基于InSAR的青海大柴旦地震三维同震形变场获取与震源特征分析

2016-07-29 01:43温少妍单新建张迎峰王家庆
地球物理学报 2016年3期

温少妍,单新建,张迎峰,3*,王家庆,

张国宏1,屈春燕1,徐小波1

1 中国地震局地质研究所 地震动力学国家重点实验室,北京 100029 2 新疆维吾尔自治区地震局,乌鲁木齐 830011 3 中国石油大学(华东),青岛 266555



基于InSAR的青海大柴旦地震三维同震形变场获取与震源特征分析

温少妍1,2,单新建1,张迎峰1,3*,王家庆1,

张国宏1,屈春燕1,徐小波1

1 中国地震局地质研究所 地震动力学国家重点实验室,北京1000292新疆维吾尔自治区地震局,乌鲁木齐8300113 中国石油大学(华东),青岛266555

摘要本文利用Envisat ASAR的升、降轨和宽幅数据,通过基于先验知识的最小二乘迭代逼近获取大柴旦2次地震的地表三维同震形变.结果表明,2008年MW6.3地震垂直向形变主要发生在断层南盘,以隆升形变为主,最大隆升量约10 cm,北盘沉降量小于等于-1 cm.东西向形变在南盘呈向东运动的特征,最大运动量约4 cm,北盘向西运动,最大运动量约为-2 cm.2009年MW5.8地震垂直向形变显示断层南盘抬升的特征,最大抬升量约27 cm,北盘最大沉降量约-3 cm.东西向形变表现为南盘向东运动,最大约10 cm,北盘向西运动,约为-4 cm.可以看出这两次地震均表现为逆冲为主,兼少量左旋走滑的震源特征.视线向结果无法判定同震形变的少量走滑特征,而地表三维分量可以有效地识别出少量左旋还是右旋走滑的震源特性.本文以视线向、垂直向、东西向形变量作为约束条件,利用Okada模型正演了2008年地震同震三维形变场.结果显示,采用逆冲兼少量左旋走滑的发震断层参数,视线向、垂直向、东西向正演结果与观测结果吻合.这也表明采用分解后的地表三维同震形变场可以有效地识别出发震断层的少量左旋走滑特征.

关键词大柴旦地震; D-InSAR; 三维同震形变场; 发震断层性质; 正演; Okada模型

1引言

在获取连续地表形变信息方面,D-InSAR技术以其全天候、大范围、高分辨率的独特优势成为获取地震同震形变场的首选测量手段之一.但D-InSAR技术仅能观测到一维形变量,即D-InSAR观测到的形变场并不是地表的真实形变,而是地表东(E)、北(N)、上(U)三方向形变分量在雷达脉冲入射方向即视线向(Line of Sight,LOS)向的投影,这就是干涉测量的视线向模糊问题.

D-InSAR所获取的一维位移信息存在视线向模糊问题,在定量解释地表形变全貌方面具有一定的局限性,难以满足实际应用的需求.因此,如何提取地表三维形变对于理解和分析发震构造机理至关重要.目前国内外学者在这方面已经开展了一系列的研究工作,Wright等(2004)提出利用升降轨、左右视、不同视角组合的SAR干涉图提取2002年Nenana Mountain同震形变位移三分量;Wang等(2007)利用升、降轨雷达图像Offsets测量法,获取2005年印度克什米尔地震的三维形变量;一些地震学者(Fialko et al.,2005;孙建宝等,2006;季灵运和许建东,2009;胡俊等,2010)通过多视线向D-InSAR测量技术,结合形变模拟、Offsets法与GPS测量等不同方法分别提取了伊朗Bam地震三维同震形变场;许多研究者(汪驰升等,2009;刘云华等,2010,2012;洪顺英等,2013;胡俊等,2013)在地表三维形变场获取方面取得一定的成就,推动了D-InSAR技术在地震3D形变研究新领域的进一步发展,同时推动了GPS、水准测量等常规地面形变测量手段的融合.

