基于ps—insar技術的麗江斷裂形變監(jiān)測研究

1、<p>　　基于PS—InSAR技術的麗江斷裂形變監(jiān)測研究</p><p>　　摘要：基于PSInSAR技術，利用歐空局28景ENVISAT ASAR數據，運用小基線集干涉處理方法，提取并分析了麗江斷裂2003～2010年的平均形變速率。研究結果顯示：（1）麗江斷裂具左旋走滑形變特征；（2）年平均LOS向形變速率在3～5 mm/a之間，與地質資料較吻合。該研究為麗江地區(qū)地震預測提供一種可靠的斷裂帶活動數

2、據，但麗江斷裂進入城區(qū)后受城市化活動影響，斷裂形變與地面沉降信息共存，較難分離。 </p><p>　　關鍵詞：PSInSAR；麗江斷裂；形變速率；LOS向 </p><p>　　中圖分類號：P315727文獻標識碼：A文章編號：1000-0666（2013）03-0319-05 </p><p><b>　　0前言 </b></p>

3、;<p>　　以麗江市區(qū)為界，麗江—金河斷裂分為南西和北東兩段。該斷裂帶晚第四紀以來表現出較強的活動性。在麗江—永勝公路12 km處可見該斷裂東支斷層的地質剖面，斷層明顯切錯古近系上部麗江組礫巖。斷面產狀NE28°/NW47°，其中發(fā)育側伏向SW，傾伏角35°～40°的擦痕，判斷該斷層的最新錯動為左旋走滑—正斷性質；對取自該斷層的樣品的熱釋光絕對年齡測定，其最新活動發(fā)生在距今3～21

4、 ka。沿斷裂帶地震活動頻繁，在區(qū)內長120 km區(qū)段內，自1481年以來共記錄M≥40地震20余次，較強的兩次地震為1751年5月25日劍川6級地震以及1996年2月3日麗江7級地震；這兩次地震的等震線長軸方向均為NE向，受麗江—小金河斷裂控制，形成一條橫貫研究區(qū)東南部的地震活動帶（蘇生瑞等，2004；韓竹軍等，2004；周光全等，1997）。 </p><p>　　對研究區(qū)斷裂帶方向及活動性（速率）的測量，為

5、定量化研究斷裂構造對地應力場的影響以及揭示斷裂帶動力學機制提供必要的數據。雖然王永安等（2004）、牛安福等（2004）、李忠華等（1998）在麗江地區(qū)及其鄰區(qū)開展過地應力及水準測量工作，但由于測點分散、測量深度相差較大，測量值和方向都較為分散。永久散射體雷達干涉測量（Permanent ScatterInterferometric Synthetic Aperture Radar，簡稱PSInSAR）技術的優(yōu)點在于解決時間失相關的同時

6、，計算并消除大氣、地形影響與軌道誤差，保證干涉處理的正常進行，并可以獲取毫米級精度的地表形變信息。PSInSAR作為空間探測的新技術，為高精度監(jiān)測斷層微形變速率提供了時間域的連續(xù)動態(tài)監(jiān)測和空間域的大量測點，為定量化計算研究區(qū)的應力場提供了必要的、精確的數據，在地震、地質災害監(jiān)測方面得到了廣泛應用（Ferretti et al，2000，2001；張景發(fā)等，2006；陳國滸等，2010；郭炳躍等，2011；屈春燕等，2011；許才軍等，2

7、011）。本文應用PSInSAR技術解析了麗江斷裂微形變速率及特征。 </p><p>　　1PSInSAR數據處理方法111數據選取利用PSInSAR技術監(jiān)測地殼形變需要同一地區(qū)大量的影像對，以保證較高的計算精度。目前常用的衛(wèi)星數據有：歐洲ENVISAT、加拿大的RADARSAT、日本ALOS及德國的TerrSARX衛(wèi)星。ENVISAT衛(wèi)星由歐空局2002 年發(fā)射，搭載的雷達傳感器ASAR工作波段波長為56 c

8、m（C波段）?？紤]天氣狀況、軌道參數及數據可獲得性等因素，我們獲取麗江地區(qū)28景ENVISAT衛(wèi)星降軌IS2模式，VV極化SLC數據（表1），外部DEM數據采用美國宇航局噴氣推進實驗室SRTM3′數據（約90 m分辨率）。ENVISAT衛(wèi)星的軌道數據采用DORIS精密軌道，以提高初始干涉測量的軌道精度。1地震研究136卷第3期劉智榮等：基于PS-InSAR技術的麗江斷裂形變監(jiān)測研究表1ASAR數據（垂直基線距由DORIS精密軌道計算）

9、</p><p>　　Tab1ASAR Data（vertical baseline distance </p><p><b>　　2數據處理方法 </b></p><p>　　因為活動斷裂所處的地區(qū)地勢往往較復雜（圖1），東部與西南地區(qū)植被影響較嚴重，而且活動斷裂的地表形變并不是嚴格的呈現線性形變特征，可能在某些時間內會有突然的變形作用。綜

