西藏定日县地震进行形变建模详细操作教程

SARscape形变建模工具可利用InSAR形变数据或者大地测量数据和GPS作为数据源，完成对构造变化（如地震等）、火山源和核爆炸等事件的地球物理建模。可反演滑动/裂缝破裂参数；利用构造源计算矩张量，得到形变机制图。

本文以西藏定日县6.8级地震InSAR形变数据为例，介绍地震断层破裂参数反演和地表位移预测的操作过程。文档旨在介绍整个处理过程，结果只作为参考。

本文使用的软件为SARscape6.1，试用申请地址：

https://envi.geoscene.cn/sar_license

1、断层破裂参数反演

第一步：生成采样区

生成图像采样区，定义采样区域以及采样点之间的间距，具体操作如下：

（1）在Toolbox中，打开/SARscape/Interferometry/Displacement Modeling/Sampling Areas，在Sampling Areas面板上，点击Select raster image按钮，选择DInSAR得到的形变结果文件_disp；

（2）在界面中自动显示形变结果文件，在形变结果上，绘制两个多边形，一个包括形变区，另外一个比第一个范围更大，鼠标操作功能如下：

鼠标左键绘制多边形，左键双击结束绘制
在绘制过程中，点击右键取消绘制的最后一个节点
鼠标滚轮可以放大/缩小/平移图像

（3）在右侧的Sampling Areas中，Resolution字段设置对应多边形的采样间隔，外围的区域采样间距2000米，内部的形变区域采样间隔500米。

注：点击Sampling point preview按钮可以浏览采样点数量,采样间隔越小得到点越多，计算量越大。

（4）点击Save to shapefile，将采样区域保存为shp文件SamplingAreas.shp。不要修改文件名。

图1：生成采样区

第二步：图像采样

图像的子采样可以通过两种方法进行：在特定区域使用规则的点网格或使用四叉树算法。本例中，使用的是第一种方法，即：使用上一步创建的SHP文件。具体操作如下：

（1）打开/SARscape/Interferometry/Displacement Modeling/Image Subsampling工具，打开Image Subsampling面板；

（2）根据默认的扩展名提示，输入DInSAR得到的各个结果数据：

Subsampling image：DInSAR得到的形变结果_disp
Azimuth LOS image：角度数据_ALOS
Incidence LOS image：角度数据_ILOS
DEM：初始参考DEM
Subsampling method：Mesh from vector file

图像的子采样可以通过两种不同的方法进行：在特定区域使用规则的点网格或使用四叉树算法。在本例中，使用第一种方法，Mesh from vector file，即使用SamplingAreas矢量文件。

Sampling Areas：上一步生成的采样区文件
Output Shapefile：设置输出的采样点矢量文件

注：本例中采用的数据坐标系为WGS84。

图2：Image Subsampling面板

（3）点击Start，进行图像采样计算，运行完成之后，提示如下对话框，点击“是”，打开采样点可视化界面。

图3：采样区结果

注：对于重叠区域(内多边形完全包含在外多边形中)，采样算法选取分辨率更小的点，在本例中为500 m。

提示：1、一般情况下，任意数量的数据集可以同时被反演:为每个数据集保持合理数量的点，以避免计算上的额外负载。

2、浏览shapefile属性表(使用ENVI或任何GIS软件)。

第三步：Automatic inversion自动反演

（1）在Toolbox中，打开/SARscape/Interferometry/Displacement Modeling/Automatic Inversion single source/Automatic inversion工具。

（2）在Automatic inversion panel面板中，Automatic inversion folder：选择一个输出文件夹，然后再设置其他参数。

（3）数据集设置：

a.点击Add Datasets->add from file，选择第2步生成的采样点文件。

b.选择打开的数据集列表，点击EDIT Datasets-> Edit parameters…，求解轨道曲面的反函数（Invert for an orbital surface）:有三种方式。

Constant offset：除了输入源之外，评估评估恒定偏移量。
Linear ramp：除了输入源外，还要评估线性斜坡。
Quadric surface：除输入源外，再评估二次曲面参数。

