地震地质 ›› 2025, Vol. 47 ›› Issue (5): 1396-1415.DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2025.05.20240005
收稿日期:2024-01-09
修回日期:2024-03-17
出版日期:2025-10-20
发布日期:2025-11-11
通讯作者:
高明星, 女, 1981年生, 博士, 副教授, 主要从事构造地貌、 活动构造研究, E-mail: 作者简介:王顺, 男, 1995年生, 现为新疆大学地质与矿业工程学院资源与环境专业在读硕士研究生, 研究方向为InSAR技术及其在地震中的应用, E-mail: wangshun0516@126.com。
基金资助:
WANG Shun1)(
), YAO Yuan2,3), GAO Ming-xing1)(
)
Received:2024-01-09
Revised:2024-03-17
Online:2025-10-20
Published:2025-11-11
摘要:
为探索地震烈度与地震发生后地表形变的关系, 解决震后快速评估新疆逆冲型地震烈度的难题, 文中以新疆2015年皮山6.5级、 2017年精河6.6级、 2020年伽师6.4级3个逆冲型地震为例, 通过对比研究不同地震的InSAR同震形变场与实际调查地震烈度数据, 发现同震形变场与地震烈度之间存在较高的相关性。研究结果表明: 1)InSAR技术能够有效地识别出震区的同震形变场, 为震后的地震烈度评估提供了重要的数据支持, 对评价房屋结构类型单一和缺少强震动台站观测数据区域的烈度评估提供了重要依据; 2)利用人口聚集区的同震形变进行烈度评估的手段, 以及利用历史地震事件的烈度-形变关系模型和同震形变场大小估计当前地震的烈度等级的方法可在地震烈度早期评估中发挥重要作用, 有助于我们今后调查地震烈度等级和烈度影响的范围判断; 3)利用AHP-熵权法对InSAR形变量、 库仑应力变化值、 人口密度、 震源距离、 沉积层厚度这5个因子进行加权叠加并进行烈度评估研究可提高地震烈度评估结果的可靠性, 该方法可为地震烈度评估提供一种新的思路。同时, 文中还讨论了InSAR同震形变场的逆冲型地震烈度评估方法的局限性, 为今后的研究提供了参考。
王顺, 姚远, 高明星. 基于InSAR同震形变场的新疆逆冲型地震烈度评估[J]. 地震地质, 2025, 47(5): 1396-1415.
WANG Shun, YAO Yuan, GAO Ming-xing. RESEARCH ON INTENSITY EVALUATION OF XINJIANG THRUST-TYPE EARTHQUAKES BASED ON INSAR COSEISMIC DEFORMATION FIELD[J]. SEISMOLOGY AND GEOLOGY, 2025, 47(5): 1396-1415.
| 名称 | 机构 | 震源机制解 | 矩心深度/km | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 节面 | 走向/(°) | 倾角/(°) | 滑动角/(°) | |||
| 皮山地震 | 中国地震台网中心 | 节面Ⅰ | 314 | 68 | 97 | 10 |
| 节面Ⅱ | 115 | 23 | 72 | |||
| GCMT | 节面Ⅰ | 294 | 68 | 92 | 15.6 | |
| 节面Ⅱ | 109 | 22 | 85 | |||
| USGS | 节面Ⅰ | 303 | 68 | 97 | 10 | |
| 节面Ⅱ | 104 | 23 | 73 | |||
| 精河地震 | 中国地震台网中心 | 节面Ⅰ | 76 | 44 | 80 | 23 |
| 节面Ⅱ | 269 | 47 | 99 | |||
| GCMT | 节面Ⅰ | 101 | 44 | 118 | 28 | |
| 节面Ⅱ | 244 | 52 | 66 | |||
| USGS | 节面Ⅰ | 92 | 60 | 92 | 20 | |
| 节面Ⅱ | 269 | 30 | 87 | |||
| 伽师地震 | 中国地震台网中心 | 节面Ⅰ | 182 | 35 | 32 | 16 |
| 节面Ⅱ | 65 | 72 | 121 | |||
| GCMT | 节面Ⅰ | 196 | 37 | 30 | 12 | |
| 节面Ⅱ | 81 | 72 | 123 | |||
| USGS | 节面Ⅰ | 221 | 20 | 72 | 20 | |
| 节面Ⅱ | 60 | 71 | 96 | |||
表 1 不同研究机构给出的震源机制解
Table1 The focal mechanism solutions reported by different research institutions
| 名称 | 机构 | 震源机制解 | 矩心深度/km | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 节面 | 走向/(°) | 倾角/(°) | 滑动角/(°) | |||
| 皮山地震 | 中国地震台网中心 | 节面Ⅰ | 314 | 68 | 97 | 10 |
| 节面Ⅱ | 115 | 23 | 72 | |||
| GCMT | 节面Ⅰ | 294 | 68 | 92 | 15.6 | |
