基于多期DInSAR数据的2016年定结地震序列发震断层特征研究

2016年5月22日,在西藏定结县发生四次MW4~5地震,研究本序列地震的发震断层几何和运动特征对于认识周边活动断裂性质具有重要意义.由于发震地区偏远,且观测台网分布稀疏,本研究采用星载雷达干涉测量(DInSAR)技术进行了同震形变场重建,但是定结地震震级较小,单干涉像对获取的形变场受相位噪声影响较大.为了解决这一问题,本研究基于时间序列Sentinel-1A干涉数据生成多期同震与非同震干涉图,并利用叠加平均法对本次定结地震同震形变场进行重建,提取了定结2016年5月22日多次地震产生的同震累计整体形变场.基于InSAR同震形变场和区域地质特征,研究进行了滑动分布反演,确定其主要贡献的发震断层几何参数及滑动分布:断层走向为188°,倾角为43°,平均滑动角为78°,发震断层的运动性质以正断为主兼具少量左旋走滑分量,滑动主要集中在断层垂直深度0~9km处,最大滑动量约为25cm,位于断层倾向深度3km处,反演得到的矩震级为MW5.58.本研究结果表明采用星载InSAR叠加平均技术可以较好地压制相位噪声,有效提取此类中小型浅源地震同震微弱形变场.最后,我们认为本次定结地震与藏南拆离断层与申扎-定结断层的活动密切相关.     

芦山地震断层的滑动分布与汶川地震断层的关系

本文利用2013年芦山M_S7.0级地震同震GPS数据反演了芦山断层几何与断层滑动分布,结果表明:芦山地震发震断层具有南陡北缓、上陡下缓的特征,低倾角的区域位于发震断层北段且靠近映秀断层的一侧;滑动分布模型的最大滑动量为0.82m,其深度为13.67km与小震发生集中平均深度12.5km接近.我们选取1998—2014年龙门山断裂带区域地壳形变观测数据,拟合获得了龙门山断裂带走向方向上的速度分量,发现在汶川M_S8.0地震与芦山M_S7.0地震之间宽度约30km破裂空区,龙门山断裂带西南段与东北段的形变分量以破裂空区为界方向相反.断裂带东北段(汶川地震主要发震断层)的形变分量方向与断层右旋走滑运动方向一致,而在断裂带西南段(芦山地震发震断层)的形变分量方向与断层左旋走滑运动方向一致.芦山地震走滑方向与汶川地震走滑方向相反是因为该断裂带构造运动在特有几何构造下受青藏高原东南向挤压,遇龙门山中段岩石圈楔状构造的阻挡,在汶川M_S8.0地震与芦山M_S7.0地震间的地震空区,形成了构造运动向其两侧分流的结果.     

InSAR数据约束的2021年5月21日云南漾濞MS6.4地震发震构造研究

运用Sentinel-1A卫星数据和D-InSAR技术,获取2021-05-21云南漾濞M_S6.4地震的同震形变场。结果显示,漾濞地震同震形变场长轴近NW展布升降轨形变场符号相反,视线向最大沉降量和抬升量为0.1 m。InSAR同震形变场反演的滑动分布主要集中在沿走向2～12 km,倾向1～9 km的范围内,最大滑动量0.35 m,发震断层长9.8 km、宽4 km,滑动量主要集中在地下3～6 km范围内,滑动角-146.7°。同震位移场及滑动分布模型反映本次地震为发震断层的右旋走滑事件,地震破裂未达到地表。断层模型反演结果显示,矩震级为M_W6.1,发震断层以北西走向右旋走滑运动为主,初步认为本次M_W6.1地震发震断裂可能是一条NW向的维西—乔后断裂西侧的隐伏次生断裂。     

