多轨PSInSAR监测华北平原地表垂直形变场

针对PSInSAR技术监测大空间尺度地表垂直形变场的不足,提出通过基准转换与数据拼接、融合不同轨道多个独立片区(Frame)获取大空间尺度地表垂直形变场方法.由于不同轨道主影像选取的参考基准不一致、不同轨道垂直基线不同、不同片区相位解缠的参考PS不同等因素影响,使得PSInSAR获得的不同轨道地表垂直形变场的空间基准存在差异,提取的地表形变信息不具有可比性.利用两个相邻片区重叠区域的PS点集,根据迭代最近点算法提取两片区公共区域内同名点,并兼顾同名点距离的权,精确计算两片区的配准参数,实现两片区的"无缝"连接,最后使各独立片区拼接成一个连续的大空间尺度地表垂直形变场.本文推导了多轨PSInSAR技术获得的不同片区形变场基准转换与数据拼接的数学模型,并以华北平原(115.32°E—118.79°E, 36.81°N—40.58°N)为实验区,解析了3个不同轨道共12个片区PS目标,获取了研究区2006—2010年地表垂直形变速度场.分析表明:(1)研究区大范围处于下沉状态,形成以北京、廊坊、天津、沧州、泊头—德州等城市为中心向外扩展的地表沉降发展态势,几个沉降中心的平均沉降速率分别达到-34.7 mm/a、-26.3 mm/a、-64.2 mm/a、-34.6 mm/a和-37.7 mm/a;(2)地表沉降的空间分布特征表明,城市工业生产和生活抽取地下水是地表沉降的主要诱因,农业灌溉和油气开采是导致华北平原大范围地表沉降的另一个重要因素;(3)研究区最大沉降带沿北北东向展布,与区内断裂分布一致,表明沉降的空间分布受到断裂带控制;(4)利用地表同期一等水准测量成果检验了本研究结果,精度达到4.72 mm,表明本文提出的数据处理策略能够满足大时空尺度地表形变监测的需求.     

Sentinel-1影像约束下的东昆仑断裂带玛沁—玛曲段现今地壳变形特征

东昆仑断裂带是青藏高原北部一条活跃的大型左旋走滑活动断裂, 其东段滑动速率呈自西向东递减的特征; 东段的玛沁—玛曲段被认为是地震破裂空段, 存在发生大震的可能.本文首先处理2014—2021年间覆盖东昆仑断裂带玛沁—玛曲段的Sentinel-1卫星升、降轨影像, 获得该区域近7年的视线(Line-of-sight, LOS)向形变速率场; 然后, 联合GPS速度场解算该区域的三维形变速率场和应变率场; 最后, 对玛沁—玛曲段的应变率积累、滑动速率和形变模式进行分析.结果表明: (1)该区域地壳变形表现为整体向东运动的特征, LOS向和东西向形变速率在玛沁—玛曲段南北两侧存在明显的梯度, 且沿断裂带自西向东逐渐减小; (2)玛沁—玛曲段上的阿尼玛卿山和西贡周断层交汇区附近具有显著的应变率积累, 同时这两处距上次地震的离逝时间已非常接近其地震复发间隔, 表明这两个区域具有较高的地震危险性; (3)玛沁—玛曲段的滑动速率自阿尼玛卿山向东分别为6.0±0.2 mm·a^-1、5.6±0.2 mm·a^-1、3.9±0.2 mm·a^-1和3.5±0.2 mm·a^-1, 意味着东昆仑断裂带东段的滑动速率在距离断裂带最东端至少300 km处的阿尼玛卿山附近就已经开始缓慢递减; (4)玛沁—玛曲段附近的次级块体表现出顺时针旋转的刚性运动特征, 符合书斜构造模型, 即青藏高原东北部的侧向挤出产生的区域变形由东昆仑断裂带和周缘次级断裂的左旋走滑及其断裂带最东端的地壳缩短共同吸收调节.

