2016年4月16日熊本地震滑动分布反演与分析

综合利用强震数据、GPS数据和InSAR数据基于双断层模型反演熊本地震滑动分布,通过选择合理的介质模型和平滑因子,分别对数据进行单独反演和联合反演。从结果分析可以看出:三种数据联合反演的结果最优,最终滑动模型为:断层1走向为236°,倾角65°,滑动角-150.6°,最大滑动量为6m;断层2走向为206°,倾角72°,滑动角-155°,最大滑动量为4m。基于K-net和Kik-net获取永久位移快速反演得到的滑动分布结果与基于GPS数据,Sentinel-1A InSAR数据反演甚至联合反演得到滑动分布结果比较一致,表明大震后利用高密度强震动台网后快速获取滑动分布用于震后应急响应和灾害评估是切实可行的,同时认为此次地震发震断层为右旋走滑的断层系统。     

尼泊尔M_W7.8地震InSAR同震形变场及断层滑动分布

采用DInSAR技术和欧空局2014年新发射的Sentinel-1A/IW数据,获取了2015年4月25日尼泊尔M_W7.8地震的InSAR同震形变场.所用InSAR数据扫描范围东西长约500 km,南北宽约250 km,覆盖了整个变形区域,揭示了形变场的全貌及其空间连续变化形态.此次地震造成的地表形变场总体呈现为中部宽两端窄的纺锤形,从震中向东偏南约20°方向延伸,主要形变区东西长约160 km,南北宽约110 km,由规模较大的南部隆升区和规模较小的北部沉降区组成,南部最大LOS向隆升量达1.1 m,北部最大LOS向沉降量约在0.55 m.在隆升和沉降区之间干涉纹图连续变化,没有出现由于形变梯度过大或地表破裂而导致的失相干现象,表明地震断层未破裂到地表.基于InSAR形变场和部分GPS观测数据,利用弹性半空间低倾角单一断层面模型进行了滑动分布单独反演和联合反演,三种反演结果均显示出一个明显的位于主震震中以东的滑动分布集中区,向外围衰减很快,主要滑动发生于地下7~23 km的深度范围内.InSAR单独反演的破裂范围,特别是东西向破裂长度大于GPS单独反演的破裂长度,而InSAR单独反演的最大滑动量则低于GPS单独反演的滑动量.因此认为联合反演结果更为可靠.联合反演的破裂面长约150 km,沿断层倾向宽约70 km,最大滑移量达到4.39 m,矩震级为M_W7.84,与之前用地震波数据和GPS数据反演的结果一致.     

利用协同反演方法反演地震序列滑动分布

在利用大地测量数据对地震序列进行滑动分布反演中,由于地震序列中多次地震的发震间隔短、InSAR数据时间跨度大,包含了多次地震产生的形变,难以利用InSAR数据反演单次地震的滑动分布,故本文利用协同反演方法结合GPS数据分离地震序列中单次地震产生的InSAR形变,从而反演单次地震的滑动分布.为验证本文方法的有效性,分别采用联合反演方法和本文方法进行模拟实验,其中联合反演采用方差分量估计法确定相对权比,实验表明本文方法能够有效地反演出单次地震滑动分布,且本文方法无需确定两类数据的相对权比.采用本文方法反演Ridgecrest地震Mw6.4前震和Mw7.1主震的滑动分布,结果表明Mw7.1主震为西北向右旋走滑断层,Mw6.4前震包括西北向右旋走滑和东北向左旋走滑断层.两次地震产生的最大滑动量分别为4.26 m和1.0 m,累积释放地震矩4.49×1019N·m和5.28X1018N·m,对应矩震级为Mw7.07和Mw6.45,反演结果与已有文献结果较为一致.模拟实验与加州Ridgecrest地震序列反演结果表明,协同反演方法能够利用GPS数据和包含多次地震形变的InSAR数据有效地反演出单次地震的滑动分布,且协同反演方法较联合反演方法而言,无需确定两类数据的相对权比.但由于协同反演方法分别采用不同的数据作为先验信息进行反演,故利用精度较低的数据作为约束时,会造成反演精度较差,而联合反演通过权比减小了这种影响.     

