利用PALSAR数据获取拉奎拉地震同震形变场

2009年4月6日发生的意大利拉奎拉Mw6.3地震造成了地表的严重破坏,为了解地震引起的地表变化情况,本文利用ALOS/PALSAR影像数据,采用二轨差分干涉测量技术提取了该次地震的地表同震形变场。通过分析可知:地表在西北-东南方向上发生错动,形变主要发生在40×30 km的范围内,西南部出现了沿视线方向的下降,东北部出现了沿视线方向的抬升,最大值分别为0.337 m和0.122 m。结果表明,获得的同震形变场与地震地质调查的结果一致。     

升降轨道ASAR雷达干涉揭示的巴姆地震（Mw6．5）3D同震形变场

通过对覆盖同一地区的升降轨道ASAR雷达数据进行两路差分干涉（D-INSAR）处理，得到了2003年12月26日伊朗巴姆（Bam）地震（Mw6．5）在两种成像几何状态下的视线向（LOS）同震形变场。利用Okada弹性形变模型对形变场进行正演计算，得到地震断层的几何参数及形变的南北向分量。对得到的干涉条纹图进行相位解绕处理，综合分析两种不同的雷达成像几何关系，并利用模型估计得到的南北向分量，计算了该地震造成的3D同震形变场，结果显示了典型的单断层右旋走滑活动特征。研究表明，合并升降轨道雷达数据，能够为形变模型提供有效约束，用一条简化的断层模型就可以解释升降两条轨能的干涉形变场，更为复杂的双断层模型是不必要的。     

青海玉树地震差分干涉雷达同震形变测量

2010-04-14青海玉树发生7.1级地震后,作者利用震前和震后获取的日本ALOS卫星PALSAR遥感数据,开展了差分干涉雷达(D-InSAR)地震同震形变测量与分析。结果表明:玉树地震引起较大范围地表变形,地震变形沿玉树—甘孜断裂带向南东东方向扩展,在N33.7°,E96.81°附近达到最大形变量,D-InSAR监测到雷达视向上的最大形变量为35cm。地表形变特征对于评价玉树地震破坏程度、推断断层性质、研究地震形变和地震孕育特征具有重要的参考价值。     

Coseismic fault rupture detection and slip measurement by ASAR precise correlation using coherence maximization: application to a north-south blind fault in the vicinity of Bam (Iran)

Using the phase differences between satellite radar images recorded before and after an earthquake, interferometry allows mapping the projection along the line of sight (LOS) of the ground displacement. Acquisitions along multiple LOS theoretically allow deriving the complete deformation vector; however, due to the orbit inclination of current radar satellites, precision is poor in the north-south direction. Moreover, large deformation gradients (e.g., fault ruptures) prevent phase identification and unwrapping and cannot be measured directly by interferometry. Subpixel correlation techniques using the amplitude of the radar images allow measuring such gradients, both in slant-range and in azimuth. In this letter, we use a correlation technique based on the maximization of coherence for a radar pair in interferometric conditions, using the complex nature of the data. In the case of highly coherent areas, this technique allows estimating the relative distortion between images. Applied to ASAR images acquired before and after the December 26, 2003 Bam earthquake (Iran), we show that the near-field information retrieved by this technique is useful to constrain geophysical models. In particular, we confirm that the major gradients of ground displacement do not occur across the known fault scarp but approximately 3 km west of it, and we also estimate directly the amplitude of right lateral slip, while retrieving this value from interferometry requires passing through the use of a model for the earthquake fault and slip.     

DInSAR技术监测玉树地震同震形变场的研究

近二十年来,合成孔径雷达干涉测量技术（DInSAR）作为一种监测地表形变的有效技术得到广泛应用,其视线向精度可达厘米级甚至毫米级。该技术尤其是对监测快速、激烈的地表形变更为有效,如地震、火山等。利用DInSAR技术,选用日本ALOS卫星PALSAR数据,获取了2010—04—14玉树Mw6．9地震的同震形变场。结果表明：地表至少发生过3次地表破裂,沿断层走向的形变分布范围远远大于垂直断层分布范围,形变分布特征以左旋走滑为主。     

