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地震同震滑动分布反演的总体最小二乘方法

测绘学报 2017年第3期46卷 307-315页

作者：王乐洋李海燕温扬茂许才军东华理工大学测绘工程学院江西南昌330013 流域生态与地理环境监测国家测绘地理信息局重点实验室江西南昌330013 武汉大学测绘学院湖北武汉430079

同震滑动分布参数与地表形变间的线性关系依赖于格林函数矩阵的构造,格林函数矩阵元素与破裂面位置、几何参数、破裂方式及位错模型假设等因素有关。本文尝试考虑格林函数矩阵元素的误差来补偿上述原因在一定程度上对反演参数的影响,采... 详细信息

同震滑动分布参数与地表形变间的线性关系依赖于格林函数矩阵的构造,格林函数矩阵元素与破裂面位置、几何参数、破裂方式及位错模型假设等因素有关。本文尝试考虑格林函数矩阵元素的误差来补偿上述原因在一定程度上对反演参数的影响,采用同时顾及系数矩阵(格林函数矩阵)和观测向量两者误差的总体最小二乘方法反演同震滑动分布。首先确定了系数矩阵元素和观测向量的协因数矩阵,考虑到格林函数矩阵的病态性(秩亏),借助拉普拉斯二阶平滑得到正则化矩阵,采用总体最小二乘正则化法反演同震滑动分布。并对2009年意大利中部拉奎拉(L’Aquila)Mw6.3级地震实例进行同震滑动分布反演研究。结果表明,拉奎拉地震的走向为144.37°,倾角为59.06°,滑动分布的最大滑动量为0.95m,平均滑动角为-96.4°,主要滑动深度为4~15km的范围,地震矩为3.63×10^(18)N·m,对应的矩震级为Mw6.34。总体最小二乘与最小二乘法的滑动分布解存在一定差别,但差别的量级在10-4以内。

关键词：同震滑动分布总体最小二乘反演正则化拉奎拉地震

利用GPS和InSAR数据反演2011年日本东北M_W9.0地震断层的同震滑动分布

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地震学报 2015年第5期37卷 796-805,885页

作者：王永哲中国地震局地球物理研究所中国北京100081

本文首先对Envisat/ASAR数据进行干涉处理,获取2011年日本东北MW9.0地震的地表InSAR同震形变场;然后通过对InSAR同震形变数据重采样方法的深入分析,选择条纹率法结合干涉图的空间相干性对InSAR同震形变数据进行重采样;最后基于弹性半空... 详细信息

本文首先对Envisat/ASAR数据进行干涉处理,获取2011年日本东北MW9.0地震的地表InSAR同震形变场;然后通过对InSAR同震形变数据重采样方法的深入分析,选择条纹率法结合干涉图的空间相干性对InSAR同震形变数据进行重采样;最后基于弹性半空间位错模型,联合InSAR与GPS形变数据,采用最小二乘法反演发震断层的滑动分布.研究结果表明:考虑相干性的条纹率重采样方法,更适用于形变场中存在除断层外的有限边界、且形变场范围较大的InSAR数据重采样处理;断层滑动主要发生在地表以下50km范围内,最大滑动量为49.9m,矩张量为4.89×1022 N·m,所对应的矩震级为MW9.1,与地震学反演的结果比较吻合.

关键词：日本东北MW9.0地震合成孔径雷达干涉测量数据重采样同震滑动分布

用U曲线法确定地震同震滑动分布反演正则化参数

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大地测量与地球动力学 2018年第11期38卷 1196-1201页

作者：王乐洋赵雄东华理工大学测绘工程学院南昌市广兰大道418号330013 流域生态与地理环境监测国家测绘地理信息局重点实验室南昌广兰大道418号330013 江西省数字国土重点实验室南昌广兰大道418号330013

针对地震滑动分布反演中正则化参数选取问题,提出利用U曲线法确定地震滑动分布反演正则化参数。利用U曲线法、L曲线法设计模拟实验,并将两种方法应用到芦山实际震例反演中。模拟实验以及芦山实际震例反演结果表明,利用U曲线法确定正则... 详细信息

