地震破裂模型约束的中国阿里地震三维形变场

利用环境卫星（Environmental Satellite,Envisat）的升、降轨数据在地震破裂模型约束下获取2007年阿里地震的高质量同震地表三维形变场。首先,对合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）影像进行差分干涉处理,得到地震造成的视线向同震地表形变场;然后,以地震破裂模型为约束条件,采用赫尔默特方差分量估计法来解算阿里地震的高质量地表三维同震形变场。结果表明,震中区域最大下沉达约4.7 cm,东西向位移较小,南北向呈挤压趋势。总体上,三维形变的特征表明阿里地震是一个以正倾滑为主兼少量右旋走滑运动的地震事件。     

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。     

利用光学影像相关获取2019年Ridgecrest地震序列同震形变

光学影像覆盖范围广,质量越来越高,可以应用于地表形变监测研究.文中以基于ENVI的COSI-Corr作为数据处理平台,通过光学影像获取地表形变.文中选取2019年加州Ridgecrest地震序列覆盖区域.首先,探究哨兵2号影像误差处理过程中横向条带处理方法,对其进行改进;然后,使用哨兵2号光学影像获取Ridgecrest地震序列同震形变,分析地震的地表形变情况,结果显示该次地震产生多个地表破裂,东西向呈拉伸趋势,南北向呈挤压趋势,东西向形变略小于南北向形变,两个方向形变特征表明Ridgecrest地震序列主震是一个右旋走滑地震;最后对Landsat 7和Landsat 8影像分别进行相关,将3种影像进行比较.结果表明在光学影像地表形变监测中,影像分辨率越高,效果和精度越好;同种分辨率的光学影像进行相关处理,也会有不同的结果.研究成果可以为地震反演提供形变数据和约束条件,以及为光学影像的地表形变监测提供参考.     

基于多源SAR数据的2022年门源Ms 6.9地震同震破裂模型反演研究

2022年1月8日青海省海北州门源县发生Ms 6.9地震,震中位于青藏高原东北缘祁连-海原断裂中段,属历史地震空区,基于多源合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）遥感数据研究该地震的破裂模式对理解青藏高原东北缘构造变形机制、应变释放过程以及地震危险性评估具有重要意义。首先利用Sentinel-1数据和合成孔径雷达差分干涉测量（differential interferometry synthetic aperture radar,D-InSAR）技术获取了门源地震的同震形变场,视线（line of sight,LOS）向形变场显示此次地震造成了约20 km长的地表破裂,最大形变约0.75 m;然后基于Sentinel-2卫星数据,利用光学影像配准和相关技术获取了本次地震的东西向同震形变场,最大同震位移达2.5 m;最后基于均匀弹性半无限位错模型,以LOS向形变场为约束反演了断层的滑动分布模型。结果显示,门源地震是一次典型的左旋走滑型地震,地震破裂主要集中在0~10 km深度范围,最大滑动量3.25 m,滑动角10.44°,对应深度4.89 km;反演给出的矩震量为1.07×1019 N·m,对应矩震级Mw 6.6。结合野外考察和地质资料,初步判定发震断裂为冷龙岭断裂,并引起托莱山断裂发生同震滑动。同震库仑应力结果显示,冷龙岭断裂东段和托莱山断裂西段应力状态为加载,未来具有发生强震的风险。     

地震周期形变的大地测量研究进展和展望

解析地震周期各阶段(震间、同震和震后)形变响应模型是研究地震从孕育、成核、破裂到震后调整整个过程动力学机制和探究区域壳幔流变属性的基础,在地震预测预报、防震减灾和危险性评定等方面发挥着重要作用。首先针对地震的震间形变、同震形变和震后形变的研究现状及进展进行了综述分析,指出了地震形变主流研究方法和模型的特点、不足和使用范围;然后讨论分析了地震周期形变模拟方法在现今数据快速积累情况下的机遇与挑战;最后对地震周期形变研究未来发展方向进行了展望。     

