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。     

2022年泸定Mw 6.6地震InSAR同震形变与滑动分布

2022-09-05,青藏高原东缘的鲜水河断裂上发生了泸定Mw 6.6地震,该地震是鲜水河断裂上40年来发生的最大地震,研究该地震的运动学和同震破裂模式对理解青藏高原东缘构造形变机制和评估鲜水河断裂以及安宁河断裂的地震危险性具有重要意义。利用Sentinel-1和ALOS-2卫星雷达影像,采用合成孔径雷达干涉技术获取了泸定地震的同震形变场,进而基于弹性半空间的位错模型,确定了本次地震发震断层的几何参数和滑动分布。结果表明,泸定地震是一次典型的左旋走滑事件,发震断层西倾,倾角约为72°,走向沿NNW-SSE方向,约为167°;断层破裂主要集中在0~10 km深度,最大滑动发生在约5.8 km深度,约为2.23 m;同震释放的地震矩约为8.74×1018 N·m,相当于矩震级Mw 6.59。通过对震后光学影像解译,发现此次地震诱发的滑坡多集中分布在发震断层西侧,该现象与余震主要集中在断层西侧的结果相一致,可认为是地震上盘效应的体现。     

InSAR数据约束下的2023年赫拉特地震序列发震断层探讨及其建筑物损毁评估

2023年10月7日阿富汗西部赫拉特省在不足1 h内接连发生4次Mw 5.5+的地震,称之为“2023年赫拉特地震序列”,此次地震序列是阿富汗境内过去20多年来遭遇伤亡最严重的地震事件,研究该地震序列的发震断层几何和快速分析损坏建筑物的分布状况对理解Herat断裂系统的构造机制、保障高效救援以及灾后规划重建等工作具有重要科学意义。基于欧洲空间局Sentinel-1升降轨合成孔径雷达影像,利用InSAR技术（interferometric synthetic aperture radar）获取2023年赫拉特地震序列的同震形变场,以升降轨InSAR观测为约束,反演确定发震断层几何和断层滑动分布,并对发震构造进行分析;基于多时相InSAR相干性变化探测方法分析并提取本次震后建筑物损毁代理图（building damage proxy map, BDPM）。结果表明,升降轨同震形变场均位于Herat断裂带和Siakhubulak断裂带之间,升降轨数据观测得到的最大视线向形变量分别约为32.3 cm和58.9 cm。反演结果显示,同震位错以逆冲运动为主兼具少量右旋走滑运动,发震断层北倾,倾角约...     

日本2011 Tohoku-Oki Mw 9.0级地震的同震形变及其滑动分布反演:GPS和InSAR约束

利用覆盖整个日本东北部的3个条带的Envisat/ASAR降轨数据和6个条带的ALOS/PALSAR升轨数据,通过二通差分干涉处理,首先得到了2011年日本Tohoku-Oki Mw 9.0级地震的初步同震形变干涉结果,然后,利用GPS同震观测值对InSAR结果进行校正和基准统一。在此基础上,采用弹性半空间矩形位错模型,联合GPS和InSAR观测结果对同震滑动分布进行反演,获取了发震断层的断层滑动分布。结果显示,此次地震的滑动分布主要发生在40～50km深度范围内,最大滑移量为50.3m,释放的能量为3.20×1022 N·m(相当于Mw 8.94级)。     

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。     

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。     

基于曲面断层结构的2007年所罗门群岛地震同震滑动分布反演

2007年4月1日,南太平洋岛国所罗门群岛的俯冲带地区发生了Mw 8.1级地震.利用日本宇宙航空研究开发机构(Japan Aerospace Exploration Agency,JAXA)的ALOS/PALSAR卫星雷达影像数据,采用二通差分干涉技术获得了覆盖所罗门群岛地震震区的同震地表形变场,根据四叉树方法对原始观...     

