长江三峡工程库首区InSAR测量的初步研究

正在进行的长江三峡水利枢纽工程将建成世界上最大的人工水库，已有的研究表明，高坝水库有可能诱发中强地震。合成孔径雷达干涉测量（InSAR)已成为测量地球表面变化极具潜力的技术。对欧洲遥感卫星ERS－1与ERS－2的SAR数据的初步分析表明：只要时间跨度不太长，在有植被覆盖、地形起伏较大的山区亦能获得较为理想的干涉图像。结合三峡地壳形变监测网络，利用InSAR技术完全有希望识别三峡工程蓄水过程的地表变形。     

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.     

玛尼地震的InSAR形变研究与模拟

采用欧洲空间局ERS-2的星载干涉雷达数据,选取1997年11月8日MW7.6级玛尼地震作为研究对象,采用了差分干涉方法,在通过对覆盖同一地区的SAR数据进行差分干涉处理,得到了玛尼地震的视线向同震形变场。经研究发现:该地震形变场呈长轴近北东东向不规则椭圆形分布,地表破裂带长度约为130km,发震断层走向约为78°,断裂为左行走滑特征。断层以南为隆起区,在发震断层附近最大视线向隆起位移量为113.6cm,断层以北为沉降区,最大视线向沉降位移量为170.4cm。基于Okada模型实现了具有复杂结构的4段断层段参数的InSAR形变场数据模拟,获得断层的最大走滑为6m,估计出玛尼地震的标量地震矩M0为2.69×10^20Nm,计算得到的矩震级MW为7.6。证明了研究方法的正确性和研究结论的可靠性。     

基于时间序列的InSAR相干性量级估计

本文提出了一种适用于InSAR数据处理的自适应相干性量级估计方法,该方法能够满足复信号随机平稳的假设前提,并兼顾运算效率与估计精度.此方法生成的相干图具有很好的分布特征,避免了影像空间分辨率的损失.提出的算法分为两个步骤:(1)根据地物后向散射特性,对时间序列SAR影像进行聚类分析,选择具有同分布的样本,保证SAR影像质地平稳条件;(2)对干涉图进行条纹频率估计,采用极大似然(ML)条纹频率估计方法去除系统相位引起的复信号非平稳性,并根据Cramer-Rao边界条件改善条纹频率的估计精度.以美国南加州洛杉矶地区的ENVISAT ASAR数据集为例,本文将新方法与现有方法进行了量化分析.结果表明,较传统方法而言,基于时间序列的相干性估计方法能够得到更可靠、精度更高、空间特征更鲜明的干涉相干图.     

基于InSAR技术的淮南矿区DEM重建及精度分析

对于易发生地表形变的区域,传统DEM模型如SRTM,逐渐失去其时效特性,不能准确的描述地质特征,亟待更新重建.本文基于合成孔径雷达干涉测量(InSAR)采用SAR影像复数据相位信息提取地面三维信息的新技术,介绍了合成孔径雷达干涉测量数字高程模型建立的原理和方法.在此基础上,选取研究区,获取了Envisat ASAR SLC雷达影像数据,采用InSAR算法对研究区的数字高程模型进行了重建.并在研究区的形变区内外分别选取控制点,对重建DEM和SRTM进行比较分析.结果表明:对于易发生形变的特殊区域,传统DEM因失去其时效性,无法准确的描述地形特征;合成孔径雷达干涉测量可以作为此类地区DEM定期重建的有效手段.最后对重建的DEM实现三维可视化,提高了读图效率和成图质量.     

