基于InSAR技术的阿尔金断裂带东段震间形变监测

正阿尔金断裂带是亚洲大陆内部一条长期活动的巨型走滑断裂带,该断裂带是青藏高原与塔里木盆地之间的Ⅰ级块体边界构造带,晚第四纪以来活动强烈,具有发生高震级地震的构造条件。在阿尔金南缘断裂与阿尔金北缘断裂相互重叠的二百多公里区域内(即拉配泉北至肃北段),史上无高震级地震记录,形成了明显的5级地震空段。此外,小震精定位结果显示,该地区自2002年出现了小震活动增强的现象,累积应变释放也呈现加速特征。阿尔金断裂带东段     

利用InSAR研究乌恰地震同震形变

2008年10月5日在新疆乌恰地区39.50°N、73.64°E处发生MW6.7地震,用ROI_PAC软件处理4景日本ALOS卫星数据得到乌恰地震的三维同震形变场。距离向,断层北侧最大位移达39 cm,南侧最大位移达36 cm;方位向,北侧和南侧的最大位移分别为1.5 m和2 m。采用Okada弹性位错模型分析该地震的滑动分布,模拟得出的断层走滑角为48°,倾滑角为53°,深度为10.5 km,最大形变量2.5 m,分析得出该地震为向北逆冲兼左旋走滑。     

高级时序InSAR地面形变监测及地震同震震后形变反演

差分干涉测量技术(differential interferometry technique,D-InSAR)是在InSAR技术基础上发展起来的,主要应用于测量地表微小形变。该技术在监测地震形变、火山活动、冰川运动、城市地面沉降以及山体滑坡等领域得到广泛应用,但实际研究中存在很多局限性,例如轨道参数误差、地形数据误差、大气延迟误差、时空去相关引起的相位解缠误差以及系统噪音误差等。这些因素成为InSAR高精度形变探测应用的主要限制。InSAR时序分析方法是目前解决常规D-InSAR处理过程中各种精度制约因素的主要方法之一。本文以InSAR时序分析中几个关键技术问题为研究目标,开展InSAR时序关键技术研究。本文取得的创新点如下:(1)在传统相干点提取方法的基础上,提出了一种新的提取方法:满秩相干点。该方法将干涉冗余网络图中节点和边结合起来构建满秩矩阵,并依此作为相干点提取指标。实验结果表明,满秩相干点提取法不仅能有效提高相干点的空间分布密度,而且能保留相干点的最优测量精度。(2)将大气延迟相位分成3种分量,即长波长大气相位、短波长大气相位以及地形相关的大气相位。在此基础上,利用网络法分别对3种类型大气延迟相位进行校正。网络法可以估算出每个时刻的大气延迟误差,再重构每一幅干涉图的大气延迟误差。实验结果分析表明,采用网络法能精确模拟出每个时刻大气延迟误差和每幅干涉图中的大气延迟相位。(3)离散点相位解缠误差是时序分析过程中主要误差源之一,直接影响后续时序分析结果的精度。本文提出一种利用网络闭合环残差方法,对离散相干点相位解缠误差进行检测和校正。该方法可以有效识别出离散相干点解缠相位中相位跳变;同时,本文也介绍了离散相干点解缠相位跳变校正的方法。(4)基于相干矩阵满秩条件,提出一种新的InSAR时序反演策略。利用干涉冗余网络图中各条边和节点之间的关系,采用最小二乘方法解算各个时刻点的形变特征,以有效解决传统InSAR时序反演过程中的秩亏问题。通过Bam地震震后时序形变场提取,在羊八井电站地热开采地下水引起地面沉降监测以及北京市地面沉降监测等几种典型应用中,验证了该方法的有效性和精确性。在关键技术突破的基础上,本文利用提出的新方法,获取了2008年10月6日西藏当雄MW6.3地震同震形变和震后地表形变时序,研究发震断层参数和震后运动过程的动力学机制。利用同震形变反演得到断层几何参数及滑动分布模型为先验知识,以InSAR时序方法获得震后形变时序资料为约束,分别利用震后余滑模型和震后黏弹性松弛模型,研究当雄地震震后断层的运动过程,同时对青藏高原南部中低地壳或者上地幔的黏性系数进行估计,并给出了最优拟合解。     

