多手段InSAR技术研究及其在同震、震间形变监测中的应用

徐小波

(中国地震局地质研究所，北京100029)



多手段InSAR技术研究及其在同震、震间形变监测中的应用

徐小波

(中国地震局地质研究所，北京100029)

近年来，我国地震灾害频发，且强度大，分布广。2008年汶川地震、2010年玉树地震和2013年雅安地震等给当地居民带来了巨大的灾害损失。在地震孕育期间，孕震体介质必然产生形变。而地震的孕育发生与地壳形变有着非常密切的关系，地震的孕育和发生是地壳应力场异常活动导致地壳介质形变的结果。目前可将InSAR技术很好地应用到地震的同震及震间形变当中，本文将相对完善的D-InSAR、PS-InSAR、CR-InSAR以及CR/PS-InSAR技术应用到了同震、震间形变观测当中。在同震形变场研究方面，选取位于青藏高原东北缘的柴达木盆地，采用D-InSAR技术对发生在柴达木盆地的2008年和2009年地震群进行了分析，同时开展了滑动反演及地震触发库仑应力分析。而对于断裂带的震间微小形变采用了较为前沿的CR-InSAR和PS-InSAR技术，以及两者结合的CR/PS-InSAR技术来分析研究，研究区同样选在了位于青藏高原东北缘的海原断裂带、天景山断裂及西秦岭北缘断裂这3条断裂上。本文的主要研究内容如下：

(1) 研究了2008年和2009年大柴旦地震的形变特征、滑动分布及相互触发关系。利用常规D-InSAR技术对发生在青藏高原东北缘—柴达木盆地北缘的4次中等地震分别进行了研究，其中一次地震发生在2008年，另外3次发生在2009年。采用Envisat ASAR降轨数据获得了这4次地震的同震形变场。结果显示，2008年地震形变场只有一个形变中心，而2009年地震有3个形变中心。2008年和2009年地震引起的卫星视线向最大形变分别为0.097 m和0.4 m。基于弹性半空间模型和InSAR获得的地表形变场，反演了断层面滑动分布。对于2008年地震，采用了一分段断层模型，反演结果得出最大滑动为0.47 m，发生在地下19 km处。对于2009年发生的3次地震，分析InSAR同震形变场形态后分别采用了一分段断层、两分段断层和三分段断层模型反演，结果得出三断层模型模拟的形变场最符合观测到的InSAR地表形变场且残差最小。同时通过计算库仑应力分析了2008年和2009年地震之间的触发关系，结果表明，发生在断层深部的2008年地震触发了2009年地震，而2009年地震发生在了断层浅部。同时基于三分段断层模型分析研究了2009年主震对两个余震断层面上加载的库仑应力，库仑应力与反演得到的滑动分布具有较好的一致性。所以认为库仑应力的加载在一定程度上引发了地震。

(2) 分析了角反射器在高分辨率SAR影像和中低分辨率SAR影像上的特征差异性，并分析了其产生的原因。分别在高分辨率TerraSAR影像上和中低分辨率Envisat ASAR影像上详细分析了角反射器(CR点)的强度特征，得出1.5 m三角锥形角反射器在高分辨率TerraSAR影像上表现为十字丝形状，并且在十字丝中心有一块亮斑，该亮斑强度最大，在低分辨率Envisat ASAR影像上表现占据4～6像素大小的块状亮斑。同时在高分辨率TerraSAR影像上提取、分析了角反射器(CR点)的相位信息，得出1.5 m三角锥形角反射器在该影像上同样也表现为十字丝形状，并且在十字丝中心有一块亮斑，与其强度特征一致，该影像特征与CR点的三角锥形状相关，三角锥形角反射器在其锥底回波反射强度最大，所以出现了中间强度、相位最大的情况。

(3) 同时将CR-InSAR技术和PS-InSAR技术分别应用在同一地区，并对比分析了两种方法的特点。基于高分辨率TerraSAR数据分别采用了CR-InSAR、PS-InSAR技术对海原断裂带开展了震间形变研究。采用PS-InSAR技术对天景山断裂开展了震间形变研究，并采用相位标准差方法对天景山断裂震间形变PS点采用不同阈值回归分析以获取精确震间形变研究结果，得出海原断裂带震间CR-InSAR形变速率为2.1 mm/a，PS-InSAR技术形变研究得出，海原断裂震间南北两盘形变速率差异处于2～3 mm/a之间，都表现为左旋走滑。且对海原断裂带采用CR-InSAR和 PS-InSAR技术，监测研究结果较为一致，彼此相互验证了精度。同时分析总结了CR-InSAR技术、PS-InSAR技术单独解算的差异、适用性问题及精度。对于天景山断裂带，PS-InSAR技术形变研究得出该断裂震间形变速率为3.9 mm/a，同样为左旋走滑。

(4) 改进了利用CR和PS点构建形变监测控制网络的方法。结合CR-InSAR、PS-InSAR技术(CR/PS-InSAR技术)，提出利用CR点建立高等级监测控制网络，利用PS点建立二级网络的方法，首先将CR点构建成一个高精度控制网，然后将PS点与CR点构建的高精度控制网联合构网解算，采用LAMBDA方法进行相位解缠，研究西秦岭北缘断裂带中断的微小形变，得出断裂带表现出左旋走滑运动特征，断裂带南盘平均形变速率为2.3 mm/a，北盘平均形变速率为-1.5 mm/a，南北两盘平均形变速率差异为3.8 mm/a，与其他学者GPS、地质测年研究成果相近。并对研究区内的角反射器(CR点)安装、影像特征分析及形变解算进行了较为详细的论述，并对比分析了CR、PS点联合构网和PS点单独构网解算结果，得出对地质环境复杂的断裂带做永久散射体形变研究时，CR、PS点联合构网解算结果较好、研究结果更为可靠。说明CR、PS点联合构网中，CR点由于其自身的高稳定特性，对整个解算网络起到了很好的整体控制作用，保证了解算结果正确。

关键词多手段InSAR技术； 同震形变场； 震间形变； 断层滑动速率； 断层滑动反演

(作者电子信箱，徐小波：tim-xxb@163.com)

中图分类号：P315.61；

文献标识码：A；

doi:10.3969/j.issn.0235-4975.2016.06.007