利用锁眼卫星影像提取历史地震同震位移——以1976年土耳其Chaldiran地震为例

大地震的地表破裂及形变特征对研究地震成因机制、断层运动及大陆变形具有重要意义。随着卫星技术的日益成熟,自1992年美国加州Landers地震以来,光学和雷达影像被广泛应用于同震破裂、震后形变等定量研究。然而,由于缺乏更早之前的影像资料,90年代以前的历史地震研究无法深入。美国锁眼卫星KH-9影像的公开解决了震前卫星影像匮乏的问题,为研究70~90年代历史地震提供了可行的条件。首先借助伊朗Tabas-e-Golshan地震和Khuli-Boniabad地震的研究实例,概述了KH-9卫星影像测量历史同震位移的方法与进展;然后利用1976年(震前)和1980年(震后)的KH-9影像对1976年土耳其Chaldiran地震的同震位移进行了计算,测得该地震东西向同震位移量为(3.1±0.7)m,与实地测量的地表位移相符,表明该走滑地震没有明显的浅部滑动亏损现象;最后对KH-9卫星影像定量研究历史地震的未来应用和限制进行了讨论与总结。     

基于多源SAR数据的2022年门源Ms 6.9地震同震破裂模型反演研究

2022年1月8日青海省海北州门源县发生Ms 6.9地震,震中位于青藏高原东北缘祁连-海原断裂中段,属历史地震空区,基于多源合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）遥感数据研究该地震的破裂模式对理解青藏高原东北缘构造变形机制、应变释放过程以及地震危险性评估具有重要意义。首先利用Sentinel-1数据和合成孔径雷达差分干涉测量（differential interferometry synthetic aperture radar,D-InSAR）技术获取了门源地震的同震形变场,视线（line of sight,LOS）向形变场显示此次地震造成了约20 km长的地表破裂,最大形变约0.75 m;然后基于Sentinel-2卫星数据,利用光学影像配准和相关技术获取了本次地震的东西向同震形变场,最大同震位移达2.5 m;最后基于均匀弹性半无限位错模型,以LOS向形变场为约束反演了断层的滑动分布模型。结果显示,门源地震是一次典型的左旋走滑型地震,地震破裂主要集中在0~10 km深度范围,最大滑动量3.25 m,滑动角10.44°,对应深度4.89 km;反演给出的矩震量为1.07×1019 N·m,对应矩震级Mw 6.6。结合野外考察和地质资料,初步判定发震断裂为冷龙岭断裂,并引起托莱山断裂发生同震滑动。同震库仑应力结果显示,冷龙岭断裂东段和托莱山断裂西段应力状态为加载,未来具有发生强震的风险。     

综合遥感解译2022年Mw 6.7青海门源地震地表破裂带

2022-01-08中国青海省门源县发生Mw 6.7地震,直接导致兰新高铁受损停运,引起了国内外的高度关注。为了评估交通网的受损情况,提出一种综合光学遥感影像、合成孔径雷达（synthetic aperture radar, SAR）影像、无人机影像和激光雷达（light detection and ranging, LiDAR）数据解译地震地表破裂带的技术框架。针对此次门源事件,首先,获取高分1号（GF-1）、高分7号（GF-7）、Sentinel-2光学遥感影像和Sentinel-1A SAR影像,根据GF-1和GF-7光学遥感影像确定地表破裂带的空间分布特征,并利用光学像素偏移量技术估计东西向和南北方向二维地表形变场;其次,利用SAR像素偏移量技术获取距离向和方位向地表形变场, 同时利用差分干涉技术获取雷达视线向的地表形变(即距离向);然后,采用运动结构恢复技术处理无人机影像获取高精度的数字地表模型;最后,综合利用上述信息精确确定地震地表破裂的空间分布和地表形变特征。结果表明,此次地震东西向最大形变量约为2.0 m,距离向最大形变量约为1.5 m,该破裂带总长约为36.22 km。结合门源地区公路交通网,基于机器学习方法支持向量机模型对历史地质灾害点的分布以及地表破裂带进行分析,发现此次地震对高速公路带来的影响最大,对乡道的影响最小;交通干线G0611和G338东南段具有很高的灾害风险。所提技术框架可精密地解译地表破裂,在地震减灾中直接发挥作用。     

利用InSAR研究西藏拉孜地震同震形变

采用欧空局ERS—1卫星雷达数据获取了1993年Mw 6.2级西藏拉孜地震同震形变场,并采用弹性位错模型反演了该地震的断层参数。结果显示该地震产生的最大地表位移约为12 cm,断层倾角为42°,不支持该断层为低角度正断层的论断。     

