利用差分干涉雷达测量技术(D-InSAR)提取同震形变场h

简要介绍了合成孔径雷达干涉测量技术、差分干涉雷达测量技术，并对干涉测量精度进行了简单讨论．以西藏玛尼地区为例，通过三通差分干涉处理，获取了玛尼地震同震形变场.结果表明:形变场长200 km、宽115 km．干涉条纹以北东东向发震断层——玛尔盖茶卡断层为中心分布，且基本与发震断层平行；通过对干涉形变图进行分析，发震断层可分为3段，其中西段长约23 km，中段长约60 km，东段长约26 km，整个发震断层共长110 km；震中附近最大隆起斜距向位移量为162.4 cm，断层西侧最大沉降斜距向位移量为103.6 cm，震中最大地面水平位错为7.96 m．      

2001年昆仑山口西8.1级地震同震形变场特征的初步分析a

利用差分干涉雷达测量技术获取的宏观震中区的同震形变场，结合对地震活动性、震源机制、野外考察等资料分析，对昆仑山口西8.1级地震同震形变场特征进行了研究. 结果表明:宏观震中位于库赛湖东北侧，宏观震中区发震断层可分为两个形变中心区域，其中西段长约42 km，东段长约48 km，整个发震断层主破裂段长90 km；由干涉形变条纹分布格局可清楚地判断出发震断层的左旋走滑特征；断层两盘变形特征不同，南盘变形程度明显大于北盘；宏观震中附近最大斜距向位移量为288.4 cm，最小斜距向位移量为224.0 cm，宏观震中发震断层最大左旋水平位错为738.1 cm，最小地面左旋水平位错为551.8 cm.      

Preliminary analysis on characteristics of coseismic deformation associated with M_S=8.1 western Kunlunshan Pass earthquake in 2001

IntroductionOnNovember14,2001,aMS=8.1earthquakeoccurredonthewestofKunlunshanPassintheborderareaofQinghaiandXinjiang,whichwasthestrongestearthquakeinChinesemainlandsincetheMS=8.0earthquakeoccurredinDangxiongdistrictofXizangAutonomousRegiononNovember18,1951.TheearthquakeoccurredontheEasternKunlunTectonicZone,whichwasapalaeoplatejunctionzoneinsideTibetanPlateau.ItdividedTibetanPlateauintothesouthandnorthparts.ThezoneplayedaveryimportantroleinTibetanPlateausdeformationprocessanddynamicev…     

Preliminary analysis on characteristics of coseismic deformation associated with <Emphasis Type="Italic">M</Emphasis><Subscript>S</Subscript>=8.1 western Kunlunshan Pass earthquake in 2001

Based on the analysis of coseismic deformation in the macroscopic epicentral region extracted by Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar (D-InSAR), and combined with the seismic activity, focal mechanism solutions of the earthquake and field investigation, the characteristic of coseismic deformation of M _S=8.1 western Kunlunshan Pass earthquake in 2001 was researched. The study shows that its epicenter lies in the northeast side of Hoh Sai Hu; and the seismogenic fault in the macroscopic epicentral region can be divided into two central deformation fields: the west and east segments with the lengths of 42 km and 48 km, respectively. The whole fault extends about 90 km. From the distribution of interferometry fringes, the characteristic of sinistral strike slip of seismogenic fault can be identified clearly. The deformations on both sides of the fault are different with an obviously higher value on the south side. In the vicinity of macroscopic epicenter, the maximum displacement in look direction is about 288.4 cm and the minimum is 224.0 cm; the maximum sinistral horizontal dislocation of seismogenic fault near the macroscopic epicenter is 738.1 cm and the minimum is 551.8 cm.     