针对地震滑动分布反演中正则化参数选取问题,提出利用U曲线法确定地震滑动分布反演正则化参数。利用U曲线法、L曲线法设计模拟实验,并将两种方法应用到芦山实际震例反演中。模拟实验以及芦山实际震例反演结果表明,利用U曲线法确定正则化参数反演地震滑动分布结果与L曲线法相比具有反演精度高、无需依赖数据拟合精度等优势。

关键词：同震滑动分布正则化参数 U曲线法 L曲线法芦山地震

基于改进拉普拉斯平滑约束的地震同震滑动分布方法

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测绘地理信息 2023年第4期48卷 79-83页

作者：徐仁泰武汉大学测绘学院湖北武汉430079

在同震滑动分布反演问题中,拉普拉斯平滑约束通常用于避免矩阵秩亏并且确保子断层之间的平滑。然而传统的拉普拉斯平滑约束会大大低估断层的最大滑动量。针对该问题,提出一种基于深度定权拉普拉斯平滑约束方法。该方法适用于主滑区域集... 详细信息

在同震滑动分布反演问题中,拉普拉斯平滑约束通常用于避免矩阵秩亏并且确保子断层之间的平滑。然而传统的拉普拉斯平滑约束会大大低估断层的最大滑动量。针对该问题,提出一种基于深度定权拉普拉斯平滑约束方法。该方法适用于主滑区域集中在浅部的地震。利用传统拉普拉斯平滑约束和基于深度定权拉普拉斯平滑约束设计模拟试验,并将这两种方法运用到2009年拉奎拉Mw 6.3级地震中。在模拟试验中,基于深度定权的方法较传统方法在最大滑移量上精度提升了4.4%。在拉奎拉地震中,基于深度定权方法与传统拉普拉斯方法反演得到的最大滑移量分别为1.02 m,0.97 m。模拟试验和拉奎拉地震反演结果表明,对于主滑移区在断层浅部的地震,基于深度为拉普拉斯约束定权的方法可以较有效地解决传统拉普拉斯平滑约束反演断层滑动分布会低估最大滑动量的问题。

关键词：同震滑动分布拉普拉斯平滑约束拉奎拉地震深度定权最大滑移量

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基于Sentinel-1A卫星数据反演九寨沟地震同震滑动分布

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基于Sentinel-1A卫星数据反演九寨沟地震同震滑动分布

作者：宋翔庆长安大学

学位级别：硕士

在目前已有的自然地质灾难中,地震的破坏力属于最强的,它的发生多数是因为地壳内部的能量经过长期积累突然释放导致的,根据震级大小的不同,地震所带来的破坏程度也不尽相同,震级比较大的地震尤其是发生地位于离居民区较近的地方会带来... 详细信息

在目前已有的自然地质灾难中,地震的破坏力属于最强的,它的发生多数是因为地壳内部的能量经过长期积累突然释放导致的,根据震级大小的不同,地震所带来的破坏程度也不尽相同,震级比较大的地震尤其是发生地位于离居民区较近的地方会带来特别大的损失,因此,加强对地震的研究是十分有必要的。而InSAR技术的兴起为地震方面的研究带来很大的发展空间,近些年来研究者们对InSAR技术不断的进行发展创新,使得它在地震的同震形变监测方面的能力得到了很大的提升,它以自己高精度、低成本、全天候等优点为研究者们所青睐。我国四川省九寨沟景区在2017年8月8日发生了Mw6.6级地震,震中位置为33.20°N,103.82°E,在这次地震中有25人死亡,500多人受伤,大量的房屋损坏,九寨沟当地旅游地点遭到不可恢复的损毁。因为这次地震发生在地势偏远的复杂地区,相关的地面形变的观测数据不够充足,所以,鉴于InSAR技术的优势,优先考虑采用此方法。本文将升轨、降轨Sentinel-1A卫星的差分干涉数据作为此次研究的基础,对本次发生的四川九寨沟地震的同震形变观测数据以及其断层滑动分布进行了反演,主要研究结论总结如下:(1)采集了覆盖整个地震发生区的Sentinel-1A卫星数据,利用D-InSAR技术获取了四川2017年九寨沟地震升轨和降轨的LOS向同震形变场。把近NS向作为本次地震同震形变场的分界线,将其同震形变场分为西北和东南两个部分,并规定当目标远离卫星的视线向形变时为负值,当靠近卫星的视线向形变时为正值。视线向形变最大抬升值大约为0.147m(T62)、0.146m(T55)、0.137m(T128),最大沉降值大约为0.121m(T62)、0.196m(T55)、0.195m(T128);(2)对于同一区域,两幅升轨形变场均显示了西北盘为隆升区,东南盘为沉降区,而利用降轨数据影像进行观测得到的形变趋势与升轨形变场是截然相反的,这种升降轨观测得到相反的形变特征说明了该地震的破裂性质是以走滑运动为主的,也就是说造成的地表形变是以水平方向为主的。断层的走向是150°,断层的倾角是78°;(3)断层的滑动分布大多都分布在3～14km的深度处,断层的最大滑动量大概位于地面以下9km深处,达到了0.72m,经过反演得到的该地震的总地震矩是M=9.35×10N·m,约合矩震级Mw6.6。并将此次地震的研究结果与中国地震台网中心(CENC)、美国地质调查局(USGS)等权威机构发布的地震研究结果进行了比较,结果基本一样,证实了此次数据处理结果的可靠性。