InSAR技术在青海地区地震中的应用研究

以近年来InSAR技术在地震灾害领域的应用研究为基础,综述了InSAR技术应用于青海地区的研究进展,并利用ALOS PALSAR数据和Sentinel-1A卫星数据对2010年玉树7.1级、2016年门源6.4级、杂多6.2级地震的InSAR数据进行了计算和分析。结果显示:玉树7.1级地震和门源6.4级地震地表形变比较明显。其中,玉树7.1级地震地表形变长轴达60 km,门源6.4级地震地表形变长轴达30 km,杂多6.2级地震地表形变比较模糊,长轴约10 km;干涉条纹与震级、震源深度以及震源机制解性质等都有着明显的相关性,不同性质的地震断层引起的地震破裂在干涉图上呈现出各自不同的特点。     

2008年10月当雄MW6.3级地震断层参数的InSAR反演及其构造意义

2008年10月6日在西藏当雄发生了M_W6.3地震.我们从一对降轨ENVISAT ASAR资料获得了这次地震的同震位移场,通过同震位移场的反演确定了发震断层参数.并且应用一维变异理论评估了InSAR结果中的误差协方差矩阵,直接用于评价断层反演参数的不确定性水平.结果表明,此次地震发生于羊易盆地东缘的次级断层,走向178°,倾角58°,倾向近正西,以正断层运动为主,兼具少量右旋走滑分量,且资料的误差水平对反演结果的影响不大.这次地震引起震中位置地表下沉至少30 cm,似乎是亚东-谷露裂谷带北段的羊易地堑下沉的表现.     

2017年8月8日四川九寨沟7.0级地震InSAR同震形变场及断层滑动分布反演

基于InSAR技术,利用欧空局升降轨Sentinel-1A/IW宽幅数据,获取了2017年8月8日四川九寨沟7.0级地震InSAR同震形变场,并以升降轨InSAR观测结果为约束,反演了断层滑动分布,基于三种不同接收断层计算了同震库仑应力变化.结果表明,同震形变场发生在塔藏断裂、岷江断裂和虎牙断裂交汇的三角地带,升降轨干涉位移均显示本次地震的形变场影响范围约为50 km×50 km,形变场长轴方向为NW向,升降轨观测的形变量相反,反映断层运动性质以走滑运动为主,升降轨数据观测得到的最大LOS （Line of Sight,视线向）形变量分别为~22 cm和~14 cm.非对称形变场反映出断层两侧的运动差异.反演结果显示,最大滑动量约为1 m,平均滑动角为-9°,矩震级为M_W6.5,地震破裂主要集中在地下1~15 km深度范围内,但整体而言本次地震破裂较为充分,基本将该区域1973年及1976年4次 > M_W6.0地震的破裂空区完全破裂.考虑到塔藏断裂和虎牙断裂的运动性质,可初步判定发震断层为虎牙断裂北侧延伸分支.基于三种不同接收断层模型的同震库仑应力变化计算结果反映出该区域以应力释放为主,进一步触发较大走滑型余震的可能性不大.     

InSAR高精度观测地震形变场及其三维重建技术研究

正目前,InSAR已成为监测地震同震、震后以及震间断层滑动的重要手段之一,但由于InSAR数据处理过程中存在多种误差的累积使得测量精度受到影响。本文从InSAR形变监测数据处理关键环节入手,系统分析各个关键环节的误差贡献,探讨InSAR误差干扰项的消除方法。在此基础上,研究了利用DEM校正InSAR大气垂直分层延迟相位的方法,进而将这种方法应用于2008年当雄地震同震和震后形变观测;推导了系统和随机2种观测误差在三     

芦山MS7.0级地震InSAR形变观测及震源参数反演

2013年4月20四川省芦山县发生M_S7.0级地震,目前的研究资料表明地震发生在龙门山断裂南段,但地表未发现明显破裂.本研究利用InSAR技术与Radarsat-2雷达数据,获取了芦山地震同震的部分形变场,结果表明,近场区域的LOS位移发生视线向隆升,量值在7 cm左右.随后利用弹性半空间的位错模型反演了断层面参数,综合反演结果及震源机制解最终确定了发震断层的初始模型,以形变场观测数据为约束,基于梯度下降法反演获得了断层面上的滑动分布,反演得到的矩震级为M_w6.45级,断层走向213°,倾角39°~43°,最大滑动位于地表以下约13 km深度位置,最大滑动量0.91 m,平均滑动角71°,整体上仍以逆冲滑动为主,兼具左旋走滑.推测在双石-大川断裂以东12 km处展布一条隐伏断裂,为本次的发震断裂.     