雷达干涉测量技术与地震周期监测

介绍了国内外利用雷达干涉测量技术监测地震周期（同震、震间、震后）各个阶段地表形变的最新研究成果，分析了现阶段利用雷达干涉测量技术研究地震周期存在的主要问题，并展望该领域今后的发展方向和研究重点。     

DInSAR技术监测玉树地震同震形变场的研究

近二十年来,合成孔径雷达干涉测量技术（DInSAR）作为一种监测地表形变的有效技术得到广泛应用,其视线向精度可达厘米级甚至毫米级。该技术尤其是对监测快速、激烈的地表形变更为有效,如地震、火山等。利用DInSAR技术,选用日本ALOS卫星PALSAR数据,获取了2010—04—14玉树Mw6．9地震的同震形变场。结果表明：地表至少发生过3次地表破裂,沿断层走向的形变分布范围远远大于垂直断层分布范围,形变分布特征以左旋走滑为主。     

基于ALOS PALSAR数据进行雷达差分干涉提取玉树地震同震地表形变场

本文针对2010年4月14日玉树地震引起的地表形变,使用日本ALOS卫星PALSAR L波段雷达影像数据,应用两轨雷达差分干涉(DInSAR)处理得到了以玉树为中心11 000km2范围内的同震形变场,空间分辨率为8m,并在此基础上对玉树地震的震源机制和发震机理进行了分析。研究结果表明L波段雷达数据适合在地形起伏较大的地区进行DInSAR形变探测。该同震形变场信息可为玉树地震的同震形变反演提供参考数据。该研究进一步证实DInSAR技术在大规模地表形变探测和地学研究领域具有广阔的应用前景。     

GF-7卫星图像快速解析青海门源Ms6.9级地震的地表破裂带

强震地表破裂调查与灾情评估是地震应急响应的重要工作内容,快速获取震后高分辨率卫星数据并开展应急信息提取分析,是提升应急时效性的重要支撑手段。2022年1月8日青海门源Ms6.9级地震发生的当天快速获取了国产高分七号卫星等数据,基于分辨率0.65 m的全色及2.6 m的多光谱图像快速解译分析地震地表破裂带分形成布特征、构造样式与位错强度等,为地震应急响应与现场调查提供了重要信息。深入分析表明,门源Ms6.9级地震发生了南、北两条同震地表破裂带,其中北支沿冷龙岭断裂带主断层的西段发育,长度约19 km;南支沿托莱山断裂东段分布,长度约2.3 km。同震地表破裂带左旋断错了一系列冲沟、洪积物、道路、冰层等地貌特征,最大左旋位移约2.2 m,沿地表破裂带形成鼓包、拉张凹陷、斜列式张裂隙等变形构造。最新同震破裂与历史破裂分布吻合,反映了强震活动的原地破裂特征,其地震危险性需要引起高度关注,值得深入研究。GF-7卫星首次在地震灾害发生当日就发挥较大优势,表明高分系列卫星在地震应急调查方面具有良好应用潜力。     

PSInSAR方法探测意大利拉奎拉地震形变过程分析

采用双轨处理模式对8景ENVISAT降轨数据进行永久散射体(PS)时间序列处理,获得了2009年4月6日意大利拉奎拉(L’Aquila)Mw 6.3级地震区域的PS时序差分干涉图和形变场。结合Delaunay三角形剖分算法对破裂区的形变过程进行数值分析,结果表明:①本次地震变形最强烈、地表破裂发生的区域是一个地势相对较低的椭圆形洼地。破裂主要沿震中的东南方向传播,面积约22×14km2,方向约135°。②地震产生的形变量集中在破裂区,主要在震时及震后形成,位移场视线向下沉量达150mm。③破裂区位移场数值分析表明,本文提出的数据处理策略较完整地揭示了此次地震位移场变化的全过程,在8景雷达数据所跨时间段内,震前2008年4月与2009年2月两景资料显示,研究区位移场变化不明显,2009年2月至震后的2009年4月的图像显示,震中区形变场快速变化,沉降量达130mm;6～7月,形变场的沉降速度明显减缓,8月30日最后一景资料显示,沉降速度出现加速,破裂区总下沉量达150mm。     

