2019年巴基斯坦新米爾普爾MW6.0地震的同震形變場(chǎng)與斷層滑動(dòng)分布反演

賈 蕊 張國(guó)宏 解朝娣 單新建 張迎峰 李成龍 黃自成

1)中國(guó)地震局地質(zhì)研究所，地震動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029 2)云南大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，地球物理系，昆明 650500

0 引言

2019年9月24日11時(shí)01分(Universal Time Coordinated，UTC)，巴基斯坦北部距新米爾普爾(New Mirpur)7km處發(fā)生MW6.0地震。美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(United States Geological Survey，USGS)利用遠(yuǎn)場(chǎng)地震波數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)定，給出的地震震中位于(33.078°N，73.794°E)，震源深度為11.5km(表1)。

表1 不同機(jī)構(gòu)給出的2019年12月24日巴基斯坦新米爾普爾MW6.0地震震源機(jī)制解Table1 Source parameters of the MW6.0 earthquake in New Mirpur，Pakistan，24 December，2019 from different agencies

本次巴基斯坦MW6.0地震很可能是由于印度板塊和歐亞板塊碰撞系統(tǒng)內(nèi)的逆沖斷裂造成的，巴基斯坦北部、印度和阿富汗鄰近地區(qū)的地震活動(dòng)性和活斷層都是印度板塊與歐亞板塊碰撞系統(tǒng)的直接結(jié)果。印度板塊持續(xù)以45～52mm/a的速率向N移動(dòng)，從而在該碰撞區(qū)引起地殼縮短和變形，這使得包括巴基斯坦西部和北部在內(nèi)的喜馬拉雅地區(qū)成為世界上地震活動(dòng)性最活躍的地區(qū)之一(鄧起東等，2014)。喜馬拉雅造山帶作為印度板塊與歐亞板塊碰撞形成的產(chǎn)物，主要由4條斷裂帶組成，從北向南依次為藏南拆離系(Southern Tibetan detachment system，STDS)、主中央逆沖帶(main central thrust，MCT)、主邊界逆沖帶(main boundary thrust，MBT)以及主前緣逆沖帶(main frontal thrust，MFT)(楊曉平等，2016)。本次地震的震中靠近喜馬拉雅主前緣逆沖次級(jí)斷裂(圖1)。MFT是地球上最大的活動(dòng)碰撞造山帶中最長(zhǎng)的活動(dòng)收縮構(gòu)造帶，大體呈EW走向。自全新世以來，MFT作為板塊邊界斷裂帶，吸收了兩大板塊間至少 1/3 的碰撞縮短量。如此大規(guī)模的高速率會(huì)聚活動(dòng)使得MFT斷裂帶上的地震活動(dòng)頻度高、強(qiáng)度大，歷史上曾發(fā)生過多次7級(jí)以上大地震，如1897年印度西隆8.7級(jí)地震、2005年巴基斯坦克什米爾7.8級(jí)地震以及2015年尼泊爾8.1級(jí)地震等，這些地震分別發(fā)生在MFT的不同段落上(吳中海等，2016)。陸地上的活動(dòng)斷層造成了多次大型破壞性地震，產(chǎn)生了地表斷裂，促進(jìn)了構(gòu)造地貌的發(fā)育。同震地表破裂的詳細(xì)觀測(cè)不僅為了解地震本身和估計(jì)地震重現(xiàn)周期提供了基本信息，而且為解釋其他地區(qū)構(gòu)造地貌特征提供了幫助。然而，逆斷層地表斷裂比走滑斷層或正斷層更少見。2005年克什米爾地震是喜馬拉雅地區(qū)歷史上第1次地表斷裂事件，也是該地區(qū)已知的最大地震。在2019年巴基斯坦6.0地震后，至今還沒有學(xué)者使用InSAR技術(shù)觀測(cè)研究此次地震。研究此次地震為評(píng)估活動(dòng)逆斷層的地震危險(xiǎn)性以及了解巴基斯坦北部的地震活動(dòng)性提供了難得的機(jī)會(huì)。

