InSAR高精度觀測地震形變場及其三維重建技術研究

劉 斌

（中國地震局工程力學研究所，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數據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形變監測數據處理關鍵環節入手，系統分析各個關鍵環節的誤差貢獻，探討InSAR誤差干擾項的消除方法。在此基礎上，研究了利用DEM校正InSAR大氣垂直分層延遲相位的方法，進而將這種方法應用于2008年當雄地震同震和震后形變觀測；推導了系統和隨機2種觀測誤差在三維形變場解算模型中的傳播規律，進而研究了地震三維形變場最優解算模型。本文的研究取得了如下主要研究成果：

（1）系統總結了InSAR形變監測數據處理關鍵環節的主要誤差項：配準誤差、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。綜合運用理論推導、數值模擬和實例數據分析相結合的方法，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，并給出了相應的誤差校正策略。另外，根據誤差傳播定律，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，與高程相關分量，以及大氣湍流混合分量。引入變異函數理論，推導出了InSAR大氣延遲相位的變異函數組成結構，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曲線變化特征，提出了基于地形數據的InSAR大氣垂直分層延遲相位校正流程。為了構建基于DEM的最優大氣校正模型，本文進一步給出了3種方法確定相位／地形最優函數關系，同時評價了這3種方法的優缺點。

（3）利用MERIS反演的PWV研究了2008當雄地震震中區域的InSAR大氣延遲相位變化特征，結果表明：研究區內的水汽在大尺度上的時空變化微弱；而MERIS水汽產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，根據校正后的干涉圖，本文發現：當雄地震除了同震階段產生的構造形變外，地震還導致沿啰朗曲河谷出現了地裂縫、地震滑坡、崩塌等非構造震害現象。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。進而利用該算法分析了發震斷層的震后形變演變過程：在震后最初10個月，發震斷層上盤的形變變化呈現出隨時間按照對數衰減的特征；而發震斷層下盤的震后形變過程在震后最初6個月內呈現隨時間指數增長的趨勢，而后4個月內表現為對數衰減特征。最后，在同震和震后階段的發震斷層形變結果分析的基礎上，利用Okada模型反演得到了發震斷層的同震滑動分布情況。

（4）系統分析了方位向形變測量技術Offset－Tracking和 MAI兩種方法的精度影響因素，并根據這些因素對方位向形變監測的影響特征，分別給出了Offset－Tracking和MAI方法監測方位向形變的處理流程。總結了目前解算地震三維同震形變場的幾類主要構建模型，并評價了這幾類模型的解算穩健性問題。根據誤差傳播定律，推導出了不同類別的觀測誤差（偶然誤差和系統誤差）在三維重建模型中的傳播規律。分別以Bam地震、Hector mine地震和改則地震為例，根據觀測數據類型和質量的不同，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模型。