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MSBAS InSAR技术的沧州市地表形变监测与分析

针对沧州市城市地表形变监测问题,采用SBAS InSAR技术分别处理Sentinel-1A升轨和Sentinel-1B降轨SAR影像,对比分析升、降轨SAR影像监测的沧州市2020年7月至2021年4月地表形变特征;利用MSBAS InSAR技术联合处理升、降轨SAR影像,将沧州市地表形变进行垂向和东西向的二维形变分解,获取沧州市二维形变信息.结果表明,升、降轨SAR影像监测的地表形变位置和分布基本一致,但由于LOS向模糊问题,单独利用升轨或降轨SAR影像监测到的形变区域有所偏移,且无法分离出地表的东西向形变,影响监测结果的精度,MSBAS InSAR技术可以有效解决这一问题,获取更准确的二维形变信息.     

提取地震同震形变场特征的最佳雷达波段问题研究

利用弹性形变模型, 并以走滑型断层为例, 对地震同震形变场进行了模拟研究。 结合雷达成像几何关系, 得到干涉雷达的LOS向形变场以及干涉相位条纹图像。 对比分析了不同雷达波段(X波、 C波、 L波)以及不同雷达入射角(30°和50°)的同震形变场和干涉相位图。 结果表明, 同一雷达波段不同雷达入射角的LOS向形变场会有不同的效果, 入射角逐渐增大时, LOS向形变量随之增大, 体现了发震断层走滑特征; 采用不同雷达入射角, 其探测到的地表形变垂向分量和水平分量信息量不同, 表明入射角较大或较小时能够分别较好地对地表形变的水平变化和垂向变化进行监测; 同一雷达入射角, 不同雷达波段的干涉相位条纹有明显区别, 波长越短, 干涉条纹越密集, 容易出现去相关现象, 长波长的干涉相位条纹比较清晰。 从某种意义上讲, 尽管长波长的干涉相位反映地表形变信息的细节会减少, 但受噪声影响较小, 抗干扰性能较短波长的强, 干涉像对相干性高。 地表形变表现为长期缓慢的小幅度渐变性形态, 也表现为短期迅速的大面积突发性形态。 不同雷达波长探测到的地表形变有效信息不同, 为了更好地利用干涉雷达对各种尺度和不同变化速率的地表形变进行监测, 需要在满足精度的条件下尽可能地选择波长较长及多样化的雷达数据。     

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.     

基于InSAR技术的伽师MS 6.4地震同震形变与滑动反演研究

<正>1研究背景地震震级较大或震源较浅时,地表会产生一定程度的变形,通常称之为同震形变。及时、准确和全面地获取同震形变场,能够快速认识地震地表形变整体宏观特征,甚至有助于研判发震断层位置及其走向变化等,这对政府应急响应和灾后救援部署等至关重要,具有重大的社会效益和经济效益（温少妍等,2020）。合成孔径雷达干涉测量技术（InSAR）是在干涉雷达基础上发展起来的一种微波遥感技术,具有形变灵敏度高、高空间分辨率高、覆盖范围大、几乎不受云雨天气制约等突出的技术优势,在对同震形变等大范围缓慢形变的测量研究中迅速得到广泛应用。     

ERS卫星雷达干涉测量:1999年台湾集集大地震震前和同震地表位移

1999年集集大地震(Mw=7.6)是20世纪以来台湾岛内最大的地震.在本研究中,5个不同时间获取的ERS-1/2卫星合成孔径雷达图像被组合,并被处理成多个差分干涉图,以此来考查与该地震相关的地表位移场.这些差分干涉图(空间分辨率为50m×50m)详细地揭示了沿台湾西海岸震中附近150km2陆地范围内的震前和同震地表形变.几个具有较长时间(2-3a)跨度的震前干涉图呈现出高度的相关性和一致性,并均显示出约1个干涉条纹,相当于沿kd 雷达视线方向的地表位移在空间尺度上呈相对总量为28.3mm的分布;而具有短时间跨度(0.5-la)的同震干涉图呈现出显著的反映地震形变的干涉条纹(9-10个条纹),相当于沿雷达视线方向的地表位移在空间尺度上呈相对总量为25.5-28.3cm的分布,这些由干涉处理所得到的形变观测结果与GPS测量结果吻合程度很高(相关系数达0.95),证实了干涉形变精度可达1cm.特别地,这些高分辨率的同震形变干涉结果可以为该地震的物理机制解释提供极好的观测数据,同时也展示了使用短波段InSAR监测长时间累积的微小震前地表位移是可能的.     

