融合多平台DInSAR数据解算拉奎拉地震三维同震形变场

针对单一平台DInSAR技术仅能获取雷达视线方向同震形变场的问题,根据雷达成像的几何条件,融合不同轨道、不同平台的DInSAR数据解算了拉奎拉地震的三维同震形变场。三维形变结果反映的拉奎拉地震发震断层的特征与地质调查的结果较吻合。将得到的三维形变场数据与该地区GPS观测站数据进行比较,结果表明,得到的拉奎拉地震的三维同震形变场比较可靠且精度较高。     

PSInSAR方法探测意大利拉奎拉地震形变过程分析

采用双轨处理模式对8景ENVISAT降轨数据进行永久散射体(PS)时间序列处理,获得了2009年4月6日意大利拉奎拉(L’Aquila)Mw 6.3级地震区域的PS时序差分干涉图和形变场。结合Delaunay三角形剖分算法对破裂区的形变过程进行数值分析,结果表明:①本次地震变形最强烈、地表破裂发生的区域是一个地势相对较低的椭圆形洼地。破裂主要沿震中的东南方向传播,面积约22×14km2,方向约135°。②地震产生的形变量集中在破裂区,主要在震时及震后形成,位移场视线向下沉量达150mm。③破裂区位移场数值分析表明,本文提出的数据处理策略较完整地揭示了此次地震位移场变化的全过程,在8景雷达数据所跨时间段内,震前2008年4月与2009年2月两景资料显示,研究区位移场变化不明显,2009年2月至震后的2009年4月的图像显示,震中区形变场快速变化,沉降量达130mm;6～7月,形变场的沉降速度明显减缓,8月30日最后一景资料显示,沉降速度出现加速,破裂区总下沉量达150mm。     

基于PALSAR数据的2010年Darfield地震地表同震形变场提取

2010年9月3日（UTC时间）,新西兰南部小镇Darfield发生了强度为Mw7.1的地震,其主震对地表造成了严重破坏。为了对由地震引起的地表形变进行研究,本文利用二轨DInSAR技术,通过2景ALOS PALSAR影像的升轨数据,成功提取了该地震的地表同震形变场。从对实验结果的分析可知,该地震的断层为东西走向,断层北盘地表呈现沿雷达视线方向的下降,最大量约为1.5米;断层南盘则发生了沿雷达视线方向的抬升,最大量超过了2米。     

InSAR数据约束下2016年和2022年青海门源地震震源参数及其滑动分布

中国青海省门源县于2016年和2022年分别发生了Mw 5.9和Mw 6.7地震,相距不足40 km。利用欧洲空间局Sentinel-1A升降轨雷达影像,采用合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar, InSAR)技术分别获取两次地震的同震地表形变场,进而利用弹性半空间的位错模型确定上述事件的震源参数,基于分布式滑动模型反演确定两次地震断层面上的滑动分布,并探讨2016年门源地震对2022年门源地震的发震影响及触发机制。结果表明,2016年门源地震为逆冲型地震,并未破裂到地表,升、降轨同震形变场沿视线向的最大形变量分别为6.7 cm和7.0 cm,断层的最大滑动量为0.53 m,主要集中在地下4~12 km区域滑动。2022年门源地震同震形变场沿NWW-SEE向破裂,降轨影像最大视线向地表形变量为78 cm,断层的最大滑动值达到3.5 m,处于地下4 km左右,断层滑动分布模型揭示此次地震为左旋走滑型地震;结合冷龙岭断裂的运动性质和几何特征,可初步判定发震断层主要为冷龙岭断裂的西段、且极有可能破裂到了其西北端西侧的托莱山断裂。静态库仑应力触发关系显示,2016年门源地震对2022年门源地震的发生有一定的促进作用。     

多视角InSAR数据解算2017两伊地震三维同震形变场

2017两伊地震是自1900年以来发生在扎格罗斯山脉的最大地震,为了研究此次地震引起的同震形变场,利用覆盖同一地区的3对Sentinel-1A升降轨数据分别进行两通差分DInSAR处理,得到了研究区3个视线向的地表同震形变场,通过直接解算法重建了研究区的三维同震形变场。试验表明：3种视角的升降轨视线向上升与沉降总体趋势基本一致;联合多个视角的观测结果可以实现三维形变场的重建;根据地表视线向和三维同震形变的特征以及地质构造背景推测了发震断层很有可能为扎格罗斯山前断层。     