利用InSAR技术观测台湾花莲地震断层滑动与运动机理分析

基于Sentinel-1卫星升降轨SAR数据,采用D-InSAR技术提取了2018年台湾花莲县Mw6.4地震的同震形变场。结果表明,2018年花莲地震造成的最大地表形变量为38.2 cm,以隆升为主,断层上下盘最大相对位移为50 cm。利用InSAR观测得到的升降轨地表形变数据,分别构建2018年与2021年台湾花莲两次地震的断层三维滑动分布模型。结果表明,2018年花莲Mw6.4地震主震断层为靠近米伦断层的西倾隐伏断层,断层最大滑动量为1.8 m,以左旋走滑为主兼具少量逆冲分量,断层破裂传播至米伦断层西侧,影响了苓顶断层和米伦断层的地震活动性。2021年花莲Mw6.0地震发生在苓顶断层北段,断层最大滑动量为0.38 m,断层滑动以左旋走滑为主,两次地震事件均具有高倾角滑动特征。综合两次地震静态库仑应力的重新分布和M-T图发现,2018年花莲地震对2021年地震起触发作用,应力沿断层从高纬度向邻近低纬度传输累积,花莲地区及近海海域短周期内地震活动性仍强烈,主要表现为小震频发、中强震孕育周期短等特点。     

青海省门源地震构造背景遥感分析

位于祁连山北麓的青海省门源地区干1986年8-9月先后发生了三次地震,最强的一次震级为6.4级。在调查地震发生的地质背景和地震破坏情况中,遥感技术发挥了重要作用。通过对卫星图像和地震前、后摄制的航空像片解译,发现门源地震正位于祁连山与河西走廊的交接带上,区内断裂构造十分发育,主要展布方向为北西向,它们控制着山间盆地和谷地的形成,而且。在新构造运动时期具有较强的活动性,如第四纪地层被断;地貌差异显着;水系和山脊位错变形;洪积扇出现叠置和偏移;地震鼓包和地裂缝等迹象在遥感影像上都有较清楚的显示,结合地质、地震资料分析,区内新构造运动强烈,特别是祁连山北缘断裂活动更为明显。在这一活动带上,历史上曾发生过海原、古浪、昌马等大地震,小震更是时有发生。所以,我们认为北西向的祁连山北缘断裂是一条孕震断裂,门源地震与其有密切关系,并且该断裂的中东段今后仍会有中强地震发生。     

利用InSAR研究西藏拉孜地震同震形变

采用欧空局ERS—1卫星雷达数据获取了1993年Mw 6.2级西藏拉孜地震同震形变场,并采用弹性位错模型反演了该地震的断层参数。结果显示该地震产生的最大地表位移约为12 cm,断层倾角为42°,不支持该断层为低角度正断层的论断。     

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。     

强震时空统计分析及InSAR同震形变场空间分布特征

收集整理了全球1976年至2022年初的198个强震（Mw≥7.5）信息,统计分析了强震发生的时空分布、震源深度分布和强震发震类型占比,并结合公开发表的典型强震的合成孔径雷达干涉测量（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）同震形变场图,分析了强震同震形变的空间分布特征。研究表明,强震空间分布呈条带状聚集,主要位于环太平洋地震带和喜马拉雅-地中海地震带,强震大多发生在各大板块交界处,与现代大地测量观测到的地壳强应变区域重合;强震时间分布存在活跃期和平静期交替出现的现象,1976―1992年为相对平静期,1992年至今为相对活跃期,强震发生频率有逐年增加趋势;在收集的全球198个强震中,发生在海洋中的强震占大多数,陆地强震仅有44个,且绝大多数强震属于逆冲断层地震,按震源深度统计,浅源强震最多且分布广泛,占比达81.3%;InSAR卫星对地观测新技术可以捕获强震的全域同震形变场,详细呈现强震同震形变的空间范围和分布特征,其中陆地强震同震形变波及的范围主要集中在发震断层两侧附近的条带状区域,离断层越远,形变衰减越快,而且形变关于断层呈不对称性。运用全球覆盖的InSAR和全球导航卫星系统地壳形变监测技术,拼接全球不同位置的活动断层形变信息片段,有可能揭示陆地强震的全周期孕震形变过程。     