Preliminary analysis on characteristics of coseismic deformation associated with M S=8.1 western Kunlunshan Pass earthquake in 2001

Based on the analysis of coseismic deformation in the macroscopic epicentral region extracted by Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar (D-InSAR), and combined with the seismic activity, focal mechanism solutions of the earthquake and field investigation, the characteristic of coseismic deformation of M _S=8.1 western Kunlunshan Pass earthquake in 2001 was researched. The study shows that its epicenter lies in the northeast side of Hoh Sai Hu; and the seismogenic fault in the macroscopic epicentral region can be divided into two central deformation fields: the west and east segments with the lengths of 42 km and 48 km, respectively. The whole fault extends about 90 km. From the distribution of interferometry fringes, the characteristic of sinistral strike slip of seismogenic fault can be identified clearly. The deformations on both sides of the fault are different with an obviously higher value on the south side. In the vicinity of macroscopic epicenter, the maximum displacement in look direction is about 288.4 cm and the minimum is 224.0 cm; the maximum sinistral horizontal dislocation of seismogenic fault near the macroscopic epicenter is 738.1 cm and the minimum is 551.8 cm. Foundation item: National Natural Science Foundation of China (40374013) and “Researching on the Disaster Earthquake” (2003) of Public Welfare Research Item, Ministry of Science and Technology of China.     

2010年1月12日海地 Mw7.0地震InSAR同震形变观测及同震滑动分布反演

2010年1月12日GMT时间21时53分,在海地境内(72.57°W,18.44°N)发生了Mw7.0地震.文中利用干涉合成孔径雷达(InSAR)方法获得了覆盖整个震区的高精度形变观测资料,用以研究该地震的发震机理.采用ALOs PALSAR数据,分析了轨道、大气等误差源对干涉信号的影响,最终获得了雷达视线向(LOS...     

玛尼地震的InSAR形变研究与模拟

采用欧洲空间局ERS-2的星载干涉雷达数据,选取1997年11月8日MW7.6级玛尼地震作为研究对象,采用了差分干涉方法,在通过对覆盖同一地区的SAR数据进行差分干涉处理,得到了玛尼地震的视线向同震形变场。经研究发现:该地震形变场呈长轴近北东东向不规则椭圆形分布,地表破裂带长度约为130km,发震断层走向约为78°,断裂为左行走滑特征。断层以南为隆起区,在发震断层附近最大视线向隆起位移量为113.6cm,断层以北为沉降区,最大视线向沉降位移量为170.4cm。基于Okada模型实现了具有复杂结构的4段断层段参数的InSAR形变场数据模拟,获得断层的最大走滑为6m,估计出玛尼地震的标量地震矩M0为2.69×10^20Nm,计算得到的矩震级MW为7.6。证明了研究方法的正确性和研究结论的可靠性。     

基于D-InSAR技术的玉树Ms7.1地震同震形变场提取与分析

2010年4月14日青海玉树县发生了Ms7.1地震.本文利用差分干涉合成孔径雷达(D-InSAR)测量技术,通过对日本先进陆地观测卫星搭载的ALOS PALSAR获得的雷达数据进行处理,提取了此次地震的同震干涉形变场.结果表明,形变场分布特征与其发震断层甘孜-玉树断裂带的左旋走滑特征一致;最大视线向形变量为-61.4c...     

中小地震三维形变场重构方法研究与同震滑动分布反演——以2016年5月22日定日MW5.3地震为例

地震三维形变场对于研究地震发震机制等具有重要意义。 已有的InSAR三维形变场重构研究中, 只有中强地震的实例。 由于形变量级小、 InSAR方位向形变的误差较大, 中小地震的三维形变场重构易受噪声等影响。 本文以2016年5月22日西藏定日M_W5.3地震为例, 开展中小地震三维形变场重构的尝试。 首先基于InSAR技术获取了Sentinel-1升轨和降轨观测模式下的同震形变场, 再结合同震形变场的特点、 区域构造特征等, 添加限定方程(走滑运动为0), 重构了同震三维形变场。 结果显示, 震中附近以下降为主, 幅度达7 cm, 南北方向形变较小(约2 mm), 此区域还伴有2 cm的西向水平运动; 形变中心区域东西两侧部分区域均出现少许东向运动(1.5 cm)。 由同震形变场特征判断此次地震以正断破裂为主。 本文提出了基于连续性分层采样选取样本点方法, 以适应本地震形变场的实际情况。 对所得的LOS向位移场和重构的三维形变场进行降采样, 反演得到了断层面上的滑动分布, 两种数据得到的结果相似, 最优发震断层的走向约181°, 倾角约45°, 断层错动平均滑动角约-87.1°, 平均滑动量约为3.6 cm, 最大滑动量位于深度6.5 km处, 相当于一次M_W5.4的地震。     

