哨兵-2号光学影像地表形变监测:以2016年M_W7.8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10m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10m;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。

新西兰2016年凯库拉M_W 7.8地震灾害考察与启示

在2016年新西兰凯库拉M_W 7.8地震中,北东—北东东向科科仁古断裂水平右旋位移量最大,为10—12m;北北西—近南北向帕帕提断裂垂直位移量最大,达到5—6m。对直接坐落在这2条地震地表破裂带或变形带之上的建筑物的破坏现场调查表明,尽管房屋出现歪斜,但上部主体部分基本完整,没有出现倒塌或部分倒塌现象,避免了人员伤亡。在无法回避活动断裂及其大震危险性的情况下,隔震系统的广泛采用可以有效地提高建筑物抵御地震灾害的能力。此次地震触发了数万个滑坡体,最大滑坡体可达数百万立方米。对沃罗村北边2处边坡失稳地带的考察结果表明,针对该地至少从2个方面进行了考虑和处置:一是在选址上,避开了突出山嘴等高陡坡地带;二是在房屋正对的山坡地带,种植或保护了茂密的树木,这既增加了山体的稳定性,又可以在地震中有效地减缓崩塌的石块对房屋的冲击。对比中国中东部一些大震,如1976年唐山7.8级地震和2008年汶川8.0级地震中触目惊心的巨大人员伤亡和财产损失,即使在人口密度与滑坡规模上存在明显不同,对新西兰凯库拉地震灾害现场的考察结果,还是在如何有效抵御地震灾害方面给我们提供了很好的启示。

新西兰2016年凯库拉M_W7.8地震地表破裂带特征初析

新西兰2016年凯库拉M_W7.8地震地表破裂带分布在1个长约170km、宽35km的范围内,总体呈NE-SW走向,至少有12条断裂产生了m量级的地表位错,跨过了2个活动方式与活动强度存在明显差异的地震构造区。地震地表断裂大致可分为NE—NEE向和NNW—近SN向2组,NE—NEE向断裂之间的贯通性差,最大相隔距离为25~30km,即使首尾相连,走向上也有约30°的差异,运动性质以右旋走滑为主,最大位错量10~12m;NNW—近SN向断裂近于平行分布,相距可达40~50km,以逆断裂活动性质为主,最大垂直位错量5~6m。走滑类地表破裂带的组合特征非常复杂,主要表现为3种形式:雁列、分叉和平行分布。其中,雁列地表破裂(段)既可以表现为数m至数十m尺度上的张剪性破裂与鼓包、挤压剪切破裂组合,也可表现为百余m长的左阶斜列张剪性破裂组合;地表破裂段之间阶区规模差异明显,可以是数十m、数百m到数km不等。平行的地表破裂(段)可以相距数m、数十m至数km。凯库拉地震地表破裂带对已知活动断裂分布格局的突破也是1种比较显著的特点,既可以是在原先认为不活动的断裂上或没有活动断裂的位置上产生了地表破裂带,也可以是在走向或横向上突破了先前认识到的活动断裂分布范围。对凯库拉地震地表破裂带发育特征的初步分析结果,对于理解地表活动断裂与深部发震构造之间复杂的对应关系,以及跨活动断裂的抗震设防等问题具有一定的借鉴意义。

2016年新西兰凯库拉M_(W)7.8地震同震破裂及子断层间相互影响

2016年11月13日新西兰南岛东北部凯库拉M_(W)7.8地震同震破裂比较复杂,其发震断层多达12条.通过反演InSAR同震位移,确定了断层同震位错分布.结果表明:最大位移量发生在Kekerenbgu断层北部,约13.5 m,以右旋走滑运动为主,而最大逆冲错动发生在Jor-dan Thrust 断层和 Papatea 断层上,板块界面上的最大滑移位于Jordan Thrust断层下.为进一步分析各子断层破裂间的相互关系,基于各发震断层同震位错反演结果,分别计算了破裂过程中先破裂断层在后续破裂断层上的同震库仑应力变化.结果表明:相邻断层间引起的最大同震库仑应力变化量级在MPa范围,除Hundalee断层和Jordan Thrust东北部断层上的同震库仑应力减少外,其他断层都位于库仑应力增加的区域,增加的量级可达MPa,远高于一般认为的触发阈值0.01 MPa.据此认为,在此次地震复杂的多断层破裂过程中,静态库仑应力是破裂传播和断层触发的关键因素,在很大程度上促进了后续断层的破裂.

结合SAR和光学数据检索凯库拉Mw 7.8地震三维形变

地震的同震形变监测对于地震形变特征解释以及直观了解断层的几何特征具有重要意义。对于有地表破裂的大地震,GNSS(global navigation satellite system)技术空间分辨率较低,InSAR(interferometric synthetic aperture radar)技术由于大的形变梯度会发生相位失相干,均无法获得详细的断层周围形变。基于亚像素互相关技术的光学影像相关和像素偏移追踪能够很好地解决这些问题。以2016年凯库拉Mw 7.8级地震为例,使用哨兵2号数据获取东西向和南北向形变,使用哨兵1号数据获取距离向和方位向形变。为确定获取三维形变场的哨兵2号光学数据与哨兵1号SAR数据的最佳组合,将这些形变种类进行组合,并使用最小二乘方法计算三维形变。结果表明,OIC+POT_As_Des的组合最适合获取凯库拉地震三维形变,各种观测数据类型的结合能够较好地控制三维形变的效果和精度。对凯库拉地震的三维形变进行分析,结果表明,该地震在两个不同区域发生了巨大且复杂的地表位移,是一次右旋走滑为主带有逆冲的地震,垂直形变主要表现为抬升。研究成果可以为地表三维形变的研究提供参考。

新西兰地震对EQC法案的推动

新西兰是世界上地震保险覆盖率最高的国家,相应法律法规,尤其是地震委员会法案1993(Earthquake Commission Act 1993,简称EQC法案),经过70余年的发展相对完善。2010-2011年坎特伯雷地震序列和2016年凯库拉地震分别是新西兰历史上保险损失最严重和1840年以来震级第二大的地震事件,是对EQC法案的巨大检验,推动了政府对EQC法案执行以来的第一次审查。通过大量文献调研,结合两次地震事件中理赔工作的经验和教训,梳理了2019年7月1日生效的EQC法案与2008年4月1日版法案(事件前)相比的几处重大变化以及两次事件中的理赔经验,主要包括地震委员会(Earthquake Commission,简称EQC)自然灾害保险保障范围、保险金额、保费和再保险,EQC与私营保险公司的协调,对多次事件的理赔,以及EQC职能的变化等。在我国地震巨灾立法的关键时期,为我国地震保险相关法律法规的制定提供借鉴。

2016年新西兰凯库拉M_w 7.8级地震中场地效应分析

为研究2016年新西兰凯库拉M_w7. 8级地震序列中的局部场地效应,采用参数化广义反演方法分离了126个台站在148个地震中获取的2445组记录的震源、传播路径和场地三项因素,得出了126个台站的场地反应函数,重点分析了基督城地区的19个台站和惠灵顿地区的14个台站的场地效应,基于张力样条插值法分别建立两个城市在0. 5～3. 0Hz频段的平均场地放大分布图。结果表明:场地放大受地质和岩土特性的影响显著,软土场地卓越频率低,低频段场地放大更显著而高频段则相对较弱,平原地区场地放大高于山区,沉积层较厚地区的场地放大效应更显著。这些现象很好地解释了地震动和震害的区域性差异,是完善抗震设计理论的有力依据。