时序InSAR与GNSS联合约束下的亚东-谷露断裂运动特征

亚东-谷露断裂作为青藏高原东南部自新生代以来规模最大、活动性最强的拉张断裂,在青藏高原的构造变形与物质运移等过程中起着重要的调节与转换作用。但由于以往大地测量资料的不足,导致对亚东-谷露断裂整体运动特征的定量化分析较为匮乏。因此,本文收集并处理了亚东-谷露断裂地区2017年10月至2022年4月的哨兵影像数据,并联合GNSS速度场,解决了不同参考系下的形变场融合问题,获取了覆盖整个亚东-谷露断裂的高精度、高分辨率震间地壳形变场。进一步基于弹性微块体模型,精细厘定了亚东-谷露断裂现今活动特征:断裂整体以东倾为主,最佳倾角为68°,现今以拉张运动为主,速率为2~6 mm/a,并由南到北逐渐递增。另外,该断裂中段和北段的闭锁深度约为14 km;但南段可能受到主喜马拉雅逆冲断裂的影响,导致闭锁区域较浅,深度仅为4 km。最后,基于断裂的滑动亏损率与历史地震分布,分析得到断裂北段的地震危险性更高,为区域的地质灾害评估提供了重要参考。

顾及土壤热传导-对流效应的InSAR冻土活动层厚度估计

冻土活动层厚度(Active Layer Thickness,ALT)的变化是反映青藏高原多年冻土发育情况及其状态的一个重要指标,监测活动层厚度变化对寒区景观稳定发展、碳循环等方面具有非常重要的意义.由于合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)技术具有大范围、高精度、高时空分辨率等优势,近年来逐渐被用于反演活动层厚度.已有研究中基于InSAR和土壤一维热传导模型的活动层厚度估计方法,没有充分考虑到冻土中土壤水分对流引起的热量传递.因此本文提出了基于InSAR时序形变及土壤热传导-对流模型的活动层厚度估计方法,利用土壤热传导-对流模型建立InSAR探测的最大融沉形变与最高地温之间的滞后时间与活动层厚度之间的相关关系,实现了由滞后时间直接推算大范围、高分辨率的冻土活动层厚度.本文以青藏高原五道梁多年冻土区为例,利用116景Sentinel-1影像图作为实验数据,估计了该地区2017—2020年的平均活动层厚度.结果表明,活动层厚度值范围为0~7.0 m,平均活动层厚度为3.06 m,与已有研究中相近时间段相关成果及观测数据结果一致.本文方法兼顾冻土水热过程,证明了土壤热传导-对流模型在冻土活动层厚度反演中具有良好的应用前景,可用于青藏高原其他偏远地区的高空间分辨率活动层厚度反演.

联合GPS和InSAR研究海原-六盘山断裂现今的地壳变形特征

海原—六盘山构造区为青藏高原东北部构造变形最为显著的区域之一,历史强震活动频繁,是研究青藏高原NE向扩展的重要窗口和地震孕育过程的理想场所。文中处理了跨海原-六盘山断裂2014—2020年期间2个轨道的时序Sentinel-1A/B SAR数据,获得了该区域InSAR视线向现今的地壳形变场。融合公开发表的近十多年时间尺度的水平GPS地壳运动速度场,获得了研究区高密度地壳水平形变场。对比GPS、水准和InSAR观测结果,以及GPS-InSAR融合的高密度水平形变场,分析讨论了该区域的地壳形变、应变场特征及其与构造之间的对应关系。主要结论如下:1)GPS和InSAR观测表明,1920年海原8.5级大地震的震后黏弹性松弛效应在海原断裂南侧至今仍较为明显;2)GPS-InSAR高分辨率水平形变场表明,狭义海原断裂左旋滑动速率的递减主要发生在中东段,而中西段递减并不显著,可能与海原断裂向六盘山断裂之间由左旋走滑向逆冲推覆构造转换有关;3)六盘山断裂中—南段的地壳垂直形变和水平形变场特征均显示,该段断裂可能处于强震孕育的中晚期,根据反演得到的断层运动参数和地震地质资料,估算六盘山断裂中—南段发生强震的最大矩震级约达7.5级;4)研究区应变积累较快的区域主要集中在海原断裂附近和海原断裂—香山-天景山断裂之间的左旋剪切区,香山-天景山断裂东南段的应变率场和周围相比明显偏小,存在应变不匹配现象,可能与强震孕育有关。