InSAR数据约束的2022年1月8日青海门源MS6.9地震发震构造研究

利用Sentinel-1A卫星升降轨道数据和D-InSAR技术获得青海门源2022年1月8日M_S6.9地震的同震形变场,并基于弹性半空间位错模型反演其震源参数,利用分布滑动模型确定断层面上的滑动分布。结果表明,2022年1月8日青海门源地震的同震形变场沿NWW-SEE方向分布;断裂带南缘升轨影像和降轨影像最大视距分别为61 cm和62 cm,断裂带北缘升轨影像和降轨影像最大视距地表形变量分别为43 cm和56 cm。InSAR同震形变场断裂尺度模型断层长30 km,宽18 km,最大滑移量3.5 m;断层滑动分布模型表明该地震为左旋走滑地震。结合冷龙岭断裂的运动特征和几何特征,初步确定此次M_S6.9地震的发震断裂为冷龙岭断裂     

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.     

基于D-InSAR技术的西藏改则地震同震形变场特征分析

2008年1月9日在西藏改则地区发生6.9级地震, 接着1月16日又发生6.0级余震, 表现为双震型。 本文利用差分干涉测量技术(D-INSAR), 通过对欧空局ASAR数据进行处理获取了其同震干涉形变场。 通过分析表明: 改则地震干涉形变场呈双贝壳状, 影响范围约33 km×30 km, 以北东向地震破裂带为分界线分为西北视线向沉降盘与东南视线向隆升盘, 最大视线向沉降形变量约53.2 cm, 最大视线向隆升形变量约11.3 cm。 西北沉降盘又存在东、 西两个形变中心, 推测西部形变中心受6.0级余震的控制, 东部形变中心受6.9级主震的控制。 宏观震中位置应位于左旋走滑改则—洞错断裂与依布茶卡—日干配错断裂的分阶部位(左阶), 构造应力场以张性拉伸为主, 导致地震破裂为典型的正断层破裂, 与此次地震的干涉形变场特征及哈佛大学震源机制解吻合。     

综合InSAR和应变张量估计2016年MW7.0熊本地震同震三维形变场

利用合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)影像提取与地质活动相关的三维地表形变场,对深入理解地质灾害的形成机制及其潜在灾害风险评估非常重要.目前,利用SAR影像的同震三维形变场提取主要利用单个像素点的多次观测构建观测方程,然后基于加权最小二乘(Weighted Least Squares,WLS)方法分解从而获得同震三维形变场,因此该方法缺乏对相邻像素点空间相关性的约束.考虑相邻同震位移点的应力连续性,研究学者提出了顾及大地测量应变张量和卫星形变观测的SAR同震三维形变场方法(Extended Simultaneous and Integrated Strain Tensor Estimation from geodetic and satellite deformation Measurements,ESISTEM).本文以2016年MW7.0熊本地震为例,收集了覆盖此次地震的ALOS-2卫星升降轨影像,利用传统差分InSAR(DInSAR)方法和子孔径雷达干涉测量(Multiple Aperture InSAR,MAI)方法分别对升降轨SAR影像对进行处理,得到视线向(LOS)形变和方位向形变,最后利用ESISTEM方法获取此次地震的三维同震形变场.此外,利用GPS和野外考察观测对本文的三维形变场结果进行结果精度分析.研究结果表明,与传统WLS方法相比,ESISTEM方法不仅能有效抑制奇异像素点对形变结果的干扰,同时对近断层的失相干信号能进行较好的恢复,更有助于解释地表破裂区的地震形变特征和掌握地震发生机制.本文确定的三维同震形变场结果显示主形变区发生在Futagawa断层中部和Hinagu断层最北端,最大水平位移为2m,抬升为0.55m.断层破裂以NE-SW走向的右旋走滑为主兼有部分正断成分.应变张量分析表明发震断层处受到了明显的收缩力和剪切力的作用.     

