基于PS-InSAR技術(shù)的海原斷裂帶地殼形變觀測(cè)研究

屈春燕 單新建 徐小波

（中國(guó)地震局地質(zhì)研究所，北京 100029）

基于單像對(duì)的常規(guī)D-InSAR技術(shù)在形變量較大的地震同震形變場(chǎng)探測(cè)中已取得成功應(yīng)用，但由于其受時(shí)間、空間失相干和大氣影響的嚴(yán)重制約，難以應(yīng)用于長(zhǎng)期緩慢微小地殼形變的觀測(cè)研究中。近幾年發(fā)展起來的PS-InSAR（Permanent scatterer InSAR）技術(shù)是對(duì)常規(guī)D-InSAR的創(chuàng)新性發(fā)展，它通過將干涉處理對(duì)象集中在SAR圖象中散射特性穩(wěn)定的高相干點(diǎn)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(fù)雜問題，從而間接克服了相位失相關(guān)和大氣延遲的局限性，極大地提高了干涉測(cè)量的精度和可靠性，使基于InSAR技術(shù)的mm級(jí)微小地殼形變的遙感觀測(cè)得以實(shí)現(xiàn)。

海原斷裂帶是我國(guó)西部重要的活動(dòng)地塊邊界構(gòu)造帶和強(qiáng)震活動(dòng)帶，在該斷裂帶上曾發(fā)生過 1920年海原8.5級(jí)大地震，產(chǎn)生了10.5 m的最大左旋走滑位移，形成了長(zhǎng)達(dá)237 km、幾乎貫穿整個(gè)海原斷裂的地表破裂帶。監(jiān)測(cè)海原斷裂帶的現(xiàn)今地殼形變速率，了解其現(xiàn)今活動(dòng)行為，不僅是評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)海原斷裂帶潛在地震危險(xiǎn)性所必需的重要工作，而且對(duì)研究青藏高原東北緣地殼活動(dòng)特征和該區(qū)域大型走滑斷裂的相互作用具有重要意義。關(guān)于海原斷裂帶的現(xiàn)今地殼形變特征，前人已用基于地形地貌特征和測(cè)年的傳統(tǒng)地質(zhì)學(xué)方法和GPS大地測(cè)量技術(shù)開展了大量觀測(cè)研究，雖然不同學(xué)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(nèi)。

圖1 利用PS-InSAR方法獲得的海原斷裂中段長(zhǎng)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(shù)，利用2003年8月至2010年3月的38景ENVISAT/ASAR雷達(dá)數(shù)據(jù)，在海原斷裂中段和東段各選了一個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)進(jìn)行了PS-InSAR長(zhǎng)期緩慢地殼形變觀測(cè)試驗(yàn)研究，以期了解和認(rèn)識(shí)海原斷裂的現(xiàn)今地殼活動(dòng)特征。通過識(shí)別和提取高相干PS點(diǎn)目標(biāo)，對(duì)PS點(diǎn)相位進(jìn)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(diǎn)線性形變速率及累積位移時(shí)序圖像。圖1為處理得到的海原斷裂中段PS點(diǎn)形變速率圖。圖1表明，海原斷裂附近PS點(diǎn)的形變速率具有良好的均勻性和趨勢(shì)性，并且在斷裂兩側(cè)顯示明顯的形變速率梯度差異，跨斷層LOS向相對(duì)形變速率約為5 mm/a。形變方向與左旋走滑運(yùn)動(dòng)特征一致。這一結(jié)果與地質(zhì)學(xué)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(diǎn)共同揭示出來的，具有場(chǎng)的特征，能夠反映斷裂帶附近地殼形變的空間連續(xù)變化趨勢(shì)和形變差異，可為地面離散定點(diǎn)觀測(cè)提供良好補(bǔ)充。PS-InSAR技術(shù)在長(zhǎng)期緩慢斷裂帶地殼形變探測(cè)中具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大發(fā)展?jié)摿?，有望成為探測(cè)震間微小形變，獲取地震形變異常的有效途徑之一。