InSAR高精度觀測地震形變場及其三維重建技術(shù)研究

劉 斌

（中國地震局工程力學(xué)研究所，哈爾濱 150080）

（作者電子信箱，劉斌：lbin0226＠163．com）

目前，InSAR已成為監(jiān)測地震同震、震后以及震間斷層滑動的重要手段之一，但由于In－SAR數(shù)據(jù)處理過程中存在多種誤差的累積使得測量精度受到影響。本文從InSAR形變監(jiān)測數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵環(huán)節(jié)入手，系統(tǒng)分析各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)的誤差貢獻(xiàn)，探討InSAR誤差干擾項的消除方法。在此基礎(chǔ)上，研究了利用DEM校正InSAR大氣垂直分層延遲相位的方法，進(jìn)而將這種方法應(yīng)用于2008年當(dāng)雄地震同震和震后形變觀測；推導(dǎo)了系統(tǒng)和隨機(jī)2種觀測誤差在三維形變場解算模型中的傳播規(guī)律，進(jìn)而研究了地震三維形變場最優(yōu)解算模型。本文的研究取得了如下主要研究成果：

（1）系統(tǒng)總結(jié)了InSAR形變監(jiān)測數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵環(huán)節(jié)的主要誤差項：配準(zhǔn)誤差、干涉圖相位噪聲、DEM誤差相位、基線估計殘差相位以及相位解纏誤差等。綜合運(yùn)用理論推導(dǎo)、數(shù)值模擬和實例數(shù)據(jù)分析相結(jié)合的方法，深入分析了這些誤差干擾項對InSAR形變信號提取的影響特征，并給出了相應(yīng)的誤差校正策略。另外，根據(jù)誤差傳播定律，分析了InSAR大氣附加相位對形變信號的影響程度。分析表明：InSAR基線估計殘余相位和大氣延遲相位是影響InSAR觀測準(zhǔn)確度的主要因素。

（2）深入研究了InSAR大氣附加相位的空間變化特征，在此基礎(chǔ)上將InSAR大氣延遲相位重新劃分為：空間平均分量，與高程相關(guān)分量，以及大氣湍流混合分量。引入變異函數(shù)理論，推導(dǎo)出了InSAR大氣延遲相位的變異函數(shù)組成結(jié)構(gòu)，并分析得到了重新分類后大氣延遲相位各分量的空間變異特征。通過分析DEM和InSAR大氣延遲相位各分量的實驗變異函數(shù)曲線變化特征，提出了基于地形數(shù)據(jù)的InSAR大氣垂直分層延遲相位校正流程。為了構(gòu)建基于DEM的最優(yōu)大氣校正模型，本文進(jìn)一步給出了3種方法確定相位／地形最優(yōu)函數(shù)關(guān)系，同時評價了這3種方法的優(yōu)缺點。

（3）利用MERIS反演的PWV研究了2008當(dāng)雄地震震中區(qū)域的InSAR大氣延遲相位變化特征，結(jié)果表明：研究區(qū)內(nèi)的水汽在大尺度上的時空變化微弱；而MERIS水汽產(chǎn)品不能反映小尺度的水汽變化。因此，本文選擇采用DEM校正InSAR同震形變干涉圖，根據(jù)校正后的干涉圖，本文發(fā)現(xiàn)：當(dāng)雄地震除了同震階段產(chǎn)生的構(gòu)造形變外，地震還導(dǎo)致沿啰朗曲河谷出現(xiàn)了地裂縫、地震滑坡、崩塌等非構(gòu)造震害現(xiàn)象。通過引入地形校正大氣策略（TCAD），提出了SBAS－TCAD InSAR時序分析算法，有效解決了InSAR時序解纏圖中存在大氣垂直分層殘余延遲相位的問題。進(jìn)而利用該算法分析了發(fā)震斷層的震后形變演變過程：在震后最初10個月，發(fā)震斷層上盤的形變變化呈現(xiàn)出隨時間按照對數(shù)衰減的特征；而發(fā)震斷層下盤的震后形變過程在震后最初6個月內(nèi)呈現(xiàn)隨時間指數(shù)增長的趨勢，而后4個月內(nèi)表現(xiàn)為對數(shù)衰減特征。最后，在同震和震后階段的發(fā)震斷層形變結(jié)果分析的基礎(chǔ)上，利用Okada模型反演得到了發(fā)震斷層的同震滑動分布情況。

（4）系統(tǒng)分析了方位向形變測量技術(shù)Offset－Tracking和 MAI兩種方法的精度影響因素，并根據(jù)這些因素對方位向形變監(jiān)測的影響特征，分別給出了Offset－Tracking和MAI方法監(jiān)測方位向形變的處理流程。總結(jié)了目前解算地震三維同震形變場的幾類主要構(gòu)建模型，并評價了這幾類模型的解算穩(wěn)健性問題。根據(jù)誤差傳播定律，推導(dǎo)出了不同類別的觀測誤差（偶然誤差和系統(tǒng)誤差）在三維重建模型中的傳播規(guī)律。分別以Bam地震、Hector mine地震和改則地震為例，根據(jù)觀測數(shù)據(jù)類型和質(zhì)量的不同，針對這幾次典型地震，分別給出了其三維同震形變場解算的最優(yōu)模型。