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...     

利用考虑地形起伏的反演方法获取2017年伊拉克MW7.3地震的断层参数及滑动分布

2017年11月13日伊拉克北部地区苏莱曼尼亚省发生了M_W7.3地震, 造成了重大的人员和经济损失。 本文利用升降轨的Sentinel-1和降轨的ALOS-2卫星的SAR数据, 通过差分干涉测量技术获取了该地震的同震形变场, 联合DInSAR和MAI技术, 采用抗差最小二乘法求解该地震的同震三维形变场。 基于改进的考虑地形起伏的均匀位错模型反演确定了发震断层的断层参数, 最后基于非均匀位错模型得到了发震断层的分布式滑动分布模型。 结果显示: ALOS-2卫星降轨轨道观测到的伊拉克地震引起的LOS向地表形变最大为55.8 cm抬升和47.9 cm下沉; Sentinel-1卫星观测到的伊拉克地震引起的LOS向地表形变为: 升轨轨道最大为87.9 cm抬升和17.1 cm下沉; 降轨轨道最大为55.6 cm抬升和38 cm下沉; 相对于前人的研究成果, 本文利用改进的考虑地形起伏的反演方法得到的发震断层几何参数表明发震断层为NNW走向, 倾向角为352°, 同震破裂以逆冲为主, 同时兼有一定的左旋走滑分量。 基于均匀位错模型反演得到的断层滑动分布结果表明, 同震破裂未延伸至地表, 主要滑动量集中在12~18 km, 最大滑动量位于15 km深度, 达到4.3m, 反演得到的矩震级为M_W7.35, 与UGSG、 GCMT等机构给出的结果一致。     

基于D-InSAR技术的伊朗巴姆地震地表形变监测

以伊朗巴姆地区为例,对伊朗巴姆地震造成的地表形变进行了差分干涉测量,得到了垂直向的同震三维形变场,并运用GIS三维分析技术对形变场进行了分析。实验结果表明,地震在巴姆城市的东侧造成了较大形变,在西侧也产生了微量形变。巴姆城市北部地块沉降,南部地块隆起。同时在巴姆城市南部可明显看到地震造成的断层。实验结果验证了基于C波段的SAR数据的D-InSAR技术在干燥地区监测地表形变方面的可行性。本文对产生去相关效应的原因进行了解释,认为对于干燥少植被的地区干涉效果较好。并指出,如果能够通过技术进步提高雷达干涉测量的精度并降低观测成本,同时将该技术与GPS、GIS等技术相结合,从而更好地研究形变机理,这将对地质灾害的研究产生重大意义。     

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.      

汶川地震SAR形变场电离层影响校正与断层地表破裂线自动提取

针对汶川地震PALSAR观测的方位向形变场存在严重电离层影响,导致准确提取断层地表破裂线困难的问题,本文使用一种基于频率域的电离层影响校正方法,从方位向形变场频域数据中提取电离层信号对应的频域信息,通过建模获得空间域电离层信号,并与原始形变场进行差分运算完成电离层影响的校正,还原了汶川地震断层近场沿SAR方位向的真实地表形变场.以校正后的方位向形变场作为数据源,采用非极大值抑制二维梯度算法,准确提取汶川地震北川—映秀断层和灌县—江油断层的地表破裂线.为验证提取结果的可靠性,引入野外地质调查数据进行对比分析,定量计算两条破裂线间的距离差异,结果表明基于SAR形变场自动提取的断层破裂线与野外地质调查数据具有较高的一致性,利用SAR观测形变场可作为调查地震断层地表破裂的重要补充手段.     