2008年于田MW7.2地震滑动分布反演及三维同震形变场解算

基于ENVISAT ASAR升降轨数据, 利用InSAR获取2008年于田M_W7.2地震同震形变场; 采用SDM反演本次地震断层滑动分布; 使用PSCMP正演获取于田M_W7.2地震南北向模拟形变量, 并结合升降轨同震形变场, 解算三维同震形变场。 同震形变场分析表明, 2008年于田M_W7.2地震以正断为主, 且带有走滑运动特征, 破裂带走向为NNE向。 同震滑动分布反演结果显示, 断层沿走向被分为4段F1、 F2、 F3、 F4, 其滑动分布集中在0~14 km区间, 以F2、 F3段为主, 最大滑动量约5.31 m, 位于F2段深部2.76 km处; 沿破裂带走向, 左旋走滑位移与垂直位移比值有增大的趋势; 反演获得的地震矩M₀=5.58×10¹⁹N·m, 相当于矩震级M_W7.1。 三维同震形变场解算结果显示, 断层上盘整体表现为沉降, 断层下盘整体表现为隆升, 且沉降量明显大于隆升量, 表明地震以正断破裂为主; 除靠近断裂带中上部表现为向东南运动外, 上盘整体上表现为向西南运动; 断层下盘则整体表现为向东北运动, 证明破裂兼有左旋走滑运动。 滑动分布反演、 正演与三维同震形变场解算结果皆表明, 于田M_W7.2地震破裂以正断为主, 且带有一定的左旋走滑。     

2016年1月21日门源Ms6.4级地震InSAR同震形变及发震构造研究

2016年1月21日青海省门源县发生M_S 6.4级地震,距离震中位置最近的已知断裂为位于其北侧7 km的冷龙岭断裂,该断裂晚第四纪以来主要表现为左旋走滑运动,局部兼具倾滑分量.但本次地震的震源机制解显示为逆冲型地震,与人们认知的冷龙岭断裂走滑运动性质有所差异.本研究利用Sentinel-1A数据获取了升降轨方向的形变场,形变场特征显示本次地震以逆冲为主,最大形变量在6 cm左右.以此数据为约束,采用两步法反演了发震断层参数,结果显示仅以InSAR数据为约束并不能唯一确定断层的倾向,因此本文对比了NE倾向和SW倾向等不同断层模型的反演结果,综合分析该地区的地质构造背景,认为SW倾向的断层模型更加合理,本次地震由冷龙岭北侧的弧形次生断层引起,发震断层面走向141°,倾向SW,倾角43°,平均滑动角为72.7°,最大滑动量为0.44 m,反演矩震级为M_W 6.0,震源深度10 km.该次生断层与冷龙岭断裂一起构成正花状构造,冷龙岭主干断层近直立插入基底,夹持部分形成隆起断块,推测本次地震是青藏高原向NW推挤生长,在压扭性作用下隆起断块的一种表现.     

2022年泸定6.8级地震GNSS同震形变场及其约束反演的破裂滑动分布

2022年9月5日四川省甘孜州泸定县发生6.8级地震,地震发生在川滇菱形块体东边界鲜水河断裂磨西段西侧附近.本文基于震中350 km范围内中国大陆构造环境网络和中国地震科学实验场118个GNSS连续站数据,观测获得了精细的同震形变场,结果显示：同震形变跨发震断层呈空间对称分布,表明本次地震具有显著的左旋走滑特征;记录到的最大同震形变发生在震中距40 km的SYD5(石棉安顺场)站,东西向和南北向形变量分别达到-22.0±1.2 mm和11.6±0.9 mm,震中距100 km以外测站的水平同震形变均小于5 mm;垂向同震形变不显著.结合走向163°和倾角77°的发震断层模型,本文对发震断层面的同震破裂滑动分布进行了反演,结果显示：同震滑动主要集中在主震东南侧余震空区0～15 km深度范围内,且破裂达到了地表,同震释放的地震矩与矩震级为M_W6.57地震相当.结合理论同震形变场、主应变场和邻近区域主要活动断裂库仑应力变化的空间分布特征,本次可能导致处于强闭锁和地震空区的安宁河断裂石棉—冕宁段未来发震风险性增强.     

