基于差分干涉雷达的汶川地震同震形变特点

地震同震形变场是认识震源机制、确定发震断裂、分析发震断裂活动方式、评估震害损失及揭示未来发震趋势的重要依据。但在龙门山地区复杂的自然环境中, 现有的地震同震形变场获取方法(GPS测量、构造形迹分析、震源机制解结合数值模拟计算)难以快速、全面的捕捉到这种信息, 这突显出差分干涉雷达技术(D-InSAR, Differential Interferometry SAR)在同震形变场研究中的优势。本文介绍了其观测原理, 在地震同震形变监测中的研究现状, 并重点分析了已获取的D-InSAR汶川地震同震形变场的观测结果。基于差分干涉雷达观测及相关资料, 对龙门山断裂在本次地震中活动性进行了初步分析, 结果表明干涉雷达形变图像与地表破裂范围、逆冲角度的变化、上下盘升降关系及大型余震的展布存在很强的相关性。      

利用雷达差分干涉测量技术获取汶川MS 8.0地震形变场

利用ENVISAT/ASAR和ALOS/PALSAR数据,结合两路差分干涉测量技术获得了汶川地震的同震形变信息和震前、震后地面在卫星视线(light of sight,简称LOS)方向上的形变特征。结果表明,汶川地震引起的地面形变范围广,程度大,地震形变沿断层向北北东向扩展,所形成的差分干涉条纹明显。地面的形变特征对于推断断层的性质,研究地震形变和地震发育特征具有重要的参考价值。另外,将同震雷达差分干涉测量的结果与利用USGS发布的汶川地震有限元断层模型(finite fault model)反演的LOS方向的形变进行了对比验证,发现二者在断裂带的上盘具有较好的一致性,但在下盘却有较大的误差。通过不同传感器干涉结果的对比发现,L波段的雷达干涉结果更能够反映汶川大地震在龙门山断裂带附近的地面形变信息。     

四川九寨沟Ms7.0级地震滑坡应急快速评估

基于地震滑坡危险性评估的Newmark累积位移模型,利用震前获取的震区地形数据、区域地质资料,结合地震动近实时获取技术,开展了四川九寨沟M_s7.0级地震诱发滑坡的应急快速评估。地震滑坡位移分析结果表明,同震滑坡活动的中—高强度区分布在断层两侧宽约4 km的带状区域内,整体沿北西方向延伸。其中,极震区的丰雪塘、日则和干海子等城镇驻地及附近道路的滑坡强度相对较高;震前、震后影像对比表明九寨沟地震诱发的滑坡类型以浅表型碎屑流及小规模崩塌为主,且同震碎屑流多是在震前已有碎屑流的基础上进一步活动扩展而来,震后汛期泥石流隐患也不容忽视;通过典型地区滑坡位移分析结果与震前、震后影像对比,表明滑坡位移分析结果能够较好的反映同震滑坡的宏观分布特征,但在场地尺度上吻合程度欠佳,后续将通过提升岩性和地形等数据质量进行改进。研究结果可为灾情研判提供宝贵信息,对提高灾害应急救援效率具有重要意义。     

从同震和震后形变分析1668年M8.5级郯城地震对周边地震活动性的影响

以山东郯城1668年大地震为例,以前人地表地质调查结果为约束,利用弹性位错理论初步获取了该地震的同震破裂模型;在此基础上,基于粘弹性分层模型分析了该地震的同震和震后形变,同时以主震断层为接收断层计算了库仑应力分布,进一步讨论了地幔不同粘滞性系数对地表形变和库仑应力变化的影响。计算结果显示,该地震是一个右旋走滑为主兼有一定逆冲性质的地震,其同震位移巨大,能量释放较彻底;同震破裂造成震中郯城县西北、东北和南部部分断层库仑应力增加,而震后形变使得这些断层库仑应力进一步增加,在单县、宿迁和日照等地,地震后350 a库仑应力变化量达到+1bar-+1MPa量级;地幔粘滞性系数不同,形变量和库仑应力变化达到稳定的时间不同,但最终趋于稳定的数值基本一致。     