关键词： Sentinel-1A卫星数据反演同震滑动分布九寨沟地震

2015年泥泊尔Mw7.8地震三角位错同震滑动分布及震后余滑反演

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2015年泥泊尔Mw7.8地震三角位错同震滑动分布及震后余滑反演

作者：吴绍宇西安科技大学

学位级别：硕士

随着InSAR和GNSS技术的不断发展,利用其监测地震引起的地表形变,反演地球内部结构以及动力学过程对于揭示地震发生机制起到十分重要的促进作用。本文首先基于尼泊尔震区46个GPS测站点和ALOS-2与Sentinel-1A四个不同轨道的观测影像获得... 详细信息

随着InSAR和GNSS技术的不断发展,利用其监测地震引起的地表形变,反演地球内部结构以及动力学过程对于揭示地震发生机制起到十分重要的促进作用。本文首先基于尼泊尔震区46个GPS测站点和ALOS-2与Sentinel-1A四个不同轨道的观测影像获得的尼泊尔MW7.8地震同震形变场,反演了本次地震的断层几何参数和同震滑动分布,并分别从位错模型、断层几何结构和平滑约束条件三个方面对同震滑动分布的影响进行讨论。然后,基于尼泊尔境内32个连续GPS测站点和Sentinel-1A/B三个不同轨道的观测影像获取的震后～2年的地表形变场,反演了震后余滑模型,并对粘滞性松弛效应进行了简单的讨论。本文主要工作及取得的成果如下:（1）基于GPS数据利用贝叶斯算法反演了尼泊尔MW7.8地震单一平面断层几何参数,并基于三角位错模型反演同震滑动分布,结果显示尼泊尔MW7.8地震同震滑动分布沿走向方向延伸140km左右,位于深度8～14km,其中最大滑动量为6.32m。滑动从震源处向东南方向单侧延伸,与断层走向基本平行;直至MW7.3余震附近,呈现出分别沿北方向和东南方向扩展的现象,形成一个3m左右的滑动空区。（2）基于矩形位错模型反演尼泊尔MW7.8地震同震滑动分布,并与三角位错同震滑动分布进行比较。结果显示两种位错模型的同震滑动分布整体滑动特征表现一致,但是三角位错同震滑动分布模型显示出更多滑动细部特征,InSAR拟合残差减少～10cm,GPS拟合残差减少～2cm。（3）采用Elliott等人提出的陡-缓-陡的断层几何结构反演尼泊尔MW7.8地震同震滑动分布,反演结果和单一平面断层反演的滑动分布特征一致、数量值基本相同。因此我们认为尼泊尔主震位置附近可能同时存在单段和多段的断层结构,与Qiu Q等人的结论一致。（4）对尼泊尔MW7.8地震施加最小矩正则化平滑约束,同震滑动分布结果显示最大滑动量为6.5m,位于深度约9.7km,断层面上出现明显的滑动跳变和震荡,并且同震地表位移拟合残差较大。而采用拉普拉斯平滑约束得到的最大滑动量和滑动特征与大多数研究结果较为相似,没有出现滑动跳变和震荡的情况,同震地表位移拟合残差也更小。因此我们认为在本次滑动分布反演中使用拉普拉斯平滑约束效果更好。（5）基于PREM模型,研究发现2年的粘滞性松弛造成的震后地表位移与震后GPS位移相比整体较小,在震区北部与震后GPS运动趋势相同,震区南部与震后GPS运动趋势相反。因此我们认为震后2年的粘滞性松弛效应对震后形变贡献较小。基于震后GPS和InSAR获取的地表形变场反演震后余滑,结果显示震后余滑主要位于～25km深度,以逆冲为主兼少量右倾走滑,最大滑动量为0.35m,释放的地震矩为5.5×1019N·m,相当于一次MW7.12地震,约占同震释放地震矩的10%。余滑主要发生于断层的下倾处（即发生于同震滑动分布的北部）,并与同震滑动区域有少量重叠,同时在最大余震MW7.3处存在少量的滑动（＜0.2m）。