对于InSAR数据集，默认选项是评估线性斜坡的参数。

在本例为选择默认。

图4：数据集参数设置面板

（4）震源设置：

点击Find a focal mechanism按钮，提供三种在线寻找震源查询方法：USGS, Global CMT,INGV。事件的时空搜索条件根据InSAR数据集的覆盖范围和采集时间自动设置（量级范围必须手动设置）。当有多个事件符合查询条件时，用户可以从列表中选择参考事件。

可以设置更精确的时间范围，减少查询时间。如果Global CMT查询不到，可以切换USGS等。

图5：震源查询

回到Automatic inversion panel面板中,查到的震级为7.1，中国地震台网中心公布的有出入。有两个Plane供选择，可根据地震情况选择其中一个或者多个，本例选择Strike187。

图6：Automatic inversion panel面板

（5）可选参数：

非线性反演后执行线性反演（Run linear inversion after non-linear inversion）：勾选后执行完非线性反演后执行线性反演。
最大非线性反演次数（Maximum Levemberg-Marquardt iterations）：这个参数用于基准数据较差时，无法识别目标函数而终止反演的最大迭代次数。默认为
自动数据集阈值（Automatic dataset weighting）：勾选后它会自动为每个单独的InSAR数据集分配权重。

（6）执行处理：点击Start按钮执行处理。

处理的持续时间在很大程度上取决于输入数据的数量和质量，范围从几分钟到一个多小时。

（7）执行完之后，弹出线性反演工具。

在线性反演工具面板上，在“OUTPUT Sources”，和“Report”中，可以浏览反演的各种结果。

点击OUTPUT Sources面板的VIEW SOURCES->Plot 2D–Frontal View（fault only），查看本次地震的破裂参数。

图7：破裂参数二维图

图8：破裂参数三维图

点击Report面板，浏览整体报告信息。

INPUT DATASET(S):

C:\Temp\20250114dingri\model\sentinel1_121_20250101_001106442_IW_D_VV_msc_dispwf_sampled.shp (INSARDATASET type)

(17949 features, weight 0.077, assess ramp)

INVERSION OPTIONS:

Damping factor: 0.010977

INVERSION RESULTS:

Overall geodetic moment: 4.85E+19 N*m

Moment Magnitude: 7.09

fault (OKADASOURCE type)

Number of source features: 612

Geodetic Moment: 4.85E+19 N*m

Strike, Dip, Rake (deg): Multiple values, 62.16, -72.35

Slip values (min/max): 0.0000/4.1204 m

Roughness: 0.7753

Invert for: Distributed and positive slip with fixed rake

Topography compensation applied

Reference point: (4) Fault trace center - Along dip top edge

OUTPUT DATASET(S):

C:\Temp\20250114dingri\model\FP1\sentinel1_121_20250101_001106442_IW_D_VV_msc_dispwf_sampled_linear.shp

RMS: 0.052 m (overall RMS: 0.255 m

2、地表位移预测

利用Forward Modeling工具由一个或多个源预测地表位移。输出可以是栅格或矢量点文件。在本例中，我们使用线性反演后定义的源来预测表面位移，输出栅格文件。

（1）点击/SARscape/Interferometry/Displacement Modeling/Forward Modeling工具，打开Forward Modeling面板。

（2）点击Open，选择在之前自动反演时生成的项目文件AutomaticModeling.xml。

（3）在INPUT Sources面板，点击ADD SOURCES->Import->From XML project file…，选择线性反演时保存的工程文件AutomaticModeling.xml；

（4）在打开的XML文件管理器中，Section下拉菜单中选择LINEAR INVERSION OUTPUT，然后选择fault项，点击Add。

（5）输出定义：在Options界面，Forward Model Output默认为Raster，点击OUTPUT RASTER PARAMERERS中的Set/Change按钮，在Raster Parameters界面上，点击Get from map按钮，在底图上绘制预测形变的区域，绘制好之后点击Close，区域的范围就自动填写到面板上了，设置CellSize为0.002，点击Commit。

（6）选择DEM文件，Output File Root Name设置为2025_01_07-xizang_disppl。