汶川地震断层滑动及形变演化模拟研究

2008年5月12日,四川汶川Mw7．9地震发生在青藏高原东缘龙门山断裂带的北川和彭灌断层上,地表破裂最大右旋走滑4．9m。地震发生后,中国地震局立即组织了GPS、In—SAR、地质等监测。中国地震局地震研究所在完成GPS监测任务的同时,复测了四川GPS控制网A级和B级点、三角点,获得464个高精度GPS同震形变。并根据其中13个1HzGPS连续站数据获得震时动态形变序列,用震后GPS监测网获得震后8个月47个站的震后形变序列,用日本宇航局的ALOSPALSAR数据获得InSAR同震形变场。     

青海门源MS6.9地震震前OLR异常与InSAR同震形变关联性分析

对比分析利用涡度距平法提出的2022年1月8日青海门源 M_S6.9 地震震前射出长波辐射(OLR)短期异常分布和震后InSAR技术提取的门源地震同震形变空间分布,结果显示,震前红外辐射增强区与InSAR同震破裂形变区的空间位置基本吻合,扩展形式基本相似(同震破裂形变区分布在红外辐射异常区内部)。在震前的全国范围OLR空间分布上,仅青海德令哈—西宁—甘肃武威一带出现了呈“哑铃”状近WE向展布的OLR热辐射增强区,空间可辨识度高,OLR异常时空演化过程遵循了岩石应力加载破裂过程中的热异常规律,显示热异常变化与应力变化存在关联; InSAR技术提取的同震形变同样位于肃南—祁连断裂(俄堡段)、托莱山断裂和冷龙岭断裂的交汇区。InSAR同震形变结果揭示了地表形变以水平方向为主,断层运动具有典型的走滑变形特征。InSAR同震形变结果为红外遥感反映地震形变提供可检验的地质实体监测证据,验证了门源地震前辐射增强异常是地震构造地应力强度变化的遥感物理参量反映。     

2010年青海玉树地震同震-震后形变场特征及演化过程

基于星载合成孔径雷达差分干涉测量技术(DInSAR)和4期ENVISAT/ASAR雷达数据,获得了不同时间基线的三个同震干涉形变场和两个震后干涉形变场,并对这五个在时段上互有重叠的形变场进行了综合分析.结果表明,玉树地震同震形变场为围绕发震断层NW展布的椭圆形干涉条纹,覆盖范围约89 km×59 km.断层运动性质为左旋走滑.两盘最大视线向相对形变量至少达45 cm,最大形变出现在结古镇附近.时间基线不同的同震形变场总体上基本一致,但两盘最大相对形变量和局部形变存在差异.震后时间较长的干涉对反映的最大形变量反而减小;在震后时间较短的干涉对上于结古镇西南侧观测到的局部形变,在震后时间较长的干涉对上却没有出现.分析认为在形变量最大的结古镇附近可能出现了震后快速弹性回弹,导致随震后时间延续,形变量反而减小的现象.玉树地震震后形变主要出现在断层附近、震后不久的时段内,形变量在8 cm以下,具有与同震方向一致和相反的两种震后形变方式.在结古镇西南观测到一个与同震形变相反的局部沉降,应为震后弹性回弹.在微观震中处的断层附近观测到与同震方向一致的震后形变,可能是震后余滑.通过对地震前后不同时间基线的多个干涉对的联合对比分析,可以在一定程度上区分同震形变与震后形变,更好地研究地震引起的变形过程,特别是地震断层附近短期震后形变场的演化过程,为进一步研究断层带的岩性特征、物理力学及运动特性提供约束.     

盲逆断层震后变形耦合机制研究——以2017年伊朗MW7.3地震为例

震后变形是地震周期中一个重要阶段,深入研究其产生机制有助于提高对地震演化过程、断层性质及地震危险性评估的认识.2017年伊朗M_W7.3地震InSAR观测资料丰富,为研究扎格罗斯造山带山前褶皱带盲逆冲断层震后变形机制提供了切入点.合理详细的震源模型及高精度的形变观测是开展震后余滑或黏弹松弛研究的首要前提,本文采用多视角InSAR资料联合远场波形数据反演该地震的破裂滑动分布,并解算得到伪三维地表位移,利用InSAR时序分析提取震源区主震后一年半内变形特征,显示震源区震后形变特征与同震位移场类似,LOS向形变速率最大值约8 cm·a^-1,震后变形预示震源区可能存在明显的震后应力调整现象.利用震后半年内形变资料约束的纯运动学余滑模型表明同时期释放能量为矩震级M_W6.7,进一步探讨应力驱动震后余滑及下地壳黏弹性松弛对震后变形的贡献,基于分层黏弹模型的模拟计算表明震后余滑和黏弹松弛效应的耦合模型可以更好地解释地表震后变形特征,其中震后余滑主要分布在同震破裂区的上方浅部,对主震后一年半内震后地表变形起主导作用,震源区壳下黏滞系数量级下...     