圖1 2019年12月24日巴基斯坦新米爾普爾MW6.0地震周邊構(gòu)造背景圖Fig. 1 Tectonic background of the MW6.0 earthquake in New Mirpur，Pakistan，24 December，2019.a 區(qū)域構(gòu)造背景圖； 紅色實(shí)線代表活動(dòng)斷層，紅色沙灘球代表本研究所得的震源機(jī)制解，黑色沙灘球代表GCMT確定的本次地震的震源機(jī)制解，黃色沙灘球代表USGS確定的本次地震的震源機(jī)制解，黃色圓圈代表1919年至今4級(jí)及以上地震震中，黑色箭頭代表板塊的運(yùn)動(dòng)方向，黑色小方框表示SAR數(shù)據(jù)的覆蓋范圍。b 紅色五角星指示本次地震震中(USGS)，白色 方框內(nèi)為軌道T100和T107的Sentinel-1A影像范圍

如圖1b所示，該地區(qū)在歷史上發(fā)生過多次中強(qiáng)地震。在全球范圍內(nèi)，平均每年將發(fā)生約10次7級(jí)以上破壞性地震及超過100萬次破壞性有限甚至沒有地表破裂但仍能被地震儀器記錄到的小地震(震級(jí)范圍為2.5～4.5級(jí))，而在這兩者之間，更有成百上千次中強(qiáng)地震(震級(jí)范圍為5.5～6.5級(jí))發(fā)生，破壞性顯著。中強(qiáng)地震往往容易被忽視，只有極少數(shù)由于震源深度很淺而造成人員傷亡及結(jié)構(gòu)破壞，得以被人們關(guān)注。構(gòu)造應(yīng)力如何沿著斷層累積并轉(zhuǎn)化為大地震引發(fā)能量的突然釋放，這仍然是一個(gè)懸而未決的問題。對(duì)大量中強(qiáng)地震的震源破裂以及破裂過程開展研究，可以更詳細(xì)地了解構(gòu)造載荷如何從靜止期發(fā)展至活躍期，對(duì)分析地震活動(dòng)性以及大地震的突然爆發(fā)之間的關(guān)系也有一定參考價(jià)值。

利用區(qū)域或遠(yuǎn)場(chǎng)地震數(shù)據(jù)可以反演出中強(qiáng)地震的震源機(jī)制，用于分析目標(biāo)地震的斷層特征。震源機(jī)制解提供2個(gè)節(jié)面，然而由于中強(qiáng)地震往往不會(huì)產(chǎn)生地表破裂，故很難從2個(gè)節(jié)面中區(qū)分出發(fā)震斷層。盡管地震臺(tái)站的儀器時(shí)間采樣精度非常高，但其空間覆蓋率往往不足以區(qū)分出真實(shí)的震源機(jī)制解。綜上所述，針對(duì)中強(qiáng)地震震源斷層的進(jìn)一步研究具有實(shí)際意義，需要利用衛(wèi)星及大地測(cè)量等傳統(tǒng)地震學(xué)以外的更獨(dú)立的研究方法。作為應(yīng)用最廣泛的衛(wèi)星大地測(cè)量技術(shù)之一，干涉SAR(InSAR)衛(wèi)星影像是獲取與地震有關(guān)的同震變形的常用手段。InSAR雖然時(shí)間采樣率低，視衛(wèi)星重訪時(shí)間長(zhǎng)短而定，但具有非常高的空間采樣率。InSAR的同震變形精度可達(dá)2～3cm，能夠得到清晰的中強(qiáng)地震引起的地表變形結(jié)果。InSAR形變數(shù)據(jù)具有上升和下降等多種觀測(cè)模式，可協(xié)助識(shí)別地表破裂及震源斷層面。近年來，使用InSAR技術(shù)反演盲斷層地震的發(fā)震斷層參數(shù)和滑動(dòng)分布已成為研究盲斷層地震的重要手段。此外，使用InSAR重建的同震形變場(chǎng)能夠獲得高精度的同震觀測(cè)結(jié)果，該方法已成功應(yīng)用于2015年MW6.4皮山地震(Fengetal.，2016)、2016年門源地震(Lietal.，2016)以及2017年MW6.5九寨溝地震(單新建等，2017)等地震的研究中。

