[发明专利]一种基于单轨InSAR观测的三维地壳形变转换方法

说明书

本发明公开了一种基于单轨InSAR观测的三维地壳形变转换方法，包括以下步骤：1）、基于弹性位错模型，利用单轨InSAR视线向一维数据和初步或简化的断层几何参数反演断层滑动分布；然后正演得到地表空间连续的三维形变方向；2）、以步骤1）所得的三维形变方向为约束，将InSAR视线向一维形变数据转换为N、E、U三维数据，进而得到地壳形变三维形变场。本发明不仅体现了地壳运动的内在的物理意义，而且还反映了断层形变方向的局部细节特征，为地球内部构造变形的反演提供了很重要的边界与约束条件，也为震间连续地表三维形变场的获取与地壳形变特征的进一步分析提供了一个新方法。

技术领域

本发明属于大地测量与地壳形变监测技术领域，并具体涉及一种稳健的基于单轨InSAR观测的三维地壳形变转换方法。

背景技术

合成孔径干涉雷达(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)技术以其空间分辨率高，覆盖范围广，对形变敏感度高等优势成为了高密度面状形变主要观测手段，已广泛应用于监测大尺度连续的地表形变，如地震形变、火山运动、地面沉降、矿山形变、火山活动、冰川漂移、山体滑坡等领域。

然而，InSAR探测得到的只是地表三维形变北(N)、东(E)、上(U)方向在雷达视线向的投影，属一维形变，存在方向模糊问题，视线方向上表现的正负并不意味着地表的沉陷和隆升。因此，不能根据视线方向观测值识别和分析地表水平和垂直具体形变特征，

近年来，更多的学者开始致力于InSAR三维形变重建方面的研究，如：基于互相关技术的偏移轨道(Offset-Tracking)、多孔径(Multi-Aperture InSAR，MAI)技术和升降轨技术等。这些方法需要不同几何结构的多轨观测数据来支撑，且没有稳定的专门适用于三维地壳形变的转换方法；尽管通过位错模型的正演可以得到连续的三维形变场，然而其结果主要取决与模型的精细程度和断层先验信息，通常情况是不同学者用不同手段得到的断层滑动参数大相径庭，各执己见，导致生成完全不同的地表三维形变场。因此，融合大地测量与地形模型，研究一个稳健的三维形变场重建方法势在必行。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于单轨InSAR观测、使用于地壳形变的三维转换方法，利用简化的模型亦能够恢复出可靠三维形变场。

本发明提出了一种基于单轨InSAR数据的三维地壳形变转换方法，包括以下步骤：

1)、基于弹性位错模型，利用单轨InSAR视线向一维数据和初步或简化的断层几何参数反演断层滑动分布；然后正演得到地表空间连续的三维形变方向；

2)、以步骤1)所得的三维形变方向为约束，将InSAR视线向一维形变数据转换为N、E、U三维数据，进而得到地壳形变三维形变场。

所述的步骤1)具体包括以下步骤：

11)、确定断层初步的几何参数：根据震源机制解得到；

12)、反演得到断层面滑动分布；

13)、地表三维形变方向参数估计。

所述的步骤12)具体如下所述：

根据弹性均匀、各向同性、半无限空间位错理论和步骤11)得到的断层几何参数，将位错模型反演转化为视线向观测一维数据与断裂滑动分布的线性反演问题，即：

式(1)中，y_i(i＝1,...,n)为n个InSAR采样点视线向向形变观测数据；为m个离散的子断层沿走向和倾向上的滑移分量；G为格林函数；ε_i为InSAR视线向观测误差；

首先，根据已知的最大滑移量smax和断层滑动性质先验信息，采用不等式约束来控制断层滑移的大小和方向，使之始终保持在一定范围和一定方向内变动：