2017年8月8日四川九寨沟7.0级地震InSAR同震形变场及断层滑动分布反演

基于InSAR技术,利用欧空局升降轨Sentinel-1A/IW宽幅数据,获取了2017年8月8日四川九寨沟7.0级地震InSAR同震形变场,并以升降轨InSAR观测结果为约束,反演了断层滑动分布,基于三种不同接收断层计算了同震库仑应力变化.结果表明,同震形变场发生在塔藏断裂、岷江断裂和虎牙断裂交汇的三角地带,升降轨干涉位移均显示本次地震的形变场影响范围约为50 km×50 km,形变场长轴方向为NW向,升降轨观测的形变量相反,反映断层运动性质以走滑运动为主,升降轨数据观测得到的最大LOS （Line of Sight,视线向）形变量分别为~22 cm和~14 cm.非对称形变场反映出断层两侧的运动差异.反演结果显示,最大滑动量约为1 m,平均滑动角为-9°,矩震级为M_W6.5,地震破裂主要集中在地下1~15 km深度范围内,但整体而言本次地震破裂较为充分,基本将该区域1973年及1976年4次 > M_W6.0地震的破裂空区完全破裂.考虑到塔藏断裂和虎牙断裂的运动性质,可初步判定发震断层为虎牙断裂北侧延伸分支.基于三种不同接收断层模型的同震库仑应力变化计算结果反映出该区域以应力释放为主,进一步触发较大走滑型余震的可能性不大.     

中小地震三维形变场重构方法研究与同震滑动分布反演——以2016年5月22日定日MW5.3地震为例

地震三维形变场对于研究地震发震机制等具有重要意义。 已有的InSAR三维形变场重构研究中, 只有中强地震的实例。 由于形变量级小、 InSAR方位向形变的误差较大, 中小地震的三维形变场重构易受噪声等影响。 本文以2016年5月22日西藏定日M_W5.3地震为例, 开展中小地震三维形变场重构的尝试。 首先基于InSAR技术获取了Sentinel-1升轨和降轨观测模式下的同震形变场, 再结合同震形变场的特点、 区域构造特征等, 添加限定方程(走滑运动为0), 重构了同震三维形变场。 结果显示, 震中附近以下降为主, 幅度达7 cm, 南北方向形变较小(约2 mm), 此区域还伴有2 cm的西向水平运动; 形变中心区域东西两侧部分区域均出现少许东向运动(1.5 cm)。 由同震形变场特征判断此次地震以正断破裂为主。 本文提出了基于连续性分层采样选取样本点方法, 以适应本地震形变场的实际情况。 对所得的LOS向位移场和重构的三维形变场进行降采样, 反演得到了断层面上的滑动分布, 两种数据得到的结果相似, 最优发震断层的走向约181°, 倾角约45°, 断层错动平均滑动角约-87.1°, 平均滑动量约为3.6 cm, 最大滑动量位于深度6.5 km处, 相当于一次M_W5.4的地震。     

2021年青海玛多MW7.4地震GNSS同震形变场及其断层滑动分布

2021年5月22日青海玛多M_W7.4地震作为发生在巴颜喀拉块体内部的一次强震,再次引起了人们对该地区地震活动性的强烈关注.本文基于震后GNSS流动观测和区域连续GNSS站资料,解算了106个站点的同震形变及其中17个站点的高频形变波形.同震形变场显示玛多地震具有典型的左旋走滑特征,GNSS观测到的最大同震位移达到1.2 m.GNSS与InSAR数据相符度较高,GNSS提供了准确的近场形变信息.基于GNSS同震形变场,本文反演了断层滑动分布,并计算了发震断层上产生的库仑应力变化.结果表明,发震断层的滑动破裂存在多个凹凸体,破裂分段特征明显且出露地表,与野外地表破裂考察和余震分布吻合,主体破裂位于断层面0~10 km的浅部区域,最大滑动量达到4.6 m,地震矩1.63×10²⁰N·m,矩震级为M_W7.4;发震断层上静态库仑应力增加区域与余震分布具有一致性,说明余震主要是由静态库仑应力加载而触发的.     