| 节面Ⅱ | 109 | 22 | 85 | |||
| USGS | 节面Ⅰ | 303 | 68 | 97 | 10 | |
| 节面Ⅱ | 104 | 23 | 73 | |||
| 精河地震 | 中国地震台网中心 | 节面Ⅰ | 76 | 44 | 80 | 23 |
| 节面Ⅱ | 269 | 47 | 99 | |||
| GCMT | 节面Ⅰ | 101 | 44 | 118 | 28 | |
| 节面Ⅱ | 244 | 52 | 66 | |||
| USGS | 节面Ⅰ | 92 | 60 | 92 | 20 | |
| 节面Ⅱ | 269 | 30 | 87 | |||
| 伽师地震 | 中国地震台网中心 | 节面Ⅰ | 182 | 35 | 32 | 16 |
| 节面Ⅱ | 65 | 72 | 121 | |||
| GCMT | 节面Ⅰ | 196 | 37 | 30 | 12 | |
| 节面Ⅱ | 81 | 72 | 123 | |||
| USGS | 节面Ⅰ | 221 | 20 | 72 | 20 | |
| 节面Ⅱ | 60 | 71 | 96 | |||
| 地震 | 轨道信息 | 轨道方向 | 极化方式 | 主影像日期 | 从影像日期 | 时间基线 | 垂直基线 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 皮山地震 | 136 | 降轨 | VV | 2015-06-24 | 2015-07-18 | 24 | 31 |
| 精河地震 | 63 | 降轨 | VV | 2017-08-07 | 2017-08-19 | 12 | -80 |
| 伽师地震 | 129 | 升轨 | VV | 2020-01-16 | 2020-01-28 | 12 | 11 |
表 2 SAR数据
Table2 SAR data
| 地震 | 轨道信息 | 轨道方向 | 极化方式 | 主影像日期 | 从影像日期 | 时间基线 | 垂直基线 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 皮山地震 | 136 | 降轨 | VV | 2015-06-24 | 2015-07-18 | 24 | 31 |
| 精河地震 | 63 | 降轨 | VV | 2017-08-07 | 2017-08-19 | 12 | -80 |
| 伽师地震 | 129 | 升轨 | VV | 2020-01-16 | 2020-01-28 | 12 | 11 |
图 2 皮山地震的同震场与地震烈度对比图(据姚远等, 2016修改)
Fig. 2 Comparison of coseismic field to seismic intensity in Pishan earthquake (modified from YAO Yuan et al., 2016).
图 3 精河地震的同震场与地震烈度对比图(据常想德等, 2017修改)
Fig. 3 Comparison of coseismic field to seismic intensity in Jinghe earthquake (modified from CHANG Xiang-de et al., 2017).
图 4 伽师地震的同震场与地震烈度对比图(据马建等, 2020修改)
Fig. 4 Comparison of coseismic field to seismic intensity in Jiashi earthquake(modified from MA Jian et al., 2020).
| 结果 | 非标准化系数 | 标准化系数 Beta | t | VIF | R2 | 调整R2 | F | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| B | 标准误差 | |||||||
| 常数 | 7.184 | 0.04 | 0.569 | 179.79 | 1 | 0.323 | 0.319 | 80.766(P=0.000*) |
| 形变量/cm | 0.138 | 0.015 | 8.987 | |||||
表 3 线性回归分析结果
Table3 Results of linear regression analysis
| 结果 | 非标准化系数 | 标准化系数 Beta | t | VIF | R2 | 调整R2 | F | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| B | 标准误差 | |||||||
| 常数 | 7.184 | 0.04 | 0.569 | 179.79 | 1 | 0.323 | 0.319 | 80.766(P=0.000*) |
| 形变量/cm | 0.138 | 0.015 | 8.987 | |||||
图 5 各因子归一化图 a 皮山地震形变量归一化; b 伽师地震形变量归一化; c 皮山地震库仑应力变化归一化; d 伽师地震库仑应力变化归一化; e 皮山地震人口密度归一化;f 伽师地震人口密度归一化; g 皮山地震震源距离归一化; f 伽师地震震源距离归一化; i 皮山地震沉积层厚度归一化; j 伽师地震沉积层厚度归一化
Fig. 5 Normalization of each factor.
