Source parameters of the 2009 L'Aquila earthquake,Italy from Envisat and ALOS satellite SAR images

2009年4月6日意大利L’Aquila地区发生了Mw6.3级地震,该地震造成了300余人的人员死亡.本文联合不同波长、不同入射倾角的升降轨Envisat和ALOS卫星的差分干涉数据对该地震进行震源机制解的反演研究.研究首先对卫星雷达影像进行二通差分干涉处理,获取了覆盖L' Aquila地震震区的完整InSAR同震形变场,然后结合四叉树和均匀采样方法对原始观测数据进行降采样.在此基础上,联合GPS形变观测数据,利用弹性半空间矩形和三角位错模型,以及断层自动剖分技术对断层面进行最优离散剖分,反演获取了发震断层的精确几何参数和最优断层滑动分布,结果显示分布式三角位错滑动模型能够很好地解释观测到的地表形变场.反演结果表明发震断层是一个以正倾滑为主兼有少量右旋走滑的盲断层;基于观测数据最优确定的断层单元的最短边长为0.4 km,最长边长为6.3 km;此次地震的滑动分布主要发生在5～14 km深度的范围内,最大滑移量为1.07 m,释放的能量为3.43×1018N·m(Mw6.32),与地震学的研究结果非常一致.     

利用InSAR资料反演缅甸Mw6.8地震断层滑动分布

2011年3月24日缅甸东北部发生M_w6.8级地震.本文利用覆盖该地区的升降轨ALOS PALSAR数据,获取了该次地震的同震形变场,并采用灰度配准技术获取了其地表破裂位移.针对影像中因轨道不精确造成的非线性长波长误差,本文采用二次多项式曲面法予以去除,获取了更为精确的同震形变场.最后,基于弹性半空间形变模型反演了该地震的断层滑动分布.结果表明,该地震断层滑动以左旋走滑为主,兼具少许的倾滑运动分量,断层滑动主要集中分布在断层面0~10 km深度范围,最大滑动量达5 m,位于地表以下5 km深处.反演获得的地震标量矩为2.49×10¹⁹N·m,震级约为M_w6.8级.     

联合Envisat和ALOS卫星影像确定 L'Aquila地震震源机制

2009年4月6日意大利L'Aquila地区发生了M_w6.3级地震,该地震造成了300余人的人员死亡. 本文联合不同波长、不同入射倾角的升降轨Envisat和ALOS卫星的差分干涉数据对该地震进行震源机制解的反演研究. 研究首先对卫星雷达影像进行二通差分干涉处理,获取了覆盖L'Aquila地震震区的完整InSAR同震形变场,然后结合四叉树和均匀采样方法对原始观测数据进行降采样. 在此基础上,联合GPS形变观测数据,利用弹性半空间矩形和三角位错模型,以及断层自动剖分技术对断层面进行最优离散剖分,反演获取了发震断层的精确几何参数和最优断层滑动分布,结果显示分布式三角位错滑动模型能够很好地解释观测到的地表形变场. 反演结果表明发震断层是一个以正倾滑为主兼有少量右旋走滑的盲断层;基于观测数据最优确定的断层单元的最短边长为0.4 km,最长边长为6.3 km;此次地震的滑动分布主要发生在5～14 km深度的范围内,最大滑移量为1.07 m,释放的能量为3.43×10¹⁸ N·m(M_w6.32),与地震学的研究结果非常一致.     

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.     

利用 Yabuki＆Matsu'ura 反演方法计算2011年日本东北地区太平洋海域Mw9.0级地震同震滑动分布

Yabuki & Matsu'ura反演方法是利用ABIC最佳模型参数选取方法和平滑的滑动分布作为约束条件,由形变观测数据计算发震断层滑动分布.本文基于日本列岛同震GPS观测数据和发震断层曲面构造模型,利用Yabuki&Matsu'ura反演方法计算2011年日本东北地区太平洋海域Mw9.0级地震的发震断层同震滑动分布.反演结果表明,断层面上的最大滑动量为35 m,较大滑动分布在浅于30 km的震源中心上部,最大破裂集中在20 km深度的地方,其地震矩约为3.63×1022N·m,对应的矩震级为Mw9.0.模拟结果显示Yabuki&Matsu'ura反演方法更适用于倾角低于40°的断层模型反演.最后,本文基于上述方法获得的发震断层滑动模型,利用地球体位错理论正演计算该地震在中国及其邻区产生的远场形变,正演计算结果基本可以解释由中国GPS陆态网络观测到的同震形变.     

