也同时被主震触发,也有待进一步论证。
利用合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthetic Aperture Radar, InSAR)技术获取同震形变并开展相关发震机制研究,已经在国内外得到广泛应用 [11] - [17]。花莲地震发生后,欧空局的Sentinel-1卫星和日本宇航局的ALOS-2卫星均迅速观测获得了覆盖震区的合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)数据,并基于InSAR技术提取了2018年花莲地震的同震地表卫星视线(Line-of-sight, LOS)方向形变场,结果显示花莲城区米伦断层上下盘存在明显的LOS向地表运动,推断该断层发生了破裂。此外,Huang等利用地震期间的InSAR测量数据,研究了2018年2月发生的花莲6.4级地震的断层几何形态和滑移,结果表明,该事件至少涉及3个断层,包括位于花莲市的一条南倾断层、一条西倾主断层和东倾米伦断层,浅部逆断层滑动与地震后的现场调查结果相吻合 [18]。Yen等利用InSAR和GPS数据记录了此次地震的地表变形,并提出斜向汇聚和左旋走滑挤压的断层运动模式可解释此次地震同震形变场 [19]。此外,Tung等利用InSAR和GPS数据获取了此次地震地表变形,结果显示地表变形主要集中在米伦断层和苓顶断层附近,表明此次地震触发了多个断层滑动 [20]。但受限于InSAR观测形变为北东高三维形变在卫星雷达入射方向的投影,直接分析LOS向形变不易判断相关发震断层在三维空间内的运动模式。
为提高利用InSAR数据解译断层运动特征的能力,并加深对2018花莲地震断层破裂机理的正确认知,本研究联合升降轨InSAR形变数据,构建了东西向与垂直向的形变解算模型,反演获得了2018年花莲地震的地表二维形变场,并论证了相对升降轨InSAR原始观测,反演二维地表形变在揭示断层运动机制方面的优势,分析地表二维形变的分布模式与量级,结合跨断层形变剖面数据、主震库伦应力传输和反演断层滑动模型,讨论了米伦断层和苓顶断层的破裂触发与运动机制,为2018花莲地震的研究提供了可靠的参考资料。
2. 花莲地震InSAR数据处理
本文搜集了2018年花莲地震前后,ALOS-2卫星PALSAR-2传感器观测获得的花莲地区升降轨雷达影像数据(表1),影像覆盖区域如图1所示,其中两个黑色矩形虚线方框分别代表卫星升轨和降轨影像覆盖范围,橙黄色五角星标识花莲地震震中,暖色实心圆为相关余震序列,圆的直径尺寸标识余震规模。
Figure 1. Study area of coseismic surface deformation of the Hualian earthquake. Orange stars show the epicenter of the Hualian earthquake. Black dotted rectangle shows the coverage of ascending and descending ALOS - 2 SAR image. Red dotted rectangles indicate the surface trace of the inferred main fault. Black arc is the surface trace of the Milun fault. Red solid line indicates the surface trace of the Lingding fault. Warm color solid circles show the aftershocks sequence of the 2018 Hualian earthquake
图1. 花莲地震同震地表形变研究区域,橙黄色五角星为花莲地震震中,黑色虚线矩形框显示ALOS-2卫星升、降轨SAR影像覆盖范围,红色虚线矩形框为推测的主震断层面地表投影,黑色弧线为米伦断层地表轨迹,红色实线为苓顶断层地表轨迹,暖色实心圆为2018花莲地震余震序列
利用GAMMA软件对上述PALSAR-2影像进行InSAR干涉处理 [21],并利用30 m分辨率的SRTM DEM数据移除地形相位获得差分干涉数据;采用自适应滤波算法进行干涉图滤波降噪 [22],并使用Chen和Zebker开发的Snaphu软件对滤波后的差分干涉图开展相位解缠处理 [23] [24];考虑到卫星轨道误差残余,利用高相干(相干系数>0.3)数据构建轨道残余误差模型,移除残余轨道误差分量 [25] [26];并对校正后的数据进行地理编码,最终获得2018年花莲地震升降轨InSAR同震地表形变场(图2)。