深度学习在InSAR数据处理与地壳形变观测中的应用研究进展

InSAR(Interferometric Synthetic Aperture Radar, InSAR)技术凭借其高精度、大范围、全天候监测的优势,在地表高程、形变等信息的获取、反演等应用中得到了广泛的认可,并逐渐发展为地壳形变观测领域里不可或缺的技术手段,但利用InSAR技术进行地壳形变观测离不开海量数据的支持,这势必会给信息的收集和解读带来新的挑战。近些年,机器学习快速发展并在遥感图像处理方面取得了令人鼓舞的成绩,将深度学习方法与InSAR技术相结合的尝试应运而生,深度学习突出的数据挖掘能力和对目标任务的分类、预测能力将会为InSAR数据处理和地壳形变观测中的应用提供新技术手段。本文介绍了深度学习在InSAR数据处理与地壳形变观测中的应用研究主要进展,并对其应用前景进行了讨论和展望。     

基于GIS的当雄同震InSAR形变场分析

InSAR技术对同震形变的量测达到了厘米级的精度,但在数据后处理和结果分析方面仍然存在明显的不足。采用可对空间信息进行存储、管理及分析等功能的GIS,对InSAR数据获取的2008年10月6日16时30分西藏自治区当雄县MW6.3地震的同震形变场进行分析。结果表明:(1)GIS可对多源数据进行有效管理;(2)可以确定当雄地震的震中位置;(3)可获取沉降区的最大形变量;(4)可确定主要的形变区间;(5)可将形变结果进行三维展示。GIS可有效地弥补InSAR数据后处理、数据分析及成果展示方面的不足。     

基于InSAR同震形变观测反演2010年新西兰南岛Mw7.1 Darfield地震同震破裂分布

2010年9月4日新西兰南岛Canterbury平原发生了M_w7.1地震,震源深度约为10 km.本次地震发生在一条震前不为人所知的断层上.我们利用覆盖整个震区的合成孔径雷达(SAR)观测资料,通过干涉处理分析获得雷达视线向(LOS)同震形变场;以此资料为约束反演了断层的几何参数以及同震破裂分布.结果显示,该地震造成四条相对独立断层的破裂.大部分的地震矩释放发生在Greendale断层(编号1-4),其错动以右旋走滑为主,最大破裂约为8.5 m.其它三条断层中,经过震源的逆冲断层最大破裂为5.1 m (编号6),位于Greendale断层以西的逆冲断层最大破裂为3.5 m (编号5),位于Greendale断层北面的走滑断层最大破裂为1.9 m(编号7).反演的Greendale断层地表滑动与地质调查得到的地表破裂在形态和数值上均吻合较好.本次地震释放的地震矩为5.0×10¹⁹N·m,矩震级为7.1.板块边界带形变场分析表明,Darfield地震的发生受边界带应变分配在该地区残留构造应力场控制,其复杂性体现了区域构造应力场的特点.地震对其周围地区的应力场影响较大,库仑应力增加区与余震分布有一定对应关系,并在2011年Christchurch 6.3级地震发震断层区域造成约0.1bar的库仑应力增加,对此地震有一定的触发作用.     

利用考虑地形起伏的反演方法获取2017年伊拉克MW7.3地震的断层参数及滑动分布

2017年11月13日伊拉克北部地区苏莱曼尼亚省发生了M_W7.3地震, 造成了重大的人员和经济损失。 本文利用升降轨的Sentinel-1和降轨的ALOS-2卫星的SAR数据, 通过差分干涉测量技术获取了该地震的同震形变场, 联合DInSAR和MAI技术, 采用抗差最小二乘法求解该地震的同震三维形变场。 基于改进的考虑地形起伏的均匀位错模型反演确定了发震断层的断层参数, 最后基于非均匀位错模型得到了发震断层的分布式滑动分布模型。 结果显示: ALOS-2卫星降轨轨道观测到的伊拉克地震引起的LOS向地表形变最大为55.8 cm抬升和47.9 cm下沉; Sentinel-1卫星观测到的伊拉克地震引起的LOS向地表形变为: 升轨轨道最大为87.9 cm抬升和17.1 cm下沉; 降轨轨道最大为55.6 cm抬升和38 cm下沉; 相对于前人的研究成果, 本文利用改进的考虑地形起伏的反演方法得到的发震断层几何参数表明发震断层为NNW走向, 倾向角为352°, 同震破裂以逆冲为主, 同时兼有一定的左旋走滑分量。 基于均匀位错模型反演得到的断层滑动分布结果表明, 同震破裂未延伸至地表, 主要滑动量集中在12~18 km, 最大滑动量位于15 km深度, 达到4.3m, 反演得到的矩震级为M_W7.35, 与UGSG、 GCMT等机构给出的结果一致。     

