2025年1月7日定日M_W7.1地震同震形变与断层滑动分布

Coseismic Deformation and Fault Slip Distribution of the January 7, 2025, Dingri M_W7.1 Earthquake

摘要

2025年1月7日西藏自治区日喀则市定日县发生M_W7.1地震，震中位置位于申扎‒定结裂谷断系南端和藏南拆离系断裂的交汇处，靠近登么错断裂.为深入了解此次地震的发震机制、滑动分布以及库仑应力扰动，首先利用Sentinel-1A数据，通过InSAR及POT测量技术获取其同震形变场信息；然后，利用SDM程序进行断层滑动分布反演，继而计算不同深度的同震库仑应力扰动.研究结果表明： 定日地震同震变形以地表沉降为主；发震断层走向近南北，断层倾角约60°；断层滑动分布反演表明主要破裂区域（滑动量>1 m）的长度约40 km、宽度约14 km；最大滑动量约4.45 m，位于断层深度约4.33 km；平均滑动角约-76.81°，表明此次地震是一次以正断破裂为主兼具略微左旋走滑的事件；当剪切模量取30 GPa时，反演的地震矩约3.53×10¹⁹ N·m，相当于矩震级M_W7.0.早期余震主要分布于主破裂区域外围.另外，同震与震后库仑应力扰动表明，申扎‒定结断裂南端、札达‒拉孜‒邛多江断裂东侧、达吉岭‒昂仁‒仁布断裂中部及东侧、与雅鲁藏布江断裂中部的库仑应力增加明显大于阈值10 kPa，其未来地震风险值得关注.

Abstract

On January 7, 2025, an M_W7.1 earthquake struck Dingri County, Shigatse City, Xizang Autonomous Region. The epicenter was located at the intersection of the southern segment of the Shenzha-Dingjie rift fault system and the South Tibetan detachment system, near the Dengmocuo fault. To investigate the seismogenic mechanism, slip distribution, and Coulomb stress disturbances of the earthquake, this study firstly utilized the Sentinel-1A data to obtain the coseismic deformation fields by InSAR (interferometric synthetic aperture rader) and POT (pixel offset tracking) techniques. Then, we employed the SDM program to invert the fault coseismic slip-distribution, and subsequently calculated the coseismic Coulomb stress disturbances with variable depth. The results indicate that the coseismic deformation of the Dingri earthquake is dominated by subsidence. The seismogenic fault strikes nearly north-south, with a dip angle of ~60°. The inverted coseismic slip-distribution suggests that the major rupture zone (slip >1 m) extends ~40 km in length and ~14 km in width. The maximum slip is approximately 4.45 m, occurring at a depth of ~4.33 km. The average rake angle is approximately ‒76.81°, indicating that this earthquake was predominantly a normal faulting event with a slight left-lateral strike-slip component. Taken the shear modulus at 30 GPa, the inverted seismic moment is about 3.53×10¹⁹ N·m, equivalent to the moment magnitude M_W7.0. Aftershocks predominantly happened around the periphery of the major slip zone. Additionally, the coseismic and postseismic Coulomb stress disturbances suggest significant increases (>10 kPa) in the southern segment of Shenzha-Dingjie fault, the eastern segment of Zanda-Lhaze-Qongdojiang fault, the central-eastern segment of Dagyiling-Ngamring-Rinbung fault, and the central segment of Yarlung Tsangpo fault. The future seismic hazards on these fault segments warrant heightened attention.

Graphical abstract

关键词

定日 / 地震 / InSAR / POT / 断层滑动分布 / 库仑应力 / 灾害.

Key words

Dingri / earthquakes / InSAR / POT / fault slip distribution / Coulomb stress / hazards

0 引言

据中国地震台网中心（CENC）测定，2025年1月7日9时5分，西藏自治区日喀则市定日县发生M_S6.8级地震，震中位于（28.5°N，87.45°E），震中深度约10 km.在震后的两天时间内，发生5级以上的余震7次，最大余震为5.4级，地震共造成了126人遇难，188人受伤（魏本勇等，2025）.地震发生后，不同机构给出的震源机制解（表1）虽然在震级上略有不同，但均表明此次定日地震是一个近似NS走向，且以正断滑动特征为主的破裂事件.