利用SAR影像配准偏移量提取地表形变的方法与误差分析

单一的InSAR观测技术可提取地表沿雷达视线方向(LOS)上的一维位移,而利用SAR影像配准过程中的同名像素偏移量可提取地表沿雷达方位向(近南北向)与距离向(近东西向)的二维形变场,与LOS方向的一维形变形成优势互补。本文在分析SAR影像配准偏移量提取地表形变场方法的基础上,推导建立了雷达方位向与距离向形变提取的误差模型,探讨了该方法提取地表形变的主要误差源。以Bam地震ASAR影像和玉树地震PALSAR影像为数据源,分别开展同震形变场的提取与误差分析试验,结果表明,基于SAR像素配准偏移量提取同震形变场的精度主要受匹配窗口尺寸与过采样因子影响,形变提取误差随匹配计算窗口的增大而减小,形变提取精度随过采样因子的增大有适量提高,地形起伏效应在高差较大的SAR影像区域中表现较为显著。     

融合DInSAR和MAI技术反演九寨沟地震三维形变场

差分雷达干涉测量(DInSAR)在地震形变监测中具有重要作用,但DInSAR仅能获取雷达视线向的形变量,无法准确反映地表三维形变.为了获取真实的地表形变,文中采用一种联合DInSAR和多孔径干涉技术(MAI)的地震三维形变场反演方法,以2017年九寨沟Ms7.0级地震为例,融合升降轨Sentinel-1A数据,联合解算获取研究区地表在竖直、南北、东西向上的形变,构建地震三维同震形变场.实验结果表明,本次地震的断裂带为西北—东南(NW-SE)走向,地震断裂面西北侧(下降盘)错动位移较大,向东南偏东方向滑动;东南侧(上升盘)错动位移较小且3个方向位移的贡献较为平均,大致向正西北方向滑动.地表运动以水平形变为主,纵向起伏较小,东西方向对本次地震的同震形变贡献最大,存在向东最大0.25 m、向西最大0.12 m的形变,断层性质为左旋走滑断层.     

基于GIS的InSAR结果分析方法及在汶川Mw7.9级地震同震解释中的应用

利用GIS对InSAR结果进行分析可以更全面地解释地表形变机制。介绍了利用GIS对SAR影像进行裁剪、切割和拼接处理、剖面和等值分析的方法。在此基础上,以汶川Mw7.9级地震为例介绍了基于GIS的InSAR结果分析方法在地震形变机制解释方面的应用:①根据InSAR距离向偏移量和同震形变场,利用GIS技术提取了汶川Mw7.9级地震发震断层的地表迹线;②将基于位错模型正演得到的视线向形变场与InSAR同震形变场进行比较,得到了汶川地区InSAR同震形变场的上盘和整体改正数,进一步借助GIS进行修正得到了更为真实的InSAR同震形变场;③利用2D/3DInSAR同震形变场、干涉纹图和剖面分析结果对汶川Mw7.9级地震同震形变特征进行了具体分析和解释。     

Sentinel-1A数据的四川宜宾Ms6.0同震形变分析

为了获取2019年6月17日发生的四川宜宾Ms6.0地震引起的地表形变情况,该文利用欧空局宽幅模式的高分辨率新型Sentinel-1A卫星获取了此次地震的第一对同震干涉像对数据,使用D-InSAR技术获取宜宾市长宁县地区的同震形变场。结果显示,本次地震在震中西北方向分别形成了1个明显的沉降区和抬升区,在雷达视线方向上的最大沉降量为7.9 cm,最大抬升量为8.1 cm。通过与同一时间内的GPS高程测量形变量相比,D-InSAR解算的地表形变量与GPS监测点形变量基本一致,均不超过3 mm,表明了本文的D-InSAR形变解算结果的可靠性,体现了新型Sentinel-1A雷达卫星在地震形变监测领域有着很高的应用价值和潜力。     

门源Mw5.9级地震形变InSAR观测及区域断裂带深部几何形态

利用Sentinel-1A卫星升轨、降轨合成孔径雷达影像数据,提取了2016年门源Mw5.9级地震的高精度合成孔径雷达干涉同震形变场,利用单纯形法和非负最小二乘法反演确定了地震断层几何和滑动分布,并构建了区域断裂带的深部几何形态模型。结果表明,门源Mw5.9级地震同震形变以地表抬升为主,沿升轨、降轨视线向的最大值分别为5.3 cm、7.1 cm;地震断层走向、倾角分别为133°、43°;地震滑动以逆冲为主,主要发生在地下6.14~12.28 km处,最大滑动量约0.5 m,平均滑动角为66.85°,地震矩为1.0×1018 N·m（Mw5.94）;形变观测拟合残差均方根为0.36 cm;区域断裂带的深部几何形态以花状构造为特征,整体倾向南西,门源地震发震断裂为花状构造中未出露地表的盲断层。相关成果能够为研究区域地壳运动与变形、活动断裂与地震孕育发生等提供参考。     

