[发明专利]基于多源SAR数据的同震震后时空滑动分布联合反演方法

说明书

本发明公开了一种基于对数约束和多源SAR数据的同震震后时空滑动分布联合反演方法：首先获取地震区域多源SAR数据并利用InSAR技术获取该区域的同震和震后时空形变场；随后基于震后余滑遵循对数函数式衰减的本质和弹性位错理论构建InSAR多源观测值与断层同震震后时空滑动之间的非线性函数模型；然后利用非线性求解方法反演出有限元断层上的同震滑动分布，震后余滑衰减常数以及相应的滑动幅度系数；进而利用非线性模型参数求解震后滑动时空分布，同时联合多源SAR数据提高断层时空滑动的时间分辨率；最后根据反演的断层时空滑动分布计算地震释放能量、应力状态以及构造摩擦性质等重要地球物理参数。

技术领域

本发明属于基于雷达遥感技术的大地测量和地球物理领域，尤其是一种基于多源合成孔径雷达(SAR)数据附加对数约束的同震震后时空滑动分布联合反演方法。

背景技术

星载合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthetic Aperture Radar，InSAR)自上世纪90年代发展至今，已经被成功地应用在震间、同震和震后整个地震周期的形变监测中。特别是当地面数据(如GPS,水准等)无法获取时，InSAR技术为地震研究提供了独一无二的形变数据源。雷达卫星得到的SAR(Synthetic Aperture Radar)数据可以通过InSAR技术获取地震周期形变，进而反演得到有限断层滑动模型。这不仅有助于提高我们对断层几何、断层滑动以及断层摩擦性质的认识，而且有利于评估区域地震风险。然而，由于SAR卫星有限的重访周期以及数据获取政策，InSAR技术得到的同震滑动通常包含几天或几个月的震后形变贡献，相反得到的震后余滑缺失了这部分震后形变的影响，这必然增加了地震周期断层滑动估计的不确定性。如何有效分离基于InSAR技术反演得到的断层同震滑动和震后余滑对推动地震学的研究具有重要的科学指导意义。

然而实际研究应用中，由于SAR卫星重访周期限制造成的基于InSAR技术反演得到的同震滑动分布常常受到震后余滑的严重污染，这严重阻碍了人类关于地震孕震机制认识和理解，并且严重影响了地震风险评估。为了更好地认识地球内部断层构造特性，需要有效地分离同震断层滑动和震后余滑。然而根据上述分析，目前相关同震震后滑动分离的研究具有一定的局限性，基于SAR数据的断层滑动反演技术难以有效地分离同震断层滑动和震后余滑。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有基于SAR数据的断层滑动反演技术中的不足和局限性，提供一种基于多源SAR数据附加对数约束的同震震后时空滑动分布联合反演方法。

一种基于多源SAR数据附加对数约束的同震震后时空滑动分布联合反演方法，包括以下步骤：

步骤一：利用InSAR技术处理多源SAR数据得到地震区域的同震和震后雷达视线向(即斜距向)观测值，并通过地理编码将InSAR测量值从雷达坐标系下转换到通用的横轴墨卡托(Universal Transverse Mercator,UTM)投影坐标系；

步骤二：四叉树降采样InSAR观测值，利用多峰值粒子群算法求解发震断层倾角、发震断层走向、均一滑动量等主要断层几何参数，然后固定断层倾角和走向并将其细分为若干有限元断层；

步骤三：基于弹性位错理论构建地表形变和断层时空滑动分布之间的格林函数模型：

其中X为断层时空滑动向量，D为InSAR技术得到的地表形变， G为通过Okada弹性位错模型得到的格林函数矩阵，B为设计系数矩阵，ε为模型残差；T表示获取的总计震后SAR数据数量，和分别是断层有限元i在震后时刻j时的同震滑动向量和时空余滑累积向量，其中P为断层有限元个数，和分别表示不同时间节点的同震形变场和震后形变场。

震后余滑遵循对数式衰减的特征，由下式表征：

x_post＝A·log(1+(t-t₀)/τ)