2024年1月23日M_(W)7.0乌什地震InSAR同震形变场和断层滑动分布

2024年1月23日,新疆维吾尔自治区乌什县发生了M_(W)7.0地震,本次地震是南天山断裂带近一个世纪以来的最大地震事件.为确定乌什地震的发震断层位置及其产状,本研究基于Sentinel-1A数据和差分干涉测量、像素偏移技术获得乌什地震升降轨同震形变场,并通过贝叶斯非线性反演方法估计了发震断层的几何参数,获得乌什地震同震滑动分布.研究结果显示,升轨最大视线向抬升形变达80 cm,最大视线向沉降约16 cm.视线向同震形变与像素偏移量结果表明乌什地震显著的垂向运动特征,而升降轨像素偏移方位向观测的反向运动特征表明乌什地震发震断层明显的左旋走滑运动分量.反演结果显示乌什地震发震断层为东北东—西南西走向,北西倾的断裂产状,最优断层倾角约67°,平均滑动角约60°,表明乌什地震同震滑动以逆冲运动为主,兼具少量左旋走滑分量.本文获取的乌什地震变形方式和断层参数与天山南缘盆—山边界的迈丹—沙依拉姆断裂的运动学和几何学相符.乌什地震的高倾角断层走滑-逆冲活动表明南天山与塔里木盆地之间的斜向汇聚作用,天山地区的地壳缩短由山前新生的逆冲推覆带和造山区的高角度逆断层共同吸收.

联合GNSS和InSAR地灾区纯净形变场解算研究

以湖南省麻阳县地质灾害易发区为实验区,通过多个GNSS基岩站长时间序列解算结果显示,区域整体地壳板块垂向形变量在3.39~4.85 mm,显示整体抬升趋势;通过InSAR长时间序列解算结果显示,整体地表绝对垂向形变量在-41~31 mm,显示整体沉降,局部抬升趋势。本文通过实验证明了在地质灾害研究区基岩GNSS站和InSAR两种技术手段监测结果存在较大的差异,判定其差异原因为基岩板块运动和裸露地表绝对运动之间的差异,随后分别对GNSS基岩观测和InSAR地表观测结果进行全域空间差值拟合后求差,得到区域纯净形变场为-34.46~34.89 mm,本文形成的区域纯净形变场解算方法,能够真实反映地灾区地表滑动,避免造成对滑坡隐患趋势的误判。

基于形变场灰度场插值网络的切片间超分辨率

磁共振成像是一种常见的医学影像方法。由于硬件等因素的限制,MR图像切片间分辨率会远低于切片内分辨率,图像的质量较低,影响医生对患者病情的诊断,因此需要提高切片间分辨率,以便显示图像更多的细节。为了实现切片间超分辨率,提出一种基于非参数化形变场和灰度场插值网络的算法。首先,根据图像配准原理,利用近似U-Net的网络对低分辨率图像中2张相邻切片进行无监督训练,以生成切片间的双向形变场。然后,利用第一张切片与形变场生成配准后的图像,将配准后的图像与第二张切片进行训练,得到它们之间的双向灰度场,由此得到相邻2张切片中间任意位置的形变场和灰度场。最后,利用插值的方法获得中间的任一位置切片。与其他现有的算法相比,该算法在视觉效果和客观评价指标上都有显著提升,其中PSNR和SSIM分别均在30 dB和0.99以上。

2023年塔吉克斯坦M_(W)7.2地震InSAR同震形变场与滑动分布

利用Sentinel-1A卫星SAR影像数据,对2023年塔吉克斯坦M_(W)7.2地震开展同震形变提取,基于弹性位错模型进行断层反演,并以本文反演得到的右旋节面解为接收面,计算不同深度的静态库仑应力。同震形变结果显示,升轨LOS向最大形变量达15 cm,降轨LOS向最大形变量达16 cm。断层反演结果表明,此次地震最优发震断层走向为131.1°、倾角为85.7°,同震主滑移区分布在深度10~30 km范围内,以右旋走滑为主,最大滑移位置位于地下约20 km深度处,滑移量为3.49 m,未破裂至地表,矩震级为M_(W)7.16。库仑应力结果显示,该区域库仑应力符合帕米尔高原已有的应力场及地质学研究结果,随着深度增加,其影响范围以发震断层为中心向外扩张,且自5 km深度往下,应力加载区逐渐侵蚀应力卸载区,并开始以加载区为主,在约10 km深度处开始发生余震活动,与本次发震断层相邻的2条断层未来短时间内地震风险性较小。

