长时序Sentinel-1InSAR形变监测关键算法研究

合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)作为一种新兴的空间大地测量技术,能够全天候、大面积、连续、高精度、高空间分辨率地获取地表形变信息,与传统大地测量相比有效地提高了观测精度,扩大了观测范围,缩短了观测周期。该技术在探索地震、火山喷发、海陆升降的成因过程与机制中有着广阔的前景。论文以当前InSAR数据处理过程中需应对大量数据为背景,提出了基于Sentinel-1双星的长时序InSAR处理流程,主要研究内容如下。

影像大地测量数据揭示2021希腊塞萨利地震序列潜在断层几何及其区域构造意义

利用一对升降轨InSAR干涉图进行地震二维形变的分解通常是推断孕震机制与断层几何较为常用的手段.但该手段实施于短时间内发生的地震序列案例则较为困难,因为很难确保每个事件的形变都能够恰好被一对干涉图所记录.短周期多轨道InSAR数据为二维同震形变的描述和断层几何的推演提供了丰富的数据支撑,也为分离地震序列中各地震的同震形变提供了可能.2021年希腊塞萨利地震序列为研究地震序列形变分解提供了一个宝贵实例.针对此案例,本文利用覆盖震区的17幅多时相多轨道InSAR数据联合解算了该地震序列中三次事件各自的二维形变,并对形变场分布进行了解译.经形变分析认定,地震序列中第二、三次事件属于盲断层发震.基于分解出的二维形变,本文进一步推断了第二、三次事件所对应的断层几何并分析了潜在的孕震机制.此次地震序列的发震断层为:两个SE-NW走向/东北倾的断层(事件一、事件二),一个NW-SE走向/西南倾的断层(事件三).经过对滑动模型、同震库仑应力以及前震/余震数据的分析,本文认为此次地震序列的潜在孕震机制可以解释为一次SSE-WNW走向的断层级联触发活动.此外,通过分析此次地震序列余震的空间分布发现了余震深度与断层面之间的线性关系,这为本文推断出的盲断层几何以及地震序列间的级联触发观点提供了佐证.

基岩断面宇宙成因核素暴露定年:重建正断层古地震序列

正断层基岩断面可以连续地记录大地震位移累积的过程以及地震事件序列。该地震序列发生的时间与地震位移导致的基岩断面的暴露时间呈正相关。因此,通过测定断面基岩表层的宇宙成因核素浓度,可获得过去大地震发生的次数、时间和滑动量。目前研究工作中广泛选用灰岩的宇宙成因核素^(36)Cl测年方法,最佳采样基岩断面的高度距地表15~20m。选择采样剖面时,需确保基岩表面记录的是构造事件而并非地貌剥蚀过程,断面平直新鲜。基本采样策略是,在崩积楔之上和之下平行断层滑动方向连续采集一系列基岩样品,单件样品的长×宽×厚约15cm×10cm×3cm。基于样品的宇宙成因核素^(36)Cl和稀土元素-钇(REE-Y)浓度随着样品距地表高度的变化情况,识别出强震次数及其发生时间范围,然后运用数值模型模拟^(36)Cl剖面来获得最可能的强震事件发生时间和滑动量以及相应的误差。

南澳岛青澳湾沉积物粒度与烧失量指示的全新世沉积环境变化

通过对粤东南澳岛青澳湾NA6、NA9号钻孔剖面的岩性、粒度和烧失量特征进行综合分析,结合AMS14 C测年结果,讨论了该地区8 500cal.aBP以来沉积环境的演变过程。结果显示,烧失量反映的有机碳变化与沉积物粒度组分有十分密切的关系,表明海岸带水动力条件的改变与陆源有机碳的富集有关。潮下带淤泥沉积以及滨岸的!湖沉积较有利于有机碳的富集。相反,砂质堆积的有机碳含量较低,与高能的海浪作用有关。钻孔研究表明,该区沉积环境演变主要受全新世海平面变化的控制：8 500~5 500cal.aBP为海平面快速上升期,研究区被海水所淹没为潮下带沉积,沉积物中发现许多完整的近岸海相软体动物,且有机碳含量较高;5 500~3 000cal.aBP为砂质沉积,潮间带砂坪表明海平面稳定或略有下降;3 000~1 300cal.aBP水下沙坝-沙丘沉积,海平面基本稳定在现今高度;1 300cal.aBP以后为湖沉积,最后在洪积物冲积的堆积作用和海退下形成平原。