青藏高原是印度板块向欧亚大陆板块俯冲所形成的产物，正是因为这一持续至今的俯冲运动，导致青藏高原内部构造活动十分强烈，形成了大震偶发、小震不断的特点.青藏高原除了发育近东西向的大型走滑断裂外，在高原腹地常伴随发育一系列近南北走向的正断裂及张性裂谷.其中，申扎‒定结裂谷断裂位于青藏高原中南部，距藏南滑脱拆离带约50 km，向北延伸至羌塘高原中部.以雅鲁藏布江和藏南滑脱拆离带为界，可将该断裂系分为北、中、南3段，虽然各段产状不同，但构成一个连贯的伸展构造体系，地貌上形成统一的狭长带状负地形（张小涛等，2020）.此次定日地震的震中位置恰好位于申扎‒定结裂谷断裂系南端和藏南拆离系断裂的交汇处， 离震中最近的断层为登么错断裂（图1）（盛书中等，2025）.登么错断裂为登么错地堑东缘的主边界断裂，该断裂在2015年尼泊尔地震之后表现活跃，先后多次发生5级以上地震（张进江等，2002）.

此次定日地震为近50年来青藏高原及其周边地区上地壳内发生的最大正断层型地震，且是南北走向破裂的浅源地震，引起人们对裂谷区潜在大地震及其灾害风险的关注（白玲等，2025）.因此，获取此次地震的同震形变场、断层滑动分布以及周围断层的库仑应力扰动影响，对于了解其发震构造，评估未来区域地震风险有着重要意义.

1 同震形变场

1.1　数据处理

2025年定日地震发生后，本研究为获取同震形变场信息，收集了覆盖该区域的震前及震后的Sentinel⁃1A数据（表2）.利用开源ISCE（Rosen et al.，2012）软件，我们对获取的Sentinel⁃1A升轨和降轨数据进行“二轨法”差分合成孔径雷达干涉测量（Differential Synthetic Aperture Radar Interferometry，D⁃InSAR）处理.在DInSAR处理过程中，本文利用30 m空间分辨率的SRTM数据（Farr et al.，2007）来扣除地形相位的贡献，并利用枝切法（grass）进行相位解缠，地理编码后获取InSAR同震变形场信息.另外，我们利用像素偏移量追踪（Pixel offset tracking， POT）方法提取同震变形场.POT方法有利于提取发震断层近场的变形信息，弥补InSAR测量在断层附近由于变形梯度过大导致的失相干现象.

1.2　同震形变场特征

InSAR和POT测量获得的定日地震的同震变形场信息如图2所示.升、降轨的InSAR与POT测量均表明，同震变形场的变形分界线为近南北走向，即该地震的发震断层为近南北走向.野外考察测量的定日地震地表破裂带的最大垂直位错可达2.5~3 m（石峰等，2025； Xu et al.， 2025），并且地表破裂带与同震变形场揭示的发震断层在空间分布上基本一致.

升轨同震形变场（图2a~2b）在发震断层西侧的视线 （Line of Sight，LOS） 向沉降形变量明显大于其东侧，InSAR与POT测量的最大LOS向沉降分别约为-148 cm与-215 cm.降轨同震形变场（图2c~2d）在发震断层西侧也表现为明显LOS向沉降，InSAR与POT测量的最大LOS向沉降量分别约为-102 cm与-201 cm.然而，降轨同震形变场在断层东侧表现为明显的抬升信号，InSAR与POT测量的断层东侧LOS向抬升量分别约为67 cm与58 cm，这与升轨同震变形场存在明显差异，后者在断层东侧并未发现明显的抬升信号.这种形变特征的差异，应该是由于升轨与降轨卫星观测存在的LOS向角度差异引起的.虽然升轨与降轨观测获得的同震形变场存在部分差异，但两者均揭示定日地震应该是以LOS向沉降变形为主的近南北向破裂事件，这与震源机制解（表1）给出的正断破裂特征符合.