基于DInSAR技术的2021年比如M_(S)6.1地震同震形变场提取与分析

2021年3月19日西藏自治区那曲市比如县发生M_(S)6.1地震,因西藏地区地球物理台站少且分布稀疏,无法较好地获取地震发生前后地球物理场变化信息。基于Sentinel-1卫星升、降轨SAR数据及数字高程模型SRTM3,利用合成孔径雷达差分干涉测量技术(DInSAR)技术,获取震区地震同震形变场信息,判断地表形变场的变化。结果表明:本次地震由正断兼走滑的断层运动造成,升、降轨沿雷达视线向的最大沉降量分别为2.4 cm(升轨)和2.8 cm(降轨),最大抬升量分别为0.6 cm(升轨)和3.5 cm(降轨)。

InSAR干涉形变场远程模拟系统实现与地震地表形变场模拟算例分析

利用InSAR(Interferometric SAR)干涉测量技术可以获得地表形变场(视线向,LOS),将其与弹性半空间中一定断层模型模拟计算出的地表形变场进行正演分析,以便获取发震断层的几何学和运动学参数,是一种典型的前向模拟模式。该计算模式由于模拟计算程序调试、安装过程的复杂性,使得在每台微机上安装此类程序不仅费时费力,且浪费大量的计算资源。文中首先介绍了实现InSAR干涉形变场模拟模型由单机推广到Internet/Intranet上进行远程计算最终建立"InSAR干涉形变场远程模拟系统"的过程,并基于此系统平台对1997年玛尼MS7.9地震的InSAR地表形变场进行了模拟试算、分析等。

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50km×50km,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~22cm和~14cm.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1m,平均滑动角为-9°,矩震级为MW6.5,地震破裂主要集中在地下1~15km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>MW6.0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.

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.

基于小基线DInSAR技术监测太原市2003-2009年地表形变场

基于高相干点目标反演缓慢地表形变已成为当前DInSAR技术的研究热点.本文通过融合PS方法和相干目标法优点,采用小基线DInSAR技术提取城市地表形变场,并重点分析了地表线性形变的反演.在此基础上,以太原市为研究区,利用23景ENVISAT ASAR影像,提取了该市2003～2009年的地表形变场.研究结果表明:(1)在该阶段太原市存在有4个明显的沉降中心,即下元、吴家堡、小店、孙家寨,其中最大沉降中心孙家寨的平均沉降速率为-77.28 mm/a;(2)老沉降中心万柏林沉降趋于缓和,北部地区沉降停止,甚至出现反弹;(3)沉降中心的变化说明太原市采取的"关井压采"控沉措施取得初步成效;(4)水准数据验证了监测结果,精度达到2.90 mm,表明小基线DInSAR技术可满足城市地表形变监测需求.

尼泊尔M_W7.8地震InSAR同震形变场及断层滑动分布

采用DInSAR技术和欧空局2014年新发射的Sentinel-1A/IW数据,获取了2015年4月25日尼泊尔M_W7.8地震的InSAR同震形变场.所用InSAR数据扫描范围东西长约500 km,南北宽约250 km,覆盖了整个变形区域,揭示了形变场的全貌及其空间连续变化形态.此次地震造成的地表形变场总体呈现为中部宽两端窄的纺锤形,从震中向东偏南约20°方向延伸,主要形变区东西长约160 km,南北宽约110 km,由规模较大的南部隆升区和规模较小的北部沉降区组成,南部最大LOS向隆升量达1.1 m,北部最大LOS向沉降量约在0.55 m.在隆升和沉降区之间干涉纹图连续变化,没有出现由于形变梯度过大或地表破裂而导致的失相干现象,表明地震断层未破裂到地表.基于InSAR形变场和部分GPS观测数据,利用弹性半空间低倾角单一断层面模型进行了滑动分布单独反演和联合反演,三种反演结果均显示出一个明显的位于主震震中以东的滑动分布集中区,向外围衰减很快,主要滑动发生于地下7~23 km的深度范围内.InSAR单独反演的破裂范围,特别是东西向破裂长度大于GPS单独反演的破裂长度,而InSAR单独反演的最大滑动量则低于GPS单独反演的滑动量.因此认为联合反演结果更为可靠.联合反演的破裂面长约150 km,沿断层倾向宽约70 km,最大滑移量达到4.39 m,矩震级为M_W7.84,与之前用地震波数据和GPS数据反演的结果一致.