2008年11月10日和2009年8月28日在青藏高原东北缘—柴达木盆地北缘分别发生两次MW6.3地震,并伴随2009年8月30日MW5.4和8月31日MW5.8等多次5级地震,发震断裂为大柴旦—宗务隆山断裂,该断裂处于沉寂已久的祁连—海原地震带上.近几年来,国内外学者针对大柴旦震群中一个或两个地震从同震形变场的获取、形变场的反演和模拟等方面进行了一定程度的研究和探讨(Elliot et al.,2011;温扬茂等,2012; 王乐洋等,2013),但未涉及到三维同震形变场的获取研究,其中Elliott等(2011)利用单一视线向的数据反演得到的发震构造的震源特征为逆冲兼少量右旋走滑分量,与大柴旦地区整体的构造运动背景不相符.因此,本文以大柴旦地震震群为研究对象,基于升、降轨和宽幅SAR数据获取地震的三维同震形变场,结合区域构造特征定量分析地表形变特征,进而能够准确把握断层的运动方式、破裂模式与发震机制.

2大柴旦区域构造背景

青藏高原东北部是由阿尔金山断裂,祁连—海原断裂以及东昆仑断裂3条巨型左旋走滑断裂所围限的活动相对独立的柴达木—祁连活动地块(葛伟鹏等,2013;张培震等,2003).大柴旦—宗务隆山断裂是活动块体内的一条重要断裂(图1),该断裂带位于柴达木盆地北缘,祁连—海原断裂的南缘,属于晚第四纪活动断裂带,由多条次级断裂组成,包括大柴旦断裂、锡铁山—阿木尼克山南缘断裂、巴音郭勒河断裂、怀头他拉活动褶皱—逆断裂等(刘小龙和袁道阳,2004;李智敏等,2010).该断裂带地质构造背景复杂,是夹持在西侧阿尔金左旋走滑断裂与东侧鄂拉山右旋走滑断裂之间的构造转换过渡带,是青藏高原整体不断隆升并向北东向侧向挤压共同作用的结果(葛伟鹏等,2013).另有研究表明,该断裂带东段晚更新世—全新世活动显著,除巴音河断裂已有研究外,其他断裂的研究程度相对较低(刘小龙和袁道阳,2004).USGS和GCMT震源机制解结果显示,2008年和2009年地震震源类型均表现为逆冲为主的震源特征.此外,Elliott等(2011)利用单一视线向InSAR反演结果中滑动角均大于90°,震源特征为逆冲为主兼少量右旋走滑.大柴旦地区人类活动少,气候干燥,植被覆盖率低,地形起伏小且时空基线较为理想,保证了InSAR数据具有良好的相干性,对形变场的提取与精度提高十分有利.因此,采用D-InSAR技术研究大柴旦2008年和2009年地震形变场为该区内活动断裂的深入研究提供良好契机,而且对于揭示青藏高原的构造变形机制具有重要意义.

3SAR数据收集与处理

3.1SAR数据情况

本文选用Envisat ASAR的升、降轨IS2数据及升轨宽幅数据为数据源,数据时间间隔、垂直基线距等基本参数见表1,均为 0级RAW数据.

ASAR数据采用波长为5.6 cm的C波段,对形变的敏感度很好.ASAR IS2数据距离向分辨率为20 m,方位向分辨率为4 m,极化方式为VV.宽幅SAR据幅宽为405 km×405 km,空间分辨率为150 m,具有5个轨道可对同一地区进行访问,极化 方式为VV或HH.降轨IS2数据、升轨宽幅数据公共区域完全覆盖了同震形变场的影响范围,而升轨数据由于轨道位置的变化,仅覆盖一半的形变场区域.SAR数据主、从影像对的垂直空间基线都小于300 m,远远小于1000多米的临界基线值.同时,时间间隔都在10个月以内.理想时、空基线的选取可以有效地降低时空失相关对形变场获取结果的影响.

3.2SAR数据处理

差分干涉处理前,由于受轨道误差的影响,ASAR数据处理过程中可能会出现趋势性条纹.首先采用欧空局发布的DORIS精轨数据对ASAR数据进行轨道误差消除.精轨校正后,利用“二轨法”对SAR数据进行差分干涉处理.其中,升、降轨数据处理基于GAMMA软件,升轨宽幅数据处理是基于ROI_PAC软件.

3.3D-InSAR结果分析

我们通过“二轨法”D-InSAR技术处理获取了2008年和2009年大柴旦地震升、降轨常规模式及升轨宽幅模式的同震形变场,在计算时约定目标靠近卫星方向,形变为正,目标远离卫星方向,形变为负.

