基于线弹性位错模型及干涉雷达同震形变场反演1997年玛尼Mw7.5级地震参数-Ⅰ.均匀滑动反演

1997年11月8日西藏玛尼Mw7.5级地震是干涉雷达技术应用于地震观测以来的一次重要事件.Peltzer等认为该形变场体现了地壳的非线性弹性形变响应,挤压象限和拉张象限的杨氏模量比值为2.相同的情形并没有在其他地震同震形变场中发现,通常用线弹性理论就能够很好地解释观测数据.考虑到他们所用断层模型的简化程度和纯走滑约束等,本研究认为非线性弹性解释是牵强的.应用广泛使用的Okada线弹性位错模型,采用卫星观测得到的地表断层位置,去除倾滑为零的约束,基于非线性优化反演方法寻求拟合雷达观测的最佳断层几何参数和均匀滑动参数.结果表明,线弹性模型能够满意解释观测数据.断层在朝阳湖以东的段落最深达到16.5km,随着断层向两侧延伸,深度逐渐减小;反演得到的断层倾向和倾滑位移与野外调查一致;断层左旋走滑分量最大达到4.44m,同时倾滑分量在相同段达到了最大值1.1m,该量值不能忽略;反演得到的总地震矩为2.08×1020N.m,相当于矩阵级Mw7.5,与哈佛给出的2.23×1020N.m、Velasco等反演得到的1.8×1020N.m较接近.

基于强震记录的汶川地震同震形变场及滑动反演

GNSS连续站分布密度较低,难以满足地震近场位移准实时观测的需求,强震仪加速度记录可作为地表形变观测的重要补充手段。文中利用自动经验基线校正方法分析了汶川M S8.0地震龙门山断裂带附近的震时强震数据,通过校正处理和2次积分得到了同震位移场分布。将强震仪所得的位移时间序列与高频GPS的结果进行对比分析,发现两者具有较好的一致性。强震仪与GPS计算的同震形变场在位移幅值、方向和总体分布特征方面较为接近。联合使用强震仪、GPS和InSAR数据,基于相同断层模型反演的断层滑动空间展布形态、滑动范围、滑动量、应力降和矩震级等与前人的研究成果均吻合较好。结果表明,强震记录可作为获取地震近场位移序列的有效手段,为研究地表破裂过程和地震参数快速获取提供有价值的基础资料。联合使用多种数据,可提高数据覆盖密度,实现数据优势互补。

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.

基于InSAR技术的伽师M_(S) 6.4地震同震形变与滑动反演研究

1研究背景地震震级较大或震源较浅时,地表会产生一定程度的变形,通常称之为同震形变。及时、准确和全面地获取同震形变场,能够快速认识地震地表形变整体宏观特征,甚至有助于研判发震断层位置及其走向变化等,这对政府应急响应和灾后救援部署等至关重要,具有重大的社会效益和经济效益(温少妍等,2020)。合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)是在干涉雷达基础上发展起来的一种微波遥感技术,具有形变灵敏度高、高空间分辨率高、覆盖范围大、几乎不受云雨天气制约等突出的技术优势,在对同震形变等大范围缓慢形变的测量研究中迅速得到广泛应用。

基于InSAR技术分析2023年积石山地震同震形变及断层滑动分布

2023年12月18日甘肃省临夏州积石山县发生了自该区域地震观测以来的首次大地震,研究本次地震的地表形变和地震机制,可以为了解该区域的断层活动特征提供有价值的参考。本文采用合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术,利用Sentinel-1A降轨影像,在SAR影像几何畸变评估和干涉图大气延迟校正的基础上,提取了地震LOS向同震形变场,并利用Okada弹性半空间位错模型反演了发震断层几何参数及其滑动分布。研究结果显示,所用Sentinel-1A降轨影像在研究区域受几何畸变影响面积占3.6%,适用于该区域形变场提取;地震引发的地表形变近似呈椭圆形隆升,最大雷达视线LOS方向形变量为8.5 cm;本次地震的发震断层在走向、倾角等几何参数上与拉脊山南缘断裂带较吻合,因此倾向于认为发震断层与拉脊山南缘断裂带存在一定的关联性。

