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user: 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。 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。 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 201 日期(年-月-日) 经度(˚) 纬度(˚) 深度(km) 震级(Mw) 走向(˚) 倾角(˚) 滑动角(˚) 2018-02-04 121.708 24.157 15.5 6.1 70 81 80 2018-02-06 121.659 24.134 19.5 6.4 209 73 22 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。 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 201 断层名 走向角(˚) 倾角(˚) 主断层(F1) 204.7 89.2 苓顶断层(F2) 209.1 85.9 米伦断层(F3) / 75.5 表4. 2018年花莲地震InSAR反演断层几何参数 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。 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