基于MUSIC算法的Pol-InSAR相位估计方法

提出了一种基于MUSIC算法的Pol-InSAR多干涉相位估计方法。该方法结合维纳滤波理论构造最佳加权矢量,通过对其组成的最佳协方差矩阵特征分解得到信号子空间和噪声子空间,充分利用相应像素对其相邻像素的相干信息,并根据MUSIC算法中信号子空间和噪声子空间的正交性构造空间谱函数,通过谱峰搜索准确地估计Pol-InSAR多极化通道相应像素间的干涉相位。该方法具有自适应图像配准和降低相位噪声功能,实测数据的处理结果证明了该方法的有效性。

小波-维纳组合滤波算法及其在InSAR干涉图去噪中的应用

为了提高InSAR干涉图的滤波质量,在分析小波变换和维纳滤波各自优势的基础上,提出并构造了一种小波-维纳组合滤波器,实现了相应的滤波算法并开发了一套计算程序。为验证该算法的功效,选取美国Phoenix局部地区作为实验区域,使用ERS-1/2C波段干涉图作为滤波原数据,以视觉效果、相位导数标准偏差、奇异点个数以及数字高程模型精度作为评价指标,并与其他两种典型滤波算法即小波软阈值法和Goldstein法进行了比较,证实了小波-维纳组合滤波算法在干涉图去噪、保护边缘信息和精度等方面具有明显的优势。

摄动-增量法解Duffing-Van der Pol方程极限环

本文提出并应用摄动-增量法研究一类Duffing-Van der Pol方程的极限环,并给出对应参数时极限环的解析解和相图.该方法的特点是先应用摄动法,设出小参数λ,令λ≈0时,求极限环的零阶摄动解,然后应用谐波平衡法建立含Fourier级数展开式的线性代数方程组,再用参数增量法,将小参数的解延拓至大参数,并给出满足给定精确度的极限环的解析表达式,最后通过给出实例并与数值积分法作比较,验证该方法的有效性.

张家口-宣化盆地现今地壳变形特征与断层滑动速率反演

基于PS-InSAR结合先验条件的最小二乘迭代逼近法,利用3轨道Sentinel-1数据获取张家口-宣化盆地及周边区域地表三维形变速率场,并在此基础上使用剖面投影法和由刃型位错提出的倾滑断层震间形变数学表达式,反演得到张家口断裂和宣化盆地南缘断裂滑动速率和闭锁深度。断层参数结果显示,张家口断裂中段和宣化盆地南缘断裂闭锁程度较高,具备发生中强以上地震的应变能积累背景条件。

东昆仑断裂带玛沁-玛曲段三维形变研究

东昆仑断裂带是青藏高原内部最活跃的左旋走滑断裂之一,是巴颜喀拉地块的北部边界。东昆仑断裂东段的玛沁-玛曲段是近400年来5级以上地震空区。本文基于PS-InSAR技术,利用欧空局Sentinel-1A/B卫星升降轨SAR数据获取玛沁-玛曲段的震间LOS向形变速率场,结合GNSS数据插值解算欧亚参考框架下的三维速率场,合成平行于断层走向的速度场;然后利用马尔可夫链蒙特卡罗方法反演玛沁-玛曲段及周围断层的滑动速率和闭锁状态。研究结果表明,玛沁-玛曲段未发现明显的蠕滑现象,其滑动速率从距离东昆仑末端300 km左右的阿尼玛卿山开始由西向东逐渐减小,由4.7 mm/a逐渐减小到2.3 mm/a;玛沁-玛曲段大部分存在10 km以上的闭锁深度,并且在不断积累应变,已接近古地震的复发周期。玛沁段与玛曲段的地震矩积累均可达到1.00×10^(20)N·m,均相当于一次M_(W)7.3地震的能量;若两段同时破裂,释放的地震矩能量相当于一次M_(W)7.5地震,因此玛沁-玛曲段的地震危险性值得关注。