为了更好地揭示同震变形特征，我们沿近东西方向穿过地表破裂带进行了三条变形剖面分析，分析结果如图3所示.在升轨同震形变场中，剖面AA'所揭示的发震断层两侧最大LOS向变形落差约为126 cm，BB'剖面约为118 cm，CC'剖面约为193 cm；而在降轨同震形变场中，AA'所揭示的发震断层两侧最大LOS向变形落差约为201 cm，BB'剖面约为233 cm，CC'剖面约为278 cm.野外科考在BB'剖面处实际观测的最大位移量约2.5~3 m（石峰等，2025），这与我们测量所得的BB'剖面最大LOS向形变落差233 cm接近.升轨/降轨同震形变场所揭示的变形剖面同震位错量有着一定差异，这是由于升轨与降轨的LOS 向角度差异引起的.InSAR与POT的变形剖面基本是吻合的，说明两种测量方法提取的同震变形场之间是可以互相验证的.另外，POT方法在发震断层近场较好地获取了同震变形信息，这有助于识别发震断层、以及在反演中约束发震断层近地表的滑动分布.

2 断层滑动模型反演

为了减少反演计算量，我们首先对同震变形场进行四叉树降采样（Jónsson et al.，2002）.四叉树降采样有利于降低观测数据量的同时保留变形场特征信息.为了避免远场数据噪声对降采样的影响，本文采用2次迭代降采样策略.首先，利用原始观测变形场进行第1次四叉树降采样，利用该降采样观测数据反演初步的断层滑动分布模型；然后，利用初步断层滑动分布正演的InSAR与POT同震变形场重建四叉树降采样格网，进行第2次四叉树降采样.通过2次迭代的四叉树降采样，本文得到升轨观测的InSAR与POT同震变形点数分别为3 958和4 638，而对应的降轨观测变形点数分别为3 119和5 162.

2.1　断层几何模型

我们主要利用POT同震变形场所揭示的同震变形分界线的走向，沿着变形分界线提取发震断层的地表迹线.发震断层北段与南段在POT同震变形场中的变形分界线并不十分清楚，需要结合野外科考解译的地表破裂现象（石峰等，2025）进行综合判定.我们最终建立的发震断层地表分布模型如图2中红线所示.总体上，近南北走向的发震断层可分为三段，中段为主体破裂段，变形界线清楚.发震断层北段、中段与南段之间呈现左阶雁列式排列，与野外考察发现的地表破裂带及地裂缝分布基本吻合（图2）.

另外，本文通过SDM（Wang et al.，2013）反演搜索方法来确定断层倾角.搜索反演过程中，将断层宽度设为30 km，并将之离散化为2 km×2 km的矩形单元.采用Crust1.0分层地壳模型（Laske et al.，2013）计算格林函数，并以降采样的InSAR/POT观测数据为约束条件，将断层倾角范围设置为35°~90°（搜索步长设置为5°），利用SDM进行批量反演.然后，利用反演残差与断层倾角之间的关系曲线，选择最优倾角为60°（图4a）.

2.2　断层滑动分布

在确定最优断层倾角之后，我们进一步搜索最优光滑因子以及POT/InSAR数据加权比.断层面上应力降平滑约束对于断层滑动分布特征具有明显的影响.本文采用应力光滑因子，搜索范围设置为0~0.2，并以步长0.01进行批量反演.然后，通过正规化反演残差（Misfit）与正规化对数粗糙度（Rough）之间的折中曲线，确定最优应力光滑因子为0.07（图4b）.另外，本文设置POT/InSAR数据加权比介于0~1，并以步长0.05进行反演搜索，通过类似的折中曲线方法选择最佳数据加权比为0.35（图4c）.

基于最优断层倾角、光滑因子以及数据加权比，我们反演获得的最佳断层滑动分布结果如图5所示.发震断层的主要滑动区域（滑动量> 1 m）分布在一个长度约40 km、宽度约14 km的范围内.反演的最大滑动量可达4.45 m（滑动角约-78.8°），位于发震断层深度约4.33 km处.断层平均滑动角约-76.81°，表明定日地震表现为典型的正断破裂性质，但略微具有左旋走滑分量.当剪切模量（μ）取30 GPa时，反演的断层滑动分布的地震矩约为3.53×10¹⁹ N·m，相当于矩震级M_W7.0，与USGS及GCMT给出的矩震级接近.

