基于InSAR技術(shù)的地震構(gòu)造和火山形變獲取及模型解譯研究

牛玉芬

河北工程大學(xué)，河北 邯鄲 056038

地殼深部構(gòu)造動力學(xué)過程會引起山脈隆升、盆地斷陷等一系列復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象，在此過程中往往伴隨著地震、火山等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，這些頻發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重危害著人類的生存環(huán)境。作為遙感對地觀測的全新技術(shù)，合成孔徑雷達(dá)干涉技術(shù)(InSAR)克服了傳統(tǒng)形變監(jiān)測手段的不足，可為高精度監(jiān)測地震、火山等地質(zhì)災(zāi)害形變及構(gòu)建災(zāi)害機(jī)理模型提供必需的基礎(chǔ)信息，特別是隨著星載SAR傳感器對地觀測技術(shù)的不斷發(fā)展，SAR影像時空分辨率大大提高，SAR衛(wèi)星的種類和成像模式日趨豐富，這為InSAR技術(shù)持續(xù)有效開展災(zāi)害形變監(jiān)測提供了廣闊的應(yīng)用前景。基于此，論文以地殼深部動力學(xué)過程引起的典型同震、震間、火山類型災(zāi)害為主要研究對象，并針對當(dāng)前InSAR技術(shù)在數(shù)據(jù)匱乏、自然環(huán)境惡劣、地質(zhì)構(gòu)造錯綜復(fù)雜、先驗約束信息不足等極端條件下地震同震形變獲取、斷陷盆地震間形變監(jiān)測、泥火山活動形變周期以及這些災(zāi)害機(jī)理解譯方面存在的局限性，在分析不同斷層活動特性、不同火山巖漿侵入模型對應(yīng)不同InSAR形變場特性基礎(chǔ)上，具體以共軛斷層破裂2014年魯?shù)榈卣?、斷層縱橫交錯的渭河盆地及復(fù)合源體的美國阿拉斯加Shrub泥火山為實例，系統(tǒng)開展了基于InSAR災(zāi)害形變場的精確獲取及災(zāi)害機(jī)理模型的合理構(gòu)建、災(zāi)害機(jī)理綜合解譯的研究。具體內(nèi)容如下：

(1)分析了InSAR技術(shù)在獲取地震、震間、火山地表形變時面臨的主要誤差，結(jié)合本文具體研究對象，提出了合適的解決方法，并針對數(shù)據(jù)處理中面臨的多源DEM配準(zhǔn)融合問題，提出基于SAR成像幾何的DEM配準(zhǔn)方法。

(2)開展了不同地殼活動類型的InSAR形變場正演模擬與形變場特性分析，主要包括：同震形變位錯模型，震間形變模型，火山點源Mogi模型、近垂直的矩形Dyke模型、近水平矩形及水平圓形Penny-crack Sill模型、Yang長橢球立體模型。

(3)針對2014年魯?shù)镸s6.5級共軛斷層破裂地震事件中當(dāng)前缺乏地震近場研究問題，首先采用精細(xì)D-InSAR技術(shù)獲取了魯?shù)榈卣鹜鸾鼒龅乇碜冃危⒁訥PS遠(yuǎn)場同震形變?yōu)檠a充，結(jié)合余震分布確定了共軛斷層幾何結(jié)構(gòu)，反演了魯?shù)榈卣鹜鹁?xì)滑動分布，進(jìn)一步根據(jù)同震庫倫應(yīng)力作用，發(fā)現(xiàn)了魯?shù)榈卣鸨憩F(xiàn)出復(fù)雜的變形模式：主震與余震滑動深度在空間上互補，魯?shù)榈卣鹬髡鸺捌溆嗾鹂赡芤呀?jīng)完全釋放了0～20 km深處的累積彈性應(yīng)變，余震可能是動態(tài)觸發(fā)的結(jié)果；小河斷裂及龍樹斷裂則有較強的應(yīng)變累積，推斷2020年5月18號發(fā)生的巧家地震可能與魯?shù)榈卣鹩嘘P(guān)。

(4)針對渭河盆地內(nèi)部錯綜復(fù)雜多條斷層活動性事件中當(dāng)前研究多僅關(guān)注盆地局部形變的GPS和水準(zhǔn)測量為基礎(chǔ)的問題，首先，根據(jù)升軌Sentinel-1數(shù)據(jù)及降軌ALOS-2 ScanSAR數(shù)據(jù)精確獲取大范圍盆地垂向形變速率；其次，根據(jù)垂向速率場，分析了渭河盆地整個地表活動及主要斷層活動性質(zhì)，修正和識別了渭河盆地主要活動斷層位置，并支持了爭議斷層——高家村-高店斷裂的存在觀點；最后，針對渭河盆地中西部構(gòu)造活動強烈地區(qū)，構(gòu)建多斷層模型進(jìn)行多斷層震間滑動分布反演，進(jìn)一步分析了對應(yīng)斷層閉鎖程度及其與歷史地震之間的關(guān)系，證實了斷層的蠕滑特性。

(5)針對阿拉斯加復(fù)合源體Shurb泥火山活動性事件中對于該火山缺乏地面監(jiān)測系統(tǒng)和歷史信息的問題，結(jié)合InSAR技術(shù)深入開展對Shrub泥火山從地表形變高精度監(jiān)測到復(fù)合源體模型合理構(gòu)建及綜合解譯的系統(tǒng)研究，并據(jù)此提出了針對Shrub泥火山“主源體-多Sill”的長期活動概念模型。