利用Sentinel-1A数据反演2016年台湾地震断层的同震滑动分布

DInSAR技术获取的同震形变场,可为地震的受灾范围、地震机理研究等方面提供重要的信息,特别是同震形变数据作为约束条件,基于Okada弹性半空间位错模型反演断层的位置、走向、倾向等几何参数和断层滑动分布,对于深入理解断层活动特征和防震减灾具有重要的意义。

       Okada模型是构建地下断层参数与地面形变数据之间的函数关系,主要是模拟观测到的干涉形变场和估计断层参数。反演断层的同震滑动分布主要步骤包括InSAR观测形变场降采样、非线性反演断层几何参数(经度、纬度、走向、倾向、滑动角、深度、断层的长度、宽度以及滑动量)、线性反演断层面上的精细滑动分布。因此,本文将分三小节,分别讲解在SARscape中反演台湾地震断层的滑动分布。所有功能都在以下路径下操作(/SARscape/Interferometry/Displacement Modeling)。

    本文使用软件版本是ENVI5.3.1+SARscape5.2.1。


第一节:InSAR观测形变场降采样

1 准备工作

  模型反演是在DInSAR技术结果的基础上进行的,所以需要对研究区进行DInSAR处理,在此不做赘述。需要DInSAR的最终结果包括:

Taiwan_S1A__reflat_disp

——传感器观测方向的形变,即LOS方向上的形变。

Taiwan _S1A__reflat_disp_ALOS

——视线方位角,正值是正北的顺时针方向,负值是正北的逆时针方向。

Taiwan _S1A__reflat_disp_ILOS

——视线入射角,视线与水平面垂线的夹角。

Taiwan _S1A__reflat_disp_dem

——重采样到制图输出分辨率上的参考DEM数据,经过地理编码,范围和输出的SAR产品一致。

 

2 反演区选取

  创建矢量图层圈定形变场和模型反演范围。形变场采样间隔为1000米,模型反演范围采样间隔为2000米。

形变图进行linear拉伸显示,创建矢量图层圈定形变场(小区域)和模型反演范围(大区域)

编辑矢量文件的属性,分别设置大区域格网2000米,小区域格网1000米

 

3 InSAR观测形变场降采样

  打开降采样工具/SARscape/Interferometry/Displacement Modeling/Image Subsampling,输入Subsampling.shp,默认输出工程区的shp文件

得到降采样矢量文件,可以查看采样值属性。

编辑矢量文件的属性,对形变值进行彩色渲染

得到采样结果:

注意事项:

      DInSAR处理中应使用UTM投影下的DEM,即DInSAR所得产品结果,都是在UTM投影下。

为了便于操作练习附上数据下载路径:

链接:http://pan.baidu.com/s/1nuXC5CH 密码:tyxj


第二节  非线性反演断层参数

基于降采样得到的InSAR视线向形变场结果,采用非线性反演均匀滑动断层几何参数(经度、纬度、走向、倾向、滑动角、深度、断层的长度、宽度以及滑动量),为了准确反演,加入6个轨道参数来线性估计轨道误差。其中,采用Levemberg-Marquardt最小二乘优化算法迭代,进行9个几何参数和6个轨道参数求解。

    下面介绍非线性反演的过程:

1 数据导入

  打开非线性反演工具/SARscape/Interferometry/Displacement Modeling/Non-Linear Inversion,添加降采样形变文件Taiwan__reflat_disp.shp,可以看到总共得到1068个采样点,设置线性函数拟合轨道参数,估计轨道误差。创建工程文件model_nonlinear.xml。

2 CMT几何参数区间查询

输入CMT网址:www.globalcmt.org/CMTsearch.html,设置好查询开始时间和查询天数。

下图为得到查询结果,复制查询得到的地震编号。

3 模型区间设置

  点击new进入Okada模型参数设置界面。

根据在CMT中查询得到的地震编号,查询CMT给出的建议区间参数。

设置好区间参数,点击Start,软件将根据预设的区间进行最优解搜索。

搜索结束,获得搜索结果,此时,对比得到结果与设置区间参数,如果结果在区间的上限或者下限,需要适当扩大搜索范围,不断调节参数,直至得到合适搜索区间。

经过不断调整参数区间,最终确定区间为:

得到非线性反演结果为:

得出的地震矩为Nm,震级为6.4级

 

注意事项:

 区间设置是比较麻烦的过程,需要不断调节,首先建议设置大的搜索范围,待最优解趋于稳定,再将区间适当调小,以免造成多解情况。

致谢:

  感谢中南大学 高华硕士在Okada模型算法中的交流指导。


第三节  线性反演断层参数

在上一节中已经通过非线性反演获得均匀滑动断层几何参数(经度、纬度、走向、倾向、滑动角、深度、断层的长度、宽度以及滑动量),本节基于以上结果采用线性反演获得断层精细滑动分布。其中,为了准确反演,同样加入6个轨道参数来线性估计轨道误差;采用固定滑动角,结合非负最小二乘算法求解。

下面介绍线性反演过程:

1 数据导入

 打开线性反演工具/SARscape/Interferometry/Displacement Modeling/ Linear Inversion,添加降采样形变文件Taiwan__reflat_disp.shp,可以看到总共得到1068个采样点,设置线性函数拟合轨道参数,估计轨道误差。创建工程文件model_linear.xml。

2 线性反演参数设置

 添加非线性反演得到的结果文件model_nonlinear.xml。

将非线性反演所得几何参数结果导入线性反演模型中。

设置线性反演参数,首先将反演的断层长度、宽度适当在走向和倾向延伸,使得断层滑动信息可以很好的完全显示;设置反演为固定滑动角,采用非负最小二乘进行解算;设置走向和倾向细分数,对断层进行划分;设置阻尼系数,越大反演精细断层越平滑。

3 结果展示

  得到线性反演结果为:

得出的地震矩为Nm,震级为6.5级。

将DInSAR形变场和模拟形变场叠加一起,在ArcScene显示。

将反演的断层精细滑动分布和模拟的形变场,在ArcScene显示。

4评定标准

(1)断层几何参数与机构给出结果是否符合。

(2)断层精细滑动分布与实际是否相符。

(3)DInSAR形变结果与模拟形变图是否吻合。

注意事项:

 为尽量完全的将断层信息展示,需要调节断层反演的长度、宽度,但是随着长宽的不断变大,相应的模拟形变图的值会变小,建议尽量将断层信息完全展示,但也不应断层过大。

 

posted @ 2022-05-18 11:45  ENVI-IDL技术殿堂  阅读(1993)  评论(0编辑  收藏  举报