基于InSAR分析2015年尼泊尔MW7.8地震形变场特征及断层滑动分布反演

2015年4月25日尼泊尔发生了M_W7.8地震, 本文基于震前、 震后两景Sentinel-1A雷达影像, 采用D-InSAR两轨差分干涉法提取了此次地震的同震形变场。 结果显示, 同震形变场位于喜马拉雅造山带—主边界逆冲断裂(MBT)和主前锋逆冲断裂(MFT)附近, 形变场整体表现为自西北向往东南方向延伸近150 km的纺锤形包络状, 以大面积隆起抬升形变为主, 视线向最大隆升形变达1.18 m, 抬升区北侧存在一小沉陷区, 以InSAR观测值定位同震最大形变中心。 基于均匀介质弹性半空间模型(Okada模型)与InSAR观测数据反演了断层滑动分布。 反演结果表明该地震属于典型逆冲型地震, 发震断层为主喜马拉雅逆冲断裂(MHT), 同震破裂从主喜马拉雅逆冲断裂(MHT)向上沿着主前锋逆冲断裂(MFT)传递。 基于InSAR同震形变场局部形变细节, 结合震区地质背景、 断裂分布及断层运动特征, 获得了同震破裂拟出露地表迹线。     

Rupture process of the 2015 Pishan earthquake from joint inversion of InSAR,teleseismic data and GPS

An earthquake of Mw6.4 occurred in Pishan County in Xinjiang Province, northwestern Tibetan Plateau, on July 3,2015. The epicenter was located on an active blind thrust system located at the northern margin of the Western Kunlun Mountain Orogenic Belt southwest of the Tarim Basin. We constructed a shovel-shaped fault model based on the layered-crust model with reference to the seismic reflection profile, and obtained the rupture process of the earthquake from the joint inversion of Interferometric Synthetic Aperture Radar(InSAR) measurements, far-field waveform data, and Global Positioning System(GPS) data. The results show that the seismic fault dips southward with a strike of 109°, and the rupture direction was essentially northward. The fault plane rupture distribution is concentrated, with a maximum recorded slip of 73 cm. The main features of the fault are as follows: low inclination angle(25°–10°), thrust slip at a depth of 9–13 km, rupture propagation time of about 12 s, no significant slip in soft or hard sedimentary layers at 0–4 km depth and propagation from the initial rupture point to the surrounding area with no obvious directionality. The InSAR time-series analysis method is used to determine the deformation rate in the source region within 2 years after the earthquake, and the maximum value is ~17 mm yr-1 in the radar line-of-sight direction. Obvious post-earthquake deformation is evident in the hanging wall, with a similar trend to the coseismic displacement field. These results suggest that the Pishan earthquake has not completely released the accumulated energy of the region, given that the multilayer fold structure above the blind fault is still in a process of slow uplift since the earthquake. Post-earthquake adjustment models and aftershock risk analysis require further study using more independent data.     

2015年新疆皮山MW6.4地震发震断层和滑动分布反演

本文基于Sentinel-1A卫星影像数据提取了2015年皮山M_W6.4地震的同震形变场, 震中北部以隆升为主, 最大抬升量为12.9 cm; 南部以沉降为主, 最大沉降量为5.5 cm。 采用基于单一断层滑动模型的多峰粒子群优化和蒙特卡罗算法, 以LOS向InSAR形变场为约束, 对发震断层的几何模型进行非线性反演。 在此基础上, 联合InSAR和GPS数据, 利用最速下降法反演断层滑动分布。 综合结果表明: 发震断层是顶部埋深约7.4 km的隐伏断裂, 断层面大小为48 km×35 km, 断层走向、 倾角、 断层滑动角分别为111°、 19°、 91°; 断层最大滑动量0.47 m, 位于深度为10.6 km的区域; 累计地震矩3.89×10¹⁸ N·m, 约合矩震级M_W6.33。 最后, 依据主震断层滑移量计算了主震对周围中小断裂的库仑应力扰动变化, 结果显示距离震中最近的泽普断裂受主震影响的库仑应力明显增加; 震后3年内余震集中分布在泽普断裂库仑应力增加区域, 表明皮山地震主震对余震的发生可能具有一定的应力触发作用。     