基于SBAS-InSAR中甸-大具断裂带南东段形变研究

中甸-大具断裂带南东段为滇西北边界断裂德钦-中甸-大具断裂带的一支,其活动性较强。本文通过In SAR技术实现了大尺度、高空间分辨率对中甸-大具断裂带南东段的形变研究,获取了2018~2020年间中甸断裂带的时间序列形变速度场。研究结果表明:中甸盆地北缘至中甸县城南段为4.05±0.49mm/a的右旋走滑速率,中甸县城西侧至小中甸段为4.89±0.62mm/a的左旋走滑速率,与地质学研究结果基本一致。通过对剖面图及形变速率点的统计分析,发现断裂带位于香格里拉机场及小中甸附近的活动性较强,断裂两侧速率差异明显,地震危险性较高,需进一步加强关注。

基于InSAR的甘孜-玉树断裂带现今地壳形变监测

1研究背景甘孜-玉树断裂带为巴颜喀啦块体和羌塘块体交界处的一条主断裂,具有较高的强震发生背景。相关研究有:闻学泽等(1985)研究认为,甘孜-玉树断裂带是中生代至今的大型活动断裂,以左旋走滑运动为主;闻学泽等(2003)针对甘孜-玉树断裂中300 km段落展开调查,拟合得到断裂带水平滑动速率最佳估值为12±2 mm/a;徐锡伟等(2003)对该断裂带第四纪以来的滑动做了相关研究,认为滑动速率达到14±2 mm/a;Lin等(2011)在玉树地震发生后,针对地震的走滑破裂段和部分错段进行了研究,认为甘孜-玉树断裂带玉树段的水平滑动速率在2-5 mm/a之间。多位专家采用多种手段对该断层的滑动速率展开了研究,统一认为甘孜-玉树断裂带运动自第四纪后以左旋走滑为主,但具体分段的走滑速率分布存在差异。因此,甘孜-玉树断裂带上,整条断裂带的滑动速率具体如何展布,运动特征如何变化,成为现今学者聚焦的一个研究点,需进一步研究讨论。

基于小波-圆周期中值滤波的InSAR干涉图去噪研究

干涉图滤波去噪是InSAR相位解缠前的关健一环,常规单一滤波方法不能达到理想去噪效果。根据InSAR干涉图特性,提出一种小波变换与圆周期中值滤波组合去噪方法,对干涉图进行高、低频分解和中值滤波,既能保留干涉图细节,又能较好去除噪点;采用欧空局Sentinel-1A雷达卫星的两景影像,进行小波变换与圆周期中值滤波组合、圆周期中值滤波、梯度自适应滤波去噪实验,对滤波后影像定性和定量评价,结果表明小波-圆周期滤波方法可以很好地抑制噪声,同时较好地保持相位条纹的边缘信息。

“天-空-地”协同滑坡监测技术进展

滑坡灾害是全球范围内发生频率最高、分布范围最广、造成损失最重的自然灾害之一,严重威胁着人类生命财产和重大工程设施的安全。科学监测是实现滑坡预警预报与主动防范的重要技术前提,经过多年的技术攻关,融合高分辨率光学遥感、卫星InSAR、无人机摄影测量、无线传感网络(WSN)等多种新技术方法,滑坡监测已从传统点式人工监测逐步发展到“天-空-地”多维协同监测,在我国地质灾害风险识别与监测预警方面取得显著成效。本文结合多年来对滑坡发生机理与变形破坏过程的研究认识,从天(光学遥感和InSAR)、空(无人机摄影测量)、地(全球导航卫星系统、裂缝计等专业监测)三维立体角度对我国滑坡监测技术的最新研究进展进行了系统总结,分析讨论了不同技术在工程实践中的技术优势和适用性,构建了滑坡变形破坏全过程的“天-空-地”协同监测技术体系,为滑坡地质灾害的科学防范提供一种新的思维范式和经验指导。