2016年新疆阿克陶MS6.7地震同震形变特征和断层滑动分布反演

本文针对2016年11月25日在新疆阿克陶发生的地震, 用差分干涉测量技术(D-InSAR)对3种不同观测模式的升、 降轨数据进行处理, 提取了多视线向的同震形变场; 根据不同模式的LOS向形变量, 构建形变分解模型, 将其分解为垂直向形变量和沿断层走向形变量; 结合同震形变场特征与震源机制解, 采用单断层模型, 利用梯度下降法(SDM), 以Multi-LOS向形变进行约束, 反演了阿克陶地震的同震滑动分布特征。 研究结果表明, 升、 降轨LOS向同震形变场在发震断层两侧具有不同的形变特征, 发震断层走向近EW向; LOS向形变量分解表明, 此次地震破裂以右旋走滑为主; 滑动分布反演的形变残差介于0~5 cm之间, 发震断层的滑动量主要位于2~16 km深部, 最大滑动量可达1.02 m, 位于断层面深部5.83 km处, 最大滑动量处的滑动角为185.24°; 平均滑动角为181.32°, 平均滑动量为0.12 m; 滑动分布反演也证明该地震为右旋走滑破裂事件, 与LOS向形变分解结果一致; 当剪切模量μ=3.2 GPa时, 反演得到的地震矩震级约M_W6.6。     

利用InSAR资料反演缅甸Mw6.8地震断层滑动分布

2011年3月24日缅甸东北部发生M_w6.8级地震.本文利用覆盖该地区的升降轨ALOS PALSAR数据,获取了该次地震的同震形变场,并采用灰度配准技术获取了其地表破裂位移.针对影像中因轨道不精确造成的非线性长波长误差,本文采用二次多项式曲面法予以去除,获取了更为精确的同震形变场.最后,基于弹性半空间形变模型反演了该地震的断层滑动分布.结果表明,该地震断层滑动以左旋走滑为主,兼具少许的倾滑运动分量,断层滑动主要集中分布在断层面0~10 km深度范围,最大滑动量达5 m,位于地表以下5 km深处.反演获得的地震标量矩为2.49×10¹⁹N·m,震级约为M_w6.8级.     

2020年西藏尼玛MW6.3地震的InSAR同震形变与构造意义

2020年西藏尼玛MW6.3地震发生在羌塘块体中部、依布茶卡-日干配错断裂系内的半地堑盆地内,基于震源机制解确定的发震断层存在较大差异.文中采用InSAR技术和Sentinel-1卫星升、降轨SAR数据获取了同震形变场,基于弹性半空间位错模型反演确定了发震断层参数,基于非均匀位错模型获得了断层面上的精细滑动分布.结果表明:1)在升、降轨InSAR同震形变场中,尼玛地震引起一椭圆形沉降区(长约12km,宽约8km),最大LOS向沉降值分别为-0.298m、-0.238m.2)同震位错以正断倾滑为主,兼有少许走滑分量,滑动主要集中在3～12km深度,最大滑动量达1.1 m,位于7km深处.3)发震断层为依布茶卡-日干配错断裂西侧的分支断层,走向约为30°,倾角约为68°,滑动角约为-73°.4)此次地震的破裂模式显示依布茶卡-日干配错走滑断裂存在张性应力积累,羌塘块体中部处于张性应力状态.     