利用PALSAR数据反演2010年玉树地震断层的同震滑动分布

为深入了解2010年玉树地震引起的地表位移及发震断层的细节情况,对玉树地震震前、震后的PALSAR数据进行干涉处理,并针对轨道不精确引起的相位残差问题,采用最小二乘多项式模型拟合的方法对其进行去除,得到玉树地震地表的同震形变场.结果显示,形变最大地区发生在33.06°N、96.83°E附近,雷达视线方向形变最大值为-0.442 m.通过地质调查结果及合成孔径雷达干涉测量(InSAR)形变场的分析,对断层进行分段,基于弹性半空间位错模型对分段后的断层进行了同震滑动分布反演,并对反演结果的可靠性进行分析.结果表明,断层的最大位移为2.084 m,位于隆宝滩地表以下14 km处,反演结果对应的矩震级为Mw7.0,与地震学和地质调查的情况较吻合,且反演的结果较可靠.     

GPS与InSAR数据融合方法及其应用

应用GPS—InSAR集成技术监测地表形变是目前地学界研究的热点问题。介绍了利用GPS对InSAR进行大气误差和轨道误差改正的方法,探讨了GPS与InSAR数据融合的方案,并通过一个实例证明：应用GPS—InSAR集成技术可以达到毫米级监测精度,其具有十分广阔的应用前景。     

2016年意大利阿马特里切Mw 6.2地震震源机制InSAR反演

2016年8月24日,意大利中部阿马特里切（Amatrice）地区发生Mw 6.2地震。采用ALOS-2条带模式和SENTINEL-1A宽幅模式的合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）数据分别进行SAR差分干涉测量处理,获取了该地震的同震形变场。结果显示,本次地震造成意大利中部地区发生明显的地壳形变,在雷达视线向最大沉降量达19.6 cm。基于合成孔径雷达干涉测量（interferometry synthetic aperture radar,InSAR）和GPS同震形变场数据对此次地震的发震断层进行联合反演,通过改进倾角和平滑系数获取方法,得到了最优滑动分布模型。通过使用单断层模型和双断层模型进行反演可知,双断层模型反演结果优于单断层反演结果,两种模型下反演模型相关系数分别为0.85和0.89,发震断层走向分别为160°和158°,倾角分别为44°和46°,倾滑分布主要位于地下5~7 km,平均倾滑角为-80°,最大倾滑量0.9 m位于地壳深度5 km处,该发震断层是亚平宁冲断带的一部分,为NW-SE向延伸的正断层,断层长约20 km。综合使用地震同震形变场和GPS数据对震源机制进行反演、模拟和分析,获取了高精度的震源参数,可以为分析地震危险性和断层破裂参数等提供数据支持。     

利用断层自动剖分技术的2008年青海大柴旦Mw6．3级地震InSAR反演研究

2008-11-10青海大柴旦地区发生了Mw6．3级地震,其发震断层位于青藏高原东北缘的大柴旦一宗务隆山断裂带。利用欧空局Envisat／ASAR卫星雷达影像数据,采用二通差分干涉技术获得了地震的同震地表形变场,基于1D协方差函数估计InSAR同震形变场的中误差为0．52cm,方差一协方差衰减距离为5．9km。在此基础上,采用弹性半空间矩形位错模型进行断层几何参数反演,并利用断层自动剖分技术确定了地震的最佳同震滑动分布模型。结果表明,该地震的震源机制解为走向107．19°,倾角56．57°,以逆冲为主兼具少量右旋走滑分量;滑动分布主要发生在10-20km深度范围内,最大滑动量为0．51m,释放的能量为4．3×10^18Nm。     

2013年芦山Ms 7.0级地震断层参数模型反演

2013年4月20日四川芦山地区发生了Ms 7.0级地震。利用GPS三维同震形变数据获取地表形变场,基于位错模型反演芦山地震的断层几何参数及滑动分布。首先采用多峰值颗粒群算法（multiple peak particle swarm optimization,MPSO）得到断层几何参数,其中断层走向206.47°,倾角44.11°,长度21.94 km,离地表最浅处为7.66 km,最深处为17.84 km。为了反演断层面的精细滑动分布,分析地震所在的龙门山断裂西南段破裂面具有的铲状型特征,将芦山地震破裂面确立为铲状模型,即将断层的倾角预设为上陡下缓,倾角变化范围为21°~50°。结果显示,断层破裂面在不同深度区域出现了两个滑动峰值,其中最大滑动量为0.68 m,深度位于13 km。地震释放的能量为1.47×1019 N·m,对应的矩震级为Mw 6.74,与地震学的研究结果一致。     