青海玉树地震差分干涉雷达同震形变测量

2010-04-14青海玉树发生7.1级地震后,作者利用震前和震后获取的日本ALOS卫星PALSAR遥感数据,开展了差分干涉雷达(D-InSAR)地震同震形变测量与分析。结果表明:玉树地震引起较大范围地表变形,地震变形沿玉树—甘孜断裂带向南东东方向扩展,在N33.7°,E96.81°附近达到最大形变量,D-InSAR监测到雷达视向上的最大形变量为35cm。地表形变特征对于评价玉树地震破坏程度、推断断层性质、研究地震形变和地震孕育特征具有重要的参考价值。     

3D coseismic Displacement of 2010 Darfield, New Zealand earthquake estimated from multi-aperture InSAR and D-InSAR measurements

Differential interferometric synthetic aperture radar (D-InSAR) measures ground deformation only along the line-of-sight (LOS) of the radar, which limits the capability of D-InSAR in investigating the surface damages and the focus mechanisms of earthquakes. We do a three-dimensional (3D) decomposition of the coseismic displacement of the Darfield, New Zealand earthquake that occurred on 3 September 2010 by exploiting the Multi-Aperture InSAR (MAI) and D-InSAR measurements from both ascending and descending L-band PALSAR data. Due to the dispersive nature of the ionosphere and the slight Doppler shift between the forward- and backward-looking interferograms, the ionospheric effects can be more serious in MAI measurements than in D-InSAR. We propose mitigating the ionospheric effects in the MAI processing with the directional filtering and interpolation procedure that has been applied in Offset-tracking. The rupture revealed by the 3D surface displacement fits closely to the Greendale fault, which is believed to be responsible for the earthquake. The horizontal ground motions, mostly eastwards in the hanging wall and westwards in the footwall, reached up to 2.5 m and are anti-symmetric with respect to the Greendale fault. Up to 2.5 m subsidence occurred in the hanging wall, while uplift is found in the footwall with an extreme case of 1.6 m in the far left of the fault. This makes us conclude that the Greendale fault is a normal and dextral strike-slip. It is seen that the MAI measurements are very helpful in the derivation of 3D coseismic displacement fields as it provides more accurate displacement estimation in the north–south direction.     

Co-registration and correlation of aerial photographs for ground deformation measurements

We describe and test a procedure to accurately co-register and correlate multi-temporal aerial images. We show that this procedure can be used to measure surface deformation, and explore the performance and limitations of the technique. The algorithms were implemented in a software package, COSI-Corr (available from the Caltech Tectonics Observatory website). The technique is validated on several case examples of co-seismic deformation. First, we measure co-seismic ground deformation due to the 1992, Mw 7.3, Landers, California, earthquake from 1 m resolution aerial photography of the National Aerial Photography Program (United States Geological Survey). The fault ruptures are clearly detected, including small kilometric segments with fault slip as small as a few tens of centimeters. We also obtained similar performance from images of the fault ruptures produced by the 1999 Mw 7.1 Hector Mine, California, earthquake. The measurements are shown to be biased due to the inaccuracy of the Digital Elevation Model, film distortions, scanning artifacts, and ignorance of ground displacements at the location of the tie points used to co-register the multi-temporal images. We show that some of these artifacts can be identified and corrected.     

Surface deformation associated with the 2008 Ms8.0 Wenchuan earthquake from ALOS L-band SAR interferometry