芦山地震同震和震后地表形变及重力变化的理论模拟

为了研究芦山地震的孕震过程和震源区的长期构造过程以及解释实测的震后形变和重力资料, 采用分层介质模型, 利用数值模拟的方法, 考虑区域流变系数, 计算了地震引起的地表同震、震后的形变和重力变化以及区域内部分GPS与重力连续观测台站的震后形变和重力变化的时间序列.结果表明: 芦山地震的地表同震形变显示出发震断层明显的逆冲特性; 粘弹性松弛效应引起的震后地表形变和重力变化比同震形变和重力变化的范围明显扩大, 但随着粘滞系数的增加, 变化量明显减小; 观测台站的震后变化时变曲线显示震后形变和重力变化在震后50 a间变化显著, 100 a后基本平缓, 趋于稳定; 模拟计算的GPS台站中除了MEIG台和MYAN台以外, 其余台站的震后观测必须考虑粘弹性松弛的影响.      

极具潜力的空间对地观测新技术——合成孔径雷达干涉

“合成孔径雷达干涉(InSAR)”是近十年发展起来的空间对地观测遥感新技术。它具有从覆盖同一地区的星载(或机载)合成孔径雷达复数图像对提取干涉相位图,借助于雷达成像时的姿态数据重建地表三维模型(即数字高程模型)的巨大潜力。尤其是基于多幅雷达复数图像处理的差分干涉技术(D-InSAR)可以用于监测地表形变,精度可达厘米级甚至更高,其监测空间分辨率是前所未有的。介绍了InSAR和D-InSAR的基本原理,对影响干涉结果的一些重要因素做了分析,重点回顾和展望了差分干涉技术在与地表形变有关的地震监测和震后形变测量、地面下沉和山体滑坡、火山运动监测等方面应用的现状和前景。     

差分干涉SAR冻土形变检测方法研究

季节性冻融导致的地表形变是冻土地区工程建设的主要病害,冻土的冻胀和融沉是影响青藏公路以及目前建设的青藏铁路路基稳定的重要因素.近年来,差分干涉测量技术已成为地表形变测量和监测的重要工具.基于重复轨道的ERS 1/2雷达图像,研究了利用干涉SAR技术探测冻土形变的方法,经过对引入DEM差分干涉SAR技术的处理和分析,得到研究区冻土形变结果.通过与实测数据比较,表明重轨差分干涉测量可以精确地探测冻土表面形变,可用于青藏铁路冻土形变监测.     

于田地震同震形变场ALOS干涉雷达观测及初步分析

2008年3月21日发生在新疆于田的7.3级地震是继2001年11月昆仑山口西8.1级地震后的最大一次7级以上地震.地震是构造活动的集中反映, 会伴随着较大的地表形变及断裂的明显活动, 能够放大构造正常的活动方式, 同震变形场是这种放大作用在地表的直观反映, 对于认识发震断裂运动性质, 研究邻近构造活动性具有重要意义.青藏高原西北缘自然环境恶劣, 常规方法无法对于田地震开展及时有效的同震形变测量, 凸显出差分干涉雷达(InSAR)技术的优势.在介绍InSAR观测原理基础上, 通过地震前后ALOS干涉雷达观测获取了于田地震的同震变形场, 并结合构造背景揭示出:于田Ms 7.3级地震的宏观震中位于康西瓦断裂东南端的南北2个分支(大红柳滩断裂和慕士山南麓断裂)和阿尔金断裂西南端帚状的3个分支交汇的三角地带; 于田地震引发了阿尔金断裂一近南北向分支断裂的同震地表破裂, 破裂长度为25.6 km; 发震断层为正断层, 倾向西, 上盘的最大运动幅度在200 cm以上; 于田地震所在的两大断裂交汇处的构造应力场以近南北向挤压为主.      

