基于InSAR技术的地震构造和火山形变获取及模型解译研究

牛玉芬

河北工程大学，河北 邯郸 056038

地壳深部构造动力学过程会引起山脉隆升、盆地断陷等一系列复杂的地质构造现象，在此过程中往往伴随着地震、火山等地质灾害的发生，这些频发的地质灾害严重危害着人类的生存环境。作为遥感对地观测的全新技术，合成孔径雷达干涉技术(InSAR)克服了传统形变监测手段的不足，可为高精度监测地震、火山等地质灾害形变及构建灾害机理模型提供必需的基础信息，特别是随着星载SAR传感器对地观测技术的不断发展，SAR影像时空分辨率大大提高，SAR卫星的种类和成像模式日趋丰富，这为InSAR技术持续有效开展灾害形变监测提供了广阔的应用前景。基于此，论文以地壳深部动力学过程引起的典型同震、震间、火山类型灾害为主要研究对象，并针对当前InSAR技术在数据匮乏、自然环境恶劣、地质构造错综复杂、先验约束信息不足等极端条件下地震同震形变获取、断陷盆地震间形变监测、泥火山活动形变周期以及这些灾害机理解译方面存在的局限性，在分析不同断层活动特性、不同火山岩浆侵入模型对应不同InSAR形变场特性基础上，具体以共轭断层破裂2014年鲁甸地震、断层纵横交错的渭河盆地及复合源体的美国阿拉斯加Shrub泥火山为实例，系统开展了基于InSAR灾害形变场的精确获取及灾害机理模型的合理构建、灾害机理综合解译的研究。具体内容如下：

(1)分析了InSAR技术在获取地震、震间、火山地表形变时面临的主要误差，结合本文具体研究对象，提出了合适的解决方法，并针对数据处理中面临的多源DEM配准融合问题，提出基于SAR成像几何的DEM配准方法。

(2)开展了不同地壳活动类型的InSAR形变场正演模拟与形变场特性分析，主要包括：同震形变位错模型，震间形变模型，火山点源Mogi模型、近垂直的矩形Dyke模型、近水平矩形及水平圆形Penny-crack Sill模型、Yang长椭球立体模型。

(3)针对2014年鲁甸Ms6.5级共轭断层破裂地震事件中当前缺乏地震近场研究问题，首先采用精细D-InSAR技术获取了鲁甸地震同震近场地表变形，并以GPS远场同震形变为补充，结合余震分布确定了共轭断层几何结构，反演了鲁甸地震同震精细滑动分布，进一步根据同震库伦应力作用，发现了鲁甸地震表现出复杂的变形模式：主震与余震滑动深度在空间上互补，鲁甸地震主震及其余震可能已经完全释放了0～20 km深处的累积弹性应变，余震可能是动态触发的结果；小河断裂及龙树断裂则有较强的应变累积，推断2020年5月18号发生的巧家地震可能与鲁甸地震有关。

(4)针对渭河盆地内部错综复杂多条断层活动性事件中当前研究多仅关注盆地局部形变的GPS和水准测量为基础的问题，首先，根据升轨Sentinel-1数据及降轨ALOS-2 ScanSAR数据精确获取大范围盆地垂向形变速率；其次，根据垂向速率场，分析了渭河盆地整个地表活动及主要断层活动性质，修正和识别了渭河盆地主要活动断层位置，并支持了争议断层——高家村-高店断裂的存在观点；最后，针对渭河盆地中西部构造活动强烈地区，构建多断层模型进行多断层震间滑动分布反演，进一步分析了对应断层闭锁程度及其与历史地震之间的关系，证实了断层的蠕滑特性。

(5)针对阿拉斯加复合源体Shurb泥火山活动性事件中对于该火山缺乏地面监测系统和历史信息的问题，结合InSAR技术深入开展对Shrub泥火山从地表形变高精度监测到复合源体模型合理构建及综合解译的系统研究，并据此提出了针对Shrub泥火山“主源体-多Sill”的长期活动概念模型。