InSAR同震、震间形变观测及断层运动学参数反演研究

发布时间：2020-11-01 02:16

　　 合成孔径雷达干涉测量技术(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)是近二十余年迅猛发展起来的一种能够获取高精度地表形变信息的大地测量新技术,该技术具有空间分辨率高、覆盖范围广、全天候监测和不受天气影响等优势,在地震周期各阶段的形变监测中已得到广泛的应用。本文基于DInSAR与时序InSAR技术,分别以2015尼泊尔Mw7.8级地震和海原断裂带为研究对象,进行了同震、震间形变观测和断层运动学参数反演等工作。本文主要研究内容和结论如下:1、使用S1A和ALOS-2卫星升降轨InSAR数据获取了不同卫星观测模式下的尼泊尔Mw7.8级地震LOS向同震位移场,并对同震形变场进行了详细的对比研究。采用不同数据组合对断层滑动分布进行了反演,对比了单一平台数据与多平台数据联合反演所得结果的差异。采用模拟的南北向形变场与升轨S1A及降轨ALOS-2 LOS向同震形变场相结合的方法,在考虑入射角变化的情况下,对此次地震的三维形变分量进行了解算。结果显示本次地震以垂直形变和南向形变为主,其中垂直形变自北向南包括后缘沉降区和前缘隆升区,隆升沉降最大形变值分别达到1.5 m和-1 m,南北向形变表现为整体向南移动,最大向南水平位移达到1.6 m,东西向形变呈四象限分布,最大形变量约0.6 m。2、使用2003-2010年间的多组升降轨Envisat/ASAR长条带数据,基于StaMPS时序处理技术,获取了海原断裂带金强河段至1920年地震破裂段的InSAR视线向平均形变速率场,发现南北两盘形变速率场存在明显的差异,与海原断裂带左旋走滑的运动特征相一致。通过对老虎山段进行高密度跨断层形变速率剖面的分析,确定老虎山段蠕滑长度范围约19 km。基于二维反正切模型对InSAR形变速率剖面进行了拟合,获得了海原断裂带不同位置的断层闭锁深度及深部滑动速率。结果表明,老虎山段滑动速率自西向东逐渐减小,由西段的7.6 mm/a减小至最东端的4.5 mm/a;老虎山西段与中段处于闭锁状态,西段闭锁深度在4.2~4.4 km,中段闭锁深度为6.9 km,而老虎山东段闭锁深度小于1 km,即浅地表存在蠕滑现象,蠕滑速率为4.5~4.8 mm/a。1920年海原断裂带破裂段整体处于闭锁状态,滑动速率与闭锁深度自西向东均逐渐增加,滑动速率由西段的3.2 mm/a增加至东段的5.4 mm/a,闭锁深度由西段的4.8 km增加到东段的7.5 km。3、基于三维负位错块体模型,使用不同密度GPS台站数据及其分别与InSAR数据结合,反演获取了断层闭锁程度、块体长期相对滑动速率及滑动亏损分布特征,并进行了对比分析,主要获得以下认识:(1)加密GPS台站数据的加入能够对断层运动学参数提供更好的约束,InSAR数据对反演结果具有明显的改善作用。(2)断层闭锁深度在冷龙岭段约为17 km,闭锁深度向东逐渐减小至老虎山中段近地表处;老虎山东段及1920年破裂段西端近地表闭锁程度均较弱;1920年破裂段中段、东段的闭锁深度在3~7 km范围内。(3)海原断层两侧板块间长期左旋走滑速率自西向东由冷龙岭的4.7 mm/a递减至1920年破裂段东段的2.0 mm/a。(4)滑动速率亏损主要集中在金强河及其以西部分,在毛毛山、老虎山(不包含其东端)及1920年破裂段的近地表也存在一定的滑动速率亏损,老虎山东端基本不存在滑动亏损。
【学位单位】：中国地震局地质研究所
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P315;P237
【部分图文】：

地测量新技术，与已有的常规监测手段如精密水准、全球定位系统 GPS 以及甚长基线干涉测量等相比，该技术具有空间分辨率高、覆盖范围广、全天候监测和不受天气影响等优势，因此在地震周期各阶段的形变监测中已得到广泛的应用。利用在不同时期获得的地面 SAR 影像，可以获得高精度的地面形变场。这是地震周期研究最重要的参数之一，可以为模拟沿断层带构造应力积累（震间阶段）和释放（同震和震后阶段）的机制等提供重要的约束条件。

2008; Lasserre et al., 2005）、2008年Mw7.9级汶川地震（孙建宝等, 2008; Xu et al.2010）、2010 年 Ms7.1 玉树地震（Qu et al., 2013; Zhao et al., 2019）等。相比于GPS 和地震波等技术手段，InSAR 进行同震形变研究具有很多优势。首先是InSAR 技术本身的优势，该技术能够观测到大范围、空间连续覆盖的同震形变场，并且不受云雾等天气情况影响，也基本不受地表观测条件限制。其次，通过分析整个地震形变场的整体形态和空间分布变化特征，可以获取地表破裂带的位置、规模和发震断层的几何形态，形变场的不对称性形态可以提供关于发震断层倾角和运动性质的信息。此外，以大范围密集 InSAR 数据为约束，通过建立断层运动的弹性位错模型（Okada, 1985），可以精确反演震源断层几何参数及运动参数，为深入认识地震破裂特征及动力学机制提供依据。

2）震后形变后形变是地壳和上地幔对同震应力变化的响应和调整，其能够直的流变特性，因此具有重要的研究意义。不同地震的震后形变时大，持续时间短则数星期，长至上百年；形变范围小至地震断裂几百公里（王华等, 2009）。Massonnet et al. (1994)最早利用 InSA形变研究，其获取了 1992 年 Landers 地震的震后形变场，并发现动基本集中在主震发生 40 天以内。在过去的 20 年中，研究学者SAR 技术获取了多个地震事件的震后形变场，例如 1978 年 M-Golshan 地震（Zhou et al., 2016, 2018）、1997 年 Mw7.5 级玛尼地007）、1999 年 Mw7.1 级 Hector Mine 地震（Pollitz et al., 2001; Jac2001 年 Mw7.8 级昆仑山口西地震（Wen et al., 2012; Zhao et a图1-3）、2002年Mw7.9级Denali地震（Pollitz, 2005; Biggs et al., Mw6.3 级 Damxung 地震（Bie et al., 2013）等。
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本文编号：2864876