10、合以上因素，本文應用斯坦福大學開發(fā)的Standford Method for Persistent Scatter（StaMPS）（Hooper，2006，2008）對麗江斷裂形變特征進行提取。StaMPS方法的最大優(yōu)勢是可以在植被區(qū)或山區(qū)獲取比較可靠的PS點，特別適用于活動斷裂所處的地質與地理條件，而且它不需要先驗的形變模型，就可以捕捉非線性形變信息，計算精度也可以滿足活動斷裂形變監(jiān)測的要求。 </p><p>

11、;　　22麗江斷裂形變特征分析 </p><p>　　由于雷達衛(wèi)星干涉測量存在視線向模糊問題（洪順英，2010），基于PSInSAR獲取的年平均形變速率圖反映的是衛(wèi)星LOS向的形變測量結果。從圖3分析，拉市海附近有比較明顯的LOS向沉降形變，年平均形變速率最大可達-96 mm/a，根據其所處的地理環(huán)境，推測如此明顯的LOS向形變最有可能與拉市海周圍的地面沉降有關，而并非受斷層活動影響。另一個明顯的LOS向沉降形變

12、位于蛇山公園西南側，形變影響范圍只限于局部，沒有形成比較明顯的線性分析特征，推測其可能也與地面沉降有關。因此，PSInSAR測量的地表形變場不僅僅與活動斷裂有關，還與地面沉降影響有關，是一個多因素共同作用的結果。 </p><p>　　為了分析麗江斷裂的形變特征，沿麗江斷裂可見空間上不連續(xù)的形變梯度帶，尤其在獅子山與打那子附近的形變界線最為明顯。但是，獅子圖3疊加在DEM上的平均速率 </p>&l

13、t;p>　　Fig3The mean velocity superimposed </p><p>　　on the DEM in LOS direction圖4平均速率標準偏差 </p><p>　　Fig4The standard deviation of mean </p><p>　　velocity in LOS direction山南側沿麗江斷裂N

14、E向存在形變界線外，其西側沿NNE方向似乎也存在一條長2～3 km的形變界線一直延伸至象山（圖4）。通過仔細驗證，發(fā)現獅子山以東、以北地區(qū)主要為麗江古城遺址，而且古城遺址與獅子山附近的形變界線基本吻合；麗江古城自2003年以來就一直處于受保護狀態(tài)，地表變形相對穩(wěn)定，而其它城區(qū)可能因地下水開采引起地面沉降。所以，獅子山南側沿麗江斷裂NE向的形變界線并不能完全代表麗江斷裂的活動，它應該是活動斷裂與地面沉降的綜合結果；而獅子山西側沿NNE向的

15、形變界線可能主要與地面沉降有關。所以，麗江斷裂進入城區(qū)后由于城市化活動影響，PSInSAR觀測到的形變界線模糊或存在多解性。 　　打那子附近的形變界線可能與麗江斷裂的活動是緊密相關的，因為此形變界線附近的人為活動影響弱，基本上可以排除城市化造成的地面沉降影響。垂直于麗江斷裂走向進行形變速率剖面線分析（圖5）可知，麗江斷裂NW盤與SE盤的LOS向年變速率相差約3～5 mm/a，NW盤表現為相對遠離衛(wèi)星方向運動，南東盤表現為相對靠近衛(wèi)星方

16、向運動，反映了麗江斷裂左旋走滑的特征。圖5麗江斷裂形</p><p>　　Fig5Deformation section line of the Lijiang FaultPSInSAR揭示的2003～2010年麗江斷裂的年變速率約為3～5 mm/a，與向宏發(fā)等（2002）給出的歷史滑動速率基本相當，表明麗江斷裂目前地殼活動相對穩(wěn)定。 </p><p><b>　　3結論 <

17、;/b></p><p>　　基于PSInSAR形變探測原理，運用小基線集干涉處理方法提取、分析了麗江斷裂2003～2010年的平均形變速率。結果表明：麗江斷裂具左旋走滑形變特征，年平均LOS向滑動速率可達3～5 mm左右，目前處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。麗江城區(qū)局部以及拉市海附近存在較明顯的地面沉降，最大沉降速率可達-96 mm/a。 </p><p>　　本文的研究為麗江地區(qū)地震預測增加了

18、可靠的斷裂活動數據，有助于推進PSInSAR技術在活動斷裂形變監(jiān)測中的進一步應用。但是麗江斷裂進入城區(qū)后，受城市化干擾因素影響，PS-InSAR測量獲得的地表形變信息中存在地面沉降的干擾，目前尚沒有好的方法進行分離。 </p><p>　　感謝歐空局（ESA）提供的ASAR科學數據服務（編號C1P5623）。 </p><p><b>　　參考文獻： </b><

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