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.     

伊朗巴姆6.5级地震同震形变场的获取与解译

介绍了雷达差分干涉测量的原理,利用星载合成孔径雷达差分干涉测量技术和ENVISAT ASAR雷达数据,成功获取了2003年12月26日发生在伊朗巴姆的6.5级地震引起的同震形变场,通过生成地表形变的剖面图及等值线图,对形变场进行了深入的解译与分析,同时根据相干图确定了地震造成破坏最严重区域的位置、分布及面积.     

利用合成孔径雷达差分干涉测量技术监测伊朗Bam地震同震形变场

介绍了差分干涉测量的原理、差分干涉数据对的选取方法,以及三轨法差分干涉测量数据处理的流程.利用星载合成孔径雷达差分干涉(D-InSAR)测量技术和ENVISAT ASAR雷达数据对2003年12月26日伊朗Bam 6.5级地震引起的地表形变场进行了测量试验,成功地获取了Bam地震的蝴蝶状的同震形变场生成了地表形变的等值线图,并且根据相干图确定了地震造成破坏最严重的区域的位置、分布及面积.试验证明D-InSAR技术是地表形变测量和地震研究的一个强大和有效的工具.     

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.     

D-InSAR技术应用于汶川地震地表位移场的空间分析

基于星载合成孔径雷达差分干涉测量技术(D-InSAR),利用7个条带共112景日本ALOS/PALSAR raw格式雷达数据,采用两通差分干涉处理模式,获取了2008年5月12日汶川MS8.0地震发震断层周围约450km×500km区域的同震形变干涉纹图。通过对干涉纹图的定性分析,确定了非相干带的分布范围,据此对相位连续条带和相位不连续条带采用不同的相位解缠方案,实现了7个条带的成功解缠,获得了数值化的干涉形变场图像,并通过形变等值线和跨断层形变剖面线等方法对干涉形变场的空间分布和演化特征进行了分析。结果表明:汶川地震造成的地表形变场沿映秀-北川断裂带分布,形变范围很大,但主要集中在发震断层南北两侧各约100km的近场区。其中断层附近由西向东宽约3015km,长约250km的区域为非相干带,是本次地震中变形最强烈并伴有地表破裂发生的区域,其形变梯度已超出InSAR测度能力。在非相干带两侧宽度各约70km,具有清晰可辨连续完整并向发震断层收敛的包络状干涉条纹区域是次一级形变区,距离发震断层越近,形变梯度和幅度越大,其视线向位移为北盘沉降,南盘抬升。相对于数据条带南北边缘,北盘最大累积沉     

基于ASAR升降轨数据解算于田Ms7.3地震3D同震形变场

对覆盖同一地区的ASAR升降轨数据进行二通法差分干涉处理,获取2008年3月21日于田地震在两种LOS方向下干涉纹图.通过对于涉纹图的判读,结合震源机制解、地质构造和余震分布,认为于田地震断层为略有走滑分量的NE向正断层.考虑到于田地震的走滑分量微小的特定形变特点,在形变场三维解算中加人沿断层方向形变值近似为0的约束条件,结合已有的升降轨LOS方向形变约束,可以满足求解三维形变场的条件.解算的三维形变场结果表明,在雷达相干区域内,下盘抬升最高值达到15 cm,上盘沉降最大值达到22 cm,水平拉张的最大形变值出现在下盘,形变量达115 cm,这说明于田地震拉张特征明显.该结果为进一步认识于田地震的同震变形特征提供参考.     

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...     

基于分区解缠方式研究2010年玉树M_W6.9地震同震形变

2010年玉树MW6.9地震发生后,已有学者利用DInSAR技术得到了该次地震的同震形变场,并在此基础上反演了其震源破裂滑动分布。本文以提高玉树地震同震形变场准确度作为出发点,设计了一种新的解缠方式获取相应的同震形变场:首先沿地表同震破裂迹线将InSAR干涉图像分割成上下两部分,然后利用网络流解缠算法对其分别进行相位解缠,最后通过统计重叠部分的相位一致性信息将两部分结果进行拼接。利用震中区GPS同震位移数据对分区解缠结果进行验证。结果表明:相对于整体解缠结果,分区解缠方式得到的最大视线向沉降值由42.6cm增加到48.1cm,所得结果与GPS观测结果更加接近,采用分区解缠方式提高了断层附近形变场的准确性。     

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.     