2001年MW7.8昆仑山地震震后形变观测、机制与青藏高原中北部岩石圈流变:认识与挑战

2001年M_W7.8昆仑山地震是近半个世纪以来青藏高原发生的最大震级地震。同震破裂产生的巨大应力扰动驱动控制着显著震后形变。二十年尺度的大地测量数据记录了地震后长时间、大范围、时空依赖的震后形变演化过程及差异,揭示了昆仑山地震破裂段复杂的断层分段震后运动学特征、分段摩擦性质差异和青藏高原中北部岩石圈流变性质/结构横向各向异性。本文简要回顾昆仑山地震后基于二十年尺度时序InSAR和GPS的震后形变观测方法和时空特征,特别是时空密集的InSAR观测,是该构造区震后GPS观测的重要补充及其不可替代的观测手段;总结大范围震后形变模拟方法及其揭示的震后运动过程、多种动力学机制及其关系。最后总结提出昆仑山地震震后形变20年研究取得的科学认识及尚待深入研究的科学问题,一方面要持续性地对东昆仑断裂带大范围地表形变进行观测研究;另一方面,要不断更新震后形变模型,进一步深化对该断裂带地震周期形变、区域构造对周期形变控制作用、复杂断层运动时空演化机制的认识。      

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。     

雷达干涉测量在地震形变研究中的应用

合成孔径雷达干涉测量(DInSAR)以厘米乃至毫米的精度和很大的空间覆盖范围实现地表形变观测,它是进行地壳形变观测的重要手段,在地震形变研究中发挥着越来越重要的作用。本文首先简要给出了微波雷达测量的特征,阐述了雷达图像数据处理的基本方法,分析了InSAR技术的主要影响因素和观测精度。结合较新的研究成果,分析了雷达遥感图像研究地震形变的方法,讨论了DInSAR在震间、同震和震后形变观测研究中的最新进展。同时讨论了目前我国应用DInSAR研究地震形变中面临的主要问题,最后阐述了应用雷达干涉测量研究地震形变的发展趋势。     

基于InSAR地表形变约束的玛多MS7.4地震孕育发生机理数值模拟研究

2021年5月22日在青海玛多发生MS7.4 地震,此次地震造成了严重的地表破坏.本文通过合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术得到了 Sentinel-1 升、降轨同震地表形变、东西方向和垂直方向的同震形变场.并根据东西向地表的错动,勾画出了地震破裂面分段结构.以 InSAR地表形变观测为约束,构建了能反映玛多地震破裂特点的三维黏弹性有限元模型,模拟得到了玛多地震的三维同震形变及应力场变化和演化特征,讨论了玛多地震的成因及玛多地震的发生对周边断层的影响.结果显示:玛多地震为典型的左旋走滑型地震,其中东部错动量相对较大;玛多地震的余震都分布在库仑应力升高的影区,说明玛多地震序列使得断层上积累的应变得到了充分的释放,未来余震的发生会朝西南和东北方向发展.玛多地震的发生形成了多个应力强加载区,推测玛多地震的发生大大增加了部分临近断裂带滑动的可能.2010年玉树 7.3 级地震引起的库仑应力变化在玛多地震主破裂面上的投影为正数,推测玉树地震对玛多地震具有促进作用.研究结果可以为大震后的余震分布判断提供定量参考依据.     

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。     

2008年MS7.1于田地震InSAR同震形变场及其震源滑动反演

本研究利用InSAR技术与ALOS PALSAR雷达数据,获取了2008年3月20日于田MS7.1地震视线向同震形变场,并基于该数据集和限制性最小二乘算法反演了此次地震的断层滑动分布;通过构造四大类反演方案,详细分析了InSAR观测系统中的入射角与方位角对反演结果的影响.结果表明:入射角随点位变化对反演结果有较大影响,...     

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.     

2021年青海玛多MW7.3地震同震和早期震后断层滑动模型及发震构造摩擦属性

地震同震和早期震后断层滑动是研究发震断层深浅部孕震形态及摩擦性质的重要手段.本文基于雷达干涉测量(InSAR)数据获得了玛多地震同震和早期震后形变场,并反演得到了发震断层的滑动分布模型.研究结果表明同震滑动主要分布在上地壳浅部,并且存在多个滑动亏损区域.发震断层在东端分叉处的倾向与主断裂和西端倾向相反.基于N-SBAS方法获得的震后4.5个月形变场显示,断层近场震中区域的累积形变量达5 cm,远场区域累积形变达2 cm.震后早期余滑分布在断层浅部和深部以及两侧的横向延展区域;部分余滑区域与同震区域重叠.其中,上地壳浅部的余滑达20 cm且填充了同震滑动亏损.时序地震矩显示上地壳浅部区域在震后快速余滑而深部稳定滑动,表明了发震断层区域的复杂摩擦属性.     

