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。     

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。     

川滇地区近期地壳变形动态特征研究

基于1999年以来的GPS观测数据,重点分析了川滇地区近期的变形特征,计算给出了该区域主要断裂带的滑动速率,并结合GPS剖面初步识别了断裂带所处的孕震阶段。结果表明,红河断裂带始终处于弱形变区域,值得进一步关注;汶川地震后,由于研究区域应力场的调整和应变的重新分配,使得安宁河断裂带的活动变化较小,逐步趋缓,走滑分量存在明显趋缓现象,并且安宁河断裂带的闭锁深度在一定程度上有所增加;小江断裂带的走滑分量存在明显趋缓现象,显示存在强闭锁现象,小江断裂带平行于断层方向GPS速度剖面显示断裂带两侧变形平缓且变形范围较大;昭通、莲峰断裂的挤压和剪切变形积累均存在弱化现象,可能预示该区域挤压应变积累背景较高。     

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。     

汶川地震孕育过程中变形场变化特征研究

揭示与地震孕育过程相关的变形场特征是判别地震孕育阶段及地震危险性的一个重要途径。收集汶川Ms 8.0地震震中区汶川台自2002年10月至汶川地震前的地倾斜观测数据,利用小波分析方法和分段拟合方法,提取了震前地倾斜变化的阶段性特征;利用2001年以来全球卫星导航系统（global navigation satellite system, GNSS）站坐标日解数据,计算了震中附近的泸州GNSS站与周围GNSS站间基线,通过基线变化与区域地震的Benioff蠕变结果的对比,发现了二者的协同性特征。分析结果表明,2004年底汶川台地倾斜速率出现显著下降,西向倾斜速率由230 ms/a减少到130 ms/a;2007年初至发震前减少到60 ms/a;2007年底至发震前未出现指数型加速变化。广州-泸州GNSS基线在2005年初开始的加速缩短异常与Benioff蠕变亏损异常具有较高的相关性,相关系数为0.89;该基线加速缩短持续时间约2.5 a,对应地震的震级估计为7.9级,与汶川地震震级相当,反映了其与汶川地震的应变积累具有一定的相关性。2004年苏门答腊Ms 8.9地震的发生对川滇地区应力应变场影响较为显著,对汶川地震的孕育发生起到了加速作用。研究结果对于认识地壳形变观测的意义及创新地震预测思路具有参考价值。     

芦山Ms 7.0级地震震前及同震地表形变

对四川地区GNSS观测数据进行处理,获得如下结果:①汶川Ms8.0级地震之前龙门山断裂带及其以北近150km的范围内几乎不存在可分辨的右旋走滑活动和压性形变,四川盆地以西-鲜水河安宁河断裂带以东约100km的范围内几乎也不存在可辨的形变;②汶川Ms8.0级地震之后芦山Ms7.0级地震之前,龙门山断裂带中、北段存在约5mm/a右旋走滑活动,芦山震源及附近地区的三维形变一直处在闭锁状态,鲜水河安宁河断裂带及其以东的左旋形变有所增强;③芦山地震可变的同震形变场基本分布于以震源为中心的数十km范围内,大致以震中为界东侧呈右旋形变,西侧呈左旋形变;④距震中较近约12km的LS05震时"永久性"垂向位移量约7cm,水平向逆冲量约4cm,走滑量约5cm。     

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。     

GRACE卫星时变重力场的小波多尺度分解——以2008年汶川Ms8.0大地震为例

根据UTCSR发布的GRACE卫星资料,计算了汶川及其周边地区的卫星时变重力场,并利用小波多尺度分析方法对卫星重力场进行分解,得到了反映不同深度的重力场细节和逼近。通过研究各个细节和逼近成分的重力场变化,结合区域构造运动的特点,对GRACE观测的时变重力场及汶川地震的动力机制进行了初步解释和讨论。结果表明,4阶细节和4阶逼近较好地揭示了汶川地区构造形变和深部物质流动引起的重力变化,而且这种震前重力变化特征满足地震孕育发生的条件。     

利用Sentinel-1A数据监测地表形变案例分析

雷达卫星结合InSAR技术已广泛应用于高精度地表形变监测领域。本文选取2017年九寨沟地震为研究案例，利用Sentinel-1A地震前后的单视复数影像，基于D-InSAR技术获取该次地震的同震形变场。结果显示：震中西北侧表现出相对均匀的下沉现象，沉降漏斗区雷达视线向最大沉降量达25.1 cm；东南侧呈现不均匀抬升状态，地表破碎较为明显，最大抬升量为11.6 cm。研究表明基于Sentinel-1A数据的D-InSAR技术可以为地震形变场的定量分析提供一种快速有效的手段，为阐释地震发震机理及评估受灾情况提供必要的数据支撑，具有广阔的应用前景。     