Figure 2. InSAR differential interferograms of the Hualian earthquake. (a) Ascending InSAR differential interferogram; (b) Descending InSAR differential interferogram. Red solid line represents the fault surface trace, and the yellow stars show the epicenter of the Hualian earthquake
图2. 花莲地震InSAR差分干涉图。(a) 升轨InSAR差分干涉图,(b) 降轨InSAR差分干涉图; 红色实线代表断层地表轨迹,黄色五角星为花莲地震震中
图2显示花莲地震升降轨InSAR同震干涉条纹,其中一个周期(−π到π)的条纹变化,对应地表在雷达视线方向半个波长(0.1145 m)的位移,雷达视线向变形量级越大,其在干涉图上对应条纹越密集。从升轨干涉结果(图2(a))中可看出,两处半椭圆形密集条纹呈近南北向分布在米伦断层和苓顶断层两侧,吉安乡区域干涉条纹主要分布在米伦断层西南方向,而寿丰乡区域干涉条纹集中在苓顶断层西北方向,从空间关系上分析两处地表变形极有可能是上述断层活动造成的。需要指出的是,由于卫星视角差异,降轨干涉数据(图2(b))的干涉条纹在空间位置和分布形状上与升轨(图2(a))不同,显著的干涉条纹主要集中在米伦断层的东侧,且降轨影像在米伦断层东侧观测到的地表形变量级要显著大于升轨。同时,升轨InSAR数据在苓顶断层东侧有较明显失相干现象,这可能是由于该区域地表植被覆盖造成的。
图3为花莲地震同震形变场,其中暖色调区域表示观测目标靠近卫星,冷色调区域表示远离卫星。升轨形变场(图3(a))显示,花莲城区至寿丰乡区域,形变特征以靠近卫星为主,但在吉安乡及其以北区域发现显著的远离卫星地表运动信号,花莲市区显著的靠近卫星地表运动主要位于米伦断层东侧,而吉安乡所在的远离卫星地表运动区域位于米伦断层西南方向,且靠近和远离卫星运动的地表分界线正好沿米伦断层分布。此外,寿丰乡所在的苓顶断层西侧发现显著的靠近卫星向地表运动,其最大形变量级达0.22 m。
Figure 3. InSAR deformation field of the 2018 Hualian earthquake. (a) Ascending InSAR deformation field; (b) Descending InSAR deformation field. Red solid red line represents the fault surface trace, and the red stars denote the epicenter of the Hualian earthquake
图3. 2018花莲地震InSAR形变场。(a) 升轨InSAR形变场;(b) 降轨InSAR形变场;红色实线代表断层地表轨迹,红色五角星为花莲地震震中
InSAR降轨形变场(图3(b))显示米伦断层东侧存在显著的同震地表运动,其中靠近卫星方向形变最大量级~0.25 m,远离卫星方向最大形变量级~0.5 m,即米伦断层上下盘最大相对位移达~0.75 m。此外,卫星升降轨观测形变场均显示米伦断层东侧地表形变量级较西侧更为显著,而根据同震断层的破裂机理可知,断层上盘的运动量往往较下盘更为显著,进一步综合区域地质调查结果 [26] [27] [28] [29],可推断米伦断层为东向倾斜断层。同理,依据升降轨InSAR形变场特征,在不考虑苓顶断层东侧失相关的情况下,可初步推断苓顶断层向西倾斜。需要指出的是,卫星视线向的形变并不能直接反映断层在三维空间内的运动模式,需开展卫星视线向变形至北东高三维形变的转换以进一步加深对断层运动机制的认知。
3. 地表二维形变反演方法
InSAR提取地表变形是北东高三维形变在卫星视线方向的投影,其监测成果可很好地反映地表在卫星视线向的变形情况,但考虑当前断层几何模型、GPS观测变形、以及常规野外考察成果均是以北东高三维空间坐标系为参考基准,卫星视线向变形不便于科研人员的直观理解,且不便于分析断层运动机制。因此,将InSAR监测的LOS向变形转换到北东高三维空间坐标系下,具有较高的实用价值。
根据雷达成像的几何模型,可知视线向形变和北东高三维形变的转换关系如下 [30]:
(1)
其中
表示视线向形变,
、
、
