基于GNSS和InSAR数据，研究莱特岛菲律宾断层沿线蠕动段和耦合段的地震影响

《Remote Sensing of Environment》：Seismic implications of creeping and coupled segments along the Philippine fault in Leyte from GNSS and InSAR data

本研究通过整合GNSS和InSAR观测数据，揭示菲律宾海沟莱特段地震活动的锁段与蠕动特征，发现北部和南部段蠕动速率达37mm/yr，中央段为15mm/yr，并识别出与2017年6.5级地震相关的锁段，预测其复发间隔为70-80年。

　　

作者列表： Yogendra Sharma Kuo En Ching Ruey-Juin Rau Teresito C. Bacolcol John E. Fungo Alfie Pelicano Kaj M. Johnson Yo Fukushima

台湾国立成功大学测绘系

摘要

我们整合了GNSS和InSAR观测数据，研究了菲律宾莱特岛菲律宾断层（PhF）的震间和同震行为。通过沿11个垂直于断层的剖面应用贝叶斯位移模型，我们确定了断层的几何形状和与滑动相关的运动参数。菲律宾断层能够容纳非地震变形：北部和南部段的平均蠕变速率约为37毫米/年，而中部段的蠕变速率较低，约为15毫米/年。滑动亏损率在空间上具有异质性，在北部和中部段可达到约31至33毫米/年，这表明存在耦合的滑动块。基线反演进一步揭示了莱特岛中部存在一个与2017年6.5级地震震源区域空间重合的中地壳凸起。同震建模显示，2017年的地震仅发生在断层的浅层部分，释放了约1.8米的滑动量。建模结果还提供了中部存在一条平行于主断层的次级断层的证据，这意味着菲律宾断层锁定区内的滑动亏损可能分布在多条次级断层上，而不仅仅集中在一条主断层上。结合历史地震活动和震间滑动亏损估计，我们推测莱特岛中部的重大地震复发间隔约为70至80年。

引言

蠕变断层通常表现为准稳定的非地震滑动，因此被认为不太可能产生大地震。然而，现在已明确，当这些断层沿走向存在锁定凸起时，仍可能引发破坏性地震（Tse等人，1985年；Perrin等人，2019年）。典型的例子包括加利福尼亚州圣安德烈亚斯断层的帕克菲尔德段、台湾东部纵谷断层的七胜段、土耳其的北安纳托利亚断层以及加利福尼亚州的海沃德断层（Bakun等人，2005年；Thomas等人，2014年；Perrin等人，2019年）。在这些情况下，长期的地表蠕变与能够产生中等到大地震的部分耦合滑动块共存。菲律宾断层（PhF）的莱特段也表现出类似的行为：尽管有显著的地表蠕变，但仍发生了2017年的6.5级地震（Fukushima等人，2019年；Dianala等人，2020年）。这些案例引出了本研究的核心问题：PhF的蠕变段是否在深处继续积累弹性应变，从而保持显著的地震潜力。

菲律宾断层（PhF）是一个主要的左旋走滑系统，从吕宋岛延伸到棉兰老岛，每年可容纳约20至30毫米的板块边界剪切变形，并引发多次破坏性地震，如1976年的莫罗湾7.9级地震、1990年的吕宋7.8级地震、2017年的苏里高6.7级地震以及2003年和2020年的马斯巴特地震（图1）。尽管总体上有这种滑动量，但PhF的结构特征沿走向存在显著差异。高分辨率的地形测绘显示，虽然吕宋岛北部和棉兰老岛东部的断层轨迹高度分段，但莱特岛和马斯巴特岛沿线的中央菲律宾断层区域相对平滑且连续，使得应变能够在长距离内积累或释放（Tsutsumi和Perez，2013年）。 早期的大地测量调查显示，莱特岛的左旋蠕变速率为每年15至40毫米（Duquesnoy等人，1994年；Bacolcol，2003年）。地震学和地质观测进一步证实了莱特岛中部段属于蠕变段，这一结论得到了低地震活动、升高的地热梯度和活跃的热液循环的支持（Catane等人，2000年；Besana和Ando，2005年）。空间大地测量技术的进步进一步完善了这一认识：ALOS-1和ALOS-2 InSAR数据揭示了数十公里范围内的明显位移梯度，表明存在浅层蠕变（Fukushima等人，2019年），而ALOS-1时间序列的反演模型显示了不均匀的滑动分布，其中包括在2017年6.5级地震中破裂的锁定凸起（Dianala等人，2020年）。此外，历史地震活动的证据（包括1947年可能发生的6.9级地震）表明该段并非完全稳定（Fukushima等人，2019年）。最近的多年度GNSS-InSAR分析表明，莱特岛的蠕变在空间上具有异质性，并且随时间变化，其加速和浅层滑动亏损在附近地震活动的影响下有所调整（Okur等人，2025年）。现场测量的累积位移进一步证实了长期蠕变的存在，速率为每年15至25毫米（Tsutsumi和Perez，2024年）。 在本研究中，我们结合了分布在莱特岛上的16个连续GNSS站点和19个临时GNSS站点的观测数据，以及来自ALOS升轨和降轨以及Sentinel-1降轨的InSAR数据。通过三角网格反演，我们得到了一个三维速度场，揭示了PhF沿线的蠕变和锁定状态的空间变化。根据这些速度数据，我们计算了应变和倾斜率，以评估当前的变形模式。为了进一步约束断层行为，我们在11个垂直于断层的剖面上应用了贝叶斯位移模型，估计了沿走向的蠕变速率和滑动亏损率以及几何参数。我们还使用基线模型来评估锁定的深度范围。最后，我们根据16个GNSS站点和Sentinel-1视距（LOS）位移数据推导出了2017年地震的同震源模型，以表征其同震滑动分布，并将其与震间锁定模式进行了比较。这些方法共同提供了一个框架，用于评估PhF沿线蠕变段和锁定段的分布及其对莱特岛地震灾害的影响。

GNSS数据

在本研究中，我们使用了台湾国立成功大学（NCKU）和菲律宾火山学与地震学研究所（PHIVOLCS）在2014年至2017年间建立的16个连续GNSS站点的数据（图S1）。此外，我们还使用了PHIVOLCS在1995年至2009年间建立的19个临时GNSS站点的数据（Bacolcol等人，2017年）（图S2）。

我们使用精确的点定位方法处理了每日GNSS观测数据（Geng等人，

速度场反演

为了获得莱特岛连续的三维速度场，我们采用了三角网格方法联合反演GNSS和InSAR观测数据（Wang和Wright，2012年；Walters等人，2014年）。在此框架中，研究区域被划分为Delaunay三角形，地表速度通过每个三角形内的节点速度的线性插值来表示（图S7?S8）。这种处理方式允许使用稀疏的三分量GNSS数据

二维断层模型

为了估计菲律宾断层（PhF）沿莱特岛的几何形状和滑动行为，我们在贝叶斯反演框架内使用了Okada的弹性位移模型（Okada，1985年）。我们构建了11个垂直于断层轨迹的剖面，覆盖了整个岛屿（图2）。对于每个剖面，前向模型预测结果表示为两个线性贡献的总和：