利用InSAR技术研究2003年西藏班戈MS6.1地震发震构造

2003年7月7日发生在西藏与青海交界处的班戈M_S6.1地震, 由于缺乏余震分布等可靠资料, 其发震构造及其活动性质等问题一直认识不清。 几家机构利用远场波动资料给出的震源机制解差异很大。 本文利用ENVISAT卫星ASAR数据和D-InSAR技术, 计算获得了该地震LOS方向的同震形变场图像, 并以此为约束反演获得了该地震的断层几何参数和同震滑动分布。 结果表明, 班戈M_S6.1地震的发震构造为控制唐古拉山西边界的波涛湖—土门断裂, 其发震断层为走向161°的高角度右旋斜滑正断层, 破裂长度约10 km, 滑动量主要集中在3~7 km深度范围, 最大滑动量0.26 m, 矩震级M_W5.6。     

2016年新疆阿克陶地震Sentinel-1 InSAR同震形变特征

2016年11月25日新疆克孜勒苏州阿克陶县发生M_W6.6地震。 本文利用合成孔径雷达差分干涉测量技术, 对Sentinel-1卫星获取的升、 降轨雷达数据进行了处理, 提取了该次地震的同震形变场, 并结合形变场特征与震源机制解, 采用梯度下降法反演发震断层的滑动分布。 结果表明, 升、 降轨LOS向同震形变场在发震断层两侧具有明显不同的形变特征, 主要形变区域分布在断层两侧, 升轨LOS向形变量可达-8.2 cm与11.2 cm, 降轨LOS向形变量可达-21.4 cm与13.1 cm; 反演的升、 降轨干涉形变场与InSAR测量值之间的残差得到有效控制, 大部分的残差介于±5 cm之间; 断层滑动分布主要集中于沿断层面深约2~18 km处, 最大滑动量位于沿断层面深约7 km处可达0.96 m; 平均滑动角约182.29°, 最大滑动处的滑动角约197.13°, 两个滑动分布中心的滑动角均接近180°, 表明阿克陶地震为一典型的右旋走滑破裂性事件; 当剪切模量取32 Gpa时, 反演的发震断层地震矩M₀可达9.75×10¹⁸, 相当于矩震级M_W6.60, 与地震波形反演结果一致。     

基于InSAR和远场地震波联合反演2008年MW6.3大柴旦地震震源破裂过程

利用InSAR同震形变升、降轨数据和远场地震波数据,基于均方根最小与标量地震矩最小双重约束下的模拟退火方法,联合反演2008年11月10日大柴旦M_W6.3地震震源破裂过程.结果表明,2008年大柴旦地震震源破裂过程整体表现为沿倾向方向从深部破裂起始点处向上往地表传播,且破裂未到达地表;在前7 s内,滑动沿西北和东南两个方向传播,7 s后主要沿东南方向传播,破裂过程时间持续约为11 s,同震滑动分布主要集中在地下10~20 km范围内,最大滑动量达-0.71 m;反演结果揭示本次地震为西南倾高角度兼具微量走滑分量的逆冲破裂事件,反演矩张量为3.96×10¹⁸N·m,矩震级约M_W6.37.通过大柴旦地震发震断层和破裂机制综合分析,初步判断发震断层为西南倾向的大柴旦—宗务隆山断裂.     

2008年于田MW7.2地震滑动分布反演及三维同震形变场解算

基于ENVISAT ASAR升降轨数据, 利用InSAR获取2008年于田M_W7.2地震同震形变场; 采用SDM反演本次地震断层滑动分布; 使用PSCMP正演获取于田M_W7.2地震南北向模拟形变量, 并结合升降轨同震形变场, 解算三维同震形变场。 同震形变场分析表明, 2008年于田M_W7.2地震以正断为主, 且带有走滑运动特征, 破裂带走向为NNE向。 同震滑动分布反演结果显示, 断层沿走向被分为4段F1、 F2、 F3、 F4, 其滑动分布集中在0~14 km区间, 以F2、 F3段为主, 最大滑动量约5.31 m, 位于F2段深部2.76 km处; 沿破裂带走向, 左旋走滑位移与垂直位移比值有增大的趋势; 反演获得的地震矩M₀=5.58×10¹⁹N·m, 相当于矩震级M_W7.1。 三维同震形变场解算结果显示, 断层上盘整体表现为沉降, 断层下盘整体表现为隆升, 且沉降量明显大于隆升量, 表明地震以正断破裂为主; 除靠近断裂带中上部表现为向东南运动外, 上盘整体上表现为向西南运动; 断层下盘则整体表现为向东北运动, 证明破裂兼有左旋走滑运动。 滑动分布反演、 正演与三维同震形变场解算结果皆表明, 于田M_W7.2地震破裂以正断为主, 且带有一定的左旋走滑。     