基于线弹性位错模型反演1997年西藏玛尼Mw7.5级地震的干涉雷达同震形变场——Ⅱ滑动分布反演

1997年11月8日西藏Mw7.5级玛尼地震是干涉雷达技术应用于地震观测以来的一次重要事件.在第一部分中，我们应用广泛使用的Okada线弹性位错模型，假设断层的各个分段滑动量均匀，反演得到断层各个分段的几何参数和均匀滑动量.本部分的反演进一步去除滑动均匀假设，并利用更能反映断层真实状态的角形元位错模型（线弹性），在第一部分反演得到断层几何的基础上，反演断层面的静态位错分布.反演结果表明，线弹性滑动分布模型能够更好地解释观测数据，进一步提高反演的数据拟合程度.最终得到了断层面上的走滑和倾滑位错分布.首次得到的断层面滑动分布显示断层面滑动在浅部（0-12 km）比较集中，地震破裂长度约170 km，最大左旋走滑位移达4.8 m；反演结果还表明局部段落存在较大倾滑位移，量值达到1.9 m，这在断层模型中是不能忽略的，它可能是断层两侧形变不对称的原因之一；反演得到的标量地震矩为2.18×10^20N.m，相当于矩震级Mw7.5，与Velasco等利用地震波形反演得到的结果一致.

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。

利用断层滑动资料反演郯庐断裂带山东段第四纪构造应力场

郯庐断裂带（即郯城-庐江断裂带）是纵贯中国东部大陆边缘的一条巨型断裂带，整体为北北东走向。它的形成和演化对中国东部中生代以来的地质演化有明显控制作用，同时又是一条现今地震活动较为活跃的地震带，因此对郯庐断裂带周边构造应力场的研究具有重要的意义。采用野外观测取得的10个测点共206条活断层擦痕数据，利用断层滑动资料反演构造应力张量的方法，计算获得了研究区现代构造应力场主要特征：郯庐断裂及其周边地区现代构造应力场以北东-东西向挤压、北西-近南北向拉张为特征，其最大主压应力（σ1）方向为64°-106°，平均倾角23°；最小主压应力（a3）方向为332°-14°，平均倾角14°；中间主应力（σ2）倾角较陡，近垂直，应力结构为走滑型。

2008年于田M_W7.2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MW7.2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MW7.2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MW7.2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0~14km区间,以F2、F3段为主,最大滑动量约5.31m,位于F2段深部2.76km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=5.58×1019 N·m,相当于矩震级MW7.1。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MW7.2地震破裂以正断为主,且带有一定的左旋走滑。

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.

利用InSAR和GPS形变数据反演断层深部滑动的敏感性分析

为探究InSAR和GPS形变数据对断层深部滑动的敏感性,分别模拟走滑断层、正断层和逆冲断层在不同深度的滑动分布模型,并基于不同精度的InSAR和GPS形变数据反演了3类断层在不同深度位置的滑移分布。对3类断层的结果进行对比分析发现,实验得到的结论具有较好的一致性。结果表明,在相同深度时,基于高精度InSAR和GPS形变数据反演的深部滑动残差较小,而基于常规精度InSAR数据反演结果的残差较大;随着深度的增加,反演深部滑动的探测性呈逐步下降的趋势,其中基于高精度InSAR和GPS数据的滑动探测性高于基于常规精度InSAR的滑动探测性。当InSAR和GPS数据精度相同时,维度对断层深部滑动的探测性有一定影响。

九寨沟Ms7.0地震的同震形变场误差研究及断层滑动分布反演

北京时间2017年8月8日四川省九寨沟发生Ms7.0级地震。为了提高断层滑动分布反演的可靠性,本文利用升降轨InSAR数据联合反演断层滑动分布,再根据模拟形变值二次反演,对比反演结果来探讨升降轨形变场误差和确定断层滑动分布的结果。结果表明,九寨沟升轨同震形变场的质量较好,降轨形变场受余震、震后粘弹性松弛效应影响明显,利用模拟形变值二次反演确定的断层滑动分布可靠性更高。