利用PSInSAR时间序列研究拉奎拉地震位移场变化特征

对2009年4月6日意大利拉奎拉(LAquila)Mw6.3级地震9景ENVISAT重轨单视复数据采用双轨模式进行永久散射体(Persistent Scatterer,PS)处理,获得了此次地震时序位移场,结合PS位移场Delaunay算法数值分析,结果表明:1)Envisat干涉雷达完整而清晰地探测到了地震前后位移场变化过程及其在不同阶段与震源断裂相关的不同形变特征:震前蠕动位移-明显变形-震期快速突变-震后量级明显减缓的持续变形;2)在此次分析的约54×59km2区域内,震中以西为大面积上升区,视线向最大上升量为130mm;震中以东为下降区域,但下降集中在破裂区,主要在发震过程及震后形成,视线向最大下沉量为210mm,与GPS监测结果一致;3)地震产生的破裂主要分布在约22×14km2范围内,沿NW走向、SW倾斜的Paganica-S.Demetrio正断层展布,方向约135°;4)本文为探索利用PSInSAR时间序列进行地震趋势预测提供了一个较好的案例.     

基于子带干涉测量技术的巴基斯坦地震形变获取研究

2013年9月24日发生在巴基斯坦俾路支省(Balochistan)境内阿瓦兰县(Awaran)的MW7.7级地震,在地表产生了最大达10m的滑动量.利用TerraSAR-X短波雷达数据获取的InSAR同震形变场产生了密集且大范围的干涉条纹,给后续的相位解缠带来困难.而子带干涉法是一种无需或只需进行少量相位解缠,即可获得绝对相位差的新方法.其主要思路是通过缩减带宽以增长波长,从而减少干涉条纹数,降低解缠难度或不需解缠直接得到绝对相位差.但由于带宽的缩减,导致噪声的增大和旁瓣带来的额外干扰,使干涉图质量下降,因此在子带干涉参数选取、噪声滤波以及处理流程等方面需要特殊处理,特别是子带的中心频率和带宽的选取会很大程度地影响测量精度.首先选取典型DEM实验区,以干涉图相干性和误差为评价指标,利用逐步参数选取法,研究相关参数对子带干涉测量的影响,制定最优的参数方案,认识参数选取的原则和方法.在此基础上,将子带干涉应用于巴基斯坦地震的同震形变场获取.最后,将子带干涉、Landsat 8光学影像的交叉频谱相关法、offset-tracking、常规DInSAR获取的同震形变场进行比较,并与模型拟合的形变场进行对比分析.结果表明,子带干涉虽然会受失相干的影响,其提取的形变场范围相较于Landsat 8和offset-tracking有所缺失,但在共同覆盖的区域其精度和噪声水平更优,相比较于常规DInSAR,更适用于条纹密集和形变量大的地区.     

基于PS-InSAR技术的海原断裂带地壳形变观测研究

基于单像对的常规D-InSAR技术在形变量较大的地震同震形变场探测中已取得成功应用,但由于其受时间、空间失相干和大气影响的严重制约,难以应用于长期缓慢微小地壳形变的观测研究中.近几年发展起来的PS-InSAR(Permanent scatterer InSAR)技术是对常规D-InSAR的创新性发展,它通过将干涉处理对象集中在SAR图象中散射特性稳定的高相干点集上(人工建筑物或巨石、山峰等自然地物),避开非相干象元可能带来的各种复杂问题,从而间接克服了相位失相关和大气延迟的局限性,极大地提高了干涉测量的精度和可靠性,使基于InSAR技术的mm级微小地壳形变的遥感观测得以实现.     

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.      

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。     

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.     