关键词：尼泊尔MW7.8地震三角位错模型同震滑动分布震后余滑效应粘滞性松弛效应

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基于光滑模型约束的同震滑动分布正则化反演

地球科学前沿（汉斯） 2017年第5期7卷 653-662页

作者：童孝忠程东俊吴思洋董洁郭瑜君中南大学地球科学与信息物理学院湖南长沙维多利亚大学地球与海洋科学学院加拿大维多利亚

同震滑动的空间分布估计问题是不适定的,其反演结果存在非唯一性。为了获取稳定的同震滑动分布,本文采用了光滑模型约束的正则化反演方法。算法实施过程中,构建了断层面非均匀离散的滑动量分布光滑约束模型,并设计一种快速稳定的正则化... 详细信息

同震滑动的空间分布估计问题是不适定的,其反演结果存在非唯一性。为了获取稳定的同震滑动分布,本文采用了光滑模型约束的正则化反演方法。算法实施过程中,构建了断层面非均匀离散的滑动量分布光滑约束模型,并设计一种快速稳定的正则化因子求取方法;为了获得合理的滑动分布,采用了非负最小二乘求解方法。理论均匀滑动分布模型的反演试算,验证了反演算法的有效性和稳定性,且非负最小二乘方法能规避不合理的滑动分布。利用光滑约束反演方法反演了2005年Nias地震的同震滑动分布,并与前人的研究结果进行了对比分析。2005年Nias地震反演结果显示:断层面最大滑动量为12.8 m,这与Konca等反演得到的结果一致,且滑动分布所释放的地震矩为9.91×215;1012 N?m,其地震震级为Mw = 8.6,与USGS公布的结果一致。通过理论滑动分布模型和实际震例的反演结果表明,光滑约束正则化反演方法是可行的,并能合理地重建断层面的同震滑动分布。

关键词：同震滑动分布正则化反演光滑约束模型非负最小二乘 2005年Nias地震

InSAR观测青海玛多Mw7.4地震三维变形和同震滑动分布

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进展 2023年第19期 58-61页

作者：李玉珠项雨凡王婷吴亮亮王骏杰合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009

2021年5月22日青海省玛多县发生Mw7.4地震。准确可靠的断层滑动模型能为震后救灾和地震危险性评估提供重要依据。本文采用InSAR技术通过处理哨兵卫星数据获取了地震高精度的地表同震位移场,联合升降轨观测同步估计了三维同震变形分量,... 详细信息

2021年5月22日青海省玛多县发生Mw7.4地震。准确可靠的断层滑动模型能为震后救灾和地震危险性评估提供重要依据。本文采用InSAR技术通过处理哨兵卫星数据获取了地震高精度的地表同震位移场,联合升降轨观测同步估计了三维同震变形分量,并采用非负最小二乘算法反演了此次地震的三维同震滑动分布。结果表明地震造成了明显的地表变形,最大视线向位移达到100 cm,地表变形主要以水平位移为主,垂向位移较为微弱,发震断层破裂以左旋走滑为主,断层最大滑移量超过5 m,同震破裂主要集中于0~18 km深度,并且在震中的东西两侧都存在明显的破裂分布。以上数据表明此次地震是一次双侧破裂事件,InSAR观测约束的地震矩为1.6×1020 N·m,对应的矩震级为Mw7.4级,与地震学观测结果基本一致。