由于篇幅限制,图2给出了部分2008年和2009年窄幅常规模式和宽幅升轨模式的同震形变场.从图2a干涉条纹图分布格局可以看出,2008年地震整个干涉图条纹光滑清晰,显示出3个呈椭圆状态分布的周期性条纹;断裂带南、北两盘呈不对称分布,南盘干涉条纹光滑清晰,北盘未形成明显条纹.另外,降轨和宽幅形变场图显示(图2b、2c),地震引起的地表形变主要集中在断层南盘,形变量为正,表现为上升盘;而北盘形变不明显,形变量为负,表现为下降盘;升轨、降轨、升轨宽幅三种观测模式下视线向的最大形变中心分别约为0.127 m、0.097 m、0.09 m.

2009年地震的干涉条纹图和形变场显示(图2d、2e、2f),断层南盘条纹密集,而北盘条纹稀疏,形变主要集中在南盘,为主动盘.升轨、降轨常规模式下最大视线向隆升量分别约为0.42 m、0.30 m,而北盘形变最大视线向下降量约为-0.1 m,为被动盘.同时,我们可以发现断层南盘存在3个较为显著的形变中心,自西向东依次排列且形变场长轴走向角度逐渐减小,其中中间处形变中心的形变量最大,而最西侧的形变中心最小,东侧次之.因此,根据同震形变中心分布特征和震中分布位置可以判断形变是由2009年5.4级地震、6.3级地震、5.8级地震所引起的.2008年、2009年地震形变量与Elliot等文中给出的形变量相当(Elliot et al.,2011).

大柴旦地震升、降轨及升轨宽幅同震视线向形变场均以隆升形变为主,且隆升形变值大于沉降形变值,而隆升形变是逆断层破裂引起的形变特点,反映了大柴旦地震具有逆断层的破裂特征,这与USGS、GCMT等给出的逆断型地震震源机制解吻合.同时,结合升、降轨得到的视线向隆升形变区和沉降形变区的位置关系,可以初步推断东西向的发震逆断层倾向为南倾.另外,2008年与2009年地震震级一样,但2008年地震干涉条纹表现更为平滑且变化梯度较小,2008年地震地表视线向形变量仅约为2009年的0.4倍,这可能说明2009年地震震源深度比2008年地震浅.

4三维形变场解算

4.1SAR成像几何关系

一维的形变场无法反映监测区域的形变全貌,构建完整的三维形变场.根据雷达成像几何关系,同时约定目标靠近雷达时LOS向形变dLOS为正,远离雷达时dLOS为负,则形变量图上任意一点的LOS向形变可表示为

dLOS=dUcosθ-sinθ[dEsin(α-3π/2)

+dNcos(α-3π/2)],

(1)

图2 大柴旦地震干涉条纹图及视线向形变场(a)—(c)分别为2008年地震的降轨干涉条纹图、降轨同震视线向形变场、宽幅同震视线向形变场;(d)—(f)分别为2009年地震降轨干涉条纹图、降轨同震视线向形变场、升轨同震视线向形变场;干涉条纹一个色周代表2.8 cm;东西向黑线表示大柴旦—宗务隆山断裂.

图3 (a)为地表三维形变视线向投影示意图,(b)为地表形变水平向投影示意图

dLOS=dUcosθ+sinθ[dEcos(α-π)

-dNsin(α-π)],

(2)

公式(1)和(2)分别表示升、降轨视线向形变与地表三维分量间的关系式,dLOS表示雷达影像上某点的视线向形变,dU、dN、dE分别表示该点的垂直向、北南向、东西向三维形变分量,θ为入射角,α为卫星飞行方位角(以北向起算顺时针为正),α-3π/2、α-π为方位视线方向,即距离向与北向的夹角.

4.2升降数据解算

从上述公式可以看出,要获取任意一点的三维形变,至少需要知道某一点的三个视线向形变观测值.对于大柴旦地震,我们已经获取了升、降轨及宽幅三个视线向形变场,则可构建附有约束条件的三维分量矩阵方程为

(3)

(4)

公式(3)中,d3×1为地表形变的三维分量矩阵,L3×1为由不同视线向观测值组成的矩阵,P3×3为SAR成像几何条件得到的投影系数矩阵;公式(4)为约束条件方程.文中利用直接解算法和附有约束条件的间接解算法两种方法进行地表三维分量的提取.