從表1 可看出，2個(gè)機(jī)構(gòu)利用遠(yuǎn)場(chǎng)地震波數(shù)據(jù)給出的巴基斯坦MW6.0地震的震源機(jī)制解差異較大，并且無法得知此次地震真實(shí)的發(fā)震斷層。因此，使用InSAR技術(shù)重建巴基斯坦新米爾普爾MW6.0地震的同震形變場(chǎng)，并反演這次地震的發(fā)震斷層參數(shù)與滑動(dòng)分布、深入了解其破裂特征與發(fā)震構(gòu)造，對(duì)了解該區(qū)域內(nèi)的逆沖斷裂帶活動(dòng)性與發(fā)震構(gòu)造機(jī)制有重要意義。此外，在新米爾普爾北部的吉拉姆河(Jhelum)上建有一座曼格拉大壩(Mangla)，該水庫位于上新世—更新世西瓦利克(Siwalik)系砂巖和黏土層交替形成的低矮山丘上。西瓦利克堆積物是由河流沉積的淡水沉積物，在中新世時(shí)期開始的一次大的抬升使其恢復(fù)了活力。西瓦利克系下的默里(Murree)地層為同一地槽中新世時(shí)期的咸淡水和淡水沉積。較老的結(jié)晶巖形成了海拔較高的內(nèi)喜馬拉雅山脈，而較年輕的默里和西瓦利克系形成了外喜馬拉雅山脈或山麓丘陵。該水庫距離巴基斯坦新米爾普爾MW6.0地震的震中不到10km，因此該水庫對(duì)該地震是否有觸發(fā)作用是值得注意的一點(diǎn)。在本研究中，我們將結(jié)合水庫周圍的地質(zhì)構(gòu)造以及地震活動(dòng)性對(duì)該問題加以討論。

本研究中，我們利用歐洲航空局(European Space Agency，ESA)獲取的升降軌Sentinel-1A SAR數(shù)據(jù)重建了此次地震的InSAR同震形變場(chǎng)，并在升、降軌形變場(chǎng)的聯(lián)合約束下反演獲得了發(fā)震斷層參數(shù)和同震滑動(dòng)分布，從而對(duì)這次地震造成的形變場(chǎng)特征、斷層運(yùn)動(dòng)性質(zhì)和發(fā)震構(gòu)造機(jī)制進(jìn)行分析與探討，為進(jìn)一步研究巴基斯坦北部的地震構(gòu)造活動(dòng)性提供一定依據(jù)。

1 InSAR同震形變觀測(cè)

我們獲取了2019年9月24日巴基斯坦MW6.0地震的Sentinel-1A衛(wèi)星升、降軌SAR影像(TOPS模式)。震前Sentinel-1A升軌SAR影像的觀測(cè)日期為2019年9月16日，震后升軌影像的觀測(cè)日期為2019年9月28日； 震前Sentinel-1A降軌SAR影像的觀測(cè)日期為2019年9月5日，震后降軌影像的觀測(cè)日期為2019年10月11日。SAR影像干涉對(duì)的垂直基線分別為-44m(升軌)和-9m(降軌)(表2)。

表2 Sentinel-1A衛(wèi)星影像參數(shù)信息Table2 Details of Sentinel-1A interferograms used in this study