福建平潭岛晚第四纪沉积序列及MIS 5海侵旋回特征

选择位于福建平潭岛北部芦洋埔海积平原的PT01钻孔,岩芯长度28.3 m,采用加速器碳同位素(AMS 14C)和光释光(OSL)测年建立地层年代框架,认为晚更新世富含有孔虫等海相生物化石的地层应归属于MIS 5高海面期,即MIS 5e的潮下带滨海相沉积。结合岩性特征、古生物化石、沉积物色度、粒度分析及其参数等指标,进行了沉积单元的划分,重建了MIS 6末期以来的沉积相变化过程,揭示出MIS 5期间的多次海平面波动变化,即MIS 5高海面期沉积环境仍存在滨海、潮坪、潟湖、风成砂等沉积相之间的转换,并可能存在短暂的陆相或风化过程。而该区整个末次冰期的沉积缺失或较薄,上部全新世沉积也不发育,厚度仅为3.79 m,以沼泽相―风成砂相为主。

基于区域宽频带和近震波形数据的多点源反演——以2016 M_(W)7.1日本熊本地震为例

中强度(M 6—7)地震可以对人类社会基础设施和生命财产造成威胁,并且其发震频率要远高于M 8+地震.从震源物理的角度来说,此类地震的发震断层的几何形态和破裂过程往往较为复杂.因此,准确地确定此类地震的震源参数对地震防治和了解震源物理都具有重大意义.作为承接地震单点源解和有限破裂模型的桥梁,地震多点源解可以为有限破裂模型反演提供可靠的断层几何,并有效地帮助约束破裂的时空演化过程.本文基于马尔可夫链蒙特卡洛(MCMC)非线性反演算法,将一种多点源波形反演方法的适用范围从近震距离推广到了区域距离,并验证了利用余/前震(或历史地震)对地震波传播路径进行校正的有效性.我们将改进后的方法应用于具有代表性的2016 M_(W)7.1熊本地震的研究中.结果发现,利用一个M_(W)6.0和一个M_(W)5.4的前震,可以对半径100 km范围内强震记录和1000 km内的宽频带记录进行有效的路径校正,筛选出现有速度模型所适用的地震台和震相,并且可以确定波形拟合中高质量Pnl波和面波所能利用的频率上限,即高达0.3 Hz(Pnl)和0.2 Hz(面波).研究结果还显示区域宽频带数据反演的结果和强震+高频GPS数据结果有高度的一致性,验证了将该方法推广到区域数据反演的可行性.对熊本M_(W)7.1主震的反演结果显示,在反演所用的频段,我们需要至少四个子事件来表示该地震的运动学过程.第一个M_(W)6.7子事件发生在地下12 km深的Hinagu断层上,并具有高倾角的纯走滑位错解;第二(M_(W)6.7)和第三个(M_(W)6.7)子事件的深度均为7 km,其走向和Futagawa断层一致并有一定的正断滑移成分;最后一个子事件(M_(W)6.6)最浅(1~2 km),也具有最强(滑动角=-137°)的正断滑移成分.这些子事件揭示了发震层的厚度随着主震向东北方向的破裂传播距离增加而变薄,并且其深度随着破裂位置靠近Aso火山而变得越浅.当使用离断层最近的0701高频GPS台站时,五点源反演可以分辨出在破裂最后阶段沿一个次级断层的传播,我们认为该断层分叉现象有可能对地震的停止起到了关键性的作用.

核幔边界反射P波对接收函数影响的研究

远震P波接收函数是探测壳幔结构的有效方法,它采用平面波入射假定,将入射波视为具有相同射线参数的单一震相.然而,在一定震中距时,核幔边界反射P波(如PcP震相)会进入接收函数提取窗口,其射线参数与直达P波相差较大,可能导致提取的接收函数存在偏差.本文理论测试了不同震源机制,震中距以及震源深度等情况下核幔边界反射P波对远震P波接收函数的影响,并结合实际观测资料进行对比分析.测试结果显示,与走滑断层产生的PcP震相对接收函数影响较小不同,倾滑断层产生的PcP震相会使接收函数出现虚假震相并降低直达P波及后续震相的振幅,从而干扰壳幔间断面(如410 km和660 km间断面)的识别,并导致反演的台站下方S波速度降低达到5%.进一步分析倾滑型地震对接收函数波形影响发现,当震源深度小于300 km时,PcP震相导致接收函数直达P波振幅要低于4%.在震源深度在300~450 km、震中距为50°~60°、断层倾角在大约30°~60°,以及震源深度大于450 km、震中距为50°~60°、断层倾角大约25°~65°情况下影响可达20%.接收函数叠加方法可以有效压制结果中PcP震相导致的虚假信号,但是仍然无法完全去除PcP对接收函数振幅的影响,叠加后直达P波振幅降低仍然能够达到4%.本文结果表明,在计算接收函数时,剔除掉产生较强PcP的特定震源机制、震中距和震源深度的地震事件有助于反演精确的壳幔结构.