昆仑山MS81地震震源参数的多破裂段模拟研究

昆仑山MS81地震的已有研究结果在破裂带长度、破裂面方向、破裂面大小等震源破裂特征参数方面存在较大差异.本文采用D-InSAR技术首次获得昆仑山MS81地震干涉同震形变场，结合野外科学考察的实测值，进行了主破裂带InSAR视线向变化量的分解，通过对InSAR分解结果、野外科学考察、遥感解译等多源数据综合分析，重新划分了昆仑山地震的次级破裂段.进而通过对地震南北盘同震应变的分析，发现了昆仑山地震的南北两盘分别受挤压和拉张两种应力作用，研究表明多种岩石在拉张和压力作用下其最小主应力下的杨氏模量表现出非线性弹性特征，从而提出对昆仑山地震地表位移及震源特征参数分析时应考虑非线弹性介质导致的非线性弹性位移分布特征.基于上述原因，本文对Okada线弹性位错模型的算法进行了改进，提出了“多震源、非均一位错分量、多破裂段叠加”的线弹性模型，该模型模拟出的形变场干涉纹图较好地体现了地震形变场的分布特征，并由此获得了一套较为完整的地震发震断层的几何学特征参数，为破裂带长度、破裂面方向、破裂面大小等震源破裂特征参数研究提供了较好的解释.     

巴姆地震地表形变的差分雷达干涉测量

利用星载合成孔径差分雷达干涉技术和ENVISAT卫星雷达数据, 获得了2003年12月26日伊朗巴姆的里氏6.5级地震引起的同震地表形变场,并详细地介绍了信号处理的过程. 利用地震前后的相干图的差异及形变场的突变棱线, 精确确定了地面上断层裂缝的位置、形状和长度. 这对震源理论模型的参数估计提供了依据. 由雷达干涉技术测量得到的形变场与理论模型模拟的结果一致.      

昆仑山MS81地震震源参数的多破裂段模拟研究

昆仑山MS81地震的已有研究结果在破裂带长度、破裂面方向、破裂面大小等震源破裂特征参数方面存在较大差异.本文采用D-InSAR技术首次获得昆仑山MS81地震干涉同震形变场，结合野外科学考察的实测值，进行了主破裂带InSAR视线向变化量的分解，通过对InSAR分解结果、野外科学考察、遥感解译等多源数据综合分析，重新划分了昆仑山地震的次级破裂段.进而通过对地震南北盘同震应变的分析，发现了昆仑山地震的南北两盘分别受挤压和拉张两种应力作用，研究表明多种岩石在拉张和压力作用下其最小主应力下的杨氏模量表现出非线性弹性特征，从而提出对昆仑山地震地表位移及震源特征参数分析时应考虑非线弹性介质导致的非线性弹性位移分布特征.基于上述原因，本文对Okada线弹性位错模型的算法进行了改进，提出了“多震源、非均一位错分量、多破裂段叠加”的线弹性模型，该模型模拟出的形变场干涉纹图较好地体现了地震形变场的分布特征，并由此获得了一套较为完整的地震发震断层的几何学特征参数，为破裂带长度、破裂面方向、破裂面大小等震源破裂特征参数研究提供了较好的解释.     

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...     

Sentinel-1A及ALOS2数据约束下的阿克陶地震震源参数反演及发震构造研究

2016年11月25日,在新疆阿克陶县发生了M_W6.6地震.本文利用Sentinel-1A宽幅数据和ALOS2精细数据获得了同震形变场,干涉形变场沿木吉断裂展布,显示本次地震破裂长度可达70 km,在地表形成两个形变中心,且震中东部形变场条纹密集而西部稀疏、影响范围广,跨断层剖面显示视线向最大形变量可达12 cm.利用一种结合先验知识的多视角最小二乘迭代分解法求解出地表的三维形变场,结果显示震中东部形变中心垂向向下运动最大可达20 cm,木吉断裂南侧西向运动可达10 cm,断层表现为右旋走滑兼具正断作用.采用前向模拟的方法确定二段式分段断层模型能够较好地恢复观测形变场,进而以InSAR观测数据为约束,基于弹性半空间形变模型采用两段非均匀断层滑动模型来反演断层面上的精细滑动值.反演结果显示本次地震可能为两次地震事件,发生在断层西段的第一次事件以右旋走滑为主,走向103°,倾角76°,滑动角-167°,震源深度10.1 km,累计地震矩为7.2×10¹⁸N·M;东段的第二次事件为右旋走滑兼具正断作用,走向109°,倾角略缓约55°,滑动角-160°,震源深度5.3 km,累计地震矩7.76×10¹⁸N·M.本次地震是一次发生在公格尔拉张系的拉张环境下的构造地震.