基于PS-InSAR技術的海原斷裂帶地殼形變觀測研究

屈春燕 單新建 徐小波

（中國地震局地質研究所，北京 100029）

基于單像對的常規D-InSAR技術在形變量較大的地震同震形變場探測中已取得成功應用，但由于其受時間、空間失相干和大氣影響的嚴重制約，難以應用于長期緩慢微小地殼形變的觀測研究中。近幾年發展起來的PS-InSAR（Permanent scatterer InSAR）技術是對常規D-InSAR的創新性發展，它通過將干涉處理對象集中在SAR圖象中散射特性穩定的高相干點集上（人工建筑物或巨石、山峰等自然地物），避開非相干象元可能帶來的各種復雜問題，從而間接克服了相位失相關和大氣延遲的局限性，極大地提高了干涉測量的精度和可靠性，使基于InSAR技術的mm級微小地殼形變的遙感觀測得以實現。

海原斷裂帶是我國西部重要的活動地塊邊界構造帶和強震活動帶，在該斷裂帶上曾發生過 1920年海原8.5級大地震，產生了10.5 m的最大左旋走滑位移，形成了長達237 km、幾乎貫穿整個海原斷裂的地表破裂帶。監測海原斷裂帶的現今地殼形變速率，了解其現今活動行為，不僅是評價和預測海原斷裂帶潛在地震危險性所必需的重要工作，而且對研究青藏高原東北緣地殼活動特征和該區域大型走滑斷裂的相互作用具有重要意義。關于海原斷裂帶的現今地殼形變特征，前人已用基于地形地貌特征和測年的傳統地質學方法和GPS大地測量技術開展了大量觀測研究，雖然不同學者得出的海原斷裂形變速率有所差異，但基本都在3～10 mm/a的范圍內。

圖1 利用PS-InSAR方法獲得的海原斷裂中段長期緩慢地殼形變速率圖（紅色虛線示意海原斷裂）

我們采用PS-InSAR技術，利用2003年8月至2010年3月的38景ENVISAT/ASAR雷達數據，在海原斷裂中段和東段各選了一個實驗區進行了PS-InSAR長期緩慢地殼形變觀測試驗研究，以期了解和認識海原斷裂的現今地殼活動特征。通過識別和提取高相干PS點目標，對PS點相位進行差分干涉和線性回歸等處理過程，逐步去除了軌道誤差、地形誤差和大氣延遲等相位成分，獲得了PS點線性形變速率及累積位移時序圖像。圖1為處理得到的海原斷裂中段PS點形變速率圖。圖1表明，海原斷裂附近PS點的形變速率具有良好的均勻性和趨勢性，并且在斷裂兩側顯示明顯的形變速率梯度差異，跨斷層LOS向相對形變速率約為5 mm/a。形變方向與左旋走滑運動特征一致。這一結果與地質學及 GPS等手段研究獲得的海原斷裂左旋走滑速率基本一致。但PS-InSAR方法獲得的跨斷層形變速率是由大量密集的PS點共同揭示出來的，具有場的特征，能夠反映斷裂帶附近地殼形變的空間連續變化趨勢和形變差異，可為地面離散定點觀測提供良好補充。PS-InSAR技術在長期緩慢斷裂帶地殼形變探測中具有廣闊的應用前景和巨大發展潛力，有望成為探測震間微小形變，獲取地震形變異常的有效途徑之一。