利用GPS和海底基准点观测形变反演日本大地震(Mw9.0)同震断层滑动分布

收集了国际上发布的通过日本区域密集的地表观测数据获得的高精度同震形变位移,同时收集了靠近震中的5个海底基准点观测到的同震变形.基于以上结果采用分断层滑动模型,基于分层弹性半空间位错理论,采用二阶拉普拉斯平滑算子方法约束断层面上的滑动量,利用最速下降法求解模型的最优解,以期精化该地震断层的滑动分布,进而研究其地震活动机制.研究结果表明,日本地震断层的平均滑动为6.95m,最大滑动量为58.70m,位于东经143.17°,北纬38.25°,地震所释放的能量为4.48×1022N·rn(等效震级为Mw9.07),地震断裂主要集中于东经142°～143.8°,北纬37.2°～39.5°,海平面以下10～30 km之间区域.     

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。     

2022年泸定Mw 6.6地震InSAR同震形变与滑动分布

2022-09-05,青藏高原东缘的鲜水河断裂上发生了泸定Mw 6.6地震,该地震是鲜水河断裂上40年来发生的最大地震,研究该地震的运动学和同震破裂模式对理解青藏高原东缘构造形变机制和评估鲜水河断裂以及安宁河断裂的地震危险性具有重要意义。利用Sentinel-1和ALOS-2卫星雷达影像,采用合成孔径雷达干涉技术获取了泸定地震的同震形变场,进而基于弹性半空间的位错模型,确定了本次地震发震断层的几何参数和滑动分布。结果表明,泸定地震是一次典型的左旋走滑事件,发震断层西倾,倾角约为72°,走向沿NNW-SSE方向,约为167°;断层破裂主要集中在0~10 km深度,最大滑动发生在约5.8 km深度,约为2.23 m;同震释放的地震矩约为8.74×1018 N·m,相当于矩震级Mw 6.59。通过对震后光学影像解译,发现此次地震诱发的滑坡多集中分布在发震断层西侧,该现象与余震主要集中在断层西侧的结果相一致,可认为是地震上盘效应的体现。     

基于PALSAR数据的2010年Darfield地震地表同震形变场提取

2010年9月3日（UTC时间）,新西兰南部小镇Darfield发生了强度为Mw7.1的地震,其主震对地表造成了严重破坏。为了对由地震引起的地表形变进行研究,本文利用二轨DInSAR技术,通过2景ALOS PALSAR影像的升轨数据,成功提取了该地震的地表同震形变场。从对实验结果的分析可知,该地震的断层为东西走向,断层北盘地表呈现沿雷达视线方向的下降,最大量约为1.5米;断层南盘则发生了沿雷达视线方向的抬升,最大量超过了2米。     

2016年意大利阿马特里切Mw 6.2地震震源机制InSAR反演

2016年8月24日，意大利中部阿马特里切（Amatrice）地区发生Mw 6.2地震。采用ALOS-2条带模式和SENTINEL-1A宽幅模式的合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）数据分别进行SAR差分干涉测量处理，获取了该地震的同震形变场。结果显示，本次地震造成意大利中部地区发生明显的地壳形变，在雷达视线向最大沉降量达19.6 cm。基于合成孔径雷达干涉测量（interferometry synthetic aperture radar，InSAR）和GPS同震形变场数据对此次地震的发震断层进行联合反演，通过改进倾角和平滑系数获取方法，得到了最优滑动分布模型。通过使用单断层模型和双断层模型进行反演可知，双断层模型反演结果优于单断层反演结果，两种模型下反演模型相关系数分别为0.85和0.89，发震断层走向分别为160°和158°，倾角分别为44°和46°，倾滑分布主要位于地下5~7 km，平均倾滑角为-80°，最大倾滑量0.9 m位于地壳深度5 km处，该发震断层是亚平宁冲断带的一部分，为NW-SE向延伸的正断层，断层长约20 km。综合使用地震同震形变场和GPS数据对震源机制进行反演、模拟和分析，获取了高精度的震源参数，可以为分析地震危险性和断层破裂参数等提供数据支持。     

基于地壳分层的地震断层同震变形反演分析

顾及地球结构的非均匀性、分层和球体特性,发展了顾及地壳分层结构的地震断层同震位错模型的反演模式,建立了非线性反演方程,对主要的两类地震断层分别进行了模拟反演分析.反演结果显示,该反演模式可很好地将断层位错参数反演出来,利用该模式可较好地解决实际地震断层同震变形的反演问题.     