基于D-InSAR技術(shù)，我們使用了GAMMA軟件平臺(tái)進(jìn)行干涉處理。采用美國(guó)宇航局發(fā)布的SRTM 3sec數(shù)字高程模型(SRTM DEM 90m)消除地形相位誤差。處理時(shí)對(duì)干涉圖進(jìn)行了10×2(距離向×方位向)多視處理以降低干涉圖的噪聲。采用最小費(fèi)用流算法進(jìn)行相位解纏(Werneretal.，2000； Gallandetal.，2016)，先對(duì)高質(zhì)量的區(qū)域進(jìn)行解纏，得到可靠的解纏相位值，然后以這些可靠相位值構(gòu)建相位模型，并以此為基礎(chǔ)對(duì)其他低相干區(qū)域進(jìn)行解纏(Goldsteinetal.，1998； Farretal.，2007)。最后，將解纏后的干涉影像地理編碼至WGS84坐標(biāo)系下，得到升、降軌同震InSAR干涉條紋和LOS向形變場(chǎng)，如圖2 所示。

圖2 2019年12月24日巴基斯坦新米爾普爾MW6.0地震升、降軌同震形變場(chǎng)Fig. 2 The coseismic deformation field of the MW6.0 earthquake in New Mirpur，Pakistan，24 December 2019 observed by Sentinel-1A.紅色沙灘球?yàn)閁SGS給出的震源機(jī)制解，紅色五角星為此次地震的震中，天藍(lán)色為水庫水體的范圍

根據(jù)升、降軌同震形變場(chǎng)的長(zhǎng)軸方向可確定發(fā)震斷層的走向?yàn)镹W-SE，其結(jié)構(gòu)呈非對(duì)稱性，分布于喜馬拉雅前緣斷裂的次級(jí)逆沖斷裂帶北緣。斷層SW盤的干涉條紋明顯密集于NE盤(圖2a，c)，且SW盤的形變值為正、NE盤為負(fù)(圖2b，d)。同一地區(qū)的升、降軌形變量相同，圖2 顯示出該發(fā)震斷層的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)以逆沖運(yùn)動(dòng)為主，觀測(cè)獲得的衛(wèi)星視線向(LOS)最大隆升形變量約為0.1m(升軌)和0.05m(降軌)，最大沉降形變量約為0.03m(升軌)和0.05m(降軌)。由于形變中心北部有一座水庫，震中附近失相干嚴(yán)重，導(dǎo)致形變場(chǎng)條紋不連續(xù)，對(duì)獲取對(duì)此次地震的震源性質(zhì)產(chǎn)生了一定影響。

2 斷層滑動(dòng)模型的反演

同震觀測(cè)數(shù)據(jù)過多會(huì)增加計(jì)算量且降低數(shù)據(jù)的信噪比，使反演結(jié)果難以收斂。對(duì)于形變梯度較大的區(qū)域，采用均勻采樣法能有效降低其對(duì)整體結(jié)果的影響。因此，在反演之前，為避免數(shù)據(jù)量過大導(dǎo)致計(jì)算效率降低，我們采用均勻采樣方法對(duì)升降軌InSAR形變場(chǎng)進(jìn)行降采樣處理。最終，分別得到4i195(升軌)和3i311(降軌)個(gè)形變數(shù)據(jù)點(diǎn)用以反演發(fā)震斷層面上的滑動(dòng)分布。

巴基斯坦新米爾普爾MW6.0地震屬于未破裂到地表的盲斷層事件，發(fā)震區(qū)域的地質(zhì)與地震活動(dòng)性研究較少，難以從現(xiàn)有資料中精準(zhǔn)地確定發(fā)震斷層的位置。分析InSAR形變場(chǎng)可知(圖2)，形變區(qū)域大致沿NW-SW向延伸，再結(jié)合震中區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造特征猜想本次地震的發(fā)震斷層有2種可能，即傾向SW的斷裂帶或傾向NE的斷裂帶(MFT的次級(jí)斷裂)。因此，我們建立了2種初始斷層模型，并對(duì)初始斷層模型的幾何參數(shù)進(jìn)行多次測(cè)試，搜索斷層參數(shù)的最優(yōu)解以反演斷層面上的精細(xì)滑動(dòng)分布。然后，根據(jù)觀測(cè)和模擬的擬合情況以及不同發(fā)震斷層面的滑動(dòng)情況來推測(cè)這次地震的可能發(fā)震斷層。