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。     

汶川地震震后GNSS形变分析

采用国际通用高精度数据处理软件对1999—2015年汶川地震震后龙门山断裂两侧分布的109个GNSS连续站和区域站资料进行数据处理与分析,得到各测站点水平向坐标时间序列。考虑2013年芦山地震同震位移影响,通过时间序列分析,获取震后该区域109个测站在2010—2015年间累计震后形变场,断裂带上盘靠近震中的近场区域,水平向最大震后位移达到5~7 cm。基于震后黏弹性松弛模型,通过格网搜索,根据3种不同破裂模型分别反演龙门山断裂上盘中上地壳最佳弹性层厚度估值与下地壳/上地幔黏弹性层最佳黏滞系数,获取3种不同破裂模型在2010—2015年间震后形变观测值与模拟值分布。根据模型二反演得到的模型参数,推估汶川地震在未来几十年内对周边区域地壳形变影响,其中仅2018—2058年40年尺度累计震后位移最大能达到19 cm。     

利用带倾角断层形变公式研究川滇块体东边界断裂带形变特征

在经典的走滑位移公式的基础上进行改进, 引入断层倾角信息, 使其反映了走滑断层倾角对地表形变的影响。由于断层倾角的存在使得震间位移曲线的中心是以断层面闭锁-滑动分界在地表的投影为中心, 并且此处形变变化最大; 公式中的倾角项表示拟合的断层倾角, 体现了断层出露地表处与断层闭锁-滑动分界的整体偏移, 其值往往小于近地表倾角测量值。以改进的公式作为断层剖面分析的拟合公式, 应用于汶川地震前后川滇块体东边界主要走滑断裂形变特征的剖面分析研究中, 得到的拟合结果与其他方法得到的结果具有较好的一致性。改进公式比原公式更客观地反映了断层的形变状态, 但由于针对单条断层的剖面拟合受多种因素的影响, 拟合结果需结合实际情况作进一步分析。     

芦山地震前后川滇地区地壳水平形变特征研究

为获取芦山地震前后川滇地区地壳的形变特征,利用陆态网2009—2013年和2014—2016年两期全球卫星导航系统(GNSS)水平速度场资料分别计算并对比分析了地震发生前后主应变率场、最大剪应变率场、面膨胀率场及基线长度的变化情况。结果显示芦山地震之前龙门山断裂带主要以压缩应变为主,面压缩应变和最大剪应变均处于高值区,震后能量部分释放,压缩形变程度减弱,但其西南方向的安宁河断裂带和鲜水河断裂带南段出现明显的压缩应变高值区,同时南汀河断裂带附近也呈现较明显的压缩应变。岷江断裂带附近区域的压缩应变虽然减弱,但仍然没有改变它的应变状态,这可能促使了2017年九寨沟Ms7.0地震的发生。     

2008年汶川地震前的形变异常及机理解释

2008年5月12日发生了汶川8.0级大地震,震前的定点形变观测值曲线异常很少。震后通过对定点形变观测台站的震前数据进行了深入分析和处理,发现在汶川8.0级地震前存在形变异常,且距震中较近的台站,出现的异常信息的频率较高;距震中稍远的台站,出现的异常信息的频率较低。对这些现象进行了初步的解释。     

联合地震位错模型和ESISTEM方法提取地震同震三维形变场

高精度同震三维形变场对于研究地震变形模式、震源机制等具有重要意义。设计并实现了一种联合地震位错模型和扩展融合大地测量、卫星形变观测、应变张量估计(extended simultaneous and integrated strain tensor estimation from geodetic and satellite deformation measurements, ESISTEM)方法的新方法,以2021年Ms 6.4漾濞地震为例,利用哨兵1号A、B星(Sentinel-1A/B)升、降轨影像获得该地震的合成孔径雷达干涉测量形变场,利用地震位错模型正演得到的南北向形变分量进行约束,成功提取了该地震完整的同震三维形变场及应变场。结果表明,漾濞地震断层西南侧主要向西、向北运动,最大形变分别为4.8 cm、9.5 cm;东北侧主要向东、向南运动,最大形变分别为7.4 cm、4.6 cm;垂直向抬升、沉降的最大值分别为3.6 cm、3.4 cm;发震断层以右旋走滑运动为主,兼有少量正断分量;发震断层区域受到显著的膨胀、剪切和旋转作用。     

汶川地震GPS形变约束的破裂分段特征及滑移

为了解2008年汶川地震破裂分段特征及滑移,采用弹性位错模型和模拟退火算法,数值模拟汶川震区密集的GPS同震形变。结果表明,GPS同震形变场至少需要用铲状的映秀-北川五断裂加上灌县－江油断裂来模拟,该模型对GPS数据的符合程度与汶川地震滑动分布模型相当,基本反映了汶川地震破裂特征。映秀－北川断裂总长255~294km。南段以逆冲为主,分上下两层,最深达30km。中段右旋走滑和逆冲都很大,而北段以右旋走滑为主。映秀段地震周期最短为3000年。破裂上层深度14km可能是龙门山中央断裂的闭锁深度。汶川地震可能源于相邻块体的相对运动和挤压、深部滑脱或浅部闭锁,在薄弱构造处首先爆发地震。     

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.