基于多源遥感的极震区破裂带与数据平台可视化研究

刘云华

(中国地震局地质研究所,北京 100029)

基于多源遥感的极震区破裂带与数据平台可视化研究

刘云华

(中国地震局地质研究所,北京 100029)

地震是一种以力学运动为主体的自然现象。因此,测量并掌握地壳的力学状态与力学运动,是地震学与地震预报研究中最为重要的基础性工作。获取大范围的地表连续覆盖的同震位移形变场图像,并利用这些地表同震形变场来揭示震源破裂面的断层位移和运动速率等的几何学和运动学特征,对深入了解地震重复间隔、潜在震源区等问题,从而认清地震应力应变的积累与释放过程,具有重要意义。另外,震后地表实际破裂带的分布及其性质和特征,对于更好地理解地震破裂过程和破坏强度及评价周围地区未来强震或强余震的危险性等都具有重要参考价值,且可以为地球物理解提供更好的约束条件。

从以往破坏性地震震例来看,发震活动断层的地表破裂迹线决定了严重震灾带的空间分布特征。汶川地震这一特征更加明显,破坏最严重的极震区紧靠断层,沿断层走向分布。因此大地震发生后,如果能够短时间内获得地表破裂带分布情况,确定地表破裂迹线,也就能够大致确定极震区的分布,为救援工作指明大的方向,这对于提高应急救援工作的效率来说具有重要意义。

在汶川地震灾害发生后一系列的应急响应中,空间信息技术体现出了其巨大的辅助决策作用。其所使用的数据源、参与的单位之多,在以前的灾害应用中是绝无仅有的。然而同时也必须承认,在这次抗震救灾中也暴露了一些需要我们认真对待和切实加以解决的空间信息应急响应的重要问题,比如在对地观测数据及时获取、数据技术处理及信息提取、灾害应急响应系统等方面都需进一步提高,这也是本文的选题背景,通过这些方面的研究,提高遥感影像灾害提取与分析能力,使空间信息技术能够成为制定地震次生灾害防御和救治方案的可靠技术保障。本文利用空间信息技术获取了地震形变场及地表破裂带,研究了地表破裂与震害程度之间的关系,据此判定极震区的大致分布,并建立了三维数据管理平台及展示系统。主要工作可总结为以下几点:

(1)将利用光学影像的相位相关偏移量算法引入到获取地震形变场中,并以汶川地震为例,获得了什邡及茂县地区的水平位移形变场,结果显示龙门山断裂带上至少两条断裂同时发生破裂,形成了主要地表破裂带(龙门山镇—高川破裂带)和次级地表破裂带(汉旺破裂带),沿龙门山镇—高川破裂带平均位移量为4～6m,在高川附近伴随的平均右旋水平位移为1～3m;汉旺破裂带因逆冲导致水平缩短,平均位移量一般为1～2m,与野外调查数据相吻合。

(2)以ALOS卫星PALSAR影像为数据源,采用强度图像偏移量方法获得的整个汶川地震地表二维形变场显示,整个映秀—北川地表破裂带全长约240km,从西南端的虹口往北东方向一直延伸到青川县附近,虹口及北川县城所在地为两个形变量最大区域,偏移量可达4～6m,局部更是达到了6～8m。在高川乡附近出现一斜列拉分阶区,宽约8～10km。在映秀—北川断层的地表破裂迹线南侧约12km处还有一条汉旺—白鹿次级破裂带,从漩口镇一直延伸到秀水镇,长度大约100km,在白鹿附近形变量较大,可达3～4m。另外在小鱼洞附近可见一个NW走向、长宽约10km×5km、形变幅度达3～4m的连接以上两条破裂带的地表破裂带,性质为逆冲兼具左旋走滑。

(3)实现了在D-InSAR近场形变场无值区使用偏移量形变场插值填补,修补后的形变场所反映的信息比之前的单个形变场信息更加丰富,显示有分别以虹口和北川擂鼓镇为中心的两个形变极值区,表明汶川地震破裂过程的复杂性。充分发挥了D-InSAR形变场精确度高及偏移量法近场形变场稳定的优势,使两种观测手段优势互补,构建更为真实的断层模型,进而对汶川地震的复杂破裂过程有更深入的了解。

(4)以汶川地震及玉树地震为例,研究了震害程度与地表破裂带之间的关系。玉树地震结果显示,断裂带正好从县城西南部穿过,损毁最严重的几个区域离断裂带不过千米,根据偏移量图可知断层两盘在这一带的相对错动量可达1m,地震重灾带分布形态明显受断层迹线几何结构控制,在州政府西南山坡下断裂带走向有一转折,重灾带分布也随之向东南方向扩展。汶川地震地表破裂带规模更大,沿地表破裂带破坏严重的现象更加明显,极震区以汶川县映秀镇和北川县县城为两个中心呈长条状分布,沿同震断裂带及两侧(特别是上盘)房屋倒塌、山体崩塌、滑坡、泥石流及堰塞湖等灾害成带、成片发育。

(5)数据是遥感地震应急的关键。为此,基于OpenGL搭建了三维可视化数据管理平台,在此系统平台上实现了对海量遥感数据的可视化管理以及地震专题成果的三维可视化展示,使得空间信息技术能够在灾害应急救援中充分发挥作用。

研究表明,基于遥感技术的地震形变场获取能够反映形变场的整体分布趋势,确定地表破裂带的位置,据此可以大致判定极震区的分布。相比野外调查而言,遥感技术以其覆盖范围广、不受地面条件限制等独特优势,成为野外实地测量的有益补充。

亚像素相位相关;偏移量;汶川地震;地表破裂带;极震区;三维可视化

(作者电子信箱,刘云华:cherishing@56.com)

P315.2;P315.61;

A;

10.3969/j.issn.0235-4975.2011.05.010