多孔径InSAR技术电离层校正方法及二维形变场应用研究——以玉树地震为例

差分合成孔径雷达干涉测量技术只能监测地表在雷达视线方向上的一维形变,这极大的限制了其发展和应用.本文详细介绍了一种利用单对干涉影像监测地表二维形变的方法——多孔径InSAR(MAI)技术,研究了基线误差和电离层对该技术的影响,发展了利用顾及方向性的滤波和插值方法改正电离层的影响.最后,以2010年玉树地震为研究对象,利用两景PALSAR影像给出了地表的同震二维形变场.研究结果表明,MAI技术要明显优于传统的灰度偏移量法,在同震形变监测和震源参数反演中具有巨大的潜力.     

高级时序InSAR地面形变监测及地震同震震后形变反演

差分干涉测量技术(differential interferometry technique,D-InSAR)是在InSAR技术基础上发展起来的,主要应用于测量地表微小形变。该技术在监测地震形变、火山活动、冰川运动、城市地面沉降以及山体滑坡等领域得到广泛应用,但实际研究中存在很多局限性,例如轨道参数误差、地形数据误差、大气延迟误差、时空去相关引起的相位解缠误差以及系统噪音误差等。这些因素成为InSAR高精度形变探测应用的主要限制。InSAR时序分析方法是目前解决常规D-InSAR处理过程中各种精度制约因素的主要方法之一。本文以InSAR时序分析中几个关键技术问题为研究目标,开展InSAR时序关键技术研究。本文取得的创新点如下:(1)在传统相干点提取方法的基础上,提出了一种新的提取方法:满秩相干点。该方法将干涉冗余网络图中节点和边结合起来构建满秩矩阵,并依此作为相干点提取指标。实验结果表明,满秩相干点提取法不仅能有效提高相干点的空间分布密度,而且能保留相干点的最优测量精度。(2)将大气延迟相位分成3种分量,即长波长大气相位、短波长大气相位以及地形相关的大气相位。在此基础上,利用网络法分别对3种类型大气延迟相位进行校正。网络法可以估算出每个时刻的大气延迟误差,再重构每一幅干涉图的大气延迟误差。实验结果分析表明,采用网络法能精确模拟出每个时刻大气延迟误差和每幅干涉图中的大气延迟相位。(3)离散点相位解缠误差是时序分析过程中主要误差源之一,直接影响后续时序分析结果的精度。本文提出一种利用网络闭合环残差方法,对离散相干点相位解缠误差进行检测和校正。该方法可以有效识别出离散相干点解缠相位中相位跳变;同时,本文也介绍了离散相干点解缠相位跳变校正的方法。(4)基于相干矩阵满秩条件,提出一种新的InSAR时序反演策略。利用干涉冗余网络图中各条边和节点之间的关系,采用最小二乘方法解算各个时刻点的形变特征,以有效解决传统InSAR时序反演过程中的秩亏问题。通过Bam地震震后时序形变场提取,在羊八井电站地热开采地下水引起地面沉降监测以及北京市地面沉降监测等几种典型应用中,验证了该方法的有效性和精确性。在关键技术突破的基础上,本文利用提出的新方法,获取了2008年10月6日西藏当雄MW6.3地震同震形变和震后地表形变时序,研究发震断层参数和震后运动过程的动力学机制。利用同震形变反演得到断层几何参数及滑动分布模型为先验知识,以InSAR时序方法获得震后形变时序资料为约束,分别利用震后余滑模型和震后黏弹性松弛模型,研究当雄地震震后断层的运动过程,同时对青藏高原南部中低地壳或者上地幔的黏性系数进行估计,并给出了最优拟合解。     

影像大地测量数据揭示2021希腊塞萨利地震序列潜在断层几何及其区域构造意义

利用一对升降轨InSAR干涉图进行地震二维形变的分解通常是推断孕震机制与断层几何较为常用的手段.但该手段实施于短时间内发生的地震序列案例则较为困难,因为很难确保每个事件的形变都能够恰好被一对干涉图所记录.短周期多轨道InSAR数据为二维同震形变的描述和断层几何的推演提供了丰富的数据支撑,也为分离地震序列中各地震的同震形变提供了可能.2021年希腊塞萨利地震序列为研究地震序列形变分解提供了一个宝贵实例.针对此案例,本文利用覆盖震区的17幅多时相多轨道InSAR数据联合解算了该地震序列中三次事件各自的二维形变,并对形变场分布进行了解译.经形变分析认定,地震序列中第二、三次事件属于盲断层发震.基于分解出的二维形变,本文进一步推断了第二、三次事件所对应的断层几何并分析了潜在的孕震机制.此次地震序列的发震断层为：两个SE-NW走向/东北倾的断层(事件一、事件二),一个NW-SE走向/西南倾的断层(事件三).经过对滑动模型、同震库仑应力以及前震/余震数据的分析,本文认为此次地震序列的潜在孕震机制可以解释为一次SSE-WNW走向的断层级联触发活动.此外,通过分析此次地震序列余震的空间分布发现了余震深...     