GEODETIC AND TELESEISMIC CONSTRAINTS ON SLIP DISTRIBUTION OF 2015 MW6.4 PISHAN EARTHQUAKE

On July 3^rd, 2015, a M_W6.4 earthquake occurred on Pishan County, Xinjiang, located in the front of western Kunlun thrust belt, which is the largest earthquake(M_W6.0~7.0)in the past 40 years in this region. In this study, we collected both the near-filed geodetic coseismic deformation observations including 4 GPS sites and one high-resolution ALOS-2 InSAR imagery, and far-field teleseismic P waveforms from 25 stations provided by IRIS/USGS, to invert the fault parameters(strike and dip)and coseismic rupture model of 2015 M_W6.4 Pishan earthquake. Using the finite fault theory, a non-linear simulated annealing algorithm was employed to resolve our joint inversion problem. The strike (120°~130°) and dip angle(35°~40°)of optimal models are different from that of some previous studies, and the dip change is strongly constrained by combined data than that of strike. In fixing the geometric parameters of optimal fault model, we also considered data weight(5)(geodetic data/teleseismic P waveforms)and constrained weight from moment and smooth factor(2.5). Clearly, our results indicate that the slip distribution mainly concentrates in the depth range from 9 to 16km and a length range of 20km along the strike direction, which is similar to the spatial distribution of the relocated aftershocks. The maximum slip is~95cm. The seismic moment release is 5.45×10¹⁸N·m, corresponding to M_W6.42. Compared with the single data set, geodetic data or teleseismic waveform, our joint inversion model could simultaneously constrain the seismic moment and slip distribution well, thus avoiding effectively a lower-resolution rupture distribution determined by teleseismic-only inversion and a bias released moment estimated by the geodetic-only inversion. Importantly, we should consider both the near-field geodetic data and far-field teleseismic data in retrieving the rupture model for accurately describing the seismogenic structure of active fault in western Kunlun region.     

InSAR约束下的2008年汶川地震同震和震后形变分析

2008年5月12日,青藏高原东缘的龙门山断裂带上发生了M_w7.9级汶川地震.本文通过分析覆盖汶川地震震中区域的ALOS/PALSAR像对的方位向偏移量来选择无明显电离层扰动影响的像对进行干涉处理,获取了高精度、连续的InSAR地表形变场.在此基础上,结合高精度GPS同震形变数据,采用同震、黏弹性松弛震后形变联合反演模型同时确定了汶川地震的同震滑动分布和龙门山地区的流变结构参数.研究结果表明,汶川地震是一个断层破裂非常复杂的地震事件,其中,北川段、岳家山段、虹口段和汉旺段的滑动以逆冲为主,而青川段以右旋走滑为主.滑动主要发生在10 km深度以上的区域,最大滑动量位于虹口段的东北端,达10.7 m.地震释放的总能量为9.28×10²⁰ N·m（M_w7.91）,与地震学的结果一致.联合反演模型确定的龙门山地区中下地壳的黏性系数为2×10¹⁸ Pa·s,为青藏高原东部地区的黏性系数提供了一个可靠的下限值.如果有更长时间的震后形变观测时间序列,将为该区域提供更为可靠的流变结构.     

利用重力观测约束2011日本Tohoku大地震的震源机制

2011年3月11日,日本东北部(Tohoku)太平洋海域发生M_w9.0特大地震.一些国际学术机构用不同的震相和反演方法,计算了大地震的震源机制解.但这些结果存在一定的差异.地球长周期自由振荡的振幅主要依赖于地震矩的大小及地震断层的破裂方式,可以约束地震的震源机制、地震大小及持续时间.本文利用地球自由振荡₀S₀简正模对Tohoku大地震的震源机制解进行分析和约束.₀S₀振幅大小与地震断层的倾角(dip)、滑动方向角(slip)、震源深度及地震断层的破裂时间有关.我们利用震源机制解得到大地震后自由振荡模拟值,利用超导重力仪得到自由振荡的高精度重力观测值.二者比较后的结果显示:由GCMT震源机制解得到的₀S₀振幅与观测值符合较好,而由USGS CMT震源机制解模拟的结果明显大于观测值.2011 Tohoku地震为逆冲型浅源大地震.进一步的分析表明:逆冲型浅源大地震的断层倾角对₀S₀振幅的影响很大,而滑动方向角以及震源深度对₀S₀振幅的影响较小.USGS CMT震源机制解中较大的断层倾角是导致其₀S₀振幅显著偏离观测值的主要原因.