分别表示北、东、高三维地表形变分量,α和θ代表卫星飞行方向角和雷达入射角。由于雷达卫星近南北向飞行的特点,卫星视线向变形对南北方向的形变极不敏感 [30] [31] [32],以本文使用的ALOS-2卫星数据为例,其升、降轨飞行方向角分别为349.01˚,190.27˚;入射角分别为27.80˚,40.55˚,计算可得北、东、高各维度在视线向形变中的投影系数(表2),其中南北向形变的投影系数显著小于东西向和垂直向,进一步考虑单独使用升降轨InSAR观测反演地表北东高三维形变面临的秩亏问题,此处假定地表南北方向变形对视线向形变的贡献分量可忽略,据此可得到东西向和垂直向二维形变与卫星视线方向形变的关系 [33] [34],如式2。
Table 2. LOS projection coefficient of 3D deformation
表2. 北东高三维形变LOS向投影系数
(2)
其中下标1为卫星升轨,下标2为卫星降轨,其它各字母含义与公式(1)保持一致。简化升降轨卫星视线向形变为矩阵
,转换系数矩阵为A,东西向和垂直向地表形变向量为
,则上式可变换为:
(3)
(4)
依据公式3,获得地表东西和垂直方向形变:
(5)
其中X为待解算的东西和垂向二维地表形变向量,可用于分析同震事件造成的地表变形空间分布特征,特别是近断层数据可直接用于解译断层的运动机制。
需要指出的是,此处的转换模型未考虑北方向变形对反演结果的影响,将在一定程度上影响解算二维形变场的精度,对该问题的解决有赖于增加新的独立观测数据,特别是对北方向变形较为敏感的观测成果,如像素偏移技术和多孔径技术提取获得的卫星飞行方向地表形变数据,但上述两种方法在形变提取可行性和精度方面仍存在较多的限制因素 [35] [36]。因此,单独利用升降轨InSAR数据反演东西和垂向二维形变场,在快速获取同震地表二维形变方面仍具有较高的实用价值。
4. 结果与讨论
4.1. 跨断层地表形变分析
利用上述二维形变反演方法,将图3所示的花莲地震升降轨卫星视线向形变转换为垂向和东西向变形(图4)。垂直向形变(图4(a),图5(e))显示苓顶断层西侧存在相对东侧的抬升运动,且断层西侧的绝对形变量级明显大于断层东侧,表明苓顶断层应向西倾斜,进一步分析垂向抬升变形集中于近苓顶断层西侧区域(图4(a)黑色椭圆区域),且跨苓顶断层形变剖面数据(图5(e))显示,地表形变主要集中在垂直于断层两侧~1公里范围内,即显著的地表形变均发生在紧邻断层地表破裂轨迹的断层近场区域,这与高倾角断层破裂造成的地表形变空间分布较一致,因此推断苓顶断层应具有高倾角特性。考虑高倾角断层多以走滑断层为主,可初步推测苓顶断层破裂为走滑兼具逆冲运动。进一步,东西向形变场(图4(b))显示苓顶断层西侧存在较明显的西向位移运动,最大西向位移~0.4 m,表明该断层具有左旋走滑的特征,结合垂向地表形变特征综合分析可知,苓顶断层应具有高倾角断层特征,且同震破裂模式以左旋走滑为主并兼具逆冲运动。需要注意的是,InSAR升轨观测结果在苓顶断层东侧相干性相对较差,会对上述分析造成一定的不利影响,更可靠的观测数据将能够提供更加定量精确的分析成果。
图4显示米伦断层附近变形情况较为复杂,特别是断层东侧同时存在抬升和下沉信号(图4(a)),且同时发现了东向和西向位移(图4(b))。米伦断层近南北走向,已有研究显示其为东向倾斜的高倾角断层,其运动机制也以走滑运动为主 [26] [27] [28] [29],考虑在一次地震事件中,同一断层运动往往具有相似的运动机制和渐变的空间分布,因此,单一米伦断层的破裂不易在断层东侧造成方向完全相反且分布如此复杂的地表运动。进一步分析可知,花莲地震震中位于米伦断层北部,且主震断层向西倾斜,破裂沿西南方向传播,而此次地震的余震也大都分布在米伦断层西北一侧(图1),综合以上信息,我们认为主震断层(图1与图4(b)红色虚线框所示)极有可能由震源位置破裂传播至米伦断层西侧,并触发米伦断层和苓顶断层发生破裂,进而造成该区域较为复杂的地表运动模式。
Figure 4. Vertical and East-west deformation fields of Hualian earthquake. (a) Vertical deformation field; (b) East-west deformation field. Red stars indicate the epicenter of the Hualian earthquake. Red dotted rectangle is the inferred main fault of the Hualien earthquake. Black dotted ellipse indicates the significant deformation region in the near field of the Lingding fault
