InSAR高精度观测地震形变场及其三维重建技术研究

刘 斌

（中国地震局工程力学研究所，哈尔滨 150080）

（作者电子信箱，刘斌：lbin0226＠163．com）

目前，InSAR已成为监测地震同震、震后以及震间断层滑动的重要手段之一，但由于In－SAR数据处理过程中存在多种误差的累积使得测量精度受到影响。本文从InSAR形变监测数据处理关键环节入手，系统分析各个关键环节的误差贡献，探讨InSAR误差干扰项的消除方法。在此基础上，研究了利用DEM校正InSAR大气垂直分层延迟相位的方法，进而将这种方法应用于2008年当雄地震同震和震后形变观测；推导了系统和随机2种观测误差在三维形变场解算模型中的传播规律，进而研究了地震三维形变场最优解算模型。本文的研究取得了如下主要研究成果：

（1）系统总结了InSAR形变监测数据处理关键环节的主要误差项：配准误差、干涉图相位噪声、DEM误差相位、基线估计残差相位以及相位解缠误差等。综合运用理论推导、数值模拟和实例数据分析相结合的方法，深入分析了这些误差干扰项对InSAR形变信号提取的影响特征，并给出了相应的误差校正策略。另外，根据误差传播定律，分析了InSAR大气附加相位对形变信号的影响程度。分析表明：InSAR基线估计残余相位和大气延迟相位是影响InSAR观测准确度的主要因素。

（2）深入研究了InSAR大气附加相位的空间变化特征，在此基础上将InSAR大气延迟相位重新划分为：空间平均分量，与高程相关分量，以及大气湍流混合分量。引入变异函数理论，推导出了InSAR大气延迟相位的变异函数组成结构，并分析得到了重新分类后大气延迟相位各分量的空间变异特征。通过分析DEM和InSAR大气延迟相位各分量的实验变异函数曲线变化特征，提出了基于地形数据的InSAR大气垂直分层延迟相位校正流程。为了构建基于DEM的最优大气校正模型，本文进一步给出了3种方法确定相位／地形最优函数关系，同时评价了这3种方法的优缺点。

（3）利用MERIS反演的PWV研究了2008当雄地震震中区域的InSAR大气延迟相位变化特征，结果表明：研究区内的水汽在大尺度上的时空变化微弱；而MERIS水汽产品不能反映小尺度的水汽变化。因此，本文选择采用DEM校正InSAR同震形变干涉图，根据校正后的干涉图，本文发现：当雄地震除了同震阶段产生的构造形变外，地震还导致沿啰朗曲河谷出现了地裂缝、地震滑坡、崩塌等非构造震害现象。通过引入地形校正大气策略（TCAD），提出了SBAS－TCAD InSAR时序分析算法，有效解决了InSAR时序解缠图中存在大气垂直分层残余延迟相位的问题。进而利用该算法分析了发震断层的震后形变演变过程：在震后最初10个月，发震断层上盘的形变变化呈现出随时间按照对数衰减的特征；而发震断层下盘的震后形变过程在震后最初6个月内呈现随时间指数增长的趋势，而后4个月内表现为对数衰减特征。最后，在同震和震后阶段的发震断层形变结果分析的基础上，利用Okada模型反演得到了发震断层的同震滑动分布情况。

（4）系统分析了方位向形变测量技术Offset－Tracking和 MAI两种方法的精度影响因素，并根据这些因素对方位向形变监测的影响特征，分别给出了Offset－Tracking和MAI方法监测方位向形变的处理流程。总结了目前解算地震三维同震形变场的几类主要构建模型，并评价了这几类模型的解算稳健性问题。根据误差传播定律，推导出了不同类别的观测误差（偶然误差和系统误差）在三维重建模型中的传播规律。分别以Bam地震、Hector mine地震和改则地震为例，根据观测数据类型和质量的不同，针对这几次典型地震，分别给出了其三维同震形变场解算的最优模型。