基于DInSAR技术对漾濞多源地震反演及分析付占宝

基于 DInSAR 技术对漾濞多源地震反演及分析付占宝
发布时间：2021-12-17T09:35:09.894Z 来源：《基层建设》2021年第18期作者：付占宝
[导读] 近期地震灾害频发，研究其灾害影响范围及规律对于灾后救援及重建具有重要意义。

针对传统测量手段难以施展、无人机影像难以覆盖大面积地质灾害等问题，文章采用合成孔径雷达差分干涉测量（ DInSAR ）技术，
重庆交通大学土木工程学院重庆市 400074
摘要：近期地震灾害频发，研究其灾害影响范围及规律对于灾后救援及重建具有重要意义。

针对传统测量手段难以施展、无人机影像难以覆盖大面积地质灾害等问题，文章采用合成孔径雷达差分干涉测量（ DInSAR ）技术，处理漾濞县地震前后两幅影像，得到地震区域形变数据。

结果表明：区域内最大形变量可达 8cm ，且形变量级与震级无直接关系，而是与周围地势直接相关。

关键词： DInSAR 、漾濞县、同震形变场、地震
1.研究区及数据
1.1 研究区
研究区位于云南省大理白族自治州漾濞县，位于滇西北地区，属横断山脉；海拔在 1174m—4122m ，地形起伏大，地势北陡南缓[1-2]；区域内最近的断层为维西—乔后断裂[3] ，较大的断裂带为红河断裂带，符合易灾孕灾条件[4]。

1.2 数据
反演采用的原始影像数据为哨兵一号（Sentinel－1A）雷达影像数据， C 波段成像，且其本身具有严密的轨道控制技术、极短的重访周期，确保影像相干性高，卫星位置和姿态角良好。

此次实验选取 2021 年 5 月 10 日和 22 日两景降轨影像，成像时间为 22 点 14 分，处于多源地震频发时刻，极化方式采用 VV 极化；反演采用的数字高程模型（DEM）为 SRTM1 产品，其分辨率为 30 米。

2 地震反演
2.1 反演原理
合成孔径雷达差分干涉测量（DInSAR）技术的思想是通过雷达发射微波获取卫星与地面间的斜距，在一定时期内对获取的两次斜距进行差分，便可以得到这时期内斜距的变化，即为形变量信息[5-6]。

但雷达本身、大气、地形等都会产生相应的噪声信息对形变结果产生影响[7] ，要得到较为纯净的形变信息还要对噪声相位进行剔除[8]。

2.2 反演过程
研究区提取及导入：直接获取得到的影像并不直接应用于数据计算，需要将卫星精密轨道文件所包含的信息写入影像文件中；且宽幅模式的条带宽幅为 250km ，覆盖范围面积广，为降低数据冗余、提升计算速度，仅需提取研究区所在区域即可。

配准：将影像（TOPSSLC）数据通过配准策略迭代运算结果的方位向校正小于 0.005 个像元，保证相邻的观测单元间不会出现相位跳变。

差分干涉：影像数据以复数形式表达相位信息，所以要获取两次影像的斜距差，需要对复数影像进行差分干涉，得到差分相位。

在差分过程后会生成相干系数图，设置相干性阈值为 0.2 ，便于后续剔除低相干数据。

相位剔除：在差分相位中，可以采用 DEM 与精密轨道数据，结合地面控制点（GCP）消弱地形相位与参考椭球相位的影响[9]；采用自适应滤波的方法消弱噪声相位的影响；对于大气相位，由于影像成像时间跨度小，对于大尺度形变可忽略不计。

3.结果及分析
通过上述数据处理，可以得到如图 1 所示结果
从多源同震形变场反演结果中可以看出区域内无断裂带，且在反演期间共记录 14 次 4.0 级别以上的地震，形变量在 9cm 以内，最大形变量为 8.4cm。

结合地震源及其级别点位数据可以看出地震级别与其形变量并不一致，震级为 6.4 的震源点形变量仅为 1.3cm ，而震级为 4.0 的震源点最大可达 4.7cm ，而同为 4.0 震级的点形变量差值可达 3.3cm ，故形变与震级并无直接关联。

从海拔高度来看，震级 6.4 与震级 5.6 的海拔分别为 2276m 和 2292m，但形变量差 3.7cm，而震级 6.4 与震级 5.0 的海拔与形变差距很小，所以形变量与海拔并不直接
相关；结合底图地势可以发现，形变量与震源点的震级及周围地势相关，震级越大、周围地势越陡峭复杂，形变量级越大；在多源同震形变场的东南方向较西北方向地势复杂，震源点的形变量也就越大。

4.结论
经过对研究区数据处理，得到该区域的多源同震形变场，结合震源点
位数据，分析得到如下结论：
1.区域内震级从 4.0—6.4，最大形变量为 8.4cm，并不处于震源点位置；其中震级为 6.4 的点位形变量为 1.3cm，震源点最大形变量为 5cm，震级为 5.6。

2.在多源形变场中，主震、余震交替造成地势复杂区域产生较大的形变量，影响地势低洼平坦的聚居地；而周围地势较一致的、震级较大的区域则产生较小的形变量，也会一定程度影响居民生命安全。

参考文献
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[2]张克亮, 甘卫军, 梁诗明, 肖根如,代成龙, 王阅兵, 李长军, 张玲, 马广庆.2021 年 5 月 21 日 M_S6.4 漾濞地震 GNSS 同震变形场及其约束反演的破裂滑动分布[J].地球物理学报,2021,64(07):2253-2266.
[3]叶涛, 陈小斌,黄清华,崔腾发.2021年5 月21 日云南漾濞地震(M_S6.4) 震源区三维电性结构及发震机制讨论[J].地球物理学报,2021,64(07):2267 -2277.
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[6]张腾,谢帅,黄波,范景辉, 陈建平,童立强.利用 Sentinel- 1 和 ALOS-2 数据探测茂县中部活动滑坡[J].国土资源遥感,2021,33(02):213-219.
[7]周鹏,周光.基于 Sentinel- 1A 卫星 SAR 数据地震同震形变场反演—— 以意大利佩鲁贾地震为例[J].河北北方学院学报(自然科学版),2019,35(05):
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[8]付波霖, 蓝斐芜, 邓腾芳, 李颖, 何宏昌, 范冬林, 高二涛, 杨高. 基于 DInSAR 的洪河国家级自然保护区沼泽水位相对变化量监测研究[J].湿地科学,2021,19(01):27-39.
[9]文刚,周仿荣, 马仪,金晶,黄然.DInSAR 技术在某水电站引水沟渠地表沉降监测中的应用[J].电工技术,2020,{4}(23):91-93.。