PSInSAR方法探测意大利拉奎拉地震形变过程分析

采用双轨处理模式对8景ENVISAT降轨数据进行永久散射体(PS)时间序列处理,获得了2009年4月6日意大利拉奎拉(L’Aquila)Mw 6.3级地震区域的PS时序差分干涉图和形变场。结合Delaunay三角形剖分算法对破裂区的形变过程进行数值分析,结果表明:①本次地震变形最强烈、地表破裂发生的区域是一个地势相对较低的椭圆形洼地。破裂主要沿震中的东南方向传播,面积约22×14km2,方向约135°。②地震产生的形变量集中在破裂区,主要在震时及震后形成,位移场视线向下沉量达150mm。③破裂区位移场数值分析表明,本文提出的数据处理策略较完整地揭示了此次地震位移场变化的全过程,在8景雷达数据所跨时间段内,震前2008年4月与2009年2月两景资料显示,研究区位移场变化不明显,2009年2月至震后的2009年4月的图像显示,震中区形变场快速变化,沉降量达130mm;6～7月,形变场的沉降速度明显减缓,8月30日最后一景资料显示,沉降速度出现加速,破裂区总下沉量达150mm。     

Subsidence in the Kathmandu Basin,before and after the 2015 Mw 7.8 Gorkha Earthquake,Nepal Revealed from Small Baseline Subset-DInSAR Analysis

Land subsidence in densely urbanized areas is a global problem that is primarily caused by excessive groundwater withdrawal. The Kathmandu Basin is one such area where subsidence due to groundwater depletion has been a major problem in recent years. Moreover, on 25 April 2015, this basin experienced large crustal movements caused by the Gorkha earthquake (Mw 7.8). Consequently, the effects of earthquake-induced deformation could affect the temporal and spatial nature of anthropogenic subsidence in the basin. However, this effect has not yet been fully studied. In this paper, we applied the SBAS-DInSAR technique to estimate the spatiotemporal displacement of land subsidence in the Kathmandu Basin before and after the Gorkha earthquake, using 16 ALOS-1 Phased Array L-band Synthetic Aperture Radar (PALSAR) images during the pre-seismic period and 26 Sentinel-1 A/B SAR images during the pre- and post-seismic periods. The results showed that the mean subsidence rate in the central part of the basin was about ?8.2 cm/year before the earthquake. The spatial extents of the subsiding areas were well-correlated with the spatial distributions of the compressible clay layers in the basin. We infer from time-series InSAR analysis that subsidence in the Kathmandu basin could be associated with fluvio-lacustrine (clay) deposits and local hydrogeological conditions. However, after the mainshock, the subsidence rate significantly increased to ?15 and ?12 cm/year during early post-seismic (108 days) and post-seismic (2015–2016) period, respectively. Based on a spatial analysis of the subsidence rate map, the entire basin uplifted during the co-seismic period has started to subside and become stable during the early-post-seismic period. This is because of the elastic rebound of co-seismic deformation. However, interestingly, the localized areas show increased subsidence rates during both the early-post- and post-seismic periods. Therefore, we believe that the large co-seismic deformation experienced in this basin might induce the local subsidence to increase in rate, caused by oscillations of the water table level in the clay layer.     

门源Mw5.9级地震形变InSAR观测及区域断裂带深部几何形态

利用Sentinel-1A卫星升轨、降轨合成孔径雷达影像数据，提取了2016年门源Mw5.9级地震的高精度合成孔径雷达干涉同震形变场，利用单纯形法和非负最小二乘法反演确定了地震断层几何和滑动分布，并构建了区域断裂带的深部几何形态模型。结果表明，门源Mw5.9级地震同震形变以地表抬升为主，沿升轨、降轨视线向的最大值分别为5.3 cm、7.1 cm；地震断层走向、倾角分别为133°、43°；地震滑动以逆冲为主，主要发生在地下6.14~12.28 km处，最大滑动量约0.5 m，平均滑动角为66.85°，地震矩为1.0×1018 N·m（Mw5.94）；形变观测拟合残差均方根为0.36 cm；区域断裂带的深部几何形态以花状构造为特征，整体倾向南西，门源地震发震断裂为花状构造中未出露地表的盲断层。相关成果能够为研究区域地壳运动与变形、活动断裂与地震孕育发生等提供参考。     