InSAR及其差分技术在仲巴地震中的应用

介绍了InSAR及其差分技术的基本原理,并以发生在2004年7月12日西藏日喀则地区仲巴县与阿里地区之间(北纬30.5°,东经83.4°)的里氏6.7级(中国台网测定)仲巴地震为例,采用已知DEM的二路差分法获取了仲巴地震的同震形变场.采用Okada弹性半空间位错模型反演了该地震的震源参数,得到了震源机制解.结果表明,仲巴地震为以倾滑为主的右旋正断层型地震,断层面走向近乎南北方向.     

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。     

汶川地震后龙门山断层中段愈合过程的GPS时间序列反演

利用汶川地震后、芦山地震前3年时间(2010.30—2013.30)的GPS连续站时间序列结果,采用TDEFNODE负位错反演程序,对龙门山断层中南段闭锁程度和滑动亏损速率动态演化进行了反演计算与分析,并讨论了汶川地震后断层中段的愈合过程和西南段的大震背景。结果表明:①汶川地震震中周边破裂区域的闭锁程度逐渐增强,由2010年基本处于蠕滑状态,至2013年处于较强闭锁状态;闭锁范围也逐渐增大,由汶川震中西南方向逐渐趋近震中位置,表明该部分断层正在快速愈合。汶川震中北东方向的大部分破裂区域依然处于蠕滑状态,表明该部分断层还未开始愈合。②芦山地震震中附近及其西南方向断层一直处于强闭锁状态,且完全闭锁区域的滑动亏损速率逐年减小,可能表明愈合区域分担了部分巴颜喀拉块体对四川盆地的挤压作用。以上结果表明,龙门山破裂断层不同段震后愈合过程和活动特征都有显著差异;处于强闭锁状态的龙门山断层西南段,在挤压弹性应变快速积累的情况下,发生大震的背景有所增强。     

卫星大地测量成像地震周期形变研究综述

近年来,卫星大地测量技术的快速发展为精确测量地壳形变和断层行为提供了前所未有的多维观测数据。它与地震学的结合使得地震周期形变监测的时空分辨率大大提升,为更加深入地研究地震周期过程和机理提供了一个窗口,地震大地测量学应运而生。它能够对地壳运动进行定量描述、对断层活动进行精准建模,从而为洞悉整个地震周期过程的应力应变演化提供科学依据,同时为评估地震危险性、实现地震预测预警提供科学指导。以卫星大地测量观测探究断层形变为主线,分析了断层处于地震周期不同阶段的运动学特征（震间、同震和震后）,回顾了地震大地测量学在震源物理方面的一些重要发现。研究表明,利用卫星大地测量数据判定断层所处地震周期的阶段是实现地震预测的可行思路。     

多视角InSAR数据解算2017两伊地震三维同震形变场

2017两伊地震是自1900年以来发生在扎格罗斯山脉的最大地震，为了研究此次地震引起的同震形变场，利用覆盖同一地区的3对Sentinel-1A升降轨数据分别进行两通差分DInSAR处理，得到了研究区3个视线向的地表同震形变场，通过直接解算法重建了研究区的三维同震形变场。试验表明：3种视角的升降轨视线向上升与沉降总体趋势基本一致；联合多个视角的观测结果可以实现三维形变场的重建；根据地表视线向和三维同震形变的特征以及地质构造背景推测了发震断层很有可能为扎格罗斯山前断层。     