     

利用InSAR技术研究滇西南镇康—永德地区现今地壳形变特征

基于12景ALOS PALSAR卫星影像,利用InSAR的前沿技术,提取了2007~2010年滇西南镇康—永德一带的平均地壳形变速率和形变时间序列,并结合不同时段的水准和GPS监测结果,从三维角度研究了该区域现今的地壳运动特征。研究结果表明,水准资料显示的镇康—永德一带异常隆起区位于南汀河断裂带附近,范围沿北东—南西方向呈近椭圆形展布。这一地壳形变异常区在数十年尺度上表现为隆升(速率约2~3 mm/a),表明区域具备中强地震孕育的地壳形变背景。而在2007~2013的数年尺度上表现为大幅垂向形变波动,可能反映区域近年来地壳垂直运动比较活跃,应加强跟踪与监视。     

GPS与PS-InSAR联网监测的台湾屏东地区三维地表形变场

联合高精度的GPS水平位移观测和高密度的PS-InSAR雷达视线位移测量,实现地表三维形变的精确反演.本文在准确计算卫星轨道方位角基础上,使用GPS观测位移与星载雷达LOS方向形变的投影转换模型,将雷达LOS方向形变转换为垂直方向位移,并基于地面GPS与SAR影像PS目标联合构建形变监测网,采用参数平差算法估计区域地表形变场.以地质构造活动极其活跃的台湾岛及其西南屏东高雄地区为例,联合屏东地区48个GPS监测台站与雷达PS目标,监测该地区从1995-1999年间由于板块构造挤压运动和地下水抽取导致的三维地表形变.结果表明,该地区年均水平位移量为向西30~50 mm/a,高雄沿海地区发生明显的逆时针西偏南的逐渐增大的水平位移;垂直位移为屏东平原南部呈现-10 mm/a~-15 mm/a的地面沉降,而平原北部和高雄地区呈现约+5 mm/a~+10 mm/a的地面抬升.     

基于PSInSAR的2008年汶川MS8.0地震震后形变场特征

2008年5月12日汶川M_S8.0地震造成了巨大的同震形变, 地表破裂带分布广泛。 为了研究汶川地震震后形变的分布特征, 收集了震后2008年5月28日至2010年9月15日的多时相ENVISAT ASAR数据, 该数据包括两个相邻条带, 能够覆盖震后形变区域。 使用基于单一主图像的PSInSAR处理技术分别对两个条带进行处理并拼接, 获得了震后时序形变图和年平均形变速率图。 研究结果显示, 龙门山断裂带两侧的震后形变分布特征明显不同, 断裂带西北盘形变量表现为LOS向隆升, 最大累积形变约为26 mm, 最大形变速率约为17±7 mm/a; 断裂带东南盘形变表现为LOS向沉降, 形变量较小, 最大累积形变约为-10 mm, 最大形变速率约为-5 mm/a。 汶川地震后的形变特征反映了龙门山断裂在此段具有逆冲为主兼有走滑分量的活动性质, 本文研究结果与震后GPS观测结果在形变趋势和量级方面具有较好的一致性。     

2014年新疆于田M_S7.3地震的地壳构造变形背景

利用2011~2013年的流动GNSS观测资料及处理结果,获得了2014年于田MS7.3地震区域水平形变场。结果显示:(1)于田MS7.3地震发生在构造活动较强烈的阿尔金断裂带西端,其两侧的形变差异运动为8~9 mm/a,左旋运动是差异运动的主要成份;(2)发震区域的主应变是全区最突出的区域,张压大小相对均等,主张方向为南东东—北西西;(3)该地震发生在左旋形变的高梯度带上,其北部的塔里木盆地为较弱的右旋形变,其南部约150 km以外几乎无旋形变;(4)地震发生的部位为面应变性质转变的过渡带,其西为面膨胀区,其东为面收缩区。     

近几年山西断裂带水平形变的初步分析

以沿山西断裂带布设的GPS监测网的6期复测资料(1999~2004)所计算的近期趋势性运动速率为基础,获得了2005、2006年山西断裂带相对于近期趋势性运动的偏离结果。结果显示:(1)趋势性差异运动信息不显著,运动信息明显的点数只占十分之一,它们分别是S21、S20、S30和S33(位于太原以南),量级最大约6mm/a;(2)尽管单站趋势性运动信息不显著,但整体模拟计算表明,1999~2004年似乎有南北相对运动的迹象,相对变化最大约2.0mm/a;(3)2005年有偏离趋势运动的迹象,且背离趋势运动方向,最大量级约7mm;(4)截至2006年的累计偏离量最大约6mm;这表明2006年基本未发生累计偏离。由于变化相对平稳,这可能预示着山西断裂带内近期地震活动强度不太可能明显提高。     