差分干涉雷达遥感在地质学中的应用研究

雷达差分干涉测量是当前雷达遥感的热点研究领域，对地质学特别是地震、火山、大地构造的研究具有极其重要的意义。文章对差分干涉雷达遥感的原理及具体实现进行了深入研究，并分析了差分干涉测量结果的误差，郑重阐述了差分干涉雷达遥感在地震、地表形变测量、火山监测、板块构造研究中的应用。     

四川长宁“6·17”地震诱发的次生地质灾害类型及其发育特征

为研究四川长宁“6·17”地震烈度与震后地质灾害发育之间的关系,笔者将研究区地震前后地质灾害排查结果进行对比分析、统计梳理。本文在宜宾市3区7县地震前后地质灾害调查成果的基础上,结合四川省地震局发布的地震烈度图以及新闻稿件,经梳理统计分析,得出不同地震烈度区内震后地质灾害的发育与分布特征、地震前后地质灾害变化规律如下:①宜宾长宁“6·17”地震震级6.0级,级数不大,但是诱发的地质灾害种类较多;②新增地质灾害隐患点以震中长宁县双河镇为中心,集中于高烈度区,且高烈度区地质灾害发育密度远大于低烈度区。③高烈度区地灾隐患点有成倍增加的趋势,中烈度区增幅不明显,低烈度区无变化。对处于多发地震区的四川省,尤其是川南片区震后应急救灾、地质灾害形势预测、建设规划、地质灾害防治等方面有一定的参考意义。     

玉树地震地表变形InSAR观测及初步分析

采用玉树M_S7.1级地震前后两期PALSAR雷达数据(震前2010年1月15日, 震后4月17日)进行了“两轨+DEM”的InSAR处理, 获得了高质量的差分干涉雷达条纹图像和同震变形场。参考该区的基本构造格局, 根据干涉图像的变形范围、变形量和变形梯度可以初步判断:(1)玉树地震诱发了总体上NWW走向, 全长约70km地表陡变带, 陡变带南段位错及陡变梯度较大, 会在地表产生地表破裂;而西北部4段位错及陡变梯度较小, 不易在地表诱发破裂, 但可能在地下一定层位产生了隐伏破裂带;(2)陡变带两侧的雷达视线向运动方向预示发震断裂以左旋走滑运动为主;(3)宏观震中位于玉树县城西北约16km的地表陡变带上。D-InSAR解译结果与中国地震台网中心震源机制解、野外发震断裂调查结果及地貌特征吻合较好, 证明了干涉雷达解译成果的可靠性, 可以为准确定位玉树地震发震断裂地表行迹和快速评定震害损失提供有力的技术支持。      

基于GPS监测芦山MS 7.0级地震同震位移

高精度GPS测量是研究现今地壳运动和地壳形变的重要手段之一。2013年4月20日,龙门山断裂带南段芦山地区（30.3°N,103.0°E）发生了MS 7.0级地震。震后的野外考察表明,芦山地震在震中区没有形成具有构造地质意义的地震地表破裂带。文中根据震中附近监测站（BXB： 30.48°N,102.71°E和BXN：30.26°N,102.84°E）资料,通过对震前、震后的GPS监测数据反演、分析,推断芦山4·20地震发生机理为逆冲错动型地震。GPS监测结果显示,震区的同震位移量为：断裂北侧测站BXB即断层西北盘（上盘）东向同震位移量为34.0 mm,北向同震位移量为-28.2 mm,垂向抬升10.3 mm;断裂南侧测站BXN即断层东南盘（下盘）东向同震位移量为-45.5 mm,北向同震位移量为-25.9 mm,垂向同震位移下沉为67.8 mm。芦山4·20地震使得断层南北向缩短3～6 mm,水平错动位移78～82 mm,断裂垂向错动75～80 mm。     