2008年MS7．1于田地震InSAR同震形变场及其震源滑动反演

本研究利用InSAR技术与ALOS PALSAR雷达数据,获取了2008年3月20日于田M_S 7.1地震视线向同震形变场,并基于该数据集和限制性最小二乘算法反演了此次地震的断层滑动分布;通过构造四大类反演方案,详细分析了InSAR观测系统中的入射角与方位角对反演结果的影响.结果表明:入射角随点位变化对反演结果有较大影响,使用其平均值将对破裂细节产生一定影响;而方位角对反演结果的影响不大,使用其平均值是一种较为理想的选择;引入入射角与方位角变化后,反演获得了较佳的于田地震同震滑动,主要集中分布于0～14 km深度附近,最大滑动量达3.2 m,矩张量为3.3×10^(19)N·m,相当于矩震级M_W7.0.

用GPS资料研究华北地区形变场和构造应力场

利用华北地区地质构造、第四纪以来的活动断层、地形、地壳厚度、地壳及上地幔地震波速度结构等资料,构建了三维有限元框架模型,利用最新GPS观测结果作为边界约束条件,模拟计算了华北地区的形变场及构造应力场。结果表明,模型预测地表速度场和GPS观测结果比较一致。模拟结果中,大型NNE向断层如汾渭地堑断裂系呈右旋运动,NWW向断层如张家口渤海断裂带呈左旋运动,与野外地质考察结果一致。在地表以下10～20km处,模型预测应力场的主压应力方向为NNE、EW向,主张应力大约为主压应力2～8倍。模型中最大剪切应力场在山西、华北平原中部和东部沿海分别出现3条NNE向高梯度带,此梯度带与研究区域的主要地震活动带相对应。

升降轨InSAR与GPS数据集成反演西安形变场

根据InSAR观测量对南北向形变不敏感的特点,将内插GPS数据得到的南北向形变场信息和InSAR监测数据进行集成和融合解算,提取三维形变场。该方法有效避免了因直接忽略南北向形变而带来的精度影响问题,较好地改善了垂向形变场的反演精度。以西安市作为研究区域,融合EnviSat ASAR、ALOS PALSAR及GPS数据,反演西安市2009—2010年在东西向和垂向的绝对的年平均形变速率场(形变场),并与11个水准监测结果进行比对,发现融合反演法不仅能提供三维形变场,而且反演的垂向精度明显优于忽略南北向形变后的反演形变结果,从而对西安市地表形变有更深入的认识。

基于InSAR同震形变场反演汶川Mw7．9地震断层滑动分布

通过综合分析2008年5月12日汶川地震野外地震地质考察的地表破裂带空间分布及分段资料,结合InSAR干涉形变场资料,构建了五段断层几何结构模型,该模型与野外地震地质考察结果在多数分段上基本一致;基于此五段断层模型,运用敏感性迭代拟合算法反演了汶川地震InSAR同震形变场,获得了断层滑动分布及部分震源参数.结果表明,基于余震精定位获得的地震断层倾角模型模拟的同震形变场与InSAR形变场吻合较好,且残差较小;反演的滑动分布主要集中于地下0～20 km,最大滑动量分别位于北川及青川等地区,最大可达到10 m;沿SW-NE走向,断层面的滑动方向主要以右旋兼逆冲形式为主,在汶川及都江堰地区以强烈的逆冲为主兼有一定右旋走滑分量,在北川及映秀地区以逆冲兼右旋运动为主,在平武及青川等地区则逐渐过渡为以右旋运动为主兼有一定的逆冲分量,其中汶川地区的平均滑动角为97°,北川地区的平均滑动角为11 9°,青川地区平均滑动角为138°.反演矩张量为7.7×10^(20)N·m,矩震级达M_w 7.9.