首先对三维分量解算误差进行分析,以确保解算结果的精度.文中使用的三个不同模式下观测得到的形变场是相对独立的,因此,在计算三维分量协方差阵时,我们假设不同视线向形变场之间相互独立且具有相同的观测精度σ=1.利用表1中SAR数据的中心入射角和方位角得到投影系数矩阵P,进而利用公式(4)和(5)计算得到各解算模型中地表三维分量的中误差.公式(4)和(5)分别为

(4)

(5)

从表2结果可以看出,两种解算方案中NS分量的形变中误差都大于其他两个分量,这与InSAR对南北向形变不敏感有关.尤其是在直接解算方案中,中误差被病态系数矩阵放大至84倍,即厘米级的形变误差可能被放大至分米级,显而易见,大柴旦地震三维形变场的直接解算结果可能存在较大的误差甚至错误.然而在间接解算方案中,三个分量的中误差大大降低.因此,本文采用间接解算法——基于先验知识的最小二乘迭代逼近法进行三维形变场的提取.

表2 不同解算方法下三维分量的中误差估计

直接解算法就是利用公式(3)直接求解三分量的形变场并估算各分量中误差.而间接解算法是采用基于先验知识的最小二乘迭代逼近算法,具体流程为:

(1) 首先根据雷达对南北向形变不敏感的特征,即南北向形变大小对视线向的贡献接近于零的事实,以及震源特征以逆冲为主,在解算过程中,采用最小二乘法使南北向形变逐步逼近于零,来解算垂直向和东西向.

(2) 由于雷达观测对垂直向的形变敏感,对于逆冲型地震可以将步骤(1)得到的垂直向形变作为已知量,利用最小二乘法解算东西向和南北向形变.

(3) 以步骤(1)的垂直向形变和(2)中东西向作为已知量,解算出南北向形变.

4.3三维形变场分析

由于直接解算结果误差较大,这里仅分析间接解算的结果.解算过程中,选取升、降轨常规模式,以及宽幅升轨模式三幅干涉图的公共区域作为研究对象,利用间接解算方法提取地表三维分量.通过对2008年大柴旦地震垂直、东西、北南向形变场解算结果分析,得到如下认识:

(1) 图4a垂直向形变解算结果显示,位于南侧的上盘整体上呈隆升形变特征,而位于北侧的下盘呈沉降形变特征,但幅度很小;为了定量分析2008年地震的形变特征,对垂直形变做剖线分析(a为起始点).剖面图图5a结果显示,断层北盘沉降量小于1 cm,形变接近零;而断层南盘隆升量的范围约0~10 cm.整体上看,隆升形变量远大于沉降形变,说明发震断层性质符合逆断层破裂的特征.

(2) 图4b东西向解算结果显示,断层南盘呈现朝东运动形变特征,最大向东运动量约4 cm,南盘的东段区域(图4b中点划线东侧)为挤压区,具有相对抬升形变特征,而西段(图4b中点划线西侧)表现为为拉张区,向西形变量约-2 cm.而北盘西段表现为挤压抬升形变,东侧表现为拉张沉降,向西形变量在-1 cm范围,形变表现不明显.东西向的形变特征整体表现出左旋走滑的四象限分布特点,可以得出2008年地震震源特征为逆冲为主,兼少量左旋走滑分量.

(3) 图4c北南向解算结果显示,断层两盘都有向北运动的趋势,运动量约为0.5 cm,在间接解算中误差σN=6.7的限差范围内,因此,分析认为南北向是几乎没有形变分量.

2009年地震失相关较为严重,在宽幅数据解缠处理过程中,将相干系数小的点进行掩膜处理,造成三维形变图出现大范围的空值,最后三维形变图仅涵盖了最东侧MW5.8和小部分MW6.3所造成的形变.对地表形变的三维分量结果分析认为:

(1) 图4d垂直向形变解算结果显示,断层南盘出现一个显著的形变中心,表现出垂直抬升的形变特点,北盘形变下降特点不明显,这与逆断型地震引起的形变特征一致;对垂直形变做剖线分析(a为起始点),图5b剖线结果显示,北盘的下降量约-3 cm,而南盘的最大上升量约27 cm,明显大于下降量.