The Ms8.0 Wenchuan earthquake (in China) occurred on 12 May 2008 as a result of slip on the northeastern-striking Longmen Shan (LMS) faults beneath the rugged margin between the Qinghai-Tibet Plateau and Sichuan Basin. The catastrophic event caused significant surface ruptures and permanent ground displacement in a wide area. This paper concentrates on mapping surface deformation caused by the main shock with the interferometric synthetic aperture radar (InSAR) technology. The coseismic interferogram covering an area of over 83,000 km² is computed with use of 46 SAR images that were collected along 6 adjacent ascending orbits by the L-band SAR sensor onboard the Japanese Advanced Land Observing Satellite (ALOS). The displacements measured at 16 GPS sites are used to check the accuracy of the InSAR deformation measurements. The radar coherence is computed and analyzed in relation to the topography and the normalized difference vegetation index (NDVI) estimated from the Landsat-7 imagery. The results show that the coseismic surface deformation can be mapped up to a centimeter-accuracy level even over the highly mountainous and heavily vegetated area with the L-band interferometer. It is also demonstrated that the L-band interferograms with time interval of months to years can still maintain acceptable radar coherence for deformation extraction over the area under the extreme conditions. The extracted InSAR deformation measurements show that the lands in the Sichuan Basin had moved 0.1–1.3 m toward the satellite along the radar line of sight (LOS) direction with an azimuth of 349.8° and an elevation angle of 51.3°, while the lands in the LMS area had moved 1.4 m at most away from the satellite.     

利用ALOS数据获取汶川MS8.0地震的震前形变

利用合成孔径雷达干涉测量的短基线技术对汶川震前的地表形变进行面状监测。获取的是日本卫星L波段的ALOS PALSAR传感器拍摄的卫星数据。在Gamma软件处理下,将2007年6月至2008年5月的时隔320 d的6景数据,利用stacking技术得到汶川震中地区在震前一年内的变形速率。变形特征表明,沿着汶茂断裂带呈“凸”字形分布特征,断裂带处最大隆升值达24 cm,断层两侧出现下降的趋势,在绵虒镇附近达到最大沉降值22 cm。与前人用D-InSAR所做出的研究结果相比,二者具有很好的一致性。     

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。     

地震破裂模型约束的中国阿里地震三维形变场

利用环境卫星（Environmental Satellite,Envisat）的升、降轨数据在地震破裂模型约束下获取2007年阿里地震的高质量同震地表三维形变场。首先,对合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）影像进行差分干涉处理,得到地震造成的视线向同震地表形变场;然后,以地震破裂模型为约束条件,采用赫尔默特方差分量估计法来解算阿里地震的高质量地表三维同震形变场。结果表明,震中区域最大下沉达约4.7 cm,东西向位移较小,南北向呈挤压趋势。总体上,三维形变的特征表明阿里地震是一个以正倾滑为主兼少量右旋走滑运动的地震事件。     

哨兵-2号光学影像地表形变监测:以2016年Mw7.8新西兰凯库拉地震为例

光学影像已经广泛地应用于地表形变监测研究。哨兵-2号光学影像作为一种新的对地观测数据,具有重访周期短、空间分辨率高、影像覆盖范围大以及数据免费等优点,因此该数据在地表形变监测上有广泛的应用潜力。本文以COSI-Corr软件包为数据处理平台,基于亚像素的频率域相关性匹配技术,处理多时相的哨兵-2号数据获取地表形变。本文选取2016年M_w7.8新西兰凯库拉（Kaikoura）地震覆盖区域为例,对哨兵-2号影像地表形变中存在的各种系统误差源进行了系统分析和改正,并提出了改进的均值相减法去除形变场中的卫星姿态角误差。另外,还对哨兵-2号4个10 m空间分辨率的波段（Band 2/3/4/8）中可用于地表形变监测的最佳波段进行了分析,统计结果显示Band8的地表形变监测效果最好。最后,利用哨兵-2号光学影像获取了2016年11月14日M_w7.8新西兰凯库拉地震的同震形变场;分析了沿地震主要断层的滑移分布,结果表明最大水平滑移量达10 m;并与同期Landsat8全色影像的同震形变监测结果进行对比分析,结果表明哨兵-2号结果精度更高。本文的研究成果可以为哨兵-2号光学影像的应用提供参考。     

尼泊尔Mw 7.9级地震同震垂直位移与断层运动模型

2015年4月25日尼泊尔地区发生了Mw 7.9级地震,发震断层位于印度板块与欧亚板块碰撞边界带,此次地震是一次典型的板块逆冲型事件。利用中国境内加密的GPS同震观测资料,融合ALOS-2卫星L波段的InSAR（interferometric synthetic aperture radar）同震形变数据,基于最小二乘方法获得了此次地震的同震垂直位移场。同震垂直位移结果表明,此次地震造成尼泊尔加德满都地区抬升约0.95 m,珠穆朗玛峰地区受地震的影响有所下降,其主峰的沉降量为2~3 cm,中国境内的希夏邦马主峰沉降约为20 cm。地区利用改进的二维弹性半空间位错模型反演了发震断层运动参数,本文模型显示此次地震的断层面破裂宽度约为60 km,平均滑动量达到4 m,相当于Mw 7.89级。