同震变形场的模拟残差如图6所示.InSAR和POT升轨观测数据的反演残差均方根约为 15.3 cm和33.1 cm；InSAR和POT降轨观测数据的反演残差均方根约为16.5 cm和32.2 cm.较小的反演残差表明，本文约束的最优断层滑动分布能够很好地解释InSAR及POT观测的同震变形场.

3 讨论

3.1　同震滑动与余震空间分布

本文收集了2025年1月7日至1月20日的早期余震精定位目录（杨婷等，2025），并将其与断层滑动分布模型进行叠加分析（图5）.余震主要分布在主体滑动区的外围，这可能是因为主震已经将其以北的主体破裂区震前所加载的累积应力充分释放；而在主要破裂区外围由于滑移较小，同震事件并没有将累积应力完全释放，需要通过后续余震的形式来调节这部分区域所加载的应力.另外，我们还发现较多余震还集中出现于主震震中附近，这表明震中区域的累积应力并未在同震时刻充分释放，也需要通过余震进行应力能量释放调节.这种早期余震与断层主要滑动区在空间分布上呈现的弱相关关系，也常见于其他震例（Jiang et al.， 2015； Hong et al.， 2022）.

3.2　同震库仑应力扰动

地震的发生通常伴随着库仑应力的剧烈变化，从而延迟或加快周围区域内地震的发生.为了充分了解定日地震对周围地区库仑应力扰动的影响，我们利用反演得到的断层滑动分布模型（图5）以及黏弹地壳分层模型（表3）（Laske et al.， 2013； Chen et al.， 2024），通过psgrn+pscmp软件（Wang et al.，2006）计算定日地震的静态库仑应力扰动，结果如图7和图8所示.

图7表示定日地震引起的不同深度的同震静态库仑应力.我们发现发震断层东西两侧的库仑应力明显降低，而在发震断层南北两端的库仑应力明显增强（>10 kPa）.另外，随着深度增加，发震断层附近的静态库仑应力从负值逐渐转变为正值，这表明库仑应力在发震断层浅部应该表现为应力阴影，而深部表现为应力触发.我们将早期余震精定位数据（杨婷等，2025）按照特定深度范围叠加到库仑应力上进行分析，结果显示大部分余震分布在库仑应力降低的区域（或阴影区），而不是分布在库仑应力增加的区域（或触发区）.这表明早期余震触发与库仑应力之间并不具备强相关性.通过调查发现，2011日本东北M_W9.1地震（Ozawa et al.，2011；许才军等，2012；Zhang et al.，2012；王永哲，2015）、2010年智利M_W8.8地震（Delouis et al.，2010； Pollitz et al.，2011）、2004年苏门答腊M_W9.0地震（Ammon et al.，2005；Lay et al.，2005；Chlieh et al.，2007），这3次大地震均属于俯冲带地震，且震后均只有不到50%的余震处于库仑应力触发区域，这可能是由于俯冲带大地震产生的库仑应力变化与余震的位置之间的相关性不显著（缪淼和朱守彪，2012）.而定日地震恰好处于印度‒亚洲板块俯冲带上，其强余震与库仑应力触发之间的相关性并不高，原因可能与前文提到的3次俯冲带大地震类似.

图8表示定日地震引起的周围接收断层（表4）上的同震及震后库仑应力扰动.接收断层在不同深度处的库仑应力具有相似性，位于发震断层东西两侧的当惹雍错‒许如错断裂（F4）、札达‒拉孜‒邛多江断裂（F5）西侧和申扎‒定结断裂（F2）北端的同震及震后库仑应力均有明显降低.值得注意的是，在申扎‒定结断裂（F2）南端、札达‒拉孜‒邛多江断裂（F5）东端、达吉岭‒昂仁‒仁布断裂（F6）中东段以及雅鲁藏布江断裂（F7）中部的库仑应力增强远大于地震触发经验性阈值10 kPa；特别是震后10年库仑应力显示在申扎‒定结断裂（F2）南端上的库仑应力有进一步增加风险.因此，这些断层的未来强震危险性值得关注.