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。     

融合升降轨SAR干涉相位和幅度信息揭示地表三维形变场的研究

针对InSAR技术只能监测地表在雷达视线方向上的形变的缺点, 详细介绍了融合升降轨SAR干涉相位和幅度信息监测地表三维形变的具体方法. 该方法主要分为3个步骤: (1) 利用升降轨SAR干涉相位监测地表在2个不同雷达视线方向上的形变; (2) 利用升降轨SAR幅度信息获取地表在2个不同方位向上的形变; (3) 采用最小二乘准则和Helmert方差分量估计融合上述4个不同方向的形变, 从而估计地表三维形变场. 以2003年伊朗Bam地震为例, 应用该方法成功地揭示了该地震引起的地表三维形变场, 结果显示Bam地区北部出现了明显地表下沉和沿近西南方向的水平运动, 而南部则出现地表隆起和沿近东南方向的水平运动. 上下、南北和东西3个方向上的地表形变场都很好地吻合了地震断层所在的位置, 最大形变量分别达22, 40和30 cm. 最后, 将此三维形变场与利用Okada模型模拟的三维形变场进行了比较, 证明了该方法能够得到可靠且精度较高的地表三维形变场.     

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.     

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.     

一种子像素偏移追踪算法的实例验证

作为一种中强震形变场获取技术,子像素偏移追踪算法可以与InSAR、GPS等构成重要互补。验证了一种以强度互相关、双线性插值和二维高斯回归三种技术为基础的、新发展的子像素偏移追踪算法,且利用该算法求取了2014年2月新疆于田地震和2013年9月巴基斯坦地震的同震形变位移场。2014年于田地震地表破裂以左旋走滑为主,最大左旋滑移量达到1.5 m。2013年巴基斯坦地震地表破裂主要表现为左旋走滑的弧形破裂,最大滑移量可达到10 m。经计算得到的巴基斯坦地震同震形变位移场与前人的研究结果基本一致,精度可达到百分之三个像素水平。结果表明新发展的子像素偏移追踪算法可以有效求取中强震的同震形变位移场。     

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.     

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.     

地震同震形变场失相干恢复方法研究

在合成孔径雷达干涉测量中,干涉相干是局部干涉条纹质量的重要评价标准,但是由于各种失相干源的影响,会出现失相干现象,而这可能会丢失重要的形变数据。本文首先利用ENVISAT ASAR的两景影像获得了2009年意大利拉奎拉M_W6.3地震的带有失相干现象的同震形变场,对数据预处理后再使用移动窗口克里金法对拉奎拉地震的同震形变场进行插值处理,恢复了形变图的失相干区域,之后进一步通过正反演获得同震形变场,并与上一步的插值结果进行对比分析。结果显示,插值结果与反演结果在极震区吻合得很好,验证了移动窗口克里金插值法恢复失相干的可靠性,说明插值法可以成为实现地震同震形变场失相干恢复的一种途径。      

利用InSAR技术研究新疆阿什库勒火山群现今活动性

新疆于田县以南250km处的阿什库勒盆地内部,坐落着由10余座主火山和数十个子火山组成的阿什库勒火山群.该火山群海拔较高,气候恶劣,现今活动性未知.文中基于Envisat ASAR和ALOS PALSAR卫星影像资料,利用干涉图堆叠技术和短基线集合成孔径雷达干涉测量技术提取了阿什库勒火山群地区2003-2010年的地表形变场,并据此分析了火山的现今活动状态.结果表明,2008年于田地震之前(2003-2007年),阿什库勒火山群地区比较稳定,形变不明显;2008年于田地震之后(2008-2010年),阿什库勒火山群地区整体有沿雷达视线方向隆升的态势,累积最大约1cm,为震后块体应力调整的结果,并非火山活动引起的地表形变.而于田地震地表同震破裂带北端则显示出了较强的东向水平运动和垂向下沉运动的形变态势,累积最大约6cm.