Yabuki&Matsu’ura方法在汶川M_W7.9地震反演中的应用

2008年5月12日,青藏高原东缘龙门山断裂带发生汶川MW7.9地震,该地震使得北川—映秀断裂、灌县—江油断裂发生了同震破裂。本文主要利用震后通过复测获得的GPS同震形变场,采用Yabuki&Matsu’ura反演计算方法和分段平面断层模型,反演了地震同震滑动分布。结果表明:映秀—北川主破裂带的断层错动,在映秀附近以逆冲滑动为主,而在北川以北,其走滑运动明显大于逆冲,这一结果与震后地质调查结果与通过地震波研究获得的断层破裂特征相一致;反演得到的最大滑动量达到9.3m和9.6m,分别对应于这次地震中地表破坏最为严重的北川和映秀地区;由所获得的滑动分布计算的地震矩为8.07×1020 N.m,对应的震级为MW7.9。研究结果初步显示,Yabuki&Matsu’ura反演方法可适用在内陆地震断层反演计算中。     

基于升降轨Sentinel-1 SAR数据研究2020年新疆于田MS6.4地震震源机制

2020年6月26日新疆于田县发生M_S6.4地震。 本文先利用Sentinel-1A/B卫星升、 降轨SAR数据, 结合InSAR技术提取此次地震的同震形变场; 并以同震形变场为约束, 利用贝叶斯方法的均匀滑动模型反演发震断层的几何参数; 最后基于梯度下降法(Steepest Decent Method, SDM)来确定发震断层更为精细的滑动分布。 研究结果表明: InSAR形变场的分布主要沿北北东方向, 东西方向跨度约40 km, 南北方向跨度约30 km, 形变特征为西侧沉降与东侧隆升, 西侧最大沉降约200 mm, 东侧最大隆升约70 mm。 于田地震发震断层为一条走向187.68°、 倾角59.78°、 滑动角77.76°的隐伏断层; 于田地震的宏观震源深度为6.29 km, 距震级M_W6.19。 断层滑动分布主要集中在沿走向7~21 km与倾向4~11 km的区域内, 平均滑动量约0.2 m, 在沿倾向7~8 km处的最大滑动量约0.97 m, 同震位错主要表现为正断运动。     

2021年青海玛多MW7.3地震同震和早期震后断层滑动模型及发震构造摩擦属性

地震同震和早期震后断层滑动是研究发震断层深浅部孕震形态及摩擦性质的重要手段.本文基于雷达干涉测量(InSAR)数据获得了玛多地震同震和早期震后形变场,并反演得到了发震断层的滑动分布模型.研究结果表明同震滑动主要分布在上地壳浅部,并且存在多个滑动亏损区域.发震断层在东端分叉处的倾向与主断裂和西端倾向相反.基于N-SBAS方法获得的震后4.5个月形变场显示,断层近场震中区域的累积形变量达5 cm,远场区域累积形变达2 cm.震后早期余滑分布在断层浅部和深部以及两侧的横向延展区域;部分余滑区域与同震区域重叠.其中,上地壳浅部的余滑达20 cm且填充了同震滑动亏损.时序地震矩显示上地壳浅部区域在震后快速余滑而深部稳定滑动,表明了发震断层区域的复杂摩擦属性.     

利用InSAR技术研究2003年西藏班戈MS6.1地震发震构造

2003年7月7日发生在西藏与青海交界处的班戈M_S6.1地震, 由于缺乏余震分布等可靠资料, 其发震构造及其活动性质等问题一直认识不清。 几家机构利用远场波动资料给出的震源机制解差异很大。 本文利用ENVISAT卫星ASAR数据和D-InSAR技术, 计算获得了该地震LOS方向的同震形变场图像, 并以此为约束反演获得了该地震的断层几何参数和同震滑动分布。 结果表明, 班戈M_S6.1地震的发震构造为控制唐古拉山西边界的波涛湖—土门断裂, 其发震断层为走向161°的高角度右旋斜滑正断层, 破裂长度约10 km, 滑动量主要集中在3~7 km深度范围, 最大滑动量0.26 m, 矩震级M_W5.6。     