InSAR技术在监测形变中的干涉条件分析

针对InSAR技术在形变监测领域中的应用,本文从分析D-InSAR的干涉机理对其约束条件出发,重点研究空间去相关和形变梯度这两个关键指标对形变信息提取的影响.研究针对不同系统参数的传感器来展开,并论证这两个因素对干涉测量的限制.本文的创新性工作主要集中在以下几个方面: (1)分析了各传感器参数下的临界坡度范围,进而确立了SAR传感器监测的无信息区域;(2)证明了在植被覆盖区,相干性分解必须考虑体散射分量,并依此对模型进行了修正;(3)明确了形变梯度与相位梯度的差异以及两者的函数关系,并将入射角引入形变梯度函数模型.(4)通过模拟数据和真实数据比较各传感器在不同条件下形变监测的优缺点,在统计分析的基础上进一步验证结论.本文的研究是对干涉测量条件的进一步补充,对于理解干涉成像机理、完善InSAR数值计算模型(形变梯度模型和相干性分解模型)以及帮助研究人员根据研究区域特征选择合适的InSAR数据具有一定的参考价值.     

PS InSAR技术在地壳长期缓慢形变监测中的应用

简单介绍了地壳形变测量方法,对所有方法进行了比较。重点阐述了PS In-SAR技术理论在地壳形变监测中的应用可能性及应用现状,讨论了PS InSAR在应用中的技术问题及解决方案,以发挥该技术在地震地质研究及地震预报工作中应有的作用。     

汶川MS 8.0地震InSAR同震形变场特征分析

采用7条地震前后日本ALOS/ PALSAR整轨数据,利用D-InSAR技术提取了2008年5月12日四川汶川地震500km×450km的地表连续同震形变场.形变场覆盖了金川-石棉、黑水-乐山、松盘-彭山、南坪-简阳、康县-重庆所有区域,包括了理县、汶川、茂县、北川、青川等重灾区域.结果显示,整个形变场影响范围较大,四川盆地出现了不同程度的地表形变.发震断层附近的非相干区域显示此次地震地表主破裂带在北川-映秀断裂带上,可以追踪出地表破裂带从汶川县映秀镇西南震中附近一直到青川县苏河北侧,全长约为230km.在发震断层西南段汶川至茂县一带,非相干条带的宽度明显大于其它段落,这与彭县-灌县断裂(前山断裂)的都江堰-安县段地表破裂段密切相关,地表破裂带长约70km.在远离发震断层的区域,西北盘总体表现为抬升,东南盘表现为沉降.但在发震断层附近,断层两侧均表现为局部抬升,且沿断层形变量分布很不均匀,表现出较强的分段性,显示出发震断层以逆冲为主的断层性质.从美国哈佛大学(Harvard)、美国地质调查局(USGS)与美国国家地震信息中心(NEIC)、中国地震台网中心(CENC)所给出的震中位置和发震时刻的差异来看,也反映出汶川地震破裂过程是多点破裂过程.在汶川县映秀镇西侧震中区,最大相对形变量达260cm,如果全部换算成垂直形变,则两个区域的垂直相对形变达3.3m.在雅安、峨眉山一带约有35cm的沉降区,在重庆及其南侧区域约有25cm的小范围隆起.     

基于GIS的当雄同震InSAR形变场分析

InSAR技术对同震形变的量测达到了厘米级的精度,但在数据后处理和结果分析方面仍然存在明显的不足。采用可对空间信息进行存储、管理及分析等功能的GIS,对InSAR数据获取的2008年10月6日16时30分西藏自治区当雄县MW6.3地震的同震形变场进行分析。结果表明:(1)GIS可对多源数据进行有效管理;(2)可以确定当雄地震的震中位置;(3)可获取沉降区的最大形变量;(4)可确定主要的形变区间;(5)可将形变结果进行三维展示。GIS可有效地弥补InSAR数据后处理、数据分析及成果展示方面的不足。     