当雄Ms6.6地震的InSAR观测及断层位错反演

利用3景Envisat雷达遥感图像,获取了2008年10月6日西藏当雄Ms6.6地震的震前及同震形变场,结果表明,震前4个多月震中区未出现显著的地壳形变,只是地震造成震中区(20 km×20 km范围)最大近0.3 m的明显变形。形变场近南北轴向对称分布,西部沉降,东部隆升。利用均匀弹性半无限位错模型和约束非线性优化算法,对断层的位错量及分布的估算表明,地震以正断破裂为主,断面最大位错达3 m,震中位于90.374°E,29.745°N,震级Mw6.35;地震发生在走向189°、倾角60°的念青唐古拉山南东麓断裂带南段的次级断层上,发震断层长12 km,宽11 km,深度9.5 km,以东西向拉伸运动为主。较浅的震源深度与断层附近的地壳热状态有关。

2008年10月当雄M_W 6.3级地震断层参数的InSAR反演及其构造意义

2008年10月6日在西藏当雄发生了Mw 6.3地震.我们从一对降轨ENVISAT ASAR资料获得了这次地震的同震位移场,通过同震位移场的反演确定了发震断层参数.并且应用一维变异理论评估了InSAR结果中的误差协方差矩阵,直接用于评价断层反演参数的不确定性水平.结果表明,此次地震发生于羊易盆地东缘的次级断层,走向178°,倾角58°,倾向近正西,以正断层运动为主,兼具少量右旋走滑分量,且资料的误差水平对反演结果的影响不大.这次地震引起震中位置地表下沉至少30 cm,似乎是亚东谷露裂谷带北段的羊易地堑下沉的表现.

StaMPS-MTI技术在地面沉降监测中的应用

为了提高监测技术的空间采样率,基于永久散射体法(permanent scatters,PS)和短基线集法(small baseline subsets,SBAS)技术,同时考虑PS点、慢失相关滤波相位(slowly-decorrelationg filtered phase,SDFP)点的相位和幅度稳定性,对满足给定阈值的点相位进行加权平均,优化选取斯坦福永久散射体-多时相InSAR(stanford method for persistent scatterers-multi-temporal InSAR,StaMPS-MTI)技术的高相干点集.并使用SBAS技术的形变模型提取研究区的沉降量和沉降速率.在此基础上,分别利用PS、SBAS及StaMPS-MTI技术对北京市局部地区2007~2010年的29景ENVISAT ASAR数据进行处理,提取研究区2007~2010年的时序沉降情况及年平均沉降速率,对沉降结果进行了详细的对比和系统分析.理论研究和真实SAR数据实验结果均表明,StaMPS-MTI技术获取了404 276个高相干点,空间采样率相较于PS技术提高了62.3%,相较于SBAS技术增加了129.4%,保证了监测结果的精度和可靠性.