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Sentinel-1A数据的2017年伊拉克哈莱卜杰MW7.3地震同震形变场分析及断层滑动分布反演

本文首先利用二轨法对欧洲空间局Sentinel-1A雷达卫星影像进行差分干涉处理,获取了覆盖2017年伊拉克哈莱卜杰（Halabjah）M_W7.3地震震区的同震形变场,结果表明:哈莱卜杰地震造成的地表形变影响范围约为60 km×70 km,形变场基本沿扎格罗斯主前缘断层展布;形变场的西南盘呈现隆升趋势,最大视线向形变值为88 cm,东北盘呈现下降趋势,最大视线向形变值为37 cm;隆升形变值远大于沉降值,反映出发震断层以逆冲运动为主的特征。然后基于弹性半平面空间矩形位错模型,分别采用多峰值粒子群算法和最速下降法确定了发震断层的几何参数和滑动分布结果。反演结果显示发震断层以逆冲运动为主,兼少量右旋走滑运动,最大滑动量为3.34 m,释放的地震矩为1.68×1020 N·m （M_W7.4）,与地震学的研究结果一致。      

利用InSAR技术研究2018年西藏谢通门MW5.6地震发震构造

2018年12月24日在西藏日喀则市谢通门县发生MW5.6地震。利用Sentinel-1A卫星数据和D-InSAR技术,获得该地震LOS方向的同震形变场图像,并以此为约束反演地震断层的几何参数和同震滑动分布特征。反演结果表明,谢通门MW5.6地震发震断层近南北走向,断面倾向西,倾角约35°,破裂长度约12 km,同震滑动主要集中在4~11 km深度范围内,以正断倾滑为主,最大滑动量0.18 m,矩震级MW5.6。2018年谢通门地震发震构造是谢通门—申扎伸展断裂系中的一条新生盲断层。     

基于GNSS和InSAR约束的2021年玛多MS7.4地震同震滑动分布及应用

2021年5月22日青海省果洛藏族自治州玛多县发生M_S7.4地震,震中位于青藏高原中部的巴颜喀拉块体,这是近20多年来在巴颜喀拉块体周边发生8次M≥7级强震后,块体内部的一次强震,也是汶川地震以来中国大陆发生的最大一次地震,因此该地震的成因及周边地区未来的地震危险性值得重点关注.本文利用震后及时获取的39个近场流动GNSS观测,联合61个GNSS连续观测、Sentinel-1和ALOS-2 InSAR观测获取了本次地震精细的同震形变场,以此为约束,基于均匀弹性半无限位错模型,反演了发震断层的滑动分布,并计算了同震库仑应力变化.GNSS水平同震形变十分显著,断层南北两侧的GNSS点位,最大水平形变分别达0.7 m和-1.2 m,距震中200 km的测点仍有1 cm左右的同震形变.Sentinel-1和ALOS-2的升降轨InSAR同震形变场显示此次地震造成了约160 km长的地表破裂,最大视线向形变分别达0.9 m和1.2 m.同震滑动分布模型显示,发震断层由主段和次段组成,长度分别为170 km和20 km,主段倾向北,倾角85°,平均滑动角为-4.36°,表明玛多地震是一次典型的走滑型地震.次段倾向南,倾角68°,平均滑动角为-11.84°.地震破裂主要集中在0~15 km深度范围,最大滑动量为4.4 m,对应深度6.97 km.反演给出的矩震量为1.61×10²⁰N·m,对应矩震级M_W7.4.主发震断层上存在4个凹凸体,玛多地震是一次不对称双侧破裂事件.结合余震精定位、野外调查及地质资料,我们认为主发震断裂为昆仑山口—江错断裂,东部的次级破裂与主破裂机制不同.同震库仑应力结果显示,东昆仑断裂玛沁段应力有所增加(>0.01 MPa),处于应力加载状态,未来发生强震的危险性较高.