2008年汶川大地震同震、震后形变和应力及对松坪沟地质灾害的影响

2017年在四川茂县松坪沟发生的新磨滑坡造成了重大人员伤亡.除了分析降雨、工程地质等因素外,前人提出地震对滑坡的形成也起到了重要作用,然而目前还缺乏详细的定量分析.本研究根据龙门山地区地壳结构和GPS观测,结合美国地质调查局USGS反演得出的汶川地震同震破裂模型,利用粘弹性分层半无限空间模型(PSGRN/PSCMP程序)计算了汶川地震引起的同震和震后形变及应力场变化,并详细分析了对松坪沟地区的形变和应力.结果表明汶川地震同震破裂造成松坪沟地区发生了明显地表位移,并且震后的粘弹性松弛效应使得变形在该区持续加强.汶川地震同震破裂在松坪沟地区造成的东向位移为26.8～42.3 cm,北向位移为7.4～8.0 cm,该区处于垂向位移上升和下降的过渡地带,变化量为–0.1～1.7 cm;震后9年在同震的基础上东向位移继续增加约2.5 cm,北向位移增加约7.4～8.0 cm,松坪沟的北西段处于垂向位移持续上升区,而南东段处于垂向位移下降区,震后形变造成平均地形梯度增大,有利于滑坡灾害的发生.鉴于松坪沟断裂性质的不确定,汶川地震同震和震后引起的库仑应力改变对其活动性会产生不同的影响.     

四川汶川地震诱发滑坡与峰值速度的关系

利用汶川地震诱发的滑坡资料和得到的地震动数据,对地震诱发滑坡与峰值速度的关系进行了分析,得到一些基本认识：①地震诱发滑坡与地震动峰值速度(PGV)存在明显的正相关性,可以利用PGV作为判别地震滑坡的判据;②汶川地震龙门山震区可以触发地震滑坡的PGV下限约为0.5m/s;③龙门山震区可以触发地震滑坡的PGV上限约为1.5m/s;④建立了汶川地震龙门山震区PGV衰减关系,可用以估计地震滑坡致灾的范围。利用地震动参数研究地震诱发滑坡具有很好的一致性,可以克服应用烈度时存在的不足。上述研究结果可以应用于震后灾害快速评估工作中,为应急救援方案的制定提供参考信息。     

基于分裂节点法的地震同震和震后形变数值模拟及其在汶川大地震中的应用

大地震导致的同震及震后效应,对于分析不同地震之间的相互影响及区域地震危险性等有着重要的作用.文中开发了模拟地震同震及震后效应的三维黏弹性有限元程序,通过计算走滑断层震例(概念性模型)引起的同震及震后效应,并与解析/半解析解进行对比,验证了程序的可靠性.同时基于概念性模型,分析了不同介质参数对同震及震后的地表变形的影响....     

差分干涉雷达方法研究及在强震形变精确测量中的应用

一、前言差分干涉雷达(SAR)属于干涉SAR的高级处理技术,应用差分干涉SAR可以监测地表的微小形变(波长级),对于研究精密大地测量、地震学、火山监测等都有重要的意义。由差分干涉处理获得的地壳形变为斜距向,为了与GPS及其它资料相比较,还需要将其分解为竖向与水平向两个分量。为此本文研究了断层活动、强震运动、卫星轨道等之间的关系,确定了不同情况下,斜距向形变分解成水平与竖向两个分量的公式。在以上工作的基础上,处理了西藏玛尼1997年Ms7.5强震区地震前后5景ERS-1/2 SAR图像,获得了差分干涉雷达图像,并精确测量了最大水平与竖向位移分量。     

