2008年改则地震多视角InSAR三维形变场及断层滑动反演

发布时间：2020-10-11 00:10

　　 InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar)作为一项始于上世纪70年代,崛起于90年代,随后蓬勃发展至今的对地观测技术,已对地球科学的多个领域产生了巨大的影响。在地震形变监测方面的应用则是InSAR技术自诞生以来应用最为成功的领域之一。但InSAR存在的视线向模糊度问题即获取的视线向形变是地表东西、南北、垂直三个形变分量在雷达视线向上的投影,限制了其表征真实地表形变的能力。一般,地表三维形变场是通过多视角InSAR的简单几何分解而重建。但由于卫星平台的极轨飞行和SAR侧视成像特点,多视角InSAR简单直接解算中存在着误差放大现象,特别是放大最为严重的南北向解算误差。获取真实三维形变的关键在于如何获取准确的南北向形变(顺轨形变),而MAI技术则是从方位向形变获取的角度对InSAR的拓展,可以对同震水平形变场形成有效约束。本文提出利用结合先验知识的最小二乘迭代逼近法(间接分解法)和MAI与D-InSAR融合法抑制误差放大问题。本文选择具有丰富数据和构造意义的2008年改则地震作为研究对象,首先研究了其三维同震形变场获取,又基于Okada弹性半空间位错模型反演了断层滑动分布,并综合构造背景知识分析了改则地震的构造机制。论文主要工作可以总结为以下几点：1.基于InSAR和MAI技术完成改则地震一维同震形变场的获取工作。本文首先对收集的3对ENVISAT ASAR升降轨干涉资料和1对ALOS PALSAR升轨干涉资料进行差分干涉处理,得到了四种不同视线向的同震形变数据。再对基线距较短、相干性较好的ENVISAT ASAR降轨干涉像对进行MAI处理,获取了方位向形变资料。从一维角度分析,四景LOS向形变场及其干涉条纹图均具有明显的“沉降双心”和复杂的条纹切割特征；方位向观测显示出整个地震形变区域的西北部分(上盘)相对东南部分(下盘)呈现出明显的向南运动。2.使用一维观测资料中覆盖区域比较完整的数据,分别利用多视角D-InSAR直接分解法、结合先验知识的最小二乘迭代逼近法(间接分解法)以及MAI与D-InSAR融合法得到改则地震三维同震形变场,并基于误差估计公式和模拟值分析评价及比较了各三维形变场。结果显示：间接解算法和MAI与D-InSAR融合法均能有效抑制直接分解法中的误差放大,同时两者均能较好的表现出改则地震同震形变特征。最终本文从解算精度、形变特征与发震构造相互关系出发,选择间接分解结果作为2008年改则地震的三维同震形变场。特征如下：南北向形变场中余震断层附近存在小量级(约为5cm)的向北运动,主震断层上盘总体还向南运动(约为10cm)；主震断层两盘垂直运动差异明显,上盘存在两个显著的沉降中心,西侧形变中心沉降量48.9cm,东侧形变中心41.4cm；主余震断层两侧存在明显的水平分离运动现象,在主震断层上盘出现向两沉降中心汇聚的现象；同时水平形变场呈现东向旋转特征,且自西向东量级逐渐增强。整个三维地表形变场以垂向位移为主,并表现出东向旋转特征。3.本文从InSAR观测结果中选取出相干性较佳、形变区覆盖较为完整的LOS向同震形变图,结合改则地震的地质构造背景和地震学特征,基于Okada弹性半空间位错模型反演得到改则地震Mw6.4主震和Mw5.9余震的断层参数。改则地震主震以正断破裂为主兼有少量的左旋走滑,主震断层为走向219°,倾角50°的西倾断层,震源深度约6.51km,最大滑动量近1.39m,平均滑动角为-65.66°。余震发生在主震的北西侧,断层走向为212°,倾角为50°,最大滑动量约0.87m位于断层面深4.21km处,平均滑动角-75.01°,是一次近乎纯正断的破裂。两次地震的标量地震矩分别为4.29×1018N·m和1.32×1018N·m。改则地震是典型的高角度正断破裂型地震,结合其三维同震形变场中垂向形变分量远大于水平运动分量的特征,并考虑到改则盆地位于近EW向右旋走滑的洞错断裂和嘎色断裂与近NE向左旋走滑日干配错断裂的交汇处,且改则地震震中在盆地北边缘,推测改则地震可能是洞错盆地的张扭作用、洞错断裂和嘎色断裂的东向拉伸以及日干配错断裂的南西向压缩共同作用的结果。
【学位单位】：中国地震局地质研究所
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：P315.7
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章绪论
    1.1 InSAR研究进展
    1.2 三维形变场解算研究进展及存在的问题
    1.3 本文问题的提出与研究内容
第二章理论与技术基础
    2.1 InSAR原理
        2.1.1 D-InSAR原理
    2.2 MAI技术
    2.3 三维形变场解算
        2.3.1 多视角InSAR法
            2.3.1.1 直接解算法
            2.3.1.2 结合先验知识的最小二乘迭代法
        2.3.2 MAI与D-InSAR融合法
            2.3.2.1 Helmert定权法
第三章改则地震三维同震形变场
    3.1 改则地震背景
    3.2 改则地震一维同震形变场
        3.2.1 LOS向同震形变场
        3.2.2 方位向形变场
        3.2.3 一维同震形变场特征分析
    3.3 改则地震三维形变场
        3.3.1 多视角InSAR法解算的三维形变场
            3.3.1.1 直接解算的三维形变场
            3.3.1.2 间接解算的三维形变场
        3.3.2 MAI与D-InSAR融合法获取的三维形变场
        3.3.3 改则地震模拟三维形变场
            3.3.3.1 Okada弹性半空间模型
            3.3.3.2 模拟三维形变场
        3.3.4 结果比较与精度评价
            3.3.4.1 直接/间接解算法结果比较
            3.3.4.2 多视角InSAR法/MAI与D-InSAR融合法结果比较
第四章改则地震主余震断层的滑动分布反演
    4.1 InSAR同震形变场数据采样
    4.2 反演算法与断层模型
        4.2.1 反演算法
        4.2.2 断层模型
    4.3 断层滑动分布
    4.4 构造机制分析
第五章结论与展望
    5.1 本文总结
    5.2 存在问题及展望
参考文献
致谢
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