2.1 模型1(傾向SW)斷層滑動(dòng)模型及滑動(dòng)分布反演

我們將升、降軌形變場(chǎng)的觀測(cè)數(shù)據(jù)作為約束條件，根據(jù)模型1獲取斷層面上的精細(xì)滑動(dòng)分布。首先，固定模型1的斷層跡線位置，再測(cè)試不同的斷層傾角對(duì)數(shù)據(jù)的擬合情況，得出當(dāng)傾角為90°時(shí)擬合效果相對(duì)較好，擬合度達(dá)89%。升、降軌數(shù)據(jù)的均方根誤差約為0.01m，擬合殘差≤2cm。圖3 為模型1的觀測(cè)-模擬-殘差圖，由圖3c、f可看出擬合度較好。模型1反演得到的最佳斷層參數(shù)詳見表3。得到的最佳傾角為90°，但這種情況在自然界中實(shí)際并不存在，逆沖型地震的傾角一般為30°～50°，現(xiàn)已知發(fā)生過的逆沖型地震的最大傾角為65°，該模型不符合逆沖型地震的客觀規(guī)律，因此排除了該模型。

圖3 模型1(傾向SW)的升、降軌觀測(cè)值、模擬值和殘差Fig. 3 Observation，simulation and residual from ascending(a—c)and descending(d—f)InSAR data and inversion by model 1.黑色虛線為模型1的斷層跡線，紅色五角星為此次地震震中(USGS)

表3 均勻滑動(dòng)反演發(fā)震斷層的幾何和運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)(模型1)Table3 The source parameters for the Pakistan earthquake(model 1)

2.2 模型2(傾向NE)斷層模型及滑動(dòng)分布反演

將InSAR同震形變場(chǎng)作為約束條件，根據(jù)發(fā)震斷層的幾何參數(shù)，采用模擬退火法反演發(fā)震斷層的同震滑動(dòng)分布。模擬退火法是一種非線性直接反演的優(yōu)化算法，能夠避免結(jié)果為局部極大值而非全局最大值的情況(齊浪等，2011)。同樣以升、降軌形變場(chǎng)的觀測(cè)數(shù)據(jù)作為約束，獲得模型2斷層面上的精細(xì)滑動(dòng)分布。采用LOG函數(shù)確定最佳傾角和平滑因子(馮萬鵬等，2010)。首先，根據(jù)USGS給出的震源機(jī)制解固定NE傾的斷層傾角，并不斷平移斷層的位置，將擬合殘差最小的斷層位置作為最佳發(fā)震斷層的位置，然后再固定該發(fā)震斷層，在不斷調(diào)整斷層傾角的同時(shí)改變平滑因子，并計(jì)算每次反演結(jié)果的均方根誤差(root-mean-square error，RMSE)(式(1))。設(shè)定的傾角范圍為2°～60°，以2°為步長(zhǎng)，設(shè)定平滑因子的范圍為0～0.3，以0.05為步長(zhǎng)，所得結(jié)果如圖4 所示。

(1)

其中，zobs為觀測(cè)值，zmod為模擬值(馮萬鵬等，2010)。

根據(jù)反演結(jié)果來看，模擬退火法在基于InSAR數(shù)據(jù)計(jì)算發(fā)震斷層參數(shù)方面的效果較好，所得結(jié)果基本滿足了反演需要。

圖4 傾角與RMS的關(guān)系圖Fig. 4 Diagram of inclination and RMS.a 傾角與平滑因子的曲線關(guān)系； b 傾角與平滑因子的函數(shù)關(guān)系

圖5 模型2(傾向NE)的升、降軌觀測(cè)值、模擬值和殘差Fig. 5 Observation，simulation and residual from ascending(a—c)and descending(d—f)InSAR data and inversion by model 2.黑色虛線為模型2的斷層跡線，紅色五角星為此次地震震中(USGS)

圖6 模型2(傾向NE)斷層面上的滑動(dòng)分布Fig. 6 Slip distribution of the northeast-dipping fault model 2.