图4. 花莲地震垂向和东西向二维形变场。(a) 垂向形变场;(b) 东西向形变场;红色五角星为花莲地震震中,红色虚线框为推断的花莲地震主震断层,黑色虚线椭圆标识苓顶断层近场显著变形区域
跨断层的地表变形剖面数据,有助于加深对断层活动特性的认知,选择如图4中黑色实线所示的三条跨断层剖面线(AA’和BB’剖面线跨米伦断层,CC’剖面线跨苓顶断层),并绘制其垂向和东西向形变剖面(图5)。米伦断层北段的AA’剖面长度~7 km,从其垂向形变剖面(图5(a))可看出,米伦断层北段西侧沉降,东侧抬升,两侧最大相对位移~0.28 m,另外在米伦断层地表破裂线附近,形变梯度突然增大,运动方向也发生跳变。东西向形变剖面(图5(b))显示米伦断层北段西侧以西向位移为主,东侧则转变为东向位移,最大相对位移~0.4 m,与垂向形变剖面相似,东西向形变剖面在米伦断层地表轨迹附近形变方向跳变,这表明米伦断层北段的运动对周边区域的地表变形起决定性作用。
Figure 5. Deformation section across the fault of the Hualian Earthquake. (a) AA’ vertical deformation section; (c) BB’ vertical deformation section; (e) CC’ vertical deformation section; (b) AA’ east-west deformation section; (d) BB’ east-west deformation section; (f) CC’ east-west deformation section
图5. 花莲地震跨断层形变剖面。(a) AA’垂向形变剖面;(c) BB’垂向形变剖面;(e) CC’垂向形变剖面;(b) AA’的东西方向形变剖面;(d) BB’的东西方向形变剖面;(f) CC’的东西方向形变剖面
BB’形变剖面位于米伦断层南段,长度~7 km,其垂向剖面(图5(c))显示东西两盘均为沉降变形,但在断层附近沉降量级发生显著跳变,断层西侧沉降剖面曲线呈现先减后增的变化,转折点靠近断层位置,断层两侧最大相对位移~0.3 m;其东西向剖面(图5(d))显示断层东西两盘位移有明显的性质变化,断层两侧最大相对位移~0.4 m,这一般是由地震事件中断层的回弹运动导致。
CC’剖面线跨苓顶断层,呈西北东南走向,长度~5 km,其垂向剖面(图5(e))显示苓顶断层西盘远场区域地表形变较为平缓,但在近断层处发生形变跳变,上下盘最大相对位移0.2 m;其东西向形变剖面(图5(f))显示断层两盘均以西向位移为主,但在靠近断层处其位移量由−0.4 m跳变为−0.2 m,表明苓顶断层浅部运动显著。进一步考虑苓顶断层远离震源,推测苓顶断层破裂应由花莲地震主震事件所触发,导致其发生了显著的浅层断层破裂,并控制周边区域的地表运动。需要指出的是,受升轨InSAR数据失相关作用,苓顶断层东侧形变精度可能受到一定影响,但CC’剖面整体测量值依然具有一定参考性。
综上所述,米伦断层两侧最大东西向相对位移(AA’:~0.4 m, BB’:~0.4 m)大于垂向(AA’:~0.28 m, BB’:~0.3 m),进一步考虑米伦断层东向倾斜,表明米伦断层在浅层地壳以走滑运动为主并兼具逆冲运动。而苓顶断层两侧(CC’)最大东西向相对位移(~0.2 m)仅稍大于垂向(~0.18 m),表明苓顶断层在浅层地壳的走滑与逆冲运动分量相当,即其运动机制为走滑兼具逆冲运动。此外,由于米伦断层更靠近主断层,其两侧相对位移在东西向比苓顶断层大~0.2 m,垂向比苓顶断层大~0.1 m,表明2018年花莲地震米伦断层的活动性高于苓顶断层。
4.2. 主震造成米伦断层与苓顶断层库伦应力变化
为了进一步分析米伦断层和苓顶断层破裂与主震之间的关系,我们依据Yang et al., (2018)的研究成果构建了如图6所示的米伦断层和苓顶断层几何模型 [26]。同时,从USGS获取了花莲地震区域2018年2月4日和6日两次地震事件震源机制参数(表3),并基于点源模型计算了两次地震事件对米伦断层和苓顶断层的库伦应力传输(图6)。
Table 3. Parameters of Hualian earthquake in February 2018
表3. 2018年2月花莲地震参数