GPS监测的中国及其周边现时地壳形变

利用多个全国性的GPS监测网、中国地壳运动主要活动带的区域性GPS监测网以及亚太地区大地测量计划(APRGP)的GPS监测网自1991年以来近10年的GPS资料,通过旋转变换将不同方法得出的各个子网的速度解进行统一,给出一个自恰的、完整的ITR一7框架下的速度场综合解.为了研究中国现时地壳运动在欧亚板块内形变的特征,基于一个现时板块运动模型ITRF97VEL,给出了3类网共260多个站的形变速度场.结果表明中国地壳运动有明显的不均匀性,以南北地震带为界,西强东弱;中国西部受印度板块强烈的冲挤,地壳运动由南向北逐渐减慢,呈现南北向缩短,东西向伸展,有明显的块体特征;喜马拉雅和天山西部分别提供了约15mm/a和9-13mm/a的汇聚速率;拉萨块体有(20.2±1.2)mm/a的伸长;喀喇昆仑一嘉黎断裂的右旋走滑速率和阿尔金断裂的左旋走滑速率分别为2-3mm/a和4-6mm/a,穿过龙门山断裂带的缩短速率小于7mm/a,这些都支持地壳增厚学说;沿阿尔金断裂带到喜马拉雅存在一个NNE弥散带,它是形变速度有东和西分量的分界线,是一个有特殊意义的动力学带.中国东部以走滑为主,东北块体是中国最稳定的地区,华北块体具有较大走滑性,是东部较易变形区.     

基于InSAR的海原—老虎山—毛毛山断裂带现今地壳形变特征

本文利用107景L波段2007年至2011年的ALOS/PALSAR卫星影像, 采用干涉图堆叠技术, 基于GAMMA软件, 利用影像数据公共区域的均值统计校正, 首次获取海原—老虎山—毛毛山断裂带整体地区的平均地壳形变速度场, 将大范围形变结果进行统一表达。 沿断层方向形变结果表明, 断裂带两侧存在明显差异运动, 断层的运动性质为左旋, 其中毛毛山-老虎山段的差异运动比较显著, 在震情跟踪工作中要给予重视。 另外, 结合研究区域内长期GPS水平速度场, 从多角度研究了区域现今地壳运动的特征。     

川滇地区现代地壳运动速度场和活动块体模型研究

通过分析中国地壳运动观测网络的GPS数据得到川滇地区地壳水平运动速度场 ,由此划分活动块体并分析其运动特征。结果表明 :相对欧亚板块 ,滇中、雅江和中甸次级块体的顺时针转动速率分别为 0 37°± 0 16°/Ma ,0 84°± 0 39°/Ma和 0 90°± 0 39°/Ma ,造成块体间跨木里弧形断裂带约 3mm/a的SN向挤压、丽江 -大理断裂带约 4mm/a的EW向拉张和理塘断裂带约 6mm/a的近EW向拉张。鲜水河断裂带左旋走滑速率 8～ 10mm/a ,安宁河 -则木河 -小江断裂带左旋走滑 5～6mm/a。龙门山断裂带没有明显的地壳消减 ,而断裂带西北约 15 0km处有一形变速度阶跃带 ,右旋走滑速率 4～ 5mm/a。阶跃带两侧的岷山块体和阿坝地区逆时针转动速率分别为 0 13°± 0 0 8°/Ma和0 5 3°± 0 19°/Ma。鲜水河 -小江断裂带以南、以西地区 ,青藏高原物质的E向挤出和重力滑塌造成川滇块体东移 ,在东部相对稳定的华南地块的阻挡下 ,川滇块体沿鲜水河 -小江断裂带由东转向南运动 ,从而引起川滇块体内部各次级块体的顺时针转动     

汶川MS8.0地震前后南北地震带北段GPS垂向形变特征

2008年汶川M_S8.0地震对南北地震带北段垂向变形产生了影响,对1999—2016年多期GPS观测数据进行精密解算,采用多面函数方法分别对研究区垂向运动进行周年运动剔除和空间滤波,获取了汶川地震前后垂向形变特征。结果表明:(1)以巴颜喀拉块体与华南块体交界带西侧为界,其西部自东向西呈指数函数衰减;东部自西向东呈对数函数形式衰减,且东部衰减程度大于西部,两块体交界南北段垂向形变特征存在差异性,北段隆升速度和变化梯度均弱于南段;(2)地震前后南北地震带北段垂向形变特征具有明显差异性,相对震前,震后大部分区域隆升速度加快,平均约为2 mm/a,局部区域加快程度较大,最大值达7 mm/a;(3)垂向速度的差异性变化对地壳的垂向应变积累具有影响,最大正影响区域为巴颜喀拉块体与华南块体交界及其西侧区域,增大了约10×10~(-8)/a,约为震前的2倍,最大负影响区域为川滇块体北部局部区域,减小了约7×10~(-8)/a。建议对巴颜喀拉块体与华南块体交界及其西侧区域和川滇块体北部局部区域强化跟踪分析。     