表4 均勻滑動(dòng)反演發(fā)震斷層的幾何和運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)(模型2)Table4 The variable source parameters for the Pakistan earthquake(model 2)

由圖4 可看出，當(dāng)傾角約為10°～20°平滑因子約為0.05時(shí)擬合效果最好，擬合度達(dá)89.37%。圖5 為升、降軌擬合效果圖，無論是升軌還是降軌，擬合得到的形變場(chǎng)都有明顯的一升一降盤，擬合誤差≤4cm，符合一般逆沖型地震的特點(diǎn)。根據(jù)所確定的斷層最佳參數(shù)，畫出模型2的斷層滑動(dòng)分布圖，如圖6 所示，滑動(dòng)整體呈橢圓形集中分布?；瑒?dòng)分布沿走向集中在10～14km范圍內(nèi)，沿發(fā)震斷層面傾向主要集中在10～20km內(nèi)，滑動(dòng)分布表現(xiàn)為逆沖性質(zhì)。該模型反演得到的最佳斷層參數(shù)詳見表4。分析認(rèn)為，該斷層模型與此次地震的發(fā)震斷層特征更相符。但反演得到的矩震級(jí)與USGS給出的震級(jí)差距較大，這可能是由于此次地震的震級(jí)及形變區(qū)域的形變量太小，未能被InSAR測(cè)量捕捉。大氣延遲、軌道、DEM等誤差也對(duì)反演結(jié)果產(chǎn)生了影響。

3 討論

基于此次新米爾普爾MW6.0地震的InSAR同震形變場(chǎng)數(shù)據(jù)，反演計(jì)算得到的震中位置為(33.09°N，73.75°E)，與USGS確定的結(jié)果相差4.48km，與GCMT所得結(jié)果相差68.65km。經(jīng)分析認(rèn)為，USGS和GCMT給出的發(fā)震地點(diǎn)和震源機(jī)制解是基于遠(yuǎn)場(chǎng)地震波資料反演得出的，但由于臺(tái)站資料具有不確定性，導(dǎo)致其給出的震中位置差異較大。USGS等機(jī)構(gòu)在確定震源深度時(shí)主要利用了地震波的走時(shí)，但這類方法對(duì)地震臺(tái)的間距要求很高，只有當(dāng)最小震中距與震源深度達(dá)到一定比例時(shí)，所得的震源深度才能足夠準(zhǔn)確。對(duì)于6級(jí)以上地震，遠(yuǎn)震體波能夠較準(zhǔn)確地測(cè)定出震源深度，但對(duì)于5級(jí)以下的中小地震而言，遠(yuǎn)場(chǎng)臺(tái)站數(shù)據(jù)信噪比較低，不利于準(zhǔn)確測(cè)定震源深度。

總體而言，傳統(tǒng)的地震學(xué)方法在確定震源參數(shù)時(shí)對(duì)臺(tái)站的分布密度及觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量等要求很高。對(duì)于中小地震，地震學(xué)方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且結(jié)果誤差較大，不適合進(jìn)行震源參數(shù)研究。InSAR是一種新興的大地觀測(cè)技術(shù)，具有分辨率高、形變敏感度高且覆蓋范圍廣等特點(diǎn)，以InSAR數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)可利用彈性位錯(cuò)模型獲取震源參數(shù)，所反演的斷層參數(shù)和滑動(dòng)分布結(jié)果更具可靠性。中小地震的形變量較小，而InSAR測(cè)量技術(shù)的精度很高，能識(shí)別出mm級(jí)的形變。InSAR空間分辨率較高，能對(duì)發(fā)震位置起到很好的約束作用。此外，近年來發(fā)展后的時(shí)序InSAR技術(shù)能很好地處理震前、震后時(shí)間序列的形變場(chǎng)，在很大程度上提升了中小地震地面形變的觀測(cè)精度，為研究中小地震斷層面三維幾何形態(tài)和力學(xué)屬性提供更加可靠的地面位移數(shù)據(jù)，為研究發(fā)震區(qū)域的活斷層的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)和地震周期提供更加清晰的認(rèn)識(shí)。