InSAR数据约束下2016年和2022年青海门源地震震源参数及其滑动分布

中国青海省门源县于2016年和2022年分别发生了Mw 5.9和Mw 6.7地震,相距不足40 km。利用欧洲空间局Sentinel-1A升降轨雷达影像,采用合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar, InSAR)技术分别获取两次地震的同震地表形变场,进而利用弹性半空间的位错模型确定上述事件的震源参数,基于分布式滑动模型反演确定两次地震断层面上的滑动分布,并探讨2016年门源地震对2022年门源地震的发震影响及触发机制。结果表明,2016年门源地震为逆冲型地震,并未破裂到地表,升、降轨同震形变场沿视线向的最大形变量分别为6.7 cm和7.0 cm,断层的最大滑动量为0.53 m,主要集中在地下4~12 km区域滑动。2022年门源地震同震形变场沿NWW-SEE向破裂,降轨影像最大视线向地表形变量为78 cm,断层的最大滑动值达到3.5 m,处于地下4 km左右,断层滑动分布模型揭示此次地震为左旋走滑型地震;结合冷龙岭断裂的运动性质和几何特征,可初步判定发震断层主要为冷龙岭断裂的西段、且极有可能破裂到了其西北端西侧的托莱山断裂。静态库仑应力触发关系显示,2016年门源地震对2022年门源地震的发生有一定的促进作用。     

Co-registration and correlation of aerial photographs for ground deformation measurements

We describe and test a procedure to accurately co-register and correlate multi-temporal aerial images. We show that this procedure can be used to measure surface deformation, and explore the performance and limitations of the technique. The algorithms were implemented in a software package, COSI-Corr (available from the Caltech Tectonics Observatory website). The technique is validated on several case examples of co-seismic deformation. First, we measure co-seismic ground deformation due to the 1992, Mw 7.3, Landers, California, earthquake from 1 m resolution aerial photography of the National Aerial Photography Program (United States Geological Survey). The fault ruptures are clearly detected, including small kilometric segments with fault slip as small as a few tens of centimeters. We also obtained similar performance from images of the fault ruptures produced by the 1999 Mw 7.1 Hector Mine, California, earthquake. The measurements are shown to be biased due to the inaccuracy of the Digital Elevation Model, film distortions, scanning artifacts, and ignorance of ground displacements at the location of the tie points used to co-register the multi-temporal images. We show that some of these artifacts can be identified and corrected.     

Conjugate ruptures and seismotectonic implications of the 2019 Mindanao earthquake sequence inferred from Sentinel-1 InSAR data

In 2019, four strong earthquakes of Mw>6.4 occurred successively in Mindanao, Philippines. Based on the reports from the USGS and PHIVOLCS, these earthquakes were dominated by strike-slip ruptures. Whether these earthquakes are temporally and spatially related remained unknown. We characterized the coseismic displacement fields during the earthquake sequence using an InSAR technique with Sentinel-1 SAR data. The InSAR deformation measurements convincingly reveal that the four earthquakes produced distinct coseismic displacement patterns. We estimated the source parameters of the earthquakes with a two-step inversion strategy. The optimal model suggests that the earthquake sequence resulted from the reactivation of a conjugate fault structure that involves two nearly vertical left-lateral strike-slip faults and two high-angle right-lateral strike-slip faults. We calculated Coulomb stress changes from the earthquake sequence, suggesting that the previous strong earthquakes had significant stress-encouraging effects on the following events. The regional velocities based on the GPS analysis suggest that the formation of this conjugate structure is mainly due to the westward movement of the subducting Philippine Sea Plate. This earthquake sequence provides a seismotectonic background for subsequent strong earthquakes and helps to better understand the formation mechanisms and seismotectonic implications of conjugate structure rupturing.