| 因子 | 同震形变量 | 库仑应力 | 人口密度 | 沉积层厚度 | 震源距离 |
|---|---|---|---|---|---|
| 同震形变量 | 1 | 1 | 3 | 3 | 3 |
| 库仑应力 | 1 | 1 | 3 | 3 | 3 |
| 人口密度 | 13 | 13 | 1 | 1 | 1 |
| 沉积层厚度 | 13 | 13 | 1 | 1 | 1 |
| 震源距离 | 13 | 13 | 1 | 1 | 1 |
| 合计 | 3 | 3 | 9 | 9 | 9 |
表 4 因子矩阵
Table4 Factor matrix
| 因子 | 同震形变量 | 库仑应力 | 人口密度 | 沉积层厚度 | 震源距离 |
|---|---|---|---|---|---|
| 同震形变量 | 1 | 1 | 3 | 3 | 3 |
| 库仑应力 | 1 | 1 | 3 | 3 | 3 |
| 人口密度 | 13 | 13 | 1 | 1 | 1 |
| 沉积层厚度 | 13 | 13 | 1 | 1 | 1 |
| 震源距离 | 13 | 13 | 1 | 1 | 1 |
| 合计 | 3 | 3 | 9 | 9 | 9 |
| 因子 | 特征向量 | 权重值/% | 最大特征根 | CI值 |
|---|---|---|---|---|
| 同震形变量 | 1.67 | 33.33 | 5 | 0 |
| 库仑应力 | 1.67 | 33.33 | ||
| 人口密度 | 0.56 | 11.11 | ||
| 沉积层厚度 | 0.56 | 11.11 | ||
| 震源距离 | 0.56 | 11.11 |
表 5 AHP层次分析结果
Table5 AHP hierarchical analysis result
| 因子 | 特征向量 | 权重值/% | 最大特征根 | CI值 |
|---|---|---|---|---|
| 同震形变量 | 1.67 | 33.33 | 5 | 0 |
| 库仑应力 | 1.67 | 33.33 | ||
| 人口密度 | 0.56 | 11.11 | ||
| 沉积层厚度 | 0.56 | 11.11 | ||
| 震源距离 | 0.56 | 11.11 |
| 最大特征根 | CI值 | RI值 | CR值 | 一致性检验结果 |
|---|---|---|---|---|
| 5 | 0 | 1.11 | 0 | 通过 |
表 6 一致性检验结果
Table6 Consistency examination
| 最大特征根 | CI值 | RI值 | CR值 | 一致性检验结果 |
|---|---|---|---|---|
| 5 | 0 | 1.11 | 0 | 通过 |
| 方法权重 | 形变量/% | 库仑应力变化/% | 沉积层厚度/% | 人口密度/% | 震源距离/% |
|---|---|---|---|---|---|
| 层次分析法 | 33.33 | 33.33 | 11.11 | 11.11 | 11.11 |
| 熵权法 | 27.39 | 34.19 | 2.72 | 34.42 | 1.28 |
| 组合权重 | 32.56 | 36.38 | 5.93 | 21.07 | 4.06 |
表 7 AHP-熵权法权重结果
Table7 Weight results with AHP-entropy weight method
| 方法权重 | 形变量/% | 库仑应力变化/% | 沉积层厚度/% | 人口密度/% | 震源距离/% |
|---|---|---|---|---|---|
| 层次分析法 | 33.33 | 33.33 | 11.11 | 11.11 | 11.11 |
| 熵权法 | 27.39 | 34.19 | 2.72 | 34.42 | 1.28 |
| 组合权重 | 32.56 | 36.38 | 5.93 | 21.07 | 4.06 |
| 序号 | 名称 | 烈度等级 | 调查烈度面积/km2 | 单因子评估烈度面积/km2 | 多因子评估烈度面积/km2 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 皮山地震 | Ⅷ | 1110 | 993 | 284 |
| Ⅶ | 3410 | 575 | 1027 | ||
| 2 | 精河地震 | Ⅷ | 979 | 771 | |
| Ⅶ | 3190 | ||||
| 3 | 伽师地震 | Ⅷ | 257 | 668 | 615 |
| Ⅶ | 2397 | 1166 | 1451 |
表 8 调查烈度与评估烈度面积对比
Table8 Comparison of area between investigation intensity and assessment intensity
| 序号 | 名称 | 烈度等级 | 调查烈度面积/km2 | 单因子评估烈度面积/km2 | 多因子评估烈度面积/km2 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 皮山地震 | Ⅷ | 1110 | 993 | 284 |
| Ⅶ | 3410 | 575 | 1027 | ||
| 2 | 精河地震 | Ⅷ | 979 | 771 | |
| Ⅶ | 3190 | ||||
| 3 | 伽师地震 | Ⅷ | 257 | 668 | 615 |
| Ⅶ | 2397 | 1166 | 1451 |
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