论文题目: 基于星载D-INSAR技术的地表同震形变及震源特征参数数值模拟研究——以青藏高原昆仑山口西Ms8.1地震为例
论文类型: 博士论文
论文专业: 构造地质学
作者: 马超
导师: 马瑾,单新建
关键词: 合成孔径雷达,干涉合成孔径雷达,差分合成孔径雷达干涉测量,弹性半空间位错理论,边界元法数值模拟,昆仑山口西地震
文献来源: 中国地震局地质研究所
发表年度: 2005
论文摘要: 本文的研究提供了现代空间对地观测技术特别是差分合成孔径雷达干涉测量技术(Differential Interferometry Synthetic Aperture Radar, D-InSAR)结合GIS技术、经典地球物理学位错理论及计算机数值模拟进行强震研究的一个实例。采用国际上先进的空间对地观测技术,获得了昆仑山口西Ms8.1地震D-InSAR干涉同震形变场,结合GIS多源观测信息综合分析和Matlab信息提取,获取了一定的地震几何学及运动学边界条件;依据Okada弹性半空间位错理论,采用多段模型利用“前向模拟”的方法初步模拟了地震地表位移场;顾及昆仑山口西Ms8.1地震的非线性弹性位错特征,改进了算法,探索性地模拟了地震形变场非线性弹性位错特征,获得了对昆仑山地震地表破裂分段特征及震源特性进一步认识;在此基础上,应用地球物理学边界元数值模拟算法,模拟了震区地表及地下20公里范围内的同震位移分布特征,通过对D-InSAR、弹性位错理论及数值模拟结果的对比分析,获得了大量与昆仑山地震前期研究不同的认识,提出了一套迄今最为完整的昆仑山口西Ms8.1地震发震断层的几何学特征参数和同震位错的运动学特征参数。在吸收和借鉴前人工作成果的基础上,本论文的主要贡献在于取得了如下的结果和认识:①采用D-InSAR技术获取了昆仑山口西Ms8.1地震同震形变场.选取了20对SAR+外部DEM数据对,历时六个月,处理并获取了包括干涉位移场、相干性图像和强度图像等200多G产品。D-InSAR揭示出昆仑山口西Ms8.1地震形成一个长近430km的宏大地震地表破裂带,规模之大,为世所罕见。在空间展布上地表破裂带分为两个不相连续段落:一个为布喀达坂峰至昆仑山口段,全长约350 km,总体走向N92-105°E,断面近直立,沿破裂形成的干涉热噪区宽数百米至数千米不等,D-InSAR视线向最大左旋水平位错7.4 m,该段结构单一,为此次地震的主体破裂带,地表破裂带重叠在古地震形变带上,是一次沿老断层的重新破裂;D-InSAR干涉纹图上新发现了太阳湖-库水浣破裂段,该段全长近30 km,走向N92°E,最大视线向位移3.0 m,为新生地震破裂。东、西两段地表破裂带即太阳湖与布喀达坂峰之间存在约50 km的微量形变阶区,该区未见地表破裂。D-InSAR干涉形变场确定了库赛湖东-玉西峰段(93.08oE-93.64oE)为本次地震宏观震中区,宏观震区最大同震视线向位错7.4m(93.60oE)。D-InSAR干涉形变场还显示出破裂带南北两盘以走滑为主的左旋运动特征,从整个破裂带的位错分布来看,破裂带有多次增强和起伏,有明显分段特征。②进行了主破裂带D-InSAR视线向变化量的分解.D-InSAR获得的是地震地表视线向变化量,视线向变化量的分解一直是形变场干涉测量的一个难点。本文利用现场GPS定位的实测值,采用符合破裂带形态的线性插值函数,参照实测数据对相应点上的视线向形变量进行了合理分解,首次获得主破裂带上连续变化的水平及垂直位错同震曲线,为弹性位错分析及地球物理学数值模拟提供更准确的、沿主破裂带连续的走滑、倾滑和张滑位移三分量信息。将分解值与实测值进行对比,水平位错值偏差中误差为±0.27m,垂直位错值偏差中误差为±0.05m,分解结果尤其是垂直位错分解值与实测吻合较好。
论文目录:
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作者致谢
论文目录
图表索引
1 研究现状概述
1.1 SAR 差分干涉测量用于地震形变研究的技术优势研究现状
1.1.1 InSAR 技术回顾
1.1.2 InSAR 技术在地震形变监测中的应用