基于高分辨率卫星影像估算汶川地震同震水平缩短量:以白沙河段为例

2008年汶川地震(Mw7.9)造成了严重的人员伤亡和重大经济损失。震后现场调查获得大量的垂直和走滑同震位移数据,但缺乏同震水平缩短量数据,直接影响了对汶川地震的同震形变特征的研究。文中尝试从一个新的角度,通过地震前、后QuickBird卫星影像对比,同时结合野外实地测量来分析汶川地震地表破裂带同震水平缩短量。白沙河破裂段位于中央主破裂带的西南端,距震中区映秀镇最近仅有15 km。在该破裂段的两侧各有一条乡间公路,相距300～900 m,我们通过对比地震前、后QuickBird卫星影像的公路间距变化,对比震后实测公路位置与震前的差异,获得了一系列的同震水平缩短量,其平均值为6.8 m(RMS),最大值和最小值分别为13.2 m和1.1 m,综合误差为2.33 m。该估计值大于沿地表破裂带通过复原变形人工构造物以及变形地层所获得的同震水平缩短量,说明汶川地震在地表造成的水平缩短分布在一个较大的范围内,而破裂带附近所观测到的仅仅是其中的一部分。     

一种基于小基线雷达差分干涉图集监测地表形变的新算法

本文提出了一种用于监测地表形变时间演化的差分雷达干涉测量新算法,该方法基于对影像对生成的差分干涉图的适当组合。为了降低空间失相干影响,影像对选取需依据短基线原则,利用奇异值分解方法将由于长基线限制而分开的独立的数据集联系起来,增加了观测的时间采样率,滤去大气相位分量,就可以获取形变的时空信息。本文对ERS卫星获取的1992~2000年间意大利坎皮弗莱格瑞火山和那不勒斯城地区的数据进行实验,验证本文提出的算法具有可行性并根据获得的形变结果进行了深入的动力学分析。     

汶川震区植被恢复与同震滑坡活动性动态演化分析

强烈的山区地震往往会引发大量同震滑坡,对当地植被覆盖和生长造成直接破坏。作为表现滑坡活动强度的重要指标,同震滑坡体表面的植被恢复情况对评估震后地质灾害的活动情况具有重要意义。然而,受观测资料所限,当前对于震区植被恢复进程的研究多为小尺度范围,而对大区域内植被演化机制以及植被与地质灾害活动性的关系认识不足。因此,采用多时相、长时序（2000—2020年）的高精度遥感影像对汶川地震强震区大范围内的植被恢复过程进行研究,计算得到不同时期植被恢复率,以此探究大范围内植被恢复的普适性规律,同时分析植被恢复与滑坡活动强度变化的关系。研究发现：截至2020年,71.34%区域的同震滑坡表面植被已处于恢复程度较好阶段;高活动强度、中活动强度、低活动强度和基本稳定的滑坡面积比分别为17.6%、12.4%、17.7%和52.3%。同震滑坡地表恢复趋势表明,汶川震区植被预计在震后约17 a恢复至震前平均水平。然而,植被恢复过程和滑坡活动性的变化往往受多种因素的综合影响。虽然滑坡地表植被恢复在一定程度上反映了地震后滑坡活动性的下降,但地震对滑坡活动性的影响将比地表植被恢复到震前水平所持续的时间更长。参考前人研...     

高分辨率光学和SAR遥感影像在地震地质灾害调查中的应用——以九寨沟M7.0级地震为例

快速全面的获取地震灾情信息对于减少灾害损失、预防次生灾害发生具有重要的意义。遥感技术凭借其快速、大范围、高精度地获取地面信息的特点在震后信息提取中发挥了重要作用。传统光学遥感数据由于受到震后多云雨天气的影响,往往难以获取有效数据。合成孔径雷达(SAR)能够全天候获取数据,已成为震害评估的重要数据源。随着遥感图像向着高分辨率方向发展,数据所包含的信息也越来越丰富,更有利于地震地质灾害调查。本文以2017年九寨沟地震为例,采用高分辨率光学和SAR遥感图像为数据源,从道路震害分析、滑坡次生灾害提取、同震形变场计算等多个角度开展应用研究,对此次地震地质灾害进行调查。结果表明,结合高分辨率光学和SAR遥感影像各自的特点和优势,能够在地震地质灾害信息全面调查中发挥重要作用。