多轨PSInSAR监测华北平原地表垂直形变场

针对PSInSAR技术监测大空间尺度地表垂直形变场的不足,提出通过基准转换与数据拼接、融合不同轨道多个独立片区(Frame)获取大空间尺度地表垂直形变场方法.由于不同轨道主影像选取的参考基准不一致、不同轨道垂直基线不同、不同片区相位解缠的参考PS不同等因素影响,使得PSInSAR获得的不同轨道地表垂直形变场的空间基准存在差异,提取的地表形变信息不具有可比性.利用两个相邻片区重叠区域的PS点集,根据迭代最近点算法提取两片区公共区域内同名点,并兼顾同名点距离的权,精确计算两片区的配准参数,实现两片区的"无缝"连接,最后使各独立片区拼接成一个连续的大空间尺度地表垂直形变场.本文推导了多轨PSInSAR技术获得的不同片区形变场基准转换与数据拼接的数学模型,并以华北平原(115.32°E—118.79°E,36.81°N—40.58°N)为实验区,解析了3个不同轨道共12个片区PS目标,获取了研究区2006—2010年地表垂直形变速度场.分析表明:(1)研究区大范围处于下沉状态,形成以北京、廊坊、天津、沧州、泊头—德州等城市为中心向外扩展的地表沉降发展态势,几个沉降中心的平均沉降速率分别达到-34.7mm/a、-26.3mm/a、-64.2mm/a、-34.6mm/a和-37.7mm/a;(2)地表沉降的空间分布特征表明,城市工业生产和生活抽取地下水是地表沉降的主要诱因,农业灌溉和油气开采是导致华北平原大范围地表沉降的另一个重要因素;(3)研究区最大沉降带沿北北东向展布,与区内断裂分布一致,表明沉降的空间分布受到断裂带控制;(4)利用地表同期一等水准测量成果检验了本研究结果,精度达到4.72mm,表明本文提出的数据处理策略能够满足大时空尺度地表形变监测的需求.

基于InSAR的青海大柴旦地震三维同震形变场获取与震源特征分析

本文利用Envisat ASAR的升、降轨和宽幅数据,通过基于先验知识的最小二乘迭代逼近获取大柴旦2次地震的地表三维同震形变.结果表明,2008年MW6.3地震垂直向形变主要发生在断层南盘,以隆升形变为主,最大隆升量约10cm,北盘沉降量小于等于-1cm.东西向形变在南盘呈向东运动的特征,最大运动量约4cm,北盘向西运动,最大运动量约为-2cm.2009年MW5.8地震垂直向形变显示断层南盘抬升的特征,最大抬升量约27cm,北盘最大沉降量约-3cm.东西向形变表现为南盘向东运动,最大约10cm,北盘向西运动,约为-4cm.可以看出这两次地震均表现为逆冲为主,兼少量左旋走滑的震源特征.视线向结果无法判定同震形变的少量走滑特征,而地表三维分量可以有效地识别出少量左旋还是右旋走滑的震源特性.本文以视线向、垂直向、东西向形变量作为约束条件,利用Okada模型正演了2008年地震同震三维形变场.结果显示,采用逆冲兼少量左旋走滑的发震断层参数,视线向、垂直向、东西向正演结果与观测结果吻合.这也表明采用分解后的地表三维同震形变场可以有效地识别出发震断层的少量左旋走滑特征.

