利用ers12sar影像获取西藏玛尼地震的部分差分干涉图

利用ers12sar影像获取西藏玛尼地震的部分差分干涉图

0地表变形检测合成孔雷达干扰测量技术（imar）是利用从合成孔中提取的相位信息为信息源获得三维信息和变更信息的技术。它是利用空间上分开的两副天线或同一天线在重复飞行的轨道上对同一区域进行两次成像,得到的两幅复图像(包括强度信息和相位信息)经配准后生成相位差图像,利用相位差图像来提取地面目标的三维信息。雷达差分干涉测量(D-InSAR)由InSAR引申而来,它通过同一地区不同时相的两幅干涉纹图进行差分组合或采取外部DEM模拟,消除地形影响,探测地表形变信息。可用于检测雷达视线方向厘米级或毫米级的地球表面形变,能够全天候长期获取大面积、高精度、毫米级的缓慢地表变化信息,可以得到大范围(数百千米×数百千米)的沉降趋势,在地震形变监测、地面沉降监测等方面已显示了强大的优越性。D-InSAR技术由于观测结果的准确性和观测方法的特殊性,如其得到的观测结果是整个区域面的变形信息(而其他相同精度的观测手段得到的只是一些点和线的形变观测信息),它能对人员不能到达的危险地区的变形进行高精度监测等,引起了科技界和工程界的广泛关注。国际上研究利用D-InSAR技术测量地震形变,开始于20世纪90年代初。1993年,Massonnet等利用ERS1SAR数据成功地应用InSAR技术监测到美国Landers地震的地表形变;1994年,Zebker又对Massonnet的方法提出了改进;Fujiwara等利用JERS-1星载InSAR技术监测到日本伊豆半岛的地壳形变。国内,王超等人于2000年利用InSAR技术获取了张北—尚义地震的同震形变;单新建等利用InSAR技术对2001年昆仑大地震同震形变场进行了分析;单新建等人还对西藏玛尼地震震源的断层参数进行了研究。目前,D-InSAR技术已得到广泛应用,但是其需要解决的关键技术问题还有很多。同时,由于受到数据源的限制,其用于地震形变的提取在国内例子还较少,所以有必要展开更多的研究和应用。本文在前人研究的基础上,利用ERS-1/2SAR影像进行了两轨法D-InSAR提取地震形变的尝试研究,并对获得的结果进行了分析。1d-smar数据处理地震前后获取的雷达影像生成的干涉图包含地形相位和形变相位。为了获取形变相位,必须去除地形相位,具体方法有两轨法、三轨法、四轨法。两轨法是利用震前和震后两景影像,进行干涉处理,获取干涉相位(包含地形相位和形变相位),利用外部DEM模拟在上述干涉像对的空间几何条件下的地形相位,从干涉相位中减去之,就得到了形变相位。然后经过相位解缠,解缠相位到形变量的转换计算,地理编码,得到地理坐标下的形变量。图1是两轨法D-InSAR数据处理流程。两轨法的关键是外部DEM与SAR主影像的配准。本文采用瑞士GAMMA公司开发的GAMMA雷达干涉处理软件,具体流程如下:1)获取干涉图:以震前1996年4月16日获取的ERS-2影像为主影像,震后1998年4月21日获取的ERS-2影像为辅影像。经配准、干涉、基线估计等步骤后得到干涉相位图;2)SRTMDEM模拟地形相位:由于缺乏该地区高分辨率DEM,本文的外部DEM采用美国NASA公开的SRTMDEM来模拟地形相位,空间分辨率为3弧度秒,约为90m。首先将SRTMDEM与主影像进行配准,转换到雷达坐标系下,模拟地形相位。3)获取形变量:从步骤1)中获取的干涉图中减去地形相位,得到差分干涉图,经过相位解缠,解缠相位到形变的计算,地理编码,最终获得形变量。2地表同震变形场及数据处理1997年11月8日,在西藏自治区那曲地区玛尼乡北约150km处发生了MS7.9地震,震中位于φN35.2°,λE87.3°。玛尼地震发生在藏北高原北部长达270km的玛尔盖茶卡断层附近。野外考察资料表明,玛尼地震的地表同震破裂带长120km,以左旋剪切为主,最大左旋位移量达4.5m,其东西两侧水平位移约2～3m,最大地裂缝带宽度达300～400m。许力生等1999年的研究也表明,断层性质为左旋—逆走滑断层,破裂方式为由西向东。西藏玛尼地区气候干燥,地表裸露,植被稀少,去相干因素少,非常适合利用D-InSAR技术提取地表同震位移场。本次实验选取了震前1996年4月16日和震后1998年4月21日获取的ERS-2SAR影像进行差分干涉,获取同震形变信息。外部DEM采用美国NASA免费提供的SRTM3弧度秒分辨率的DEM(见图2),数据处理采用瑞士GAMMA遥感公司开发的GAMMA软件。表1是所用SAR影像的基本参数。3区分变形条纹的意义由于西藏玛尼地区植被稀少,地表裸露,虽然时间间隔约两年,但大部分地区的相干系数均在0.5以上(见图3),总体干涉情况很好。图4给出了差分干涉条纹图,从中可以看出,形变条纹清晰可见,地震引起的断裂位置十分明显,距离断层越远条纹越稀疏,距离断层越近则条纹越密集,并且差分干涉条纹呈现以震中为中心的平行向外拓展的模式,与地震形变规律相吻合。通过形变条纹的周期变化趋势可以看出,断裂带以北的条纹向北东方向发散,断裂带以南向东南方向发散,形成左旋扭动的态势,这一结果与野外考察所得结论一致。由于地震形变较大,所以差分干涉图条纹清晰可辨,故根据条纹的数量定量的获取视线向的形变量,也可根据卫星的视角将视线向的形变量换算为水平形变量,这样避免了相位解缠,不仅节省时间,而且避免了新的误差引入。我们直接通过图4中差分干涉条纹的色周数来定量的判断由地震引起的雷达视线向形变量北盘最大约为0.7m,南盘最大约为0.8m。表明了两轨法D-InSAR技术探测地震大范围形变的巨大潜力和优势。需要指出的是,由于大气效应、基线估计误差、外部DEM的误差等的存在,我们认为图4中远离断裂的上半部分为误差,不是形变条纹。由于受数据的限制,本文只包含了玛尼地震引起的部分断裂,研究具有区域性。而单新建等的研究结果覆盖了整个地震断裂,是全局的。4断层上盘和下盘计算本文尝试利用两轨法D-InSAR技术获取了1997年玛尼地震的部分形变,认为由地震引起的雷达视线向形变量北盘最大约为0.7m,南盘最大约为0.8m。表明了利用D-InSAR技术获取地震形变的巨大潜力和优势。研究得到的是视线向相对形变量,即假定离断裂带远处的某点形变量为0,得到的断层上盘和下盘的最大形变量。如果有控制点,则可以得到整个地区的绝对形变量。另外,研究得到的形变量是雷达视线向的,而实际的形变可能是任意方向的,所以需要根据经验和地表实测数据建立形变模型模拟反演,才能确定形变机制。我国幅员辽阔,自然条件复杂,很多地区如青藏地区自然条件极其恶劣,很难也不太可能通过常规手段进行监测,致使这些地区的监测资料缺少。而InSAR技术不受这些因素的限制,具有全天候、全天时作业的优势,并且这些地区植被稀少,更利于发挥InSAR技术的优势。InSAR技术的应用使我