时序InSAR震后形变的龙门山岩石圈流变特征研究

The lithosphere rheology property is one of the main factors to control tectonic deformation of the continental lithosphere, and is the key to explore the continental lithosphere dynamics. The aim of this project is going to determine the rheological characteristics of the Longmenshan lithosphere revealed by high precision postseismic deformation relaxation process of 2008 Mw 7.9 Wenchuan earthquake derived from a refined InSAR time series technique. The detailed studies are as follows: 1) to improve estimation method of baseline, atmosphere delay and unwrapping errors in traditional InSAR time series, and derive the postseismic deformation relaxation process of the Wenchuan earthquake basing on the robust estimation theory; 2) to separate coseismic and postseismic deformation signals from observed InSAR surface displacement field, and refine the slip distribution model of Wenchuan earthquake, which can provide a reliable priori information for the Longmenshan lithosphere rheology studies; 3) to invert the Longmenshan lithosphere rheology property of lower crust and upper mantle by a three-dimensional finite element model taking the vertical and horizontal heterogeneity of the lithosphere medium and multi-mechanisms into account. The results will reveal spatial heterogeneity of Longmenshan lithosphere rheology structure, enrich the method and theory of dynamic analysis of the continental lithosphere in the eastern Tibetan Plateau, and promote the development of seismology research.

岩石圈的流变性质是控制大陆岩石圈构造变形特征的主要因素之一，是探讨大陆岩石圈动力学问题的关键。本项目拟利用改进的InSAR时序分析技术获取到的2008年Mw 7.9级汶川地震的高精度震后形变松弛过程来确定龙门山岩石圈的流变特征。具体研究内容包括：1、对InSAR时序分析中的基线估计、大气相位延迟和相位解缠误差等进行改进处理，并采用稳健估计来求解汶川地震的震后形变松弛过程；2、进行汶川地震InSAR地表形变场中同震和震后形变信号的分离，精化汶川地震的同震滑动分布模型，为龙门山岩石圈流变研究提供可靠的先验信息；3、采用顾及岩石圈介质纵向和横向不均匀性以及综合多物理机制的三维有限元模型来反演确定龙门山地区岩石圈下地壳和上地幔流变性质。研究成果将有助于揭示龙门山岩石圈流变结构在空间上的不均匀性，丰富青藏高原东部大陆岩石圈动力学分析的理论和方法，推动地震学研究的发展。

2008年5月12日，四川省汶川地区发生了Mw 7.9级地震，这次地震是迄今为止地表破裂带结构最复杂，地表可见破裂长度最长的板内逆冲型地震。项目以汶川地震作为研究对象，利用时序InSAR技术来提取高精度的汶川地震地表形变特征，进而分析该地震的发震机理和震后形变机制，并确定龙门山地区的流变结构参数。项目组在对时序InSAR误差源进行深入分析的基础上，将PSInSAR的随机模型扩展到时序InSAR的一般模型，构建了时序InSAR误差模型，丰富了时序InSAR技术的理论体系；提出了一套基于同震和粘弹性震后松弛联合反演模型来进行地震同震位移和震后位移分离的理论和方法，结合高精度GPS观测资料，精化了汶川地震的同震滑动分布模型，并确定了龙门山地区的流变结构参数；精确确定了汶川地震的震后InSAR地表形变场，分析了其震后形变主导机制，对于龙门山断裂的青川段而言，早期的震后形变主要是由余震所控制；提出了一种新的利用三角形位错元构建断层几何模型的方法，可以很好得解决断层面为非平面时各段相接位置形成的空白区和重叠区，推导了角位错在弹性半空间任意深度引起的应变公式，并改进了经典的拉普拉斯平滑算子和滑移光滑约束条件，提高了计算效率与精度；提出了一种基于ABIC准则联合InSAR、GNSS观测提取地表三维形变的方法，该方法避免了对GNSS数据的内插，从而避免了插值操作所带来的误差，提高了地表三维形变提取结果的精度；基于角位错模型，提出了一种参数化的曲面断层建模理论，并设计了一套迭代反演算法，可以同时反演断层的几何参数和滑动分布。此外，项目组还将所提出的理论与方法应用于2007年Mw 6.1级阿里地震、2008年Mw 6.3级大柴旦地震、2010年Mw 6.9级玉树地震、2011年东日本大地震的强余震、2014年康定地震序列、2008年Mw 6.3级大柴旦地震震后形变和喀什坳陷区震间形变等的研究，取得了一系列创新性研究成果。在项目执行期间，项目组公开发表学术论文14余篇，其中SCI检索论文10篇，EI检索论文4篇。在项目的支持下，培养/联合培养了3名硕士，4名博士和1名博士后，实现了预期目标。项目的相关研究成果有助于揭示龙门山岩石圈流变结构特征，为青藏高原东部地区的大陆深部形变分析提供可靠的流变学参数约束，进而推动大陆动力学和地震学研究的发展。