2010年青海玉树地震同震-震后形变场特征及演化过程

基于星载合成孔径雷达差分干涉测量技术(DInSAR)和4期ENVISAT/ASAR雷达数据,获得了不同时间基线的三个同震干涉形变场和两个震后干涉形变场,并对这五个在时段上互有重叠的形变场进行了综合分析.结果表明,玉树地震同震形变场为围绕发震断层NW展布的椭圆形干涉条纹,覆盖范围约89km×59km.断层运动性质为左旋走滑.两盘最大视线向相对形变量至少达45cm,最大形变出现在结古镇附近.时间基线不同的同震形变场总体上基本一致,但两盘最大相对形变量和局部形变存在差异.震后时间较长的干涉对反映的最大形变量反而减小;在震后时间较短的干涉对上于结古镇西南侧观测到的局部形变,在震后时间较长的干涉对上却没有出现.分析认为在形变量最大的结古镇附近可能出现了震后快速弹性回弹,导致随震后时间延续,形变量反而减小的现象.玉树地震震后形变主要出现在断层附近、震后不久的时段内,形变量在8cm以下,具有与同震方向一致和相反的两种震后形变方式.在结古镇西南观测到一个与同震形变相反的局部沉降,应为震后弹性回弹.在微观震中处的断层附近观测到与同震方向一致的震后形变,可能是震后余滑.通过对地震前后不同时间基线的多个干涉对的联合对比分析,可以在一定程度上区分同震形变与震后形变,更好地研究地震引起的变形过程,特别是地震断层附近短期震后形变场的演化过程,为进一步研究断层带的岩性特征、物理力学及运动特性提供约束.

从GPS观测看华北地区的形变场演化

利用1992、1995、1996、2001年的GPS观测资料研究了华北地区形变场的动态演化。华北地区的形变场服从中国大陆板块的整体应力应变场，但也有动态起伏。从主应变场看，1992～1995年，整个华北地区主应变场的方向比较一致，即主压应变方向为NEE—SWW，主张应变方向为NNW—SSE，应变量东部大于西部；但1995～l996年则相反，西部应变量大于东部，而且应变场方向也发生了明显的偏转，西部主压应变方向为NNE—SSW，而东南部地区为NEE—SWW；到1996～2001年西部地区主压应变叉恢复到NEE向，整个华北地区应变量也趋于平衡。比特GPS观测与蟊源机制锯给卅的华北地区的应力应变场可以看出，其主应力方向基本一致。

汶川M_S 8.0地震InSAR同震形变场特征分析

采用7条地震前后日本ALOS/PALSAR整轨数据,利用D-InSAR技术提取了2008年5月12日四川汶川地震500km×450km的地表连续同震形变场。形变场覆盖了金川—石棉、黑水—乐山、松盘—彭山、南坪—简阳、康县—重庆所有区域,包括了理县、汶川、茂县、北川、青川等重灾区域。结果显示,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。发震断层附近的非相干区域显示此次地震地表主破裂带在北川-映秀断裂带上,可以追踪出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230km。在发震断层西南段汶川至茂县一带,非相干条带的宽度明显大于其它段落,这与彭县-灌县断裂(前山断裂)的都江堰—安县段地表破裂段密切相关,地表破裂带长约70km。在远离发震断层的区域,西北盘总体表现为抬升,东南盘表现为沉降。但在发震断层附近,断层两侧均表现为局部抬升,且沿断层形变量分布很不均匀,表现出较强的分段性,显示出发震断层以逆冲为主的断层性质。从美国哈佛大学(Harvard)、美国地质调查局(USGS)与美国国家地震信息中心(NEIC)、中国地震台网中心(CENC)所给出的震中位置和发震时刻的差异来看,也反映出汶川地震破裂过程是多点破裂过程。在汶川县映秀镇西侧震中区,最大相对形变量达260cm,如果全部换算成垂直形变,则两个区域的垂直相对形变达3.3m。在雅安、峨眉山一带约有35cm的沉降区,在重庆及其南侧区域约有25cm的小范围隆起。

利用差分干涉雷达测量技术(D-InSAR)提取同震形变场

简要介绍了合成孔径雷达干涉测量技术、差分干涉雷达测量技术,并对干涉测量精度进行了简单讨论.以西藏玛尼地区为例,通过三通差分干涉处理,获取了玛尼地震同震形变场.结果表明:形变场长200 km、宽115 km.干涉条纹以北东东向发震断层——玛尔盖茶卡断层为中心分布,且基本与发震断层平行;通过对干涉形变图进行分析,发震断层可分为3段,其中西段长约23 km,中段长约60 km,东段长约26 km,整个发震断层共长110 km;震中附近最大隆起斜距向位移量为162.4 cm,断层西侧最大沉降斜距向位移量为103.6 cm,震中最大地面水平位错为7.96 m.