2010年1月12日海地M_W7.0地震InSAR同震形变观测及同震滑动分布反演

2010年1月12日GMT时间21时53分,在海地境内(72.57°W,18.44°N)发生了MW7.0地震。文中利用干涉合成孔径雷达(InSAR)方法获得了覆盖整个震区的高精度形变观测资料,用以研究该地震的发震机理。采用ALOS PALSAR数据,分析了轨道、大气等误差源对干涉信号的影响,最终获得了雷达视线向(LOS)的同震形变场。基于误差矫正后的InSAR同震数据,反演得到了发震断层的几何参数及断层面上的同震滑移分布。结果显示断层为N倾37°,小于USGS给出的断层倾角70°。为了测试断层倾角的最佳估计,另外建立了倾角为70°的平面断层模型,以及一种铲形断层模型。通过将不同模型预测的InSAR干涉图和InSAR同震观测数据对比,认为倾角为37°的断层模型更为合理。断层同震滑动主要分布在4～16km深度范围内,最大同震滑移量达2.8m,深度为7.2km。滑动主要表现为逆冲兼具左旋走滑2种方式,显示了此次地震非常复杂的运动特点。据此模型得到该地震释放的地震矩为5.64×1019Nm,对应矩震级为MW7.1。

基于DInSAR技术与断层自动剖分方法反演断层滑动参数

以合成孔径雷达差分干涉测量(DIn SAR)技术获得的同震形变数据为约束,基于弹性位错模型反演获得发震断层的几何、运动参数(也称滑动参数),对于了解震区断层活动特征和评估潜在灾害风险具有重要意义。现有的断层滑动参数反演多是基于矩形位错元的均匀剖分或人为设定剖分,所得结果易出现"伪滑动"和滑动分布过于平滑的问题,不足以精确地反映断层面上的滑动细节。为此,引入断层自动剖分方法。该方法兼顾了模型残差最小化与平滑最优原则,在形变数据的有效约束下获得可靠解。以巴姆地震为例反演获得断层的几何参数与滑动参数。实验结果表明,对于单断层的滑动参数反演,应用断层自动剖分方法可获得较可靠的结果。

基于InSAR分析2015年尼泊尔M_W7.8地震形变场特征及断层滑动分布反演

2015年4月25日尼泊尔发生了MW7.8地震,本文基于震前、震后两景Sentinel-1A雷达影像,采用D-InSAR两轨差分干涉法提取了此次地震的同震形变场。结果显示,同震形变场位于喜马拉雅造山带—主边界逆冲断裂(MBT)和主前锋逆冲断裂(MFT)附近,形变场整体表现为自西北向往东南方向延伸近150 km的纺锤形包络状,以大面积隆起抬升形变为主,视线向最大隆升形变达1.18 m,抬升区北侧存在一小沉陷区,以InSAR观测值定位同震最大形变中心。基于均匀介质弹性半空间模型(Okada模型)与InSAR观测数据反演了断层滑动分布。反演结果表明该地震属于典型逆冲型地震,发震断层为主喜马拉雅逆冲断裂(MHT),同震破裂从主喜马拉雅逆冲断裂(MHT)向上沿着主前锋逆冲断裂(MFT)传递。基于InSAR同震形变场局部形变细节,结合震区地质背景、断裂分布及断层运动特征,获得了同震破裂拟出露地表迹线。

断层滑动分布反演及实时校正场地放大系数研究

十五期间,我国累计部署约2000个强震动台站,台站分布密度增加,观测技术得到很大发展。我国即将实施“国家地震预警与烈度速报工程”建设,建成后台网台间距将达到20—40 km,资料能够快速获取。但强震动数据在滑动分布反演方面尚未应用于地震应急和灾害评估中。

2016年新疆阿克陶M_S6.7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0~5cm之间,发震断层的滑动量主要位于2~16km深部,最大滑动量可达1.02m,位于断层面深部5.83km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0.12m;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=3.2GPa时,反演得到的地震矩震级约MW6.6。