圖7 同震滑動(dòng)矢量與地形(a)、重力(b)的分布關(guān)系圖Fig. 7 Diagram of co-seismic sliding vector(a)and gravity(b)distribution.黃色沙灘球是本次地震震源機(jī)制解，藍(lán)色和黑色箭頭均為滑動(dòng)矢量

新米爾普爾MW6.0地震也為研究青藏高原南緣的大規(guī)模構(gòu)造提供了機(jī)會(huì)。震中區(qū)域處于歐亞板塊與印度板塊碰撞區(qū)，印度板塊持續(xù)向N推擠，使得該碰撞區(qū)發(fā)生變形。由圖7 可知，歐亞板塊與印度板塊之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方位角雖然變化不大，但逆沖滑動(dòng)方位角確實(shí)發(fā)生了變化。因此，我們推測(cè)除了驅(qū)動(dòng)板塊邊界運(yùn)動(dòng)的力之外，重力也控制著逆沖運(yùn)動(dòng)的方向(Copley，2012)。當(dāng)山地與低地之間存在重力勢(shì)能差則意味著山地會(huì)變形以降低勢(shì)能，從而導(dǎo)致橫向擴(kuò)展至剛性下邊界之上，這種響應(yīng)重力驅(qū)動(dòng)力的橫向運(yùn)動(dòng)被稱為重力流(Copleyetal.，2015)，在重力驅(qū)動(dòng)力的作用下地殼向垂直于地形等高線的下坡方向移動(dòng)，且導(dǎo)致地殼沿青藏高原南緣的弧形山脈徑向逆沖。因此，此次地震的滑動(dòng)矢量結(jié)果表明，重力驅(qū)動(dòng)力對(duì)于控制青藏高原南緣的弧形邊緣而言十分重要(Copleyetal.，2007)。

新米爾普爾MW6.0地震北部約10km的吉拉姆河上建有一座中型水庫及曼格拉大壩。該水庫區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造為基底巖石上覆蓋著厚約3km的西瓦利克系易碎砂巖和黏土，這些巖石對(duì)施加的荷載幾乎沒有抵抗作用，并且會(huì)逐漸變形以適應(yīng)荷載，這樣的地質(zhì)構(gòu)造特征導(dǎo)致該水庫沒有出現(xiàn)明顯的地震效應(yīng)，在水庫發(fā)生過的幾次大地震都與其東北部的斷層有關(guān)。另外，在此次地震的發(fā)生地新米爾普爾建有地震觀測(cè)站，對(duì)蓄水前、后記錄到的地震事件的頻率進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)蓄水導(dǎo)致地震活動(dòng)性出現(xiàn)明顯增加，然而經(jīng)進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，地震的增多實(shí)則是因?yàn)橛^測(cè)儀器的靈敏度提高了，而非水庫蓄水觸發(fā)了地震(Brown，1974)。Brown(1974)認(rèn)為未來地震活動(dòng)性可能由于構(gòu)造力的累積再次增加，而非由于水庫水位波動(dòng)引起的荷載變化。綜合水庫區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造分析以及古地震與歷史地震的研究成果，我們認(rèn)為此次地震并非由水庫蓄水觸發(fā)的。

4 結(jié)論

本文以InSAR升、降軌數(shù)據(jù)為約束，重建了2019年9月24日巴基斯坦MW6.0地震同震形變場(chǎng)，通過對(duì)不同斷層模型的反演試驗(yàn)，給出了發(fā)震斷層可靠的幾何參數(shù)和滑動(dòng)分布特征，并得到了以下結(jié)論：

