InSAR和GPS技术在震间和同震形变领域的应用研究 ——以嘉黎断裂西段和2015年皮山地震为例
发布时间：2021-08-23 16:58
合成孔径雷达干涉测量（Interferometric Synthetic Aperture Radar,In SAR）作为一种新型大地测量技术近年来发展迅速。由于其精度高、范围广、全天候监测等优势被广泛应用于地形测量、火山变形监测、地震形变监测等领域。本文以嘉黎断裂带西段区域和2015年皮山地震为具体实例研究了In SAR与GPS技术在震间和同震形变领域的应用情况,论文的主要研究内容和结论如下:1.基于ISCE和Sta MPS数据处理软件,利用21期共63景Sentinel-1A卫星降轨SAR影像获取了嘉黎断裂带西段区域LOS（Light of Sight）向的形变场,并对区域断裂进行跨断层剖面分析。该形变场明显展现了嘉黎断裂与崩错断裂的右旋走滑特性,并根据跨断层剖面分析得出崩错断裂相对运动速率约为1.3 mm/a,嘉黎断裂带西段相对运动速率约为1.9mm/a。2.收集并处理得到了研究区36个GPS观测点在ITRF14参考框架下的速度大小。并以区域块体边界为理想断裂位置做GPS速度剖面分析。结果显示,断裂相对运动有明显的右旋走滑特性;而垂直断裂方向的运动速度呈现线性递减趋势,反映这个区...
【文章来源】：中国地震局地震预测研究所北京市
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
青藏高原地质构造背景白色线条为二级块体划分边界；灰线线条表示断裂带分布位置；空心红色圆圈表示1950-2020年4级以上地震分布；黑色箭头为板块和块体运动方向；黑色粗线表示喀喇昆仑-嘉
InSAR和GPS技术在震间和同震形变领域的应用研究-以嘉黎断裂西段和2015年皮山地震为例10物向后散射强度特性和与斜距相关的相位信息。在影像数据格式中用复数的实部和虚部读/写，用公式可表示为：||||||(2.1)|u|表示目标地物反射强度，表示相位信息。InSAR就是根据地物反射回来电磁波回波信号信息，从而构建地表三维地形图。其原理分为两种，第一种为两副卫星天线同时观测目标地物，即单轨道双天线模式；第二种为同一卫星天线重访观测目标地物，获得同一区域的重复观测数据，即单视复数（single-lookcomplex,SLC）影像对（廖明生等，1999），这种模式为单天线重复轨道模式。通过同一目标两个散射波产生的相位差，在根据卫星轨道参数、大气校正参数、已知的地表的数字高程模型（DigitalElevationModel,DEM）可以获取目标区域高空间分辨率的地表形变信息。这就是差分干涉测量技术（DifferentialInSAR,D-InSAR）。在重复轨道模式下，卫星对同一目标地物两次不同观测的几何示意图如图2.1。图2.1差分干涉测量技术原理和分别为重轨观测接收从目标反射信号雷达天线的位置，根据式(2.1)，或接收从目标返回信号的相位可表示为：(2.2)式中的下边t和r分别表示发射和接受的相关参数；为波长；为雷达天线
InSAR和GPS技术在震间和同震形变领域的应用研究-以嘉黎断裂西段和2015年皮山地震为例14,分别表示振幅标准差和振幅均值。在PS点挑选时，预设一个振幅离差阈值，并与各像素对应的振幅离差,比较，若,，该像素选为PS点。基于相位残差稳定性确定PS点，定义如下：|∑1,,,,|(2.10)其中为相位噪声的尺度，并决定该像素点能否为PS点；N为干涉图数量；,为第i幅干涉图中的第x像素的相位；,为缠绕相位去除空间不相关相位的滤波值；,,为视角误差。的值与取决于,的精度。当所有相位值进行2-DFFT（二维傅里叶快速变换）计算后完全失相关，,的值是随机的，此时不能代表一个像素点的残差变化，这个点也就不能作为PS点。基于上述理论基础，Hooperetal.（2006）在监测Alcedo火山时，首先采用振幅离差法提取PS点位的候选点，接着运用相位尺度来确定相位稳定点作为最后的PS点，不但降低了计算量,而且提高了观测精度。本文在InSAR数据处理中，我们基于StaMPS算法数据处理流程，首先使用ISCE2.2（InSARScientificComputingEnvironment）软件（Rosenetal.,2012）对干涉集图像对批处理。该软件采用传统的Stacking处理策略（H.Fattahietal.,2017），支持对Sentinel-1卫星数据进行长条带SLC级数据拼接与精确配准批处理。然后将转化后的SLC格式数据导入StaMPS算法流程，并基于单一“主影像”法（PS-InSAR）获取研究区LOS向形变常StaMPS算法的具体数据处理流程如图2.2。图2.2本文时序InSAR数据处理流程