1.1.3 小结
1.2 OKADA 模型及基于弹性线性位错理论的震源参数研究现状
1.2.1 位错理论引入地震研究
1.2.2 国内外应用状况
1.2.3 InSAR 技术与 RNGCHN 数值模拟程序
1.3 地震地球物理学问题的数值模拟研究工作的进展
1.3.1 地震地质的数值模拟应用
1.3.2 POLY3D 边界元计算程序
1.4 本文问题的提出与研究的意义
1.5 本文的研究内容与技术路线
1.5.1 本文的研究内容
1.5.2 本文的技术路线
1.5.3 本文的理论基础
1.5.4 本文的选题来源
1.5.5 本文数据源时序
本章参考文献
2 昆仑山地震的构造背景研究
2.1 东昆仑构造带的构造背景
2.2 东昆仑构造带的地震活动
2.3 昆仑山口西地震概述及野外考察状况
2.3.1 昆仑山口西 Ms8.1 地震震源机制
2.3.2 昆仑山口西 Ms8.1 地震野外考察状况
2.3.3 昆仑山口西 Ms8.1 地震的大地测量数据
本章参考文献
3 InSAR 地震同震形变场的获取
3.1 差分干涉测量(D-InSAR)的基本原理
3.1.1 重复轨道干涉测量原理
3.1.2 差分干涉测量原理
3.2 昆仑山地震地表同震形变场
3.2.1 差分干涉测量实验数据的选取
3.2.2 SAR 强度图像
3.2.3 InSAR 相干性图像
3.2.4 D-InSAR 干涉纹图及视线向形变量提取
3.2.5 昆仑山口西 M58.1 级地震分段的 InSAR 干涉纹图局部特征与分析
3.3 差分干涉测量的几个关键性问题
3.3.1 InSAR 退相干规律研究
3.3.2 D-InSAR 图像后处理与镶嵌技术
3.3.3 D-InSAR 视线向形变量的分解研究
本章参考文献
4 基于 Okada 弹性半空间模型的震源参数正演
4.1 Okada 弹性半空间位错模型的理论基础
4.2 RNGCHN 程序与算法流程
4.2.1 RNGCHN 程序与 Okada 模型
4.2.2 卫星视线向与模拟形变场的转换
4.2.3 多震源前向模拟算法流程
4.3 多震源前向模拟的参数提取及初步模拟
4.3.1 昆仑山 Ms8.1 地震主破裂带地理位置的表达
4.3.2 昆仑山 Ms8.1 地震主破裂带分段研究
4.3.3 昆仑山地震主破裂带分段走滑分量的提取
4.3.4 昆仑山地震主破裂带分段垂直分量的提取
4.3.5 昆仑山地震主破裂带分段张性分量的提取
4.3.6 依据综合观测数据的破裂带初步划分
4.3.7 昆仑山地震主破裂带分段长度与走向的获取
4.3.8 模拟结果与实际观测结果比较分析
4.4 Okada 弹性线性半空间位错模型的改进算法及昆仑山地震多震源正演
4.4.1 昆仑山地震同震形变场的非线性弹性位错分布特征
4.4.2 弹性位错模型算法的改进
4.4.3 本节工作的几点意义
本章参考文献
5 昆仑山地震地下位移与应力应变分析
5.1 POLY3D 的理论基础
5.1.1 角位错(The Angular Dislocation)
5.1.2 多边形单元的建立
5.1.3 应力影响系数
5.2 POLY3D 边界元建模
5.2.1 POLY3D 的对象、单元和顶点的建立
5.2.2 POLY3D 的坐标系统
5.2.3 输入文件格式
5.3 POLY3D 的算法流程设计与模型设计
5.3.1 POLY3D 的算法流程
5.3.2 昆仑山 M58.1 地震建模设计
5.4 昆仑山口西 M58.1 地震位移分析
5.4.1 昆仑山地震地表位移场特征分析
5.4.2 昆仑山地震地下位移场特征分析
5.4.3 昆仑山地震宏观震中位移分析
5.4.4 模拟 InSAR 视线向形变场干涉纹图
5.4.5 昆仑山地震位移运动趋势分析
本章参考文献
6 结论
6.1 昆仑山地震的几何学及运动学特征
6.2 本文的特色与主要研究成果
6.3 存在问题与今后工作的设计
全文参考文献
发布时间: 2006-07-06
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