基于GNSS与InSAR约束的九寨沟MS7.0地震滑动模型及其库仑应力研究

2017年8月8日的九寨沟M_S7.0地震发生在岷江断裂、塔藏断裂及虎牙断裂交汇地区,地处青藏高原东北部的川甘交界地区,位于巴颜喀拉地块的东缘,地质构造复杂,对于九寨沟地震震中位置和发震断层的确定,存在不同意见.本文利用GNSS及升降轨InSAR观测,在获取九寨沟地震同震形变场的基础上,基于均匀弹性半无限位错模型,联合反演了发震断层的滑动分布模型,并计算了同震库仑应力变化.InSAR同震形变场显示,视线向最大沉降量和抬升量分别为0.21 m和0.16 m,形变场长轴为NW向,形变主要集中在断层西侧.距震中40 km和65 km的九寨和松潘两县,水平向的GNSS同震位移分别达14.31 mm和8.22 mm.联合GNSS和InSAR同震形变场反演得到的滑动分布主要集中在沿走向5~33 km,倾向2~20 km的范围内,平均滑动量为0.18 m,最大滑动量为0.91 m.发震断层长40 km,宽30 km,走向155°,倾角81°,滑动角-9.56°.同震位移场及滑移分布模型表明此次地震为一次左旋走滑为主的地震事件,地震破裂并未完全到达地表,与虎牙断裂北段的几何产状和运动学性质更为接近,结合精定位余震的分布,我们确定虎牙断裂北段为此次地震的发震断层,震中位于北纬33.25°,东经103.82°,震源深度10.86 km,矩震量为7.754×10¹⁸ Nm,相应的矩震级为M_W6.5,与美国地调局和哈佛大学给出的震源机制解基本一致.同震库仑应力导致了虎牙断裂北段延长线的东北和西南两端应力增强,其中塔藏断裂的罗叉段和马磨段未来强震的危险性值得关注.     

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。     

基于多期DInSAR数据的2016年定结地震序列发震断层特征研究

2016年5月22日,在西藏定结县发生四次MW4~5地震,研究本序列地震的发震断层几何和运动特征对于认识周边活动断裂性质具有重要意义.由于发震地区偏远,且观测台网分布稀疏,本研究采用星载雷达干涉测量(DInSAR)技术进行了同震形变场重建,但是定结地震震级较小,单干涉像对获取的形变场受相位噪声影响较大.为了解决这一问题,本研究基于时间序列Sentinel-1A干涉数据生成多期同震与非同震干涉图,并利用叠加平均法对本次定结地震同震形变场进行重建,提取了定结2016年5月22日多次地震产生的同震累计整体形变场.基于InSAR同震形变场和区域地质特征,研究进行了滑动分布反演,确定其主要贡献的发震断层几何参数及滑动分布:断层走向为188°,倾角为43°,平均滑动角为78°,发震断层的运动性质以正断为主兼具少量左旋走滑分量,滑动主要集中在断层垂直深度0~9km处,最大滑动量约为25cm,位于断层倾向深度3km处,反演得到的矩震级为MW5.58.本研究结果表明采用星载InSAR叠加平均技术可以较好地压制相位噪声,有效提取此类中小型浅源地震同震微弱形变场.最后,我们认为本次定结地震与藏南拆离断层与申扎-定结断层的活动密切相关.     

Research on Characteristics of Focal Rupture of the Zhangbei-Shangyi Earthquake by Means of Deformation Field Obtained by Spaceborne D-INSAR

INTRODUCTIONAnMS6 2earthquakeoccurredon 1 0Jan .1 998ontheborderofZhangbeiandShangyicountriesofHebeiProvince .TheearthquakewasnamedtheZhangbei_Shangyiearthquake .Theepicenterislocatedintheregion ,whichiscoveredwithbasaltandthereisnoactivefaultonthesurface .Aftertheearthquakeoccurred ,manyscholarsstudieditsseismogenictectonicsandfocalcharacteristicsinaspectsofactivestructure ,aftershockdistribution ,intensitycontour,focalmechanismetc .(XuXiwei,etal.,1 998;XuJie ,etal.,1 998;MaShutia…