利用同震和震后位移数据联合反演2011年日本M_(W)9.0地震同震断层滑动

基于黏弹性球体位错理论,联合陆地和海底同震GPS数据以及日本本岛330个陆地GPS站点5~10年的震后数据,反演了日本M_(W)9.0地震的断层滑动模型,提升了断层滑动分布在细节上的合理性。首先,基于日本本岛330个陆地GPS站点震前2年和震后10年的连续观测数据,获取了日本M_(W)9.0地震震后5~10年的年平均位移,该时段的位移几乎完全由地幔黏弹性松弛效应引起;接着,利用黏弹性球体位错理论对震后5~10年的位移进行反复拟合,确定了日本M_(W)9.0地震震源及周边地区的地幔黏滞性系数最优解(9.0×10^(18) Pa·s)。然后,联合同震和震后位移数据,引入黏弹性位错格林函数,反演了2011年日本M_(W)9.0地震的断层滑动分布。结果表明,该地震同震破裂的最大值达到了62.72 m,同震滑动的总地震矩为4.48×10^(22) Nm,相应的矩震级为M_(W)9.03。由于黏弹性松弛效应引起的震后位移中包含了同震破裂的信息,基于黏弹性球体地震位错理论,联合同震和震后位移数据反演断层同震破裂,有效提高了日本M_(W)9.0地震断层滑动分布的可靠性。最后,本文提出的反演方法为同震观测结果缺乏的大地震震后科考提供了理论支撑:在大地震发生之后,即使在同震期间没有足够的观测数据,也可以在震后通过对震源区的加密观测积累的震后数据,使用本文提出的反演方法优化同震断层滑动模型。

含缓倾软弱夹层矿山高边坡滑动面位置与空间形态反演

滑动面确定是边坡治理中的关键问题,传统的勘探技术在滑动面勘测识别确定过程中往往存在耗时、耗力、对坡体造成损伤、具有安全隐患等问题。为克服传统滑动面确定方法的局限性,以四川黄山含缓倾软弱夹层石灰石矿山高边坡为例,在边坡应急治理条件下,基于工程地质分析法、空间解析几何法、极限平衡法及强度折减法的综合应用,提出了一种以工程地质分析法为前提判断,空间解析几何法与极限平衡法为计算分析手段,强度折减法为检验保证的滑动面反演方法。首先根据工程地质分析判断出边坡整体及局部的破坏模式,其次利用空间解析几何法确定了滑坡体前后缘位置滑动面的空间形态,最后采用极限平衡法对边坡稳定性系数反复试算,进而反演出滑动面的具体位置,并基于有限元强度折减法对滑动面反演结果进行了分析验证。结果表明:边坡整体沿软弱夹层滑动,前后缘位置为圆弧滑动破坏,滑动面位于775 m平台到软弱夹层垂直距离为26 m的位置;有限元强度折减法计算的边坡稳定性系数为1.00,与滑动面反演结果基本一致,验证了该方法的可行性和准确性。研究结果为边坡滑动面的确定提供了一种新思路,对于类似边坡滑动面快速识别与确定及危岩体的应急治理具有一定的借鉴意义。

西藏尼玛地震InSAR同震形变场及滑动分布反演

2020年7月23日,中国西藏那曲市尼玛县发生Ms 6.6地震。本文利用Sentinel-1A升降轨SAR数据,获取了西藏尼玛地震的同震形变场,结果显示本次地震造成的地表形变以沉降为主,LOS向最大形变量分别为28、24 cm。以升降轨InSAR同震形变场为约束,基于Okada弹性半空间模型,得到本次地震的断层几何参数及断层滑动分布。滑动分布结果显示,2020年西藏尼玛地震的发震断层具有正断层运动性质,断层走向29°,同震滑动主要分布在地下4~14 km,断层破裂未到达地表,最大滑动量为1.2 m,出现在地下10 km处,平均滑动角为-93°。基于最优断层滑动分布模型分别计算5、10、15 km处的库仑应力,结果显示此次地震造成库仑应力在依布茶卡盆地西缘应力累积。