GPS监测的中国及其周边现时地壳形变

利用多个全国性的GPS监测网、中国地壳运动主要活动带的区域性GPS监测网以及亚太地区大地测量计划(APRGP)的GPS监测网自1991年以来近10年的GPS资料,通过旋转变换将不同方法得出的各个子网的速度解进行统一,给出一个自恰的、完整的ITR一7框架下的速度场综合解.为了研究中国现时地壳运动在欧亚板块内形变的特征,基于一个现时板块运动模型ITRF97VEL,给出了3类网共260多个站的形变速度场.结果表明中国地壳运动有明显的不均匀性,以南北地震带为界,西强东弱;中国西部受印度板块强烈的冲挤,地壳运动由南向北逐渐减慢,呈现南北向缩短,东西向伸展,有明显的块体特征;喜马拉雅和天山西部分别提供了约15mm/a和9-13mm/a的汇聚速率;拉萨块体有(20.2±1.2)mm/a的伸长;喀喇昆仑一嘉黎断裂的右旋走滑速率和阿尔金断裂的左旋走滑速率分别为2-3mm/a和4-6mm/a,穿过龙门山断裂带的缩短速率小于7mm/a,这些都支持地壳增厚学说;沿阿尔金断裂带到喜马拉雅存在一个NNE弥散带,它是形变速度有东和西分量的分界线,是一个有特殊意义的动力学带.中国东部以走滑为主,东北块体是中国最稳定的地区,华北块体具有较大走滑性,是东部较易变形区.     

基于GPS观测的张家口-渤海断裂带活动性

文中基于1999年、2007年、2009年、2011年、2013年以及2015年6期GPS区域站观测资料,计算得到了5个相邻时段中张家口-渤海断裂带的水平形变速率和应变率,据此研究了该断裂带的活动性演化特征。结果表明,在5个时段中,张家口-渤海断裂带的总体形变速率平均为1. 74mm/a,左旋走滑速率平均为1. 59mm/a,压缩速率平均为-0. 59mm/a。张家口-渤海断裂带各时段的左旋走滑速率均大于压缩速率,说明其活动性以左旋走滑活动为主,兼有压缩运动。在5个时段中最小主应变率均小于0,为压性,最大主应变率>0,为张性。张家口-渤海断裂带的主压应力方向均为NEE-SWW向,主张应力方向NNW-SSE向;正应变率均为负数,为压性;断裂带的剪应变率值相对于正应变率较大,表明剪应力较强,各时段均以左旋剪切应力作用为主。张家口-渤海断裂带的构造活动具有继承性,在日本3·11大地震后,其构造活动性呈现逐步减小的趋势。     

GPS资料反映大震前后青藏高原东北缘的水平形变

利用1999～2007年和2009～2011年青藏高原东北缘地区水平形变观测与处理结果,分析了汶川、玉树地震前后该区域水平形变场及其变化,得出:(1)1999～2007年水平运动的大小与方向变化明显,但清晰有序,相对运动一般在15mm/a以内,2009～2011年的水平运动轮廓虽然与1999～2007年相似,但变化可辨,主要体现在震源较近的地域;(2)1999～2007年的主压应变优势方向为南东—北西向,有序与一致性较强,值域一般在(±35～38)×10-9/a之内,最大主应变区呈带状分布于祁连构造带上,2009～2011年最大主应变的大小及空间分布则有一定的差别,震中附近最大约为180×10-9/a,但主应变方向与1999～2007年基本保持一致;(3)1999～2007年最大剪切应变率大小的空间分布呈北西向条带状,较大值域的条带为祁连构造带达27×10-9/a,2009～2011年最大剪切应变率的空间状态不同于以前,最大值位于震源及其附近地区接近120×10-9/a,其他区域相对较小;(4)1999～2007年的旋剪形变呈北西向条带左、右旋交替的分布状态;2009～2011年则没有如此清晰,最大值也位于震中及附近地域。总之,震后区域形变场有较大的调整,可能还在继续中。     

张家口-渤海地震构造带的地壳形变研究

华北北部地区的张家口-渤海断裂带是控制现代强震的一条地震构造带。新近纪以来,在区域NEE向主压应力的作用下,新发育了一系列的NE向构造活动带,与张家口-渤海断裂带组成1组共轭的剪切破裂系统,控制了近代强震的发生。文中主要探讨了这条断裂带的地壳形变特征。长趋势GPS地壳形变图像反映了这条活动断裂带相对完整的左旋走滑活动。分期的地壳形变图像揭示了在中强地震前,沿该断裂带出现一系列的NE向梯度异常带,分别指示了唐山-河间、三河-涞水以及延怀-山西地震构造活动带的活动,表明了沿张家口-渤海断裂带出现了中强地震的中期前兆。研究认为,强震前地壳形变揭示的是深部蕴震层的应变活动信息,而强震之后比较杂乱的图像特征体现了盖层的调整运动     