观察图6(a)可发现,2018年2月4日Mw 6.1级地震事件引起的库伦应力变化显示米伦断层北段整体变化约为−7 bar,表明此次地震事件未正向促发米伦断层北段的破裂。但米伦断层南段的库伦应力显著增加,其中10公里深度附近的库伦应力增量为~3 bar,15~20公里深度处应力增量达到了~8 bar,远远超过应力触发阈值~0.1 bar [37] [38],表明2016年2月4日的地震事件对米伦断层南段的破裂具有显著的促发效应。此外,苓顶断层在15公里及其以下深度应力增量为~1 bar,该量级的库伦应力增加,将对苓顶断层的破裂具有明显的正向促发作用。
图6(b)为2018年2月6日Mw6.4级地震事件对米伦断层和苓顶断层的库伦应力传输,从中可发现,此次地震事件显著改变了米伦断层北段的库伦应力,在10~20 km深度区间,其平均量级超过7 bar,表明在该深度范围内,米伦断层北段的破裂风险显著增加。同时,此次地震事件也增加了苓顶断层深部区域的库伦应力。
为揭示库伦应力变化空间分布与余震活动的关联性,我们在三维空间中分别显示了2018年2月4和2月6日两次地震事件后花莲地震的余震空间分布情况(图6(a),图6(b))。图6显示大部分余震事件为浅源地震,且绝大多数余震震源深度在5~20 km范围内。从图6可看出2018年2月4日和6日两次地震事件的余震空间分布存在明显不同:首先,2月4日地震发生后至2月6日地震发生前这段时间内,花莲地震余震事件(图6(a))密集发生,且主要集中在米伦断层西北一侧,这与我们先前推断的花莲地震主断层位置具有较好的空间一致性。同时,2月6日地震事件后的余震序列相对稀疏(图6(b)),并主要沿主断层西南方向延伸,这一变化可能与2月6日地震造成主断层西南方向苓顶断层库伦应力正向增加有直接的关联。此外,综合分析图6(a)和图6(b)可发现,应力增量较大的米伦断层周围余震分布明显多于苓顶断层;且库伦应力显著增加的10~20 km深度相对于应力变化不显著的0~10 km深度,也发生了更多的余震事件。
Figure 6. The Coulomb failure stress change on the Milun and Lingding faults caused by the mainshock of the Hualian earthquake, and the aftershocks distribution. (a) The Coulomb failure stress change caused by the strong earthquake occurred on February 4, 2018, and the aftershock sequence during the day and February 6, 2018; (b) The Coulomb failure stress change caused by the earthquake on February 6, 2018 and the aftershock sequence after that day. The red circles denote the aftershocks sequence of the 2018 Hualian earthquake
图6. 花莲地震引起米伦断层和苓顶断层库伦应力变化与余震空间分布。(a) 2018年2月4日强震引起的库伦应力变化与2月4日至2月6日间余震序列,(b) 2018年2月6日地震事件引起的库伦应力变化与2月6日后余震序列。红色圆为2018花莲地震余震序列
整体而言,2018年2月4日和6日的两次地震事件显著影响了米伦断层和苓顶断层的库伦应力。米伦断层南段受2月4日Mw 6.1级地震事件的促发影响显著,而北段的破裂则可能主要由2月6日的地震事件促发;同时,两次地震事件对苓顶断层深部均为正向库伦应力传输,但量级相对较弱。需要指出的是,同一区域地震事件之间,特别是主余震的触发关系除受本文所计算的静态库伦应力影响外,在断层破裂过程中的动态库伦应力传输也是一个很重要的因素。因此,精确定量的断层破裂触发关系研究,有赖于结合动态和静态库伦应力进一步开展针对性的计算与分析。
4.3. 花莲地震断层运动模型反演
为进一步认识2018花莲地震的断层破裂模型,并验证基于形变场推测断层运动机制的可靠性。我们根据图4中猜测的断层位置,并参考先前研究中利用多源大地测量观测成果推测的2018花莲地震断层几何参数,结合ALOS-2升降轨InSAR观测成果反演了此次地震的断层运动模型,结果如表4和图7所示 [10] [25] [26] [39]。同时,为验证反演模型的可靠性,我们正演计算了同震地表InSAR形变场,如图8所示,对比原始InSAR观测可发现,正演计算地表形变与ALOS-2观测成果有较好的一致性,不一致的区域主要分布在米伦断层近场,这是因为该区域存在剧烈的地表形变,导致区域InSAR干涉失相关,原始InSAR观测干涉条纹并不可靠。进一步统计发现,ALOS-2升轨反演模型残差为1.3 cm,降轨为1.5 cm,正演结果与观测数据在大部分区域的高度一致性进一步表明了反演断层运动模型的可靠性和有效性。