(2) 图4e东西向解算结果显示,标志线(图4e点划线)以东区域为MW5.8地震引起的形变,断层南盘具有明显向东运动的趋势,整体表现为前端受 到挤压作用隆升,后端受到拉张作用沉降的特点,最大隆升量约10 cm;北盘表现为向西运动,形变量约为-4 cm.标志线以西区为MW6.3引起的形变,南盘靠近断层处向东运动,前端受到挤压作用隆升,可以推测后端受到拉张作用相对沉降.总体上,东西向的形变特征与2008年地震表现较为一致,表现出以逆冲为主,兼少量左旋走滑分量.

图4 大柴旦地震三维形变场结果图(a)—(c)分别表示2008年地震垂直、东西、南北向形变; (d)—(f)分别表示2009年地震垂直、东西、北南形变; 红色线ab表示跨断层剖线; 图4b中的虚线表示东西运动分界; 图4e中虚线表示两次地震分界,图中东西向黑线表示大柴旦—宗务隆山断裂.

图5 大柴旦地震垂直向形变场剖面(a) 2008年地震垂直形变剖面; (b) 2009年地震垂直形变剖面.

(3) 图4f北南向解算结果显示,断层两盘在近场都表现出向北运动的趋势,最大运动量约2 cm,断层北盘的远场处出现小范围约-1 cm向南运动,这可能是由解缠噪声引起.

无论从形变图定性分析还是剖面图的定量分析来看,大柴旦地震垂直向和东西向两个方向的形变特征表现为逆冲为主兼少量左旋走滑,这与Elliot等(2011)只采用单一的视线向形变场给出的逆冲为主兼少量右旋不同.从本文结果看,震源机制呈现逆冲兼左旋走滑,这与印度板块向北俯冲造成青藏高原整体不断隆升,并向北东向侧向挤压的动力学背景更为符合.

4.4三维形变场的模拟

根据大柴旦地震同震形变场分布特征,2008年地震采用单分段均匀滑动模型进行模拟,以视线向、垂直向、东西向为约束条件进行同震形变场的模拟,通过Okada模型正演计算,得到较为合理的发震断层基本参数(表3),同时得到了模拟出的视线向、地表三维形变图及相应的残差图.由于2009年地震的相干性较差,在宽幅数据处理过程,三个形变中心在掩膜处理后为空区,因此,本文不进行2009年地震三维形变场模拟.

表3 2008年大柴旦地震发震断层参数

鉴于InSAR南北向观测的不敏感性和逆冲型地震的特征等造成北南向形变不可靠,文中对北南向的形变特征不予讨论.图6所示为模拟的视线向、垂直向形变图及相应的残差图,矢量箭头表示东西向形变场.图6a和6b分别为模拟的视线向形变场和残差图结果,可以看出模拟的2008年地震的视线向形变场与观测结果基本一致,视线向残差值较小,基本保持在±1 cm的范围.从垂直向、东西向形变场图(图6c中的背景与箭头)来看,模拟结果与间接解算结果(图4a和b)十分吻合,从整体上看,断层南盘在挤压作用下表现出隆升形变特征,而断层北盘没有出现显著的形变,最大垂直形变量约10 cm,东西向形变分量呈现出断层南盘向东运动的特征,最大运动量约为3 cm.垂直向残差值范围约为±1 cm(图6d背景底图),东西向的残差值较小(图6d中黑色箭头与红色箭头的差值),基本在mm级.

在视线向、垂直向、东西向三个方向的约束下,采用逆冲兼少量左旋均匀滑动断层模型(表3中滑动角为88°)得到的模拟形变场形态特征与观测结果十分接近,且残差较小,进一步证实解算结果的可靠性.同时,我们分析认为,大柴旦地震震源类型为逆冲型兼少量左旋走滑,是印度板块向北俯冲造成青藏高原整体不断隆升,并向北东向侧向挤压的结果.这一结果与Elliot等(2011)只采用一个视线向形变量模拟所得出2008年地震为逆冲兼少量右旋不同.