鲜水河断裂带的现今水平形变及构造动态

据鲜水河断裂带水平测距的新成果,讨论该带现今构造运动的动态特征。在分析水平形变的基础上,联系表层构造形变和区域背景,探讨地块沿断裂带运动的模式。认为该带的现今运动主要表现为断裂带两侧地块往东南的同向不等速滑动,其地表形变效应则与左旋走滑相一     

基于InSAR技术的喀什-乌恰交汇区地壳垂直形变特征分析

利用喀什-乌恰交汇区2004—2010年间的ENVISAT ASAR数据,采用层叠InSAR技术获得了喀什-乌恰交汇区地壳垂直形变速度场,并结合研究区GPS观测数据结果,分析了喀什-乌恰交汇区地壳形变特征。结果显示,喀什-乌恰交汇区地壳垂直形变速率约为?1—2mm/a,其中,乌恰南边的山区形变量最大,形变速率达到2mm/a,是整个研究区中隆升最明显的区域;而喀什、阿图什一带形变量比较小,基本在0—1mm/a。卡兹克阿尔特和阿图什南翼断裂为乌恰以南的隆升区域到喀什、阿图什垂直形变平稳区域的梯度带,这个区域吸收了1—2mm/a的垂直形变能量和7—9mm/a的水平形变能量,是喀什-乌恰交汇区中主要的地壳形变能量消耗地带。     

山西中北部地区地壳垂直形变时空演化特征及与强震的关系

采用山西中北部地区2006期和2015期一等精密水准测量资料,利用经典动态平差方法,对区域近期地壳垂直形变时空演化特征进行了研究。结果表明:(1)山西中北部地区近期整体表现为山地隆升,盆地下沉的特点,以继承性运动为主,但局部也存在差异性。吕梁断块和太行断块表现为隆升,活动速率分别为2～8 mm/a和2～6 mm/a;山西断陷带的系列盆地表现出相对下沉,沉降速率为-3～-10 mm/a;(2)汶川地震显著影响了区域地壳垂直运动形变场。震前区域地壳运动表现为显著拉张特点,震后张性减弱,挤压增强;(3)大同—化稍营、呼和浩特和榆次—石家庄一带存在地壳垂直形变高梯度带,中长期尺度上存在地震危险性背景。     

滇中主要活断层现今活动性研究

为研究滇中地区主要断层的活动特征,利用1999—2007年和2011—2017年2期GPS观测资料以及地质资料,基于Okada位错模型反演了研究区域主要断层的滑动速率和闭锁深度。结果表明:(1)红河断裂带的走滑速率为(1.5±1.6)～(4.7±1.5) mm/a,倾滑速率为(-3.6±1.6)～(1.9±2.4) mm/a,断裂南段的活动性更强;(2)无量山断裂和南华—楚雄—建水断裂的走滑速率为(4.0±1.6)～(5.6±1.5) mm/a和(4.8±1.4)～(6.6±1.6) mm/a,倾滑速率分别为(-0.7±1.5)～(0.2±1.4) mm/a和(-5.8±1.5)～(1.7±1.8)mm/a;(3)红河断裂带元江—元阳段和洱源—弥渡段、无量山断裂带和南华—楚雄—建水断裂带西段处于震间闭锁状态,闭锁深度分别为6.8 km,7 km和7.2 km。     

PS-InSAR技术在西秦岭北缘断裂带地壳微小形变监测中的应用

D-InSAR技术可以测得地壳垂直形变精度达到mm级,但由于其受空间、时间失相干和大气延迟的限制,导致其在监测地壳长期缓慢形变中的应用受到限制。而PS-InSAR作为D-InSAR技术的创新,在克服时间失相干的同时还可以计算并消除大气影响,使得干涉处理得到的结果更加精确。文中以西秦岭北缘断裂带甘谷地区为实验区,利用从2008年5月至2010年9月共14景ENVISAT ASAR数据,采用PS-InSAR技术对该实验区地壳微小形变进行探测。研究结果得到西秦岭北缘断裂带甘谷地区断裂带南北两盘的相对滑动速率约为5mm/a,点目标的形变速率和形变方向均与西秦岭北缘断裂的左旋运动特征相符,并与其他学者的研究结果有较好的一致性,表明PS-InSAR技术在监测地壳微小形变中具有广阔的应用前景和巨大的发展潜力。