综合遥感解译2022年Mw 6.7青海门源地震地表破裂带

2022-01-08中国青海省门源县发生Mw 6.7地震,直接导致兰新高铁受损停运,引起了国内外的高度关注。为了评估交通网的受损情况,提出一种综合光学遥感影像、合成孔径雷达（synthetic aperture radar, SAR）影像、无人机影像和激光雷达（light detection and ranging, LiDAR）数据解译地震地表破裂带的技术框架。针对此次门源事件,首先,获取高分1号（GF-1）、高分7号（GF-7）、Sentinel-2光学遥感影像和Sentinel-1A SAR影像,根据GF-1和GF-7光学遥感影像确定地表破裂带的空间分布特征,并利用光学像素偏移量技术估计东西向和南北方向二维地表形变场;其次,利用SAR像素偏移量技术获取距离向和方位向地表形变场, 同时利用差分干涉技术获取雷达视线向的地表形变(即距离向);然后,采用运动结构恢复技术处理无人机影像获取高精度的数字地表模型;最后,综合利用上述信息精确确定地震地表破裂的空间分布和地表形变特征。结果表明,此次地震东西向最大形变量约为2.0 m,距离向最大形变量约为1.5 m,该破裂带总长约为36.22 km。结合门源地区公路交通网,基于机器学习方法支持向量机模型对历史地质灾害点的分布以及地表破裂带进行分析,发现此次地震对高速公路带来的影响最大,对乡道的影响最小;交通干线G0611和G338东南段具有很高的灾害风险。所提技术框架可精密地解译地表破裂,在地震减灾中直接发挥作用。     

利用STLN和InSAR数据反演2008年青海大柴旦Mw6.3级地震断层参数

利用Envisat/ASAR雷达影像处理后获取的2008年11月10日青海大柴旦Mw6.3级地震InSAR同震形变场数据和LN算法反演观测值含有粗差情况下的地震Okada矩形位错模型断层参数;断层深度为19.691 5 km,倾角为56.892 3°,长度为16.499 3km,宽度为6.854 8km,倾滑量为0.832 6 m,中心经度为95.884 7°,中心纬度为37.529 5°,走向方位角为116.411 5°,地震矩为3.108 4×1018 Nm(Mw6.295 0)。反演结果表明,当观测值含有粗差时,LN算法在1范数下可以有效抵抗粗差的干扰,充分利用已有先验信息的同时顾及观测、线性化等原因引起的系数矩阵误差的影响。     

汶川地震GPS形变约束的破裂分段特征及滑移

为了解2008年汶川地震破裂分段特征及滑移,采用弹性位错模型和模拟退火算法,数值模拟汶川震区密集的GPS同震形变。结果表明,GPS同震形变场至少需要用铲状的映秀-北川五断裂加上灌县－江油断裂来模拟,该模型对GPS数据的符合程度与汶川地震滑动分布模型相当,基本反映了汶川地震破裂特征。映秀－北川断裂总长255~294km。南段以逆冲为主,分上下两层,最深达30km。中段右旋走滑和逆冲都很大,而北段以右旋走滑为主。映秀段地震周期最短为3000年。破裂上层深度14km可能是龙门山中央断裂的闭锁深度。汶川地震可能源于相邻块体的相对运动和挤压、深部滑脱或浅部闭锁,在薄弱构造处首先爆发地震。     

利用GPS和海底基准点观测形变反演日本大地震(Mw 9.0)同震断层滑动分布

收集了国际上发布的通过日本区域密集的地表观测数据获得的高精度同震形变位移,同时收集了靠近震中的5个海底基准点观测到的同震变形。基于以上结果采用分断层滑动模型,基于分层弹性半空间位错理论,采用二阶拉普拉斯平滑算子方法约束断层面上的滑动量,利用最速下降法求解模型的最优解,以期精化该地震断层的滑动分布,进而研究其地震活动机制。研究结果表明,日本地震断层的平均滑动为6.95m,最大滑动量为58.70m,位于东经143.17°,北纬38.25°,地震所释放的能量为4.48×10²² N.m(等效震级为Mw9.07),地震断裂主要集中于东经142°~143.8°,北纬37.2°~39.5°,海平面以下10~30km之间区域。