基于遥感重力场数据探讨热场对构造活动的响应能力 ——以青藏高原及周边区为例

Thermal infrared remote sensing plays an important role in monitoring of the earthquake. Due to the interference of background environment and the change of observation scale, the most difficulty is the tectonic activity information extracted from thermal infrared remote sensing is hard to obtain physical interpretation. Around this problems, in this project we take the Qinghai-tibet plateau and its surrounding as the study area, combining the gravity and thermal infrared remote sensing methods, conduct systematic research. The research contents include : (1) removing the influence of atectonic factors, extract the thermal field information related with the tectonic activity and stress state; (2) extract the extrusion and tension stress state in different depth of the earth's crust based on satellite gravity data, using wavelet analysis and “potential field separation technology”; (3) compare and analysis the stress state between the satellite thermal field and gravity field at before-coseismic-after earthquake. Discuss the response ability of satellite thermal field information on the tectonic activity based on the comparing and analyzing relationship of the stress state of thermal and gravity at time quantum, spatial scales, intensity. Spatial scope cover from the Tibetan plateau to the block, to the earthquake fault zone. .Research significance: to provide physical basis and explanation for the thermal infrared remote sensing monitoring of the tectonic activity ; to provide theoretical basis for seismic danger zone division; to deepen basic research on earthquake thermal infrared remote sensing.

地震热红外遥感是地震异常监测的重要手段之一。由于受背景环境的干扰以及观测尺度的改变，最大的难题在于热红外遥感所反映的构造活动信息难以获得物理解释。针对上述问题，本项目将重力与热红外两种遥感手段结合，从青藏高原到活动块体，再到发震断裂带，开展卫星热场对地壳构造活动响应能力的系统研究：(1) 基于卫星重力数据，利用小波分析与位场分离技术得到不同深度地壳的应力状态信息；(2) 去除非构造因素影响，提取与构造因素相关的遥感热场信息；据实验室岩石压张与岩石表面温度的理论关系，提取遥感热场所对应的地壳应力状态信息；(3) 以构造应力变化明显的大地震为时间节点，于震前-同震-震后，进行卫星重力场与热场两种手段获得的应力状态的时、空、强度的对比分析，探明遥感热场对构造活动的响应机制。研究成果为地壳构造活动的热红外遥感监测提供物理基础，为地震危险性分析提供理论依据，将地震热红外遥感的基础研究再向前推进一步。

地震热红外遥感是地震异常监测的重要手段之一。由于受背景环境的干扰以及观测尺度的改变，最大的难题在于热红外遥感所反映的构造活动信息难以获得物理解释。针对上述问题，本项目将重力与热红外两种遥感手段相结合，以青藏高原为研究区，主要研究内容如下：（1）为更精细化地探索震前重力异常变化，提出了一种基于最大切应变的重力变化表征方法。然后，再利用偏移指数法来刻画重力异常，并分别从断裂带和板块尺度上对震前重力异常的时空分布进行了分析。其中，最大切应变由于是通过GRACE重力场的二阶梯度计算得到的，因此该方法相比于差分法能够更好地对GRACE卫星的条带噪声进行压制，同时，有效地提升了对重力异常的精细化刻画能力。（2）以构造应力变化明显的大地震为时间节点，对震前-同震-震后的重力场与热场的时空分布的关联性进行对比分析，探明遥感热场对构造活动的响应机制。本研究在利用GRACE重力数据采用基于最大切应变的方法获得重力异常的基础上，再利用MODIS地表温度数据，基于原地温度法提取出热异常。然后，选取汶川地震和尼泊尔地震作为研究震例，利用异常强度和异常分布这两个表征量，分别从时空尺度上检测震前重力异常和热异常的关联性。最后，借助地壳质量密度，分析了发震断裂带上的孕震机制。研究发现：（1）热异常和重力异常的震前时空演变规律具有高度一致性。二者皆在震前半年期间出现了显著的异常现象。且重力异常和热异常在空间域上的分布基本吻合。（2）热异常和重力异常的出现与发震断裂带上的构造活动密切相关。震前，热场和重力场均出现了异常突增现象，且分布与断裂带走向基本一致。且地壳升温区-挤压区和降温区-拉张区完全对应。综上所述，可以得出结论：在野外条件下，即基于遥感手段观测的卫星热场对地壳构造活动具有较强的响应能力，且观测得到的规律与实验室内所得到的结论是一致的。研究成果为地壳构造活动的热红外遥感监测提供了物理基础，将地震热红外遥感的基础研究又向前推进一步。