利用InSAR技术观测台湾花莲地震断层滑动与运动机理分析

基于Sentinel-1卫星升降轨SAR数据,采用D-InSAR技术提取了2018年台湾花莲县Mw6.4地震的同震形变场。结果表明,2018年花莲地震造成的最大地表形变量为38.2 cm,以隆升为主,断层上下盘最大相对位移为50 cm。利用InSAR观测得到的升降轨地表形变数据,分别构建2018年与2021年台湾花莲两次地震的断层三维滑动分布模型。结果表明,2018年花莲Mw6.4地震主震断层为靠近米伦断层的西倾隐伏断层,断层最大滑动量为1.8 m,以左旋走滑为主兼具少量逆冲分量,断层破裂传播至米伦断层西侧,影响了苓顶断层和米伦断层的地震活动性。2021年花莲Mw6.0地震发生在苓顶断层北段,断层最大滑动量为0.38 m,断层滑动以左旋走滑为主,两次地震事件均具有高倾角滑动特征。综合两次地震静态库仑应力的重新分布和M-T图发现,2018年花莲地震对2021年地震起触发作用,应力沿断层从高纬度向邻近低纬度传输累积,花莲地区及近海海域短周期内地震活动性仍强烈,主要表现为小震频发、中强震孕育周期短等特点。     

哨兵-2号光学影像地表形变监测:以2016年Mw7.8新西兰凯库拉地震为例

光学影像已经广泛地应用于地表形变监测研究。哨兵-2号光学影像作为一种新的对地观测数据，具有重访周期短、空间分辨率高、影像覆盖范围大以及数据免费等优点，因此该数据在地表形变监测上有广泛的应用潜力。本文以COSI-Corr软件包为数据处理平台，基于亚像素的频率域相关性匹配技术，处理多时相的哨兵-2号数据获取地表形变。本文选取2016年M_w7.8新西兰凯库拉（Kaikoura）地震覆盖区域为例，对哨兵-2号影像地表形变中存在的各种系统误差源进行了系统分析和改正，并提出了改进的均值相减法去除形变场中的卫星姿态角误差。另外，还对哨兵-2号4个10 m空间分辨率的波段（Band 2/3/4/8）中可用于地表形变监测的最佳波段进行了分析，统计结果显示Band8的地表形变监测效果最好。最后，利用哨兵-2号光学影像获取了2016年11月14日M_w7.8新西兰凯库拉地震的同震形变场；分析了沿地震主要断层的滑移分布，结果表明最大水平滑移量达10 m；并与同期Landsat8全色影像的同震形变监测结果进行对比分析，结果表明哨兵-2号结果精度更高。本文的研究成果可以为哨兵-2号光学影像的应用提供参考。     

秦皇岛地区柳江盆地地表塌陷区的遥感研究

柳江盆地是秦皇岛市的重要水源地,由于大量开采地下水,在隐伏岩溶发育区将引起地表塌陷。笔者通过对多波段、多时相的卫星图像、计算机数学处理图像及不同比例尺的黑白、彩色航空像片的解译研究,结合地面地质调查及钻探、物探资料进行综合分析,对该地区隐伏断裂构造、第四系松散堆积物的分布及其含水性、地表岩溶及隐伏岩溶区的分布作了研究分析,并分析了引起地表塌陷的各种地质因素,进而预测了几个开采地下水后将可能引起地表塌陷的危险区,为制定预防塌陷灾害的措施提供了必要的地质资料。     

基于GIS的InSAR结果分析方法及在汶川Mw7.9级地震同震解释中的应用

利用GIS对InSAR结果进行分析可以更全面地解释地表形变机制。介绍了利用GIS对SAR影像进行裁剪、切割和拼接处理、剖面和等值分析的方法。在此基础上,以汶川Mw7.9级地震为例介绍了基于GIS的InSAR结果分析方法在地震形变机制解释方面的应用:①根据InSAR距离向偏移量和同震形变场,利用GIS技术提取了汶川Mw7.9级地震发震断层的地表迹线;②将基于位错模型正演得到的视线向形变场与InSAR同震形变场进行比较,得到了汶川地区InSAR同震形变场的上盘和整体改正数,进一步借助GIS进行修正得到了更为真实的InSAR同震形变场;③利用2D/3DInSAR同震形变场、干涉纹图和剖面分析结果对汶川Mw7.9级地震同震形变特征进行了具体分析和解释。     