【参考文献】：
期刊论文
[1]陕西中南部现今断层滑动速率和闭锁深度反演[J]. 崔笃信,郝明,秦姗兰,王文萍. 地球物理学报. 2019(12)
[2]走滑断层地表位移动态演化特征研究[J]. 邹镇宇,江在森,王启欣,刘泰,崔月菊. 地震. 2019(04)
[3]联合地震波和大地测量数据反演2015年皮山MW6.4地震的同震破裂分布[J]. 陈云锅,何平,丁开华,李水平,王琪. 地震地质. 2019(01)
[4]Contemporary crustal tectonic movement in the southern Sichuan-Yunnan block based on dense GPS observation data[J]. HongLin Jin,Yuan Gao,XiaoNing Su,GuangYu Fu. Earth and Planetary Physics. 2019(01)
[5]2017年米林6.9级地震与1950年察隅8.6级地震的关系及两次地震对周边活动断层的影响[J]. 尹凤玲,韩立波,蒋长胜,石耀霖. 地球物理学报. 2018(08)
[6]2017年西藏米林6.9级地震震源参数及其构造意义[J]. 白玲,李国辉,宋博文. 地球物理学报. 2017 (12)
[7]2015年新疆皮山MW6.4地震对周围地区的静态应力影响[J]. 靳志同,万永革,黄骥超,李祥,张珊珊. 地震地质. 2017(05)
[8]新疆皮山MS6.5地震——发生在西昆仑山前的一次褶皱地震[J]. 吴传勇,李金,刘建明,胡伟华,吴国栋,常想德,姚远,向志勇. 地震地质. 2017(02)
[9]2016年青海门源MS6.4地震前重力变化[J]. 祝意青,李铁明,郝明,梁伟锋,赵云峰,徐云马,郝庆花. 地球物理学报. 2016(10)
[10]2015年新疆皮山MS6.5地震震源机制及余震序列定位[J]. 张广伟,张洪艳,孙长青. 地震地质. 2016(03)
博士论文
[1]高级时序InSAR地面形变监测及地震同震震后形变反演[D]. 李永生.中国地震局工程力学研究所 2014
[2]时序InSAR的误差分析及应用研究[D]. 何平.武汉大学 2014
本文编号：3358248
【文章来源】：中国地震局地震预测研究所北京市
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
青藏高原地质构造背景白色线条为二级块体划分边界；灰线线条表示断裂带分布位置；空心红色圆圈表示1950-2020年4级以上地震分布；黑色箭头为板块和块体运动方向；黑色粗线表示喀喇昆仑-嘉
InSAR和GPS技术在震间和同震形变领域的应用研究-以嘉黎断裂西段和2015年皮山地震为例10物向后散射强度特性和与斜距相关的相位信息。在影像数据格式中用复数的实部和虚部读/写，用公式可表示为：||||||(2.1)|u|表示目标地物反射强度，表示相位信息。InSAR就是根据地物反射回来电磁波回波信号信息，从而构建地表三维地形图。其原理分为两种，第一种为两副卫星天线同时观测目标地物，即单轨道双天线模式；第二种为同一卫星天线重访观测目标地物，获得同一区域的重复观测数据，即单视复数（single-lookcomplex,SLC）影像对（廖明生等，1999），这种模式为单天线重复轨道模式。通过同一目标两个散射波产生的相位差，在根据卫星轨道参数、大气校正参数、已知的地表的数字高程模型（DigitalElevationModel,DEM）可以获取目标区域高空间分辨率的地表形变信息。这就是差分干涉测量技术（DifferentialInSAR,D-InSAR）。在重复轨道模式下，卫星对同一目标地物两次不同观测的几何示意图如图2.1。图2.1差分干涉测量技术原理和分别为重轨观测接收从目标反射信号雷达天线的位置，根据式(2.1)，或接收从目标返回信号的相位可表示为：(2.2)式中的下边t和r分别表示发射和接受的相关参数；为波长；为雷达天线