InSAR约束下的2008年汶川地震同震和震后形变分析

2008年5月12日,青藏高原东缘的龙门山断裂带上发生了Mw7.9级汶川地震.本文通过分析覆盖汶川地震震中区域的ALOS/PALSAR像对的方位向偏移量来选择无明显电离层扰动影响的像对进行干涉处理,获取了高精度、连续的InSAR地表形变场.在此基础上,结合高精度GPS同震形变数据,采用同震、黏弹性松弛震后形变联合反演模型同时确定了汶川地震的同震滑动分布和龙门山地区的流变结构参数.研究结果表明,汶川地震是一个断层破裂非常复杂的地震事件,其中,北川段、岳家山段、虹口段和汉旺段的滑动以逆冲为主,而青川段以右旋走滑为主.滑动主要发生在10 km深度以上的区域,最大滑动量位于虹口段的东北端,达10.7 m.地震释放的总能量为9.28×1020 N·m（Mw7.91）,与地震学的结果一致.联合反演模型确定的龙门山地区中下地壳的黏性系数为2×1018 Pa·s,为青藏高原东部地区的黏性系数提供了一个可靠的下限值.如果有更长时间的震后形变观测时间序列,将为该区域提供更为可靠的流变结构.     

雷达差分干涉测量技术及其应用研究--以1997年西藏玛尼7.9级地震区域形变测量为例

雷达差分干涉测量是一种最新的大地形变测量遥感技术方法,本文对差分干涉技术的原理及具体实现进行了深入研究,并讨论了差分干涉测量结果的误差.利用欧洲空间局1996年4月15日获取的ERS-1数据和4月16日获取的ERS-2数据,以及1997年12月2日获取的ERS-2数据,应用差分干涉测量技术对发生于1997年11月8日的西藏玛尼地震进行了提取区域形变场的应用研究,从得到的变化检测条纹图中可识别出地表破裂带,还可定量推算震中周围和两条断裂带附近的变形情况,差分干涉测量结果与地面调查符合得很好.     

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小范用隆起.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.     

多孔径InSAR技术电离层校正方法及二维形变场应用研究——以玉树地震为例

差分合成孔径雷达干涉测量技术只能监测地表在雷达视线方向上的一维形变,这极大的限制了其发展和应用.本文详细介绍了一种利用单对干涉影像监测地表二维形变的方法——多孔径InSAR(MAI)技术,研究了基线误差和电离层对该技术的影响,发展了利用顾及方向性的滤波和插值方法改正电离层的影响.最后,以2010年玉树地震为研究对象,利用两景PALSAR影像给出了地表的同震二维形变场.研究结果表明,MAI技术要明显优于传统的灰度偏移量法,在同震形变监测和震源参数反演中具有巨大的潜力.     

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.     

基于虚拟特显点的高精度InSAR性能评估方法

由于特显点的高相干性,基于图像特显点的InSAR性能评估方法存在指标计算偏高的技术缺陷.为了客观评价InSAR性能,通过在实际特显点邻域引入虚拟特显点作为评估样本点,提出一种改进的InSAR性能评估方法.该方法利用特显点的高信杂比特性,并通过实际特显点和虚拟特显点的精确相对定位,可准确估计虚拟特显点在SAR图像中位置坐标,同时避免了特显点高相干性的不利影响.全流程的分布式卫星InSAR信号仿真实验验证了虚拟特显点InSAR性能评估方法的有效性,绝对、相对干涉相位估计精度及绝对、相对测高精度等主要InSAR性能指标的计算精度更高.     

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。     

基于快速分布式目标探测的时序雷达干涉测量方法:以Lost Hills油藏区为例

针对当前分布式目标雷达干涉测量运算效率低、选点困难等问题,本文提出了一种建立在快速同质点选取下的干涉数据处理框架.相比之前的时序数据处理方法,新方法具有选点快速、自适应性强的特点,能在保留影像分辨率基础之上增加空间点密度.另外,在统计推断的基础上,提出基于无偏空间相干性估计的分布式目标选择方法,进而弥补了传统经验阈值设定的缺陷.本文以美国加州Lost Hills油田区为例,在论证数据处理框架的可行性基础之上,分析了因孔隙流体萃取和孔隙压力降低引起的地表变形.     