茂县新磨特大滑坡-碎屑流的发育特征与运移机理

2017年6月24日茂县叠溪镇新磨村发生体积近800×10~4m^3的灾难性特大型滑坡-碎屑流灾害。通过现场调查、遥感解译和资料分析,本文对灾害发育的地质环境条件,崩滑危岩体及运移堆积特征,降雨及地震对崩滑的触发作用等进行了研究,探讨了影响碎屑流运动性的主要效应及其致灾机理,并评价了类似灾害的监测预警新方法。研究认为:(1)新磨村位于1933年叠溪MS7.5地震前已经存在的大型老滑坡堆积体上,多次历史强震和历年降雨循环使滑源区砂板岩坡体表层卸荷带失稳剥离,内部岩体完整性和强度进一步损伤劣化,滑源区在2003年之前已经发育了多条宽大裂缝,并存在显著滑前变形前兆,新磨滑坡本质上是一次后地震机制的灾难性高速岩质滑坡-碎屑流。(2)新磨基岩顺层滑坡体积约150×10~4m^3,但有约600×10~4m^3沟道老崩坡积体被刮铲、裹携。滑坡体高位撞击使老堆积体内"土拱效应"快速丧失并获得加速,"刮铲-裹携效应"促进了滑坡-碎屑流的流动性和扩散性,但大规模的裹携也限制了碎屑流运移得更远。这种冲击加载-刮铲裹携的破坏机制与1986年新滩滑坡、2000年易贡滑坡和2004年贵州纳雍左营滑坡等类似。(3)滑坡-碎屑流产生的地震信号分析可再现整个滑坡、冲击、运移、停积等全过程,震前InSAR形变资料分析则揭示了显著的变形前兆,两者结合应是未来这类超视距崩滑-碎屑流灾害早期识别、评价和预警的新方法。(4)鉴于滑后新磨流域仍然存在大量新老裂缝及其切割而成的危险块体,建议立即开展详细的灾害调查、风险评价和监测预警工作,避免类似灾害重复发生。

2020年西藏尼玛M_(w)6.3地震的InSAR同震形变与构造意义

2020年西藏尼玛M_(w)6.3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1.1m,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。

国外机载InSAR系统发展现状及应用分析

由于微波遥感具备全天候、全天时的特点，InSAR技术在国外获得快速发展。机载InSAR系统在国外已经成为获取高分辨率三维地形信息的一种重要的航空遥感手段，特别适用于传统光学传感器成像困难地区的地形测绘，如热带雨林，多云、雾、雨地区。本文介绍了当前国外机载InSAR系统的发展现状，以及典型的加拿大STAR-3i系统，着重对机载InSAR系统的特点以及生产应用情况进行了分析。

Sentinel-1 SAR数据约束的2018年谢通门M_(W)5.8地震同震破裂模型

通过Sentinel-1卫星升降轨数据获取谢通门地震的同震形变场,并基于均匀弹性半无限位错模型反演地震的同震滑动分布模型。InSAR同震形变场表明,升降轨视线向最大形变量分别为0.049 m和0.051 m,形变场长轴大致呈南北方向,位于甲岗-定结断裂西侧。通过对倾角和倾向进行格网搜索发现,西倾节面更可能为该地震的发震节面。反演结果表明,滑动分布主要位于2~10 km深度范围内,平均滑动量为0.02 m,最大滑动量为0.10 m,发震断层倾角为47°,平均滑动角为-81.60°,显示该地震以正倾滑动为主。大地测量数据约束的该地震震中为30.27°N、87.75°E,震源深度为6.58 km,释放地震矩为5.056×10^(17) Nm,对应矩震级为MW5.7,与GCMT、USGS公布的震级基本一致。综合分析震中位置和滑动机制认为,甲岗-定结断裂的分支断层为本次谢通门地震的发震断层。

一种基于梯度向量域上字典学习的有效InSAR相位滤波

本文提出了一种基于梯度向量域上字典学习的InSAR相位的降噪算法.首先利用字典学习,建立了干涉相位滤波的优化模型.鉴于该模型难以求解,本文采用分裂技术和增广拉格朗日框架,获得非线性约束松弛优化模型,最后引入交替方向乘子法对松弛问题求解,获得最终的相位滤波结果.具体地,通过先从InSAR复相位图的水平和垂直梯度域依顺序训练字典,然后从这两个梯度向量的稀疏表达式出发重建所需的干涉相位图.对仿真和实测数据的处理结果显示这种新的InSAR相位降噪方法在残点数、均方误差和边缘完整性保持等方面优于几种经典的滤波方法.