汶川M_S 8.0地震InSAR同震形变场特征分析

采用7条地震前后日本ALOS/PALSAR整轨数据,利用D-InSAR技术提取了2008年5月12日四川汶川地震500km×450km的地表连续同震形变场。形变场覆盖了金川—石棉、黑水—乐山、松盘—彭山、南坪—简阳、康县—重庆所有区域,包括了理县、汶川、茂县、北川、青川等重灾区域。结果显示,整个形变场影响范围较大,四川盆地出现了不同程度的地表形变。发震断层附近的非相干区域显示此次地震地表主破裂带在北川-映秀断裂带上,可以追踪出地表破裂带从汶川县映秀镇西南震中附近一直到青川县苏河北侧,全长约为230km。在发震断层西南段汶川至茂县一带,非相干条带的宽度明显大于其它段落,这与彭县-灌县断裂(前山断裂)的都江堰—安县段地表破裂段密切相关,地表破裂带长约70km。在远离发震断层的区域,西北盘总体表现为抬升,东南盘表现为沉降。但在发震断层附近,断层两侧均表现为局部抬升,且沿断层形变量分布很不均匀,表现出较强的分段性,显示出发震断层以逆冲为主的断层性质。从美国哈佛大学(Harvard)、美国地质调查局(USGS)与美国国家地震信息中心(NEIC)、中国地震台网中心(CENC)所给出的震中位置和发震时刻的差异来看,也反映出     

InSAR大气误差改正及其在活动断层形变监测中的应用

为了获取青藏高原东北缘老虎山断裂带精确的震间形变速率场,通过对短时间基线干涉图大气改正效果的评价,从3种外部大气数据(MERIS, ERA-Ⅰ, WRF)中确定出最优的大气改正方法,用于长时间基线干涉图中的大气信号改正;然后利用层叠法(stacking)累积平均经大气和轨道改正后的干涉图,获取了研究区的震间形变速率场.结果显示:海原断裂系统区域内,MERIS和ERA-Ⅰ的大气改正效果优于WRF;MERIS和ERA-Ⅰ的改正结果给出了相似的形变速率场,断层两盘相对形变速率为视线向2.5 mm/a,转换成平行于断层方向为6.5 mm/a,与GPS结果一致;在近断层5 km的范围内,出现了较大的形变梯度,揭示了浅层蠕滑的存在.      

形变多手段监测与地震预报

1 研究背景 我国将大地测量用于地震监测预报始于1966年邢台地震,现已逐步发展成为具有多手段、多队伍的地形变监测学科,积累现象了大量监测资料.在地震的中长期预测、中短期预报中有较为成功的实例,但错报、漏报现象也不少.地震预报水平与防震减灾的实际需求仍有较大差距,实事求是地总结成功经验与失败教训,有利于清醒认识地震监测预报水平,以便不断完善多手段地形变监测,推动地震科研事业不断向前发展.     

2016年新疆阿克陶地震Sentinel-1 InSAR同震形变特征

2016年11月25日新疆克孜勒苏州阿克陶县发生M_W6.6地震。 本文利用合成孔径雷达差分干涉测量技术, 对Sentinel-1卫星获取的升、 降轨雷达数据进行了处理, 提取了该次地震的同震形变场, 并结合形变场特征与震源机制解, 采用梯度下降法反演发震断层的滑动分布。 结果表明, 升、 降轨LOS向同震形变场在发震断层两侧具有明显不同的形变特征, 主要形变区域分布在断层两侧, 升轨LOS向形变量可达-8.2 cm与11.2 cm, 降轨LOS向形变量可达-21.4 cm与13.1 cm; 反演的升、 降轨干涉形变场与InSAR测量值之间的残差得到有效控制, 大部分的残差介于±5 cm之间; 断层滑动分布主要集中于沿断层面深约2~18 km处, 最大滑动量位于沿断层面深约7 km处可达0.96 m; 平均滑动角约182.29°, 最大滑动处的滑动角约197.13°, 两个滑动分布中心的滑动角均接近180°, 表明阿克陶地震为一典型的右旋走滑破裂性事件; 当剪切模量取32 Gpa时, 反演的发震断层地震矩M₀可达9.75×10¹⁸, 相当于矩震级M_W6.60, 与地震波形反演结果一致。     

基于PS-InSAR的蓟运河断裂震间形变监测研究

采用2014年10月22日至2019年4月11日之间的26景Sentinel-1升轨数据,基于PS-InSAR技术对蓟运河断裂这一隐伏断裂进行形变监测试验。结果表明：(1)研究区受地面沉降干扰强烈地区在南部宁河一带,向北地面沉降逐步减弱,在蓟运河断裂北段以北一带基本无地面沉降现象。(2)研究区北部的视向线形变速率在蓟运河断裂北段一带在0 mm·a^-1左右,向北随远离断裂形变速率增大,表明研究区北部受近东西向燕山隆起控制,有向南掀斜运动的趋势。(3)蓟运河断裂北段活动方式为黏滑,其两盘的视线向相对形变速率差约为1.83 mm·a^-1,蓟运河断裂南段两盘形变速率差小于2.96 mm·a,与2005—2012年的水准测量结果相近,表明蓟运河断裂2005年以来活动速率较为稳定。(4)在受到地面沉降影响下,隐伏断裂的InSAR形变场包含更多的非构造信息,无法获取断裂的具体形变速率。但断裂活动会导致断裂两盘含水层厚度不同,地下水超采造成的地面沉降幅度也不同,相应的其InSAR形变场在断裂两盘出现突变,对隐伏断裂的位置判定有一定意义。     

