利用DInSAR和时间序列数据分析2010-2011的新西兰地震

本研究是SIGRIS项目的一部分，由新西兰地质研究机构完成。SIGRIS项目（www.sigris.it）致力于生产信息产品来支持地震风险管理，数据源是用卫星影像结合可获取的地面数据，卫星影像主要用的是 COSMO-SkyMed 数据。它研究了近年来全球主要地震，包括：

•      巴基斯坦中部, Mw=6.4, 2008年10月

•      智利, Mw=8.8, 2010年2月

•      意大利的亚桂拉, Mw=6.3, 2009年4月

•      中国玉树，Mw=6.9, 2010年4月

•      新西兰达菲尔德, Mw=7.0, 2010年9月

•      新西兰克赖斯特彻奇, Mw=6.1, 2011年2月

•      日本东北部, Mw=9.0, 2011年3月

2010-2011新西兰地震供发生三次较大的地震：

• 2010年9月4日,达菲尔德地震, Mw 7.0
• 2011年2月21日，首次新西兰克赖斯特彻奇地震, Mw=6.1
• 2011年6月13日,第二次克赖斯特彻奇地震，Mw 6.0

 

一、2010年9月4日,达菲尔德地震, Mw= 7.0

这次地震发生在之前未知的断层上。

 

图1：地震发生区域

达菲尔德地震监测所用的数据集包括：

•     ENVISAT DInSAR 图 (2幅)

•     ALOS-Palsar DInSAR 图 (2幅)

•     ALOS-Palsar 方位偏移轨迹图

•     余震重定位

•     实地调查数据

•     震源机制

•     GPS (未用到)

  以下是利用这些SAR数据获取的干涉图：

• ALOS-Palsar（L-band: 23.6 cm）

震前: 8月13日

震后: 9月28日

视角: 38.9°

空间基线: 357 m

时间基线: 30 d

轨道: 升轨

 

图2：干涉图

 

图3：解缠后的相位图

从ALOS-Paksar像对得到的方位角偏移轨迹图：

交叉相关窗口: 1 x 1 km

栅格大小: 0.2 x 0.2 km

 

左：经过校正的方位形变图， 右：估计校正（由电离层引起的位移误差校正-Raucoules and De Michele, GRSL 2010）

从干涉图上，我们至少可以识别出6种不同类型的形变，如下图所示：

 

 

图4：识别出的6种形变类型

  这些形变可以有以下9个参数累描述（rectangular dislocation in an elastic and homogeneous half-space (Okada, BSSA 1985)：

•       长度（length）

•       宽度（width）

•       深度（depth）

•       位置（经纬度）（location (lat, lon)）

•       走向（strike angle）

•       俯角（dip angle）

•       倾角（rake angle）

•       滑动（slip）

 

图5：参数示意图

反演这些参数包括两种方法:

非线性：所有的源参数、断层和已知点的表面位移关系是非线性的。

线性：断层和表面位移的关系是线性的。

这里我们使用我们用非线性的反演算法来得到源参数，采用Levemberg-Marquardt 方法。我们用线性反演算法来得到滑动分布，同样需要平滑和非负的约束条件。

 

图6：非线性反演的震源

 

图7：线性反演的震源

 

图8：可变斑块大小的线性模型反演的震源结果

  以下是非线性和两种线性模型反演得到的震源结果：

 

  根据反演结果得到形变预测趋势：

 


图9：预测结果

• ENVISAT（C-band: 5.6 cm）

 

图10：ENVISAT数据得到的干涉图

震前: 9月1日

震后: 10月6日

视角: 23.3°

空间基线: 300 m

时间基线: 35 d

轨道: 升轨

二、2011年2月21日，第一次克赖斯特彻奇地震, Mw=6.1

这次地震是达菲尔德的余震，由未知的断层引起。用到的数据包括：

•       COSMO-SkyMed DInSAR 图(2幅)

•       ALOS/Palsar DInSAR 图 (2幅)

•       GPS 数据（Beavan et al., SRL 2011）

•       余震重定位

•       震源机制

利用SARscape处理几种数据得到的干涉图。

 

图11：几种数据得到的干涉图

对干涉图进行解缠，从解缠后干涉图和相关性图上，结合实际地物破坏情况，可以看到：土壤液化和破坏的建筑物降低了城市区域的相干性，尤其在X波段(COSMO)。

 

图12：L-band ALOS 解缠后的相位图 

图13：COSMO得到的干涉图

 

图14：2011年2月克赖斯特彻奇地震源反演结果

三、2011年6月13日，第二次克赖斯特彻奇地震，Mw= 6.0

使用了时间序列SAR数据，时间序列数据使用SBAS算法处理。

•       COSMO-SkyMed 升轨时间序列数据(12景)

•       COSMO-SkyMed 降轨时间序列数据 (14景)

•       ALOS-Palsar DInSAR图

 

图15：COSMO-SkyMed 干涉图

X-band: 3.1 cm

前时相: 8月 20日

后时相: 10月23日

观测角: 29.4°

空间基线: 101 m

时间基线: 64 d

轨道:降轨

从InSAR结果上分析地表断裂：

 

图16：断裂数据来自加州理工大学的网站