联合地震位错模型和InSAR数据构建2017年九寨沟Mw 6.5地震同震三维形变场

利用哨兵（Sentinel）-1A卫星升、降轨影像,在地震位错模型约束下获取了2017年九寨沟Mw 6.5地震的高质量三维形变场。首先,利用合成孔径雷达干涉测量技术（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）提取九寨沟地震升、降轨同震形变场;然后,通过“两步法”反演获取该地震发震断层的几何参数和分布式滑动模型,以此为约束,采用方差分量估计算法联合解算九寨沟地震三维形变场。结果表明,九寨沟地震同震三维形变场以水平位移为主,垂向形变较弱;南北向形变呈拉张趋势,断层上盘向南、下盘向北滑动,最大位移分别为－19.81 cm和14.38 cm;东西向形变不对称性明显,断层上盘西北部向东水平运动,最大位移为18.37 cm,下盘东南部向西运动,最大位移不足8 cm。将南北、东西向形变与6个全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）台站观测数据进行比较,两者一致性较好且均方根误差较小,分别为1.44 cm和1.77 cm,表明联合升、降轨InSAR观测和地震位错模型约束构建同震三维形变场方法具有较高可行性,显著降低了大地测量数据不足、InSAR观测对南北向形变不敏感等问题的影响。     

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。     

The spatial response pattern of coseismic landslides induced by the 2008 Wenchuan earthquake to the surface deformation and Coulomb stress change revealed from InSAR observations

The 2008 Mw 7.9 Wenchuan earthquake triggered plenty of coseismic giant landslides, which resulted in almost one third of total fatalities and economic losses during the event. Previous studies investigated the spatial relations between landslide distribution and topographic and seismic factors such as elevation, slope aspect, distance from rupture trace and seismic intensity. However, few studies are performed exploring the effects of coseismic surface deformation and Coulomb stress change on triggering landslides due to lack of adequate deformation observation data and stress calculation model for slope failure. In this study, we develop an envelope method to map an entire coseismic deformation field in both near- and far-field areas of seismic faults through the data fusion from InSAR and pixel offset-tracking (POT) techniques. The change in static Coulomb stress (SCS) acting on coseismic landsliding surface caused by the event is determined using the faulting model derived from the joint inversion of InSAR and GPS data, and also with the use of the elastic half-space dislocation theory and the generalized Hook’s law. The analysis suggests the spatial response pattern of seismic landslides to the coseismic ground motion and stress change, especially in the vicinity of fault rupture trace. The landslide density dramatically rises with the stress increase within the range from Yingxiu to Beichuan areas along the major surface rupture. Moving further and eastward along the fault strike, most of large landslides are triggered as the zone of positive SCS change narrows. Moreover, the high-magnitude surface displacements are possibly responsible for the giant landsliding events in the easternmost section. From the analysis of the stress transfer, the occurrence of landslides in the study area is largely controlled by the Yingxiu-Beichuan fault with overwhelming rupture length and fault slip, yet the Pengguan fault indeed shows dominance in the area between the two faults. The results show that coseismic surface deformation (derived from InSAR data in this study) and static Coulomb stress change can serve as two significant controlling factors on seismic landslide distribution and that the stress factor seems more significant in the vicinity of surface rupture.     

利用GPS观测反演Tokachi-Oki地震(日本)及强余震的同震滑移分布

根据GPS观测的Tokachi-Oki地震及强余震引起的地表位移,采用基于敏感性探测的方法反演了两次地震分别引起的断层滑移。反演过程中,考虑了更切合实际的分层地球模型和断层面几何形状。主震和强余震滑移量的最大值分别为3.07m和0.33m,相应的矩震级分别为Mw7.94和Mw7.1,与地震波形反演的结果基本一致。另外,从主震和强余震的滑移分布来看,强余震的滑移主要分布在主震破裂较小的区域,一种合理的解释是,主震的破裂过程增加了邻区断层面上的能量积累,导致了强余震的发生。     

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。     

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。