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。     

尼泊尔M_W7.8地震InSAR同震形变场及断层滑动分布

采用DInSAR技术和欧空局2014年新发射的Sentinel-1A/IW数据,获取了2015年4月25日尼泊尔M_W7.8地震的InSAR同震形变场.所用InSAR数据扫描范围东西长约500 km,南北宽约250 km,覆盖了整个变形区域,揭示了形变场的全貌及其空间连续变化形态.此次地震造成的地表形变场总体呈现为中部宽两端窄的纺锤形,从震中向东偏南约20°方向延伸,主要形变区东西长约160 km,南北宽约110 km,由规模较大的南部隆升区和规模较小的北部沉降区组成,南部最大LOS向隆升量达1.1 m,北部最大LOS向沉降量约在0.55 m.在隆升和沉降区之间干涉纹图连续变化,没有出现由于形变梯度过大或地表破裂而导致的失相干现象,表明地震断层未破裂到地表.基于InSAR形变场和部分GPS观测数据,利用弹性半空间低倾角单一断层面模型进行了滑动分布单独反演和联合反演,三种反演结果均显示出一个明显的位于主震震中以东的滑动分布集中区,向外围衰减很快,主要滑动发生于地下7~23 km的深度范围内.InSAR单独反演的破裂范围,特别是东西向破裂长度大于GPS单独反演的破裂长度,而InSAR单独反演的最大滑动量则低于GPS单独反演的滑动量.因此认为联合反演结果更为可靠.联合反演的破裂面长约150 km,沿断层倾向宽约70 km,最大滑移量达到4.39 m,矩震级为M_W7.84,与之前用地震波数据和GPS数据反演的结果一致.     

2008年MS7.1于田地震InSAR同震形变场及其震源滑动反演

本研究利用InSAR技术与ALOS PALSAR雷达数据,获取了2008年3月20日于田MS7.1地震视线向同震形变场,并基于该数据集和限制性最小二乘算法反演了此次地震的断层滑动分布;通过构造四大类反演方案,详细分析了InSAR观测系统中的入射角与方位角对反演结果的影响.结果表明:入射角随点位变化对反演结果有较大影响,使用其平均值将对破裂细节产生一定影响;而方位角对反演结果的影响不大,使用其平均值是一种较为理想的选择;引入入射角与方位角变化后,反演获得了较佳的于田地震同震滑动,主要集中分布于0~14 km深度附近,最大滑动量达3.2 m,矩张量为3.3×1019 N·m,相当于矩震级MW7.0.     

汶川MS8.0级地震InSAR同震形变场观测与研究

利用InSAR技术,采用地震前后日本ALOS/ PALSAR数据,提取了2008年5月12日四川汶川地震7个条带的地表同震形变场.每个形变条带南北向500 km,东西向70 km,7个形变场覆盖了映秀镇、都江堰、茂县、北川、平武和青川.结果显示,此次地震地表破裂带在北川—映秀断裂带上.地表破裂带从汶川县映秀镇西南震中附近一直到青川县苏河北侧,全长约为230 km.发震断层西北盘为抬升盘,南东盘断层附近,仍然表现为隆起区,显示出以逆冲为主的断层性质.在汶川县映秀镇西侧震中区,最大相对卫星视线向形变量达260 cm,如果全部换算成垂直形变,则两个区域的垂直相对形变达3.3 m.从北川至平通一带,卫星视线向形变范围在120～180 cm的隆起带.其中,擂鼓镇隆起形变范围170～180 cm,换算成垂直形变约在2.2～2.3 m之间.在青川苏河北附近,有70～80 cm范围的隆起形变.在雅安、峨眉山一带,以及射洪至重庆北侧一带有大范围沉降区.在重庆及其南侧区域有幅度在20～30 cm小范围隆起.由青川向东至广元、宁强一带,有形变幅度在60～70 cm的隆起区.整个形变场影响范围较大,四川盆地出现了不同程度的地表形变.