GF-7卫星图像快速解析青海门源Ms6.9级地震的地表破裂带

强震地表破裂调查与灾情评估是地震应急响应的重要工作内容,快速获取震后高分辨率卫星数据并开展应急信息提取分析,是提升应急时效性的重要支撑手段。2022年1月8日青海门源Ms6.9级地震发生的当天快速获取了国产高分七号卫星等数据,基于分辨率0.65 m的全色及2.6 m的多光谱图像快速解译分析地震地表破裂带分形成布特征、构造样式与位错强度等,为地震应急响应与现场调查提供了重要信息。深入分析表明,门源Ms6.9级地震发生了南、北两条同震地表破裂带,其中北支沿冷龙岭断裂带主断层的西段发育,长度约19 km;南支沿托莱山断裂东段分布,长度约2.3 km。同震地表破裂带左旋断错了一系列冲沟、洪积物、道路、冰层等地貌特征,最大左旋位移约2.2 m,沿地表破裂带形成鼓包、拉张凹陷、斜列式张裂隙等变形构造。最新同震破裂与历史破裂分布吻合,反映了强震活动的原地破裂特征,其地震危险性需要引起高度关注,值得深入研究。GF-7卫星首次在地震灾害发生当日就发挥较大优势,表明高分系列卫星在地震应急调查方面具有良好应用潜力。     

利用断层自动剖分技术的2008年青海大柴旦Mw6．3级地震InSAR反演研究

2008-11-10青海大柴旦地区发生了Mw6．3级地震,其发震断层位于青藏高原东北缘的大柴旦一宗务隆山断裂带。利用欧空局Envisat／ASAR卫星雷达影像数据,采用二通差分干涉技术获得了地震的同震地表形变场,基于1D协方差函数估计InSAR同震形变场的中误差为0．52cm,方差一协方差衰减距离为5．9km。在此基础上,采用弹性半空间矩形位错模型进行断层几何参数反演,并利用断层自动剖分技术确定了地震的最佳同震滑动分布模型。结果表明,该地震的震源机制解为走向107．19°,倾角56．57°,以逆冲为主兼具少量右旋走滑分量;滑动分布主要发生在10-20km深度范围内,最大滑动量为0．51m,释放的能量为4．3×10^18Nm。     

利用InSAR数据的汶川地震形变场提取及分析

以2008年5月12日发生在中国四川的Mw 7.9级汶川地震为研究对象,由于汶川地震发生在植被覆盖茂密、地形起伏大的龙门山山区,常规的C波段雷达在这些区域几乎得不到任何有意义的信号,采用日本JAXA的L波段ALOS/PALSAR覆盖震区的震前和震后6个条带的卫星数据,以SRTM-DEM数据作为外部DEM,利用GAMMA软件进行二通差分干涉测量处理,获取了覆盖震区的同震形变场;并使用国家重大科学工程"中国地壳运动观测网络"项目组公布的震区GPS同震观测结果,与InSAR观测结果进行了比较分析,表明两者之间具有很好的一致性,通过传统差分干涉获取到的形变量精度可以达到cm级。     

InSAR数据约束下2016年和2022年青海门源地震震源参数及其滑动分布

中国青海省门源县于2016年和2022年分别发生了Mw 5.9和Mw 6.7地震,相距不足40 km。利用欧洲空间局Sentinel-1A升降轨雷达影像,采用合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar, InSAR)技术分别获取两次地震的同震地表形变场,进而利用弹性半空间的位错模型确定上述事件的震源参数,基于分布式滑动模型反演确定两次地震断层面上的滑动分布,并探讨2016年门源地震对2022年门源地震的发震影响及触发机制。结果表明,2016年门源地震为逆冲型地震,并未破裂到地表,升、降轨同震形变场沿视线向的最大形变量分别为6.7 cm和7.0 cm,断层的最大滑动量为0.53 m,主要集中在地下4~12 km区域滑动。2022年门源地震同震形变场沿NWW-SEE向破裂,降轨影像最大视线向地表形变量为78 cm,断层的最大滑动值达到3.5 m,处于地下4 km左右,断层滑动分布模型揭示此次地震为左旋走滑型地震;结合冷龙岭断裂的运动性质和几何特征,可初步判定发震断层主要为冷龙岭断裂的西段、且极有可能破裂到了其西北端西侧的托莱山断裂。静态库仑应力触发关系显示,2016年门源地震对2022年门源地震的发生有一定的促进作用。