基于2019年巴基斯坦地震的升、降軌SAR數(shù)據(jù)，得到了該地震的同震形變場(chǎng)，其形態(tài)呈現(xiàn)明顯的一升一降兩盤分布，顯示此次地震為逆沖型，兼具少量右旋走滑，LOS向最大隆升量為0.1m，最大沉降量為0.05m。巴基斯坦MW6.0地震沒有出現(xiàn)地表破裂位置的失相干條帶，這可能是由于此次地震發(fā)生在低傾角的印度板塊和歐亞板塊俯沖帶上，而板塊俯沖帶上逆斷層的運(yùn)動(dòng)和破裂方式都與板內(nèi)的逆斷層不同。斷層面的傾角較緩，斷層破裂時(shí)上盤向S仰沖，北盤向N俯沖，由于擠壓推覆構(gòu)造造成了上盤的前端隆升，而其后端受到拉張成為沉降區(qū)(Savage，1983； Hyndmanetal.，1993； 屈春燕等，2017)。僅根據(jù)InSAR數(shù)據(jù)無法準(zhǔn)確得到發(fā)震斷層的傾向，因此我們建立了傾向SW和傾向NE 2種斷層模型，并分別進(jìn)行多次反演實(shí)驗(yàn)，再結(jié)合USGS等機(jī)構(gòu)給出的震源機(jī)制解及巴基斯坦北部區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造背景信息，最終認(rèn)為傾向NE的斷層模型與此次地震的發(fā)震斷層特征更相符。該模型表明，2019年巴基斯坦地震的斷層模型為主前緣逆沖斷裂(MFT)的次級(jí)斷裂。斷層走向?yàn)?04°，傾角為15°，最大滑動(dòng)量為0.64m，平均滑動(dòng)角為124.85°，震源深度為2.77km，反演得到的矩震級(jí)為MW6.0。

此次地震產(chǎn)生的破裂并未出露地表，是一次盲斷層型的低角度逆沖活動(dòng)。根據(jù)反演結(jié)果，分析認(rèn)為該地震是由喜馬拉雅主前緣逆沖斷裂的次級(jí)斷裂引起，再結(jié)合區(qū)域地貌特征推測(cè)此次事件是印度板塊向歐亞板塊持續(xù)低角度俯沖所造成的。東部西太平洋-菲律賓板塊向W的俯沖作用、西部印度板塊向N的俯沖碰撞作用使得中國(guó)大陸地殼強(qiáng)烈變形。汪素云等(1996)發(fā)現(xiàn)造成這種地殼強(qiáng)烈變形的主要?jiǎng)恿碓从谟《劝鍓K，印度板塊與歐亞板塊的碰撞作用使中國(guó)大陸地殼呈現(xiàn)出 “西強(qiáng)東弱”的形變特點(diǎn)，大多數(shù)的地震活動(dòng)集中在青藏高原及其鄰區(qū)(吳中海等，2016)。位于青藏高原南部的喜馬拉雅造山帶是印度板塊與歐亞板塊碰撞的產(chǎn)物，其規(guī)模巨大，且正持續(xù)高速運(yùn)動(dòng)，由此導(dǎo)致高頻率、大強(qiáng)度地震的不斷發(fā)生。因此，了解喜馬拉雅造山帶上的地震活動(dòng)特征有利于研究青藏高原的地殼形變特征，同時(shí)也有助于探索中國(guó)未來的大地震潛在的危險(xiǎn)性以及活動(dòng)趨勢(shì)，助力中國(guó)的防震減災(zāi)事業(yè)。

致謝歐洲航空局(ESA)為本研究提供了Sentinel-1A雷達(dá)衛(wèi)星影像； 德國(guó)GMZ的汪榮江老師提供了斷層滑動(dòng)分布反演SDM程序包； 本文部分圖件使用GMT軟件繪制。在此一并表示感謝!