Table 4. InSAR inversion fault geometric parameters of Hualian Earthquake in 2018
表4. 2018年花莲地震InSAR反演断层几何参数
Figure 7. The estimated fault slip distribution based on the InSAR observation. F1: Seismogenic main fault; F2: Lingding fault; F3: Milun fault. Yellow star indicates the hypocenter of the mainshock. Black arrows show the direction of fault slip
图7. 花莲地震InSAR反演断层滑动分布。F1:孕震主断层;F2:苓顶断层;F3:米伦断层。其中黄色五角星标识主震震源位置,黑色箭头显示断层滑动方向
表4和图7显示了2018花莲地震主断层、苓顶和米伦断层几何参数与滑动分布,从中可发现,三断层均为高倾角断层,且米伦断层存在显著的左旋走滑分量并兼具逆冲运动,这与我们先前根据二维地表形变得到的推论保持一致。同时,苓顶断层浅层亦为显著的左旋走滑兼具逆冲运动,也与前面的推论一致。需要指出的是,在苓顶断层深部存在轻微的右旋运动分量,但由于滑移位置较深,对地表形变场影响不显著,因此难以从InSAR形变场中直接解译获得该运动分量。反演所获断层运动模型显示,孕震主断层为高倾角西倾左旋走滑断层,且其并未破裂至地表,显著的滑动分布集中在地下约3~10 km深度范围内,这解释了野外调查未发现主断层出露的原因。主断层运动整体以走滑运动为主,同时兼具少量的逆冲运动分量,其最大滑动量~1.8 m,位于地下~5.5 km深度处。主断层与苓顶断层首尾衔接,因此,苓顶断层极有可能由主断层破裂直接触发,其运动模式也与主断层基本一致,但量级相对较小,并在向南破裂的过程中逐渐减小最终趋于停止。米伦断层的运动存在显著的浅层和深层不一致现象,其在地表浅层以左旋走滑运动为主,而深层则转变为逆冲运动为主并兼具左旋运动分量,最大滑动量级~1.7 m,位于地下~3.0 km深度处。
Figure 8. Predicted deformation field of the Hualian earthquake. (a) Predicted ascending deformation field; (b) Predicted descending deformation field. Red solid lines represent the fault surface trace. Yellow stars show the epicenter of the Hualian earthquake
图8. 花莲地震正演形变场。(a) 升轨正演形变场,(b) 降轨正演形变场。红色实线代表断层地表轨迹,黄色五角星为花莲地震震中
5. 结论
本文以ALOS-2卫星PALSAR-2传感器观测SAR影像为数据源,获取了2018年花莲地震的InSAR同震地表形变场,构建形变转换模型,反演得到2018年台湾花莲地震垂向和东西向二维形变场;并联合主震断层运动库伦应力传输和余震空间分布,分析了此次地震的发震机制、地表形变分布模式和断层破裂触发关系,最后利用反演断层滑动模型验证了推测结论的可靠性。结论如下:1) 相比于原始的InSAR卫星视线向形变,垂向和东西向二维地表形变场,可更直接的表征断层运动特征,对强震后断层活动特性的快速解译具有较高的实用价值;2) 基于对二维形变场的分析发现,米伦断层为东向倾斜高角度断层,其同震破裂以左旋走滑为主并兼具逆冲运动,苓顶断层为西向倾斜高角度断层,其同震破裂为左旋走滑兼具逆冲运动;两断层的运动控制了其近场区域的地表形变空间分布;3) 花莲地震主震断层为西向倾斜隐伏断层,其破裂传播至了米伦断层西侧和苓顶断层北侧区域,并触发了苓顶断层和米伦断层的破裂;4) 断层滑移反演模型显示最大滑移量为~1.8 m,位于孕震断层地下~5.5 km深度处。
基金项目
四川省科技厅应用基础研究项目(2020YJ0116),地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室开放基金项目(SKLGP2020K019),日本宇航局数据资助项目(PI No. 3255, 3105)资助。
参考文献
NOTES
*通讯作者。