另外，从USGS查询震后3个月内共发生5级以上强余震11次，但多数强余震发生与接收断层的同震库仑应力增加并不具备相关性（图8a，8c），而反而与接收断层的震后库仑应力增加具备一定相关性（图8b，8d），这一现象也值得关注.

3.3　与前人研究的对比

本文反演的断层滑动分布模型的具体参数与前人研究的详细对比如表1所示.本文通过反演搜索的断层最佳倾角约60°，明显大于王楠等（2025）与Yu et al. （2025b）的结果（40°），接近于杨建文等（2025）、李雨森等（2025）与Yu et al.（2025a）的结果（52°~55°）.由于王楠等（2025） 和Yu et al. （2025b）采用了较小的断层倾角，导致其反演的断层滑动分布的深度分别介于0~6 km与0~10 km，明显浅于其他学者及本文的反演结果（0~15 km）.本文反演的断层最大滑动量约4.45 m，介于前人反演约束的6~6.8 m（王楠等，2025；Yu et al.， 2025a）与4.25~4.6 m（李雨森等，2025；杨建文等，2025；Yu et al.， 2025b）之间.断层最大滑动量的深度约4.33 km，也介于前人约束的2~3 km（李雨森等，2025），与8.6 km（杨建文等，2025）之间.

本文反演的断层平均滑动角为-76.81°，这表明定日地震应该为典型的正断破裂，但略微有左旋走滑分量.这与王楠等（2025）和李雨森等（2025）认为的正断主导兼具略微右旋走滑（平均滑动角-95.75°）存在一定差异，而与杨建文等（2025）、Yu et al.（2025b）的约束结果（平均滑动角分别为-67.75°与-82.81°）较为一致.从释放的地震矩能量上比较，本文反演的断层滑动分布释放的地震矩为3.53×10¹⁹ N·m（剪切模量30 GPa），小于Yu et al.（2025a）和李雨森等（2025）的结果（表1）.这可能与本文构建的发震断层模型的长度（54 km）小于他们采用的断层模型长度（60~70 km）有关.

另外，与前人相比，本文在断层滑动分布反演时使用了POT同震变形场进行综合约束，这弥补了InSAR测量技术在破裂带近场出现的失相干现象，有利于捕获发震断层附近的变形信息.在分析未来强震风险时，本文同时计算了同震及震后多时间尺度的库仑应力扰动，并分析了余震与库仑应力触发之间的关系，这有利于帮助判断区域未来强震危险.

4 结论

本研究利用Sentinel⁃1A升、降轨数据，通过InSAR与POT测量技术提取了2025年定日地震的同震形变场；基于同震形变场约束，反演获得了发震断层的倾角与滑动分布模型，并计算分析了其同震及震后库仑应力扰动，得到的主要结论如下：

（1）2025年定日地震的发震断层为近南北走向，断层倾角约60°；断层滑动主要发生在深度0~15 km，最大滑动量发生在深度4.33 km处可达4.45 m；平均滑动角约-76.81°，表明定日地震是一次以正断破裂为主兼具略微左旋分量的事件；反演约束的地震矩约3.53×10¹⁹ N·m（剪切模量30 GPa），相当于矩震级M_W7.0.

（2）余震主要集中在主震破裂区外围，即断层滑移相对较小的区域，说明主震破裂区的应力能量在同震破裂阶段可能已经充分释放，而外缘区域的应力能量正通过余震持续调节释放.

（3）同震及震后库仑应力扰动表明，申 扎‒定结断裂南端、札达‒拉孜‒邛多江断层东端、达吉岭‒昂仁‒仁布断裂中东段以及雅鲁藏布江断裂中部的库仑应力增加明显大于地震触发阈值，后续地震危险性可能升高.

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基金资助

国家自然科学基金项目(42374006)

国家自然科学基金项目(42204092)

中国地震局地震预测研究所基本科研业务经费项目(CEAIEF20230201)

中国地震局地震预测研究所基本科研业务经费项目(CEAIEF2024030103)

中国地震局地震预测研究所基本科研业务经费项目(CEAIEF20240208)