影像大地测量技术再探伊朗桑塞菲德2017年Mw6.1地震盲断层倾向

在盲断层参数未知的情况下,确定断层模型参数是获取震源机制的基础,也是地震风险性分析的首要任务.2017年伊朗桑塞菲德Mw6.1地震倾角的确定作为盲断层参数确定的一个宝贵实例,在研究观点上仍存在诸多争议.为更好地解释此次地震断层倾角,本文先基于弹性半空间模型构建了东北倾和南倾两种备选的单一平面断层模型.在此基础上,利用哨兵1号和ALOS-2提供的影像大地测量数据联合解算的二维同震形变揭示了两种不同断层模型的逆冲走滑运动特性以及俯冲带逆冲断层破裂模式.为进一步分析更多断层细节并充分解释断层倾向,本文以二维形变数据为约束采用最小二乘动力学反演和贝叶斯反演分别获取了两种潜在断层的最优断层参数和滑动分布并着重分析了两种方法反演结果的各向异性,结果表明东北倾断层具有较小残差且滑动分布更合理.通过分析主震后重定位的59次余震结果发现余震走向分布以及深度延伸方向与东北倾断层模型更吻合,并且东北倾向断层走向与伊朗东北部已知活动断层基本平行,因此可以作为桑塞菲德地震的发震断层为WNW ESE走向的进一步佐证.本文研究的断层参数为走向314.67°,倾角41.5°,平均滑动角128.8°,断层特征为东北倾逆冲兼具右旋走滑,滑动分布主要集中在沿走向6～22 km处,最大滑动量为7 km深处的1.09 m,断层破裂并未到达地表,反演矩张量为1.427×1018N·m,相当于Mw6.07矩震级地震.     

2020年西藏尼玛Mw6.3地震InSAR同震形变特征与破裂滑动分布

2020年7月22日(UTC)西藏尼玛发生Mw6.3地震.为准确确定地震的发震断层、反演破裂滑动分布以及评估地震危险性,本文利用合成孔径雷达差分干涉(DInSAR)技术对Sentinel-1A/B数据进行处理,获取视线向(line of sight,LOS)同震形变场,形变场显示以沉降为主,长轴呈NE向,升、降轨最大沉降量分别为～30 cm和～26 cm.采用基于序列蒙特卡罗采样的贝叶斯方法反演发震断层的位置和几何参数,并在此基础上通过最速下降法反演同震破裂滑动分布.反演结果显示:发震断层走向～30.41°±1.25°,倾角～49.52°±1.06°,属东倾断层.震中位置为(86.89°E,33.18°N),对应深度7.23 km.同震破裂只存在一个滑动中心,主要集中在3.4～11.8 km深度,最大滑动量～0.98 m,平均滑动角-74.54°,表明本次地震是以正断为主兼具少量左旋走滑,释放地震矩约为3.86×1018 N·m,对应矩震级Mw6.36,略大于USGS(United States Geological Survey,美国地质调查局)提供的震级.对于深度5 km和10 km位于破裂区南北端,以及深度15 km和20 km位于破裂区东西侧,其库仑破裂应力变化≥0.01 MPa,未来危险性值得更多的关注.     

利用GPS和InSAR数据反演2011年日本东北MW9.0地震断层的同震滑动分布

本文首先对Envisat/ASAR数据进行干涉处理, 获取2011年日本东北M_W9.0地震的地表InSAR同震形变场; 然后通过对InSAR同震形变数据重采样方法的深入分析, 选择条纹率法结合干涉图的空间相干性对InSAR同震形变数据进行重采样; 最后基于弹性半空间位错模型, 联合InSAR与GPS形变数据, 采用最小二乘法反演发震断层的滑动分布. 研究结果表明: 考虑相干性的条纹率重采样方法, 更适用于形变场中存在除断层外的有限边界、 且形变场范围较大的InSAR数据重采样处理; 断层滑动主要发生在地表以下50 km范围内, 最大滑动量为49.9 m, 矩张量为4.89×1022 N·m, 所对应的矩震级为M_W9.1, 与地震学反演的结果比较吻合.      