Decomposing InSAR LOS displacement into co-seismic dislocation with a linear interpolation model： A case study of the Kunlun Mountain Ms=8.1 earthquake

It has always been a difficult problem to extract horizontal and vertical displacement components from the InSAR LOS （Line of Sight） displacement since the advent of monitoring ground surface deformation with InSAR technique. Having tried to fit the firsthand field investigation data with a least squares model and obtained a preliminary result, this paper, based on the previous field data and the InSAR data, presents a linear cubic interpolation model which well fits the feature of earthquake fracture zone. This model inherits the precision of investigation data; moreover make use of some advantages of the InSAR technique, such as quasi-real time observation, continuous recording and all-weather measurement. Accordingly, by means of the model this paper presents a method to decompose the InSAR slant range co-seismic displacement （i.e. LOS change） into horizontal and vertical displacement components. Approaching the real motion step by step, finally a serial of curves representing the co-seismic horizontal and vertical displacement component along the main earthquake fracture zone are approximately obtained.     

Sentinel-1A及ALOS2数据约束下的阿克陶地震震源参数反演及发震构造研究

2016年11月25日,在新疆阿克陶县发生了M_W6.6地震.本文利用Sentinel-1A宽幅数据和ALOS2精细数据获得了同震形变场,干涉形变场沿木吉断裂展布,显示本次地震破裂长度可达70 km,在地表形成两个形变中心,且震中东部形变场条纹密集而西部稀疏、影响范围广,跨断层剖面显示视线向最大形变量可达12 cm.利用一种结合先验知识的多视角最小二乘迭代分解法求解出地表的三维形变场,结果显示震中东部形变中心垂向向下运动最大可达20 cm,木吉断裂南侧西向运动可达10 cm,断层表现为右旋走滑兼具正断作用.采用前向模拟的方法确定二段式分段断层模型能够较好地恢复观测形变场,进而以InSAR观测数据为约束,基于弹性半空间形变模型采用两段非均匀断层滑动模型来反演断层面上的精细滑动值.反演结果显示本次地震可能为两次地震事件,发生在断层西段的第一次事件以右旋走滑为主,走向103°,倾角76°,滑动角-167°,震源深度10.1 km,累计地震矩为7.2×10¹⁸ N·M;东段的第二次事件为右旋走滑兼具正断作用,走向109°,倾角略缓约55°,滑动角-160°,震源深度5.3 km,累计地震矩7.76×10¹⁸ N·M.本次地震是一次发生在公格尔拉张系的拉张环境下的构造地震.

     

汶川MS8.0级地震前后ULF电磁辐射频谱特征研究

本文基于电磁波频谱理论研究方法,对2008年四川汶川M_S8.0地震前后金河、剑阁及郑州二砂三个电磁波台站的观测资料进行FFT和小波变换分析,研究了电磁辐射数据快速傅里叶频谱变化特征和在不同尺度下小波变化的分解,发现在汶川地震前确实有异常信息存在.结果表明:(1) FFT动态谱图像说明,地震前电磁波频谱变化特征较明显,在时间、频段上均显示了阶段性进程特征,且随着震中距的增大,辐射能量越小,异常出现的时间越晚;(2) 小波分解显示了地震前电磁波异常信号低频部分出现的时间较早;距震中较近的台站,异常信息在高频部分相对明显;距震中稍远的台站,异常信息在低频部分相对明显.     

断裂带震源机制节面聚类确定断裂带产状方法及在2021年漾濞地震序列中的应用

一条断裂带上发生地震的破裂面通常与断裂带形状接近,同一地震破裂带上大量震源机制节面中应该有集中于断层面形状的一个集合,求出此集合的节面中心就可以得到断裂带的几何形状.根据这个原理,本研究给出了震源机制节面之间距离的方法,将带有噪声、基于密度的空间聚类方法(DBSCAN)应用于震源机制的节面聚类分析,并应用于2021年云...