汶川地震同震模型新解及震后InSAR观测和初步分析

汶川地震的形变观测在一定程度上来说,取得了前所未有的成功,特别是在龙门山这样一个特殊的地质构造单元上。通过干涉雷达(InSAR)手段获得断层上盘的形变观测,用C波段雷达观测几乎是不可能的,因为剧烈的地面起伏和致密的植被覆盖会使得雷达后向散射信号在观测期间变得完全不相干。同时超厚的水汽分布,使得大气对雷达波的延迟作用变强,造成显著的观测误差。然而,利用L波段雷达观测,前面一个问题得到部分解决;同时,日本宇航机构JAXA在震后紧急调整卫星轨道,获得了相当一部分覆盖汶川地震的小基线干涉像对,进一步降低了干涉去相干作用,最终使得我们得到了比较全面的InSAR形变观测结果。     

2020年1月19日新疆伽师县MS6.4级地震InSAR同震形变场与断层滑动分布反演

利用欧空局Sentinel-1A SAR数据,重建了2020年1月19日新疆伽师县MS6.4地震InSAR同震形变场.以升降轨InSAR形变场联合约束,反演了发震断层参数与同震滑动分布.结果 表明,地震同震形变场(长轴走向近EW向)发生在柯坪塔格褶皱带与奥兹格尔它乌褶皱带之间的区域内,升降轨观测的视线向(LOS)形变量...     

基于GIS的当雄同震InSAR形变场分析

InSAR技术对同震形变的量测达到了厘米级的精度,但在数据后处理和结果分析方面仍然存在明显的不足。采用可对空间信息进行存储、管理及分析等功能的GIS,对InSAR数据获取的2008年10月6日16时30分西藏自治区当雄县MW6.3地震的同震形变场进行分析。结果表明:(1)GIS可对多源数据进行有效管理;(2)可以确定当雄地震的震中位置;(3)可获取沉降区的最大形变量;(4)可确定主要的形变区间;(5)可将形变结果进行三维展示。GIS可有效地弥补InSAR数据后处理、数据分析及成果展示方面的不足。     

联合GNSS和InSAR观测位移反演2008年汶川大地震断层位错模型参数

利用现代空间大地测量技术,尤其是卫星合成孔径雷达干涉测量,能够获取高精度、高空间分辨率的同震和孕震形变,为地震断层形变和破裂机制研究提供了前所未有的机遇。本文介绍了利用大地测量观测数据反演地震断层位错模型参数的贝叶斯反演方法。联合运用2008汶川大地震前后GNSS和InSAR技术观测获得的同震位移,反演了地震断层的几何参数和滑动位错分布。研究结果表明,汶川地震的断层滑动主要集中在倾角较陡的浅部,同时包含逆冲和右旋走滑,其中最大逆冲6.1m,最大右旋6.5m。根据断层滑动分布正演计算得到的上盘同震位移明显小于下盘,预示该断层两侧孕震形变可能存在较大的不对称性。     

汶川地震同震形变场的GPS和InSAR邻轨平滑校正与断层滑移精化反演

为克服InSAR观测汶川地震同震形变场的邻轨不连续问题,提出联合GPS观测值与邻轨平滑约束的同震位移校正方法,采用GPS观测形变去除PALSAR轨道误差引入的残留平地相位,基于形变平滑条件校正邻轨干涉相位的不连续性.ALOS/PALSAR干涉处理结果表明,校正后同震形变场的准确度与平滑性得以显著提高,InSAR高相干点残差达3.6 cm,校正后精度提高约60%,低相干点精度提高约40%,校正后形变场的邻接平滑因子标准差减小约33%,验证了轨道误差校正与邻轨平滑约束方法的准确性与可靠性.进一步基于弹性半空间位错模型的断层滑移反演结果表明,断层滑移主要分布于映秀、北川和青川地区,集中于地壳深度0~16 km范围,最大滑动量（位于北川县城）约为9.0 m,GPS反演模型残差为5.5 cm,InSAR反演模型残差达9.2 cm,InSAR反演精度约有30%的显著提高,由模型反演计算得到的地震矩为8.0469×10²⁰ N·m.