5结论

本文选用Envisat ASAR 升、降轨条带扫描模式及升轨宽幅数据,利用基于先验知识的最小二乘迭代逼近法基提取了大柴旦地震三维地表形变场.同时,以视线向、垂直向、东西向作为约束,利用Okada模型正演模拟了2008年地震的三维形变场,得到了较为合理的发震断层参数.通过对大柴地震三维同震形变场的特征分析,得到以下结论:

(1) 三维同震形变场结果显示,2008年MW6.3地震垂直向形变主要集中在断层南盘,最大隆升量约为10 cm;断层北盘呈沉降形变特征,形变量不足-1 cm;东西向解算结果显示,断层南盘表现出向朝东运动的特征,最大向东运动量约4 cm,而北盘向西运动特征不明显,约为-1 cm;2009年地震垂直形变量表现出断层南盘抬升的特征,最大抬升量约27 cm,北盘表现为沉降运动,最大沉降量约-3 cm.东西向结果显示,断层南盘具有明显向东运动的趋势,最大向东运动量约10 cm.北盘表现为向西运动,运动量约为-4 cm.可以看出2008年和2009年地震均表现为逆冲为主,兼少量左旋走滑的震源特征.

(2) 以视线向、垂直向、东西向形变结果作为约束条件,利用Okada模型,采用逆冲兼少量左旋走 滑的发震断层参数,正演模拟2008年MW6.3地震的三维形变场.垂直向模拟结果与垂直向观测结果最大残差约为1 cm;东西向模拟结果与东西向观测结果残差值在mm级,解算结果跟模拟结果十分吻合,表明解算结果的可靠性.

(3) 2008年和2009年大柴旦地震震源机制类型均为以逆冲性质为主,兼少量左旋走滑分量,这与印度板块向北俯冲造成青藏高原整体不断隆升,并向北东向侧向挤压的动力学背景较为一致.同时也说明,仅采用单一的视线向同震形变场是很难分离出具有少量走滑分量的发震断层,只有通过三维分解,从不同形变方向进行综合分析,才能得到正确的结果.

致谢感谢中南大学李志伟教授、冯光财博士提供宽幅数据,感谢审稿专家提出的宝贵意见和建议.

References

Elliot J R,Parsons B,Jackson J A,et al.2011.Depth segmentation of the seismogenic continental crust: The 2008 and 2009 Qaidam earthquakes.Geophysical Research Letters,38(6): L06305,doi: 10.1029/2011GL046897.

Fialko Y,Sandwell D,Simons M,et al.2005.Three-dimensional deformation caused by the BAM,Iran,earthquake and the origin of shallow slip deficit.Nature,435(7040): 295-299,doi: 10.1038/nature03425.

Ge W P,Wang M,Shen Z K,et al.2013.Intersiesmic kinematics and defromation patterns on the upper crust of Qaidam-Qilianshan block.Chinese J.Geophys.(in Chinese),56(9): 2994-3010,doi: 10.6038/cjg20130913.

Hong S Y,Shan X J,Liu Z R,et al.2013.Calculation and analysis of three-dimensional co-seismic deformation field caused by Xinjiang Yutian MW7.2 earthquake.Journal of Geodesy and Geodynamics (in Chinese),33(1): 6-12.

Hu J,Li Z W,Zhu J J,et al.2010.Inferring three-dimensional surface displacement field by combining SAR interferometric phase and amplitude information of ascending and descending orbits.Sci.China Earth Sci.(in Chinese),40(3): 307-318,doi: 10.1007/s11430-010-0023-1.

Hu J,Li Z W,Zhu J J,et al.2013.Measuring three-dimensional surface displacement from combined InSAR and GPS data based on BFGS method.Chinese J.Geophys.(in Chinese),56(1): 117-126,doi: 10.6038/cjg20130112.

Ji L Y,Xu J D.2009.Acquiring 3D coseismic deformation field of Bam Earthquake by using D-InSAR and AZO techniques.Journal of Geodesy and Geodynamics (in Chinese),29(6): 40-44,doi: 10.3969/j.issn.1671-5942.2009.06.009.

Li Z M,Tu H W,Tian Q J,et al.2010.The 2008 MS6.3 earthquake in the Dacaidan region,Qinghai province and its seismotectonic setting.Progress in Geophys.(in Chinese),25(3): 768-774,doi: 10.3969/j.issn.1004-2903.2010.03.004.

Liu X L,Yuan D Y.2004.Study on the new active features of Bayinguole river active fault,Delingha,Qinghai Province.Northwestern Seismological Journal (in Chinese),26(4): 303-308.