关键词：玛多地震 InSAR观测三维变形同震滑动分布

基于三角位错模型反演2013年芦山Ms7.0地震同震断层滑动分布

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基于三角位错模型反演2013年芦山Ms7.0地震同震断层滑动分布

作者：陈佳影西安科技大学

学位级别：硕士

精细化的断层滑动分布模型为研究断层活动状态、认识地震发震机制等提供重要基础,对于地震灾后评估、未来地震趋势判定以及防震减灾等工作具有重要的指导意义。2013年4月20日8时,中国四川芦山爆发Ms7.0地震,造成了重大的生命财产损失。... 详细信息

精细化的断层滑动分布模型为研究断层活动状态、认识地震发震机制等提供重要基础,对于地震灾后评估、未来地震趋势判定以及防震减灾等工作具有重要的指导意义。2013年4月20日8时,中国四川芦山爆发Ms7.0地震,造成了重大的生命财产损失。本次地震与汶川Ms8.0地震成因类似,是青藏高原向东扩过程中,受到四川盆地支撑阻挡,两大块体相互挤压、碰撞形成的一次破坏型地震。与汶川地震不同的是,此次芦山地震属于盲逆断层型地震,发震断层结构复杂,而对发震断层几何结构过于简化,会对同震滑动分布反演结果的可靠性以及对破裂过程的解释产生较大影响。三角形位错在构建复杂断层时可以有效避免位错元之间的间隙和重叠现象,适合曲面断层的构建。本文使用震区内33个GPS连续站与22个水准点同震形变观测结果以及2013年4月-2014年5月总共1993个余震精定位结果来研究芦山地震断层几何结构和同震滑动分布。本文主要的研究工作及结论如下:(1)基于GPS数据利用贝叶斯方法反演了芦山地震单一平面断层几何参数,反演结果显示芦山地震发震断层走向为207.56°,倾角为43.22°。通过结合余震精定位结果,在单一平面断层的基础上构建了断层倾角随深度增加而逐渐减小的曲面断层结构,其倾角从地表的63.9°高倾角连续变化到底部的15.8°低倾角,体现出其上陡下缓的特征。(2)在曲面断层几何模型的基础上,利用赫尔默特方差分量估计法联合GPS和水准数据基于三角位错模型反演同震滑动分布,反演结果显示芦山Ms7.0地震以明显的逆冲运动为主,只存在一个破裂峰值区,没有明显的破裂方向性。断层破裂面在近地表处无明显滑动,最大滑动量为0.98m,位于深度13.5km附近。释放的能量为1.05× 1019Nm,对应的矩震级为Mw6.63。GPS和水准数据拟合残差分别为2.8mm和7.6mm,与平面矩形位错反演结果相比,拟合残差分别减少了 1.3mm和1.9mm。(3)研究了不同断层几何结构以及位错模型对本次地震同震滑动分布的影响。基于矩形位错模型,在平面断层结构条件下,反演的最大滑动量为0.68m,GPS和水准数据拟合残差分别为4.1mm和9.5mm;在曲面断层结构条件下,反演的最大滑动量为0.74m,GPS和水准数据拟合残差分别为3.3mm和7.8mm。基于三角位错模型,在平面断层结构条件下,反演的最大滑动量为0.97m(规则三角形)和0.91m(不规则三角形),GPS和水准数据拟合残差为3.1mm和8.8mm(规则三角形)、3.2mm和9.0mm(不规则三角形)。反演结果均表明,无论是平面断层还是曲面断层,基于三角位错模型反演的最大滑动量均大于基于矩形位错模型反演的最大滑动量,且三角位错模型拟合结果更好,表明本文采用三角位错元构建的曲面断层模型不仅能更接近真实的断层产状,而且能更好的解释地表观测位移。

关键词： 2013年芦山地震同震滑动分布三角位错模型断层几何结构联合反演