2008年仲巴地震形变及其揭示的构造运动

2008年8月25日拉萨块体中部的仲巴县发生了MW6. 7地震,之后发生了MW6. 0余震。然而,针对此次地震,不同机构给出的震源位置和发震断层参数存在一定差异,同时对其所揭示的构造意义也需要更深刻的认识。文中利用不同波长、不同入射倾角的升降轨ENVISAT ASAR和ALOS PALSAR卫星数据,基于In SAR技术获取了该地震的8幅同震形变场图像,得到此次地震引起的地表形变长约50km,且分为南、北2瓣。为了更好地反演主震的破裂滑动分布,在数据降采样过程中,设置近场区域的采样间隔远小于远场区域,以保证主要形变区域的观测数据特征和采样密度,并且扣除了余震形变的影响。基于Okada均匀弹性半空间位错模型和SDM方法反演的结果表明,此次地震的发震断层为E倾的帕龙错断裂,破裂滑动主要为正断倾滑兼部分左旋走滑性质,南段最大滑动量为1. 15m,北段最大滑动量为0. 52m。为了进一步理解此次地震的构造背景,文中利用SBAS-In SAR技术获得了震后仲巴地区2008—2010年的形变时间序列,发现形变主要是由剥蚀导致的沉降区堆积所引起的,而在断裂两侧并不明显。结合1991—2015年的GPS数据分析,认为拉萨块体内部EW向的伸展作用是明显且不均匀的,地堑附近伸展量逐渐减小。正断型地震在高原隆升过程中可能起着重要的调节作用。     

基于Sentinel-1A数据的四川长宁MS6.0地震同震形变场分析及断层滑动分布反演

利用大地测量数据研究2019年6月17日四川长宁M_S6.0地震同震形变场特征和发震断层参数, 基于DInSAR技术处理升降轨Sentinel-1A数据获取干涉相位图, 并考虑大气折射效应和余震形变误差实现同震形变场改正。四叉树采样后的形变数据作为反演数据源, 采用弹性半空间分层模型反演发震断层几何面滑动分布。结果表明本次地震发震机制为兼具逆冲和左旋走滑, 矩震级为M_W5.9, 断层破裂尺度达28 km×20 km, 震源深度约9.4 km。升降轨视线向同震形变场在断层两侧呈现形变特征差异, 最大沉降量分别是8.34 cm(升轨)和4.23 cm(降轨), 最大抬升量分别是5.5 cm(升轨)和7.5 cm(降轨); 发震断层走向为302°, 倾角为43°, 平均滑动角为50°, 断层面最大滑动量达到0.28 m。     

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.     

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.     

2014年新疆于田MS7.3地震同震位移及位错反演研究

利用于田震中300 km范围内的1个GPS连续站和12个GPS流动站数据,解算得到了2014年新疆于田M_S7.3地震地表同震位移,并反演了发震断层滑动分布,探讨此次地震对周边断裂的影响.地表同震位移结果显示,GPS观测到的同震位移范围在平行发震断裂带的北东-南西向约210 km,垂直发震断裂带的北西-南东方向约为120 km,同震位移量大于10 mm的测站位于震中距约120 km以内;同震位移特征整体表现为北东-南西方向的左旋走滑和北西-南东方向的拉张特征,其中在北东-南西方向,I069测站位移最大,约为32.1 mm,在北西-南东方向,XJYT测站位移最大,约为28.1 mm;位错反演结果表明,最大滑动位于北纬36.05°,东经82.60°,位于深部约16.6 km,最大错动量为2.75 m,反演震级为M_W7.0,同震错动呈椭圆形分布,以左旋走滑为主并具有正倾滑分量,两者最大比值约为2.5：1,同震错动延伸至地表,并向北东方向延伸,总破裂长度约50 km,地表最大错动约1.0 m;同震水平位移场模拟结果显示贡嘎错断裂、康西瓦断裂和普鲁断裂等不同位置主应变特征具有差异性,这种差异特征是否影响断裂带以及周围区域的应力构造特征,值得关注.     