InSAR和GPS技术在震间和同震形变领域的应用研究-以嘉黎断裂西段和2015年皮山地震为例14,分别表示振幅标准差和振幅均值。在PS点挑选时，预设一个振幅离差阈值，并与各像素对应的振幅离差,比较，若,，该像素选为PS点。基于相位残差稳定性确定PS点，定义如下：|∑1,,,,|(2.10)其中为相位噪声的尺度，并决定该像素点能否为PS点；N为干涉图数量；,为第i幅干涉图中的第x像素的相位；,为缠绕相位去除空间不相关相位的滤波值；,,为视角误差。的值与取决于,的精度。当所有相位值进行2-DFFT（二维傅里叶快速变换）计算后完全失相关，,的值是随机的，此时不能代表一个像素点的残差变化，这个点也就不能作为PS点。基于上述理论基础，Hooperetal.（2006）在监测Alcedo火山时，首先采用振幅离差法提取PS点位的候选点，接着运用相位尺度来确定相位稳定点作为最后的PS点，不但降低了计算量,而且提高了观测精度。本文在InSAR数据处理中，我们基于StaMPS算法数据处理流程，首先使用ISCE2.2（InSARScientificComputingEnvironment）软件（Rosenetal.,2012）对干涉集图像对批处理。该软件采用传统的Stacking处理策略（H.Fattahietal.,2017），支持对Sentinel-1卫星数据进行长条带SLC级数据拼接与精确配准批处理。然后将转化后的SLC格式数据导入StaMPS算法流程，并基于单一“主影像”法（PS-InSAR）获取研究区LOS向形变常StaMPS算法的具体数据处理流程如图2.2。图2.2本文时序InSAR数据处理流程
【参考文献】：
期刊论文
[1]陕西中南部现今断层滑动速率和闭锁深度反演[J]. 崔笃信,郝明,秦姗兰,王文萍. 地球物理学报. 2019(12)
[2]走滑断层地表位移动态演化特征研究[J]. 邹镇宇,江在森,王启欣,刘泰,崔月菊. 地震. 2019(04)
[3]联合地震波和大地测量数据反演2015年皮山MW6.4地震的同震破裂分布[J]. 陈云锅,何平,丁开华,李水平,王琪. 地震地质. 2019(01)
[4]Contemporary crustal tectonic movement in the southern Sichuan-Yunnan block based on dense GPS observation data[J]. HongLin Jin,Yuan Gao,XiaoNing Su,GuangYu Fu. Earth and Planetary Physics. 2019(01)
[5]2017年米林6.9级地震与1950年察隅8.6级地震的关系及两次地震对周边活动断层的影响[J]. 尹凤玲,韩立波,蒋长胜,石耀霖. 地球物理学报. 2018(08)
[6]2017年西藏米林6.9级地震震源参数及其构造意义[J]. 白玲,李国辉,宋博文. 地球物理学报. 2017 (12)
[7]2015年新疆皮山MW6.4地震对周围地区的静态应力影响[J]. 靳志同,万永革,黄骥超,李祥,张珊珊. 地震地质. 2017(05)
[8]新疆皮山MS6.5地震——发生在西昆仑山前的一次褶皱地震[J]. 吴传勇,李金,刘建明,胡伟华,吴国栋,常想德,姚远,向志勇. 地震地质. 2017(02)
[9]2016年青海门源MS6.4地震前重力变化[J]. 祝意青,李铁明,郝明,梁伟锋,赵云峰,徐云马,郝庆花. 地球物理学报. 2016(10)
[10]2015年新疆皮山MS6.5地震震源机制及余震序列定位[J]. 张广伟,张洪艳,孙长青. 地震地质. 2016(03)
博士论文
[1]高级时序InSAR地面形变监测及地震同震震后形变反演[D]. 李永生.中国地震局工程力学研究所 2014
[2]时序InSAR的误差分析及应用研究[D]. 何平.武汉大学 2014
本文编号：3358248
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