基于PS-InSAR技术的海原断裂带地壳形变观测研究

屈春燕 单新建 徐小波

（中国地震局地质研究所，北京 100029）

基于单像对的常规D-InSAR技术在形变量较大的地震同震形变场探测中已取得成功应用，但由于其受时间、空间失相干和大气影响的严重制约，难以应用于长期缓慢微小地壳形变的观测研究中。近几年发展起来的PS-InSAR（Permanent scatterer InSAR）技术是对常规D-InSAR的创新性发展，它通过将干涉处理对象集中在SAR图象中散射特性稳定的高相干点集上（人工建筑物或巨石、山峰等自然地物），避开非相干象元可能带来的各种复杂问题，从而间接克服了相位失相关和大气延迟的局限性，极大地提高了干涉测量的精度和可靠性，使基于InSAR技术的mm级微小地壳形变的遥感观测得以实现。

海原断裂带是我国西部重要的活动地块边界构造带和强震活动带，在该断裂带上曾发生过 1920年海原8.5级大地震，产生了10.5 m的最大左旋走滑位移，形成了长达237 km、几乎贯穿整个海原断裂的地表破裂带。监测海原断裂带的现今地壳形变速率，了解其现今活动行为，不仅是评价和预测海原断裂带潜在地震危险性所必需的重要工作，而且对研究青藏高原东北缘地壳活动特征和该区域大型走滑断裂的相互作用具有重要意义。关于海原断裂带的现今地壳形变特征，前人已用基于地形地貌特征和测年的传统地质学方法和GPS大地测量技术开展了大量观测研究，虽然不同学者得出的海原断裂形变速率有所差异，但基本都在3～10 mm/a的范围内。

图1 利用PS-InSAR方法获得的海原断裂中段长期缓慢地壳形变速率图（红色虚线示意海原断裂）

我们采用PS-InSAR技术，利用2003年8月至2010年3月的38景ENVISAT/ASAR雷达数据，在海原断裂中段和东段各选了一个实验区进行了PS-InSAR长期缓慢地壳形变观测试验研究，以期了解和认识海原断裂的现今地壳活动特征。通过识别和提取高相干PS点目标，对PS点相位进行差分干涉和线性回归等处理过程，逐步去除了轨道误差、地形误差和大气延迟等相位成分，获得了PS点线性形变速率及累积位移时序图像。图1为处理得到的海原断裂中段PS点形变速率图。图1表明，海原断裂附近PS点的形变速率具有良好的均匀性和趋势性，并且在断裂两侧显示明显的形变速率梯度差异，跨断层LOS向相对形变速率约为5 mm/a。形变方向与左旋走滑运动特征一致。这一结果与地质学及 GPS等手段研究获得的海原断裂左旋走滑速率基本一致。但PS-InSAR方法获得的跨断层形变速率是由大量密集的PS点共同揭示出来的，具有场的特征，能够反映断裂带附近地壳形变的空间连续变化趋势和形变差异，可为地面离散定点观测提供良好补充。PS-InSAR技术在长期缓慢断裂带地壳形变探测中具有广阔的应用前景和巨大发展潜力，有望成为探测震间微小形变，获取地震形变异常的有效途径之一。