基于形变观测分析2011年日本9.0级地震与断层运动间关系

2011年3月11日日本发生9.0级地震,本文以此次地震的震间、同震和震后形变观测为约束,依据不同时段断层运动空间分布特征分析日本海沟地区强震与断层运动间关系.震间日本海沟地区,断层运动闭锁线深度约为60km,闭锁线以上从深到浅依次为断层运动强闭锁段、无震滑移段和弱闭锁段.由同震位错反演结果,2011年日本9.0级地震同震存在深浅两个滑移极值区,同震较浅的滑移极值区(同震位错量10~50m,深度小于30km)震间为断层弱闭锁段;同震较深的滑移极值区(同震位错量10~20m,深度在40km左右)震间为断层强闭锁段;而在两者之间的过渡带同震位错相对较小,震间断层运动表现为无震滑移.震后初期断层运动主要分布在在闭锁线以上的同震较深滑移极值区,而同震较浅的滑移极值区能量释放比较彻底,断层震后余滑量相对较小.依据本文同震和震间断层运动反演结果,震间强闭锁段积累10m同震位错需要100多年时间,与该区域历史上7级地震活动复发周期相当;震间弱闭锁段积累30~50m同震位错约需要300~600年时间,与相关研究给出的日本海沟9级左右地震复发周期比较一致.在实际孕震能力判定的工作中,由于不同性质的断层段在同震过程中会表现更多的组合形式,断层发震能力判定结果存在更多的不确定性,但利用区域形变观测等资料给出震间断层运动特征的研究工作对于断层强震发震能力的判定具有非常重要的实际意义.     

2008年新疆乌恰Mw6.7地震震源机制与形变特征的InSAR研究

2008年10月5日新疆乌恰M_w6.7级地震发生在南天山、帕米尔高原及塔里木盆地交汇地带,基于地震波反演的震源机制解确定的震源深度存在较大差异.本文利用日本ALOS卫星的PALSAR图像,获得了本次地震的同震形变场,基于卫星视线向（LOS）和方位向（Azimuth）的形变,采用均匀弹性半无限位错模型和有界最小二乘（BVLS）算法,以网格矩形位错元法对发震断层的几何产状、滑移及分布进行了估算,结果表明本次地震以逆断破裂为主,断层面上最大位错量接近3.4 m,形变中心位于73.8040°E,39.5335°N,深度约5 km,震级估算为M_w6.6;地震发生在走向46°,倾角48°的断层上,发震断层长30 km,宽14 km,闭锁深度9 km,符合该地区浅源地震多发的构造特点,发震断层为乌合沙鲁断裂带.InSAR反演的滑移形变主要集中于地下2~7 km,表明乌恰地震为浅源地震,可能与该断层附近历史地震未完全释放的残余应力积累有关.同时,InSAR反演的断层位错分布呈现双破裂特征,震级分别为M_w6.5和M_w6.1,可能与本次地震的主震和余震相对应,也可能是由主震激发而产生的两组破裂.     

2013年巴基斯坦俾路支MW7.7地震震源过程研究

利用高分辨光学影像获取的同震水平位移场资料联合远场波形数据反演获得了2013年巴基斯坦俾路支M_W7.7地震的震源过程模型.结果显示这是发生在具有弧形铲状几何形态的Hoshab断层上的一次左旋走滑为主要运动特征的强烈地震事件.推断这种具有罕见运动模式的强烈地震是斜向应力场与特殊的断层几何形态共同作用的结果.研究工作中采用大数据量均匀分布的同震位移资料参与反演计算,结果表明这种以完整图像的形式使用位移场资料的方式可以克服资料可能存在的系统误差获得可信的结果.     

汶川地震震前与同震断层滑移的比较分析

本文利用GPS观测的1999-2007年汶川震前3期地表变形数据和2008年汶川同震地表变形数据,结合地震位错理论,通过高斯变换和坐标旋转建立断层模型,运用遗传算法,反演了龙门山断裂带断层震前3期和同震滑动参数。结果表明龙门山断层震前3期平均走滑位移为-5.39mm,倾向位移为2.66mm,与同震断层滑移相比较,发现震前断层的滑移趋势与同震断层滑移一致,均为逆冲兼右旋的挤压运动。比较震前3期逆冲方向的滑移量,发现逆冲滑移有加速的现象。并根据震前和同震的断层滑动量估算了汶川地震复发周期。     

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。