Liu Y H,Qu C Y,Shan X J.2012.Two-dimensional displacement field of the Wenchuan earthquake inferred from SAR intensity offset-tacking.Chinese J.Geophys.(in Chinese),55(10): 3296-3306,doi: 10.6038/j.issn.0001-5733.2012.10.012.

Liu Y H,Shan X J,Qu C Y,et al.2010.Earthquake deformation field characteristics associated with the 2010 Yushu MS7.1 earthquake.Sci.China Earth Sci.(in Chinese),40(10): 1310-1320,doi: 10.1007/s11430-010-4116-7.

Sun J B,Liang F,Xu X W,et al.2006.3D co-seismic deformation field of the Bam Earthquake (MW6.5) from ascending and descending pass ASAR Radar Interferometry.Journal of Remote Sensing (in Chinese),10(4): 489-496.

Wang C S,Shan X J,Zhang G H,et al.2009.3D coseismic deformation field of the Yutian MS7.3 earthquake calculated from ASAR ascending and descending data.Earthquake (in Chinese),29(Z1): 105-112.

Wang H,Ge L L,Xu C J,et al.2007.3-D coseismic displacement field of the 2005 Kashmir earthquake inferred from satellite radar imagery.Earth,Planets and Space,59(5): 343-349,doi: 10.1186/BF03352694.

Wang L Y,Xu C J,Wen Y M.2013.Fault parameters of 2008 Qinghai Dacaidan MW6.3 earthquake from STLN inversion and InSAR data.Acta Geodaetica et Cartographica Sinica (in Chinese),42(2): 168-176.

Wen Y M,Xu C J,Liu Y,et al.2012.Source parameters of 2008 Qinghai Dachaidan MW6.3 earthquake from InSAR inversion and automated fault discretization method.Geomatics and Information Science of Wuhan University (in Chinese),37(4): 458-462.Wright T J,Parsons B E,Lu Z.2004.Toward mapping surface deformation in three dimensions using InSAR.Geophysical Research Letters,31: L01607,doi: 10.1029/2003GL018827.

Zhang P Z,Deng Q D,Zhang G M,et al.2003.The strong earthquake activities and active block in China.Science in China (Series D) (in Chinese),33(sup): 12-20.

附中文参考文献

葛伟鹏,王敏,沈正康等.2013.柴达木—祁连山地块内部震间上地壳块体运动特征与变形模式研究.地球物理学报,56(9): 2994-3010,doi: 10.6038/cjg20130913.

洪顺英,单新建,刘智荣等.2013.新疆于田MW7.2地震3D同震形变场解算与分析.大地测量与地球动力学,33(1): 6-12.

胡俊,李志伟,朱建军等.2010.融合升降轨SAR干涉相位和幅度信息揭示地表三维形变场的研究.中国科学: 地球科学,40(3): 307-318,doi: 10.1007/s11430-010-0023-1.

胡俊,李志伟,朱建军等.2013.基于BFGS法融合InSAR和GPS技术监测地表三维形变.地球物理学报,56(1): 117-126,doi: 10.6038/cjg20130112.

季灵运,许建东.2009.利用D-InSAR和AZO技术获取Bam地震同震三维形变场.大地测量与地球动力学,29(6): 40-44,doi: 10.3969/j.issn.1671-5942.2009.06.009.

李智敏,屠泓为,田勤俭等.2010.2008年青海大柴旦6.3级地震及发震背景研究.地球物理学进展,25(3): 768-774,doi: 10.3969/j.issn.1004-2903.2010.03.004.

刘小龙,袁道阳.2004.青海德令哈巴音郭勒河断裂带的新活动特征.西北地震学报,26(4): 303-308.

刘云华,屈春燕,单新建.2012.基于SAR影像偏移量获取汶川地震二维形变场.地球物理学报,55(10): 3296-3306,doi: 10.6038/j.issn.0001-5733.2012.10.012.

刘云华,单新建,屈春燕等.2010.青海玉树MS7.1级地震地表形变场特征研究.中国科学: 地球科学,40(10): 1310-1320,doi: 10.1007/s11430-010-4116-7.

孙建宝,梁芳,徐锡伟等.2006.升降轨道ASAR雷达干涉揭示的巴姆地震(MW6.5)3D同震形变场.遥感学报,10(4): 489-496.

汪驰升,单新建,张国宏等.2009.基于ASAR升降轨数据解算于田MS7.3地震3D同震形变场.地震,29(Z1): 105-112.

王乐洋,许才军,温扬茂.2013.利用STLN和InSAR数据反演2008年青海大柴旦MW6.3级地震断层参数.测绘学报,42(2): 168-176.

温扬茂,许才军,刘洋等.2012.利用断层自动剖分技术的2008年青海大柴旦MW6.3级地震InSAR反演研究.武汉大学学报(信息科学版),37(4): 458-462.

张培震,邓起东,张国民等.2003.中国大陆的强震活动与活动地块.中国科学(D辑),33(增刊): 12-20.

(本文编辑张正峰)

基金项目国家自然科学基金(地区)合作项目(41461164002),地震动力学国家重点实验室自主研究课题(LED2013A02,LED2015B04)和中央高校基本科研业务经费项目(14CX02110A)联合资助.

作者简介温少妍,女,1985年生,工程师,中国地震局地质研究所在读博士,主要从事InSAR技术及其在地震科学中的应用研究. E-mail:wenshaoyan999@163.com *通讯作者张迎峰,男,1990年生,在读硕士,主要从事InSAR形变场数值模拟等研究.E-mail:jingqing129@163.com

doi:10.6038/cjg20160313 中图分类号P315

收稿日期2015-02-02,2015-08-06收修定稿

Three-dimensional co-seismic deformation of the Da Qaidam,Qinghai earthquakes derived from D-InSAR data and their source features

WEN Shao-Yan1,2,SHAN Xin-Jian1,ZHANG Ying-Feng1,3*,WANG Jia-Qing1,ZHANG Guo-Hong1,QU Chun-Yan1,XU Xiao-Bo1

1StateKeyLaboratoryofEarthquakeDynamics,InstituteofGeology,ChinaEarthquakeAdministration,Beijing100029,China2EarthquakeAdministrationofXinjiangUygurAutonomousRegion,Ürümqi830011,China3ChinaUniversityofPetroleum,Qingdao266555,China

AbstractThis work used a least square iterative approximation algorithm based on priori knowledge to calculate three-dimensional co-seismic deformation of the Da Qaidam earthquakes from ascending,descending and wide-swath data of Envisat ASAR.The results show that the vertical deformation of MW6.3 earthquake in 2008 occurred mainly in the south wall of the fault,where uplift is dominant.The maximum displacement is about 10 cm.The subsidence on the north wall of the fault is less than -1 cm.The east-west component on the south fault exhibits eastward movement with a maximum of 4 cm.The north wall moves westward with -2 cm maximum.For the MW5.8 earthquake in 2009,the south wall of the fault uplifted with 27 cm maximum value.The maximum subsidence of the north wall is about -3 cm.The component of east-west deformation manifests the south wall moves to east,and the maximum amount is about 10 cm.The maximum westward movement of the north wall is about -4 cm.In short,the sources of Da Qaidam earthquakes in 2008 and 2009 are thrust faulting with a small left-lateral strike slip component.It is impossible to judge the little strike-slip of co-seismic deformation with single light of sight,while the sinistral or dextral characteristics of the seismic source could be identified through the three-dimensional deformation of the surface.Besides,we have made forward modeling of the 3D co-seismic deformation field of the 2008 MW6.3 earthquake using the Okada model with the constraints of LOS,vertical and east-west deformation.The simulation results of these displacements are in good agreement with the observations by using a thrust seismogenic fault model with small left-lateral strike slip,which verifies the reliability of computation results and allows to recognize effectively the characteristic of small left-lateral strike slip using decomposition results.

KeywordsDa Qaidam earthquake; D-InSAR; Three-dimensional co-seismic deformation field; Characteristics of seismic source

温少妍,单新建,张迎峰等.2016.基于InSAR的青海大柴旦地震三维同震形变场获取与震源特征分析.地球物理学报,59(3):912-921,doi:10.6038/cjg20160313.

Wen S Y,Shan X J,Zhang Y F,et al.2016.Three-dimensional co-seismic deformation of the Da Qaidam,Qinghai earthquakes derived from D-InSAR data and their source features.Chinese J.Geophys.(in Chinese),59(3):912-921,doi:10.6038/cjg20160313.