随着大地测量观测理论、观测平台和观测技术的发展与进步, InSAR作为一种新型的遥感地质观测途径和数据源, 在同震形变获取、地震应急监测、抗震救灾和发震构造科学研究中发挥了越来越重要和不可替代的作用。其中, InSAR在同震形变监测中的应用最为广泛, 能够在重要灾害性地震事件发生后及时响应, 在识别隐伏断层、确定发震断层、监测地表破裂、研究发震断层的运动学特征、获取三维形变以及厘定发震构造等问题中能提供有效的地表观测数据和模型约束。InSAR观测以其大范围、高精度、及时性等技术和数据优势, 在地震应急观测方面的科技支撑作用逐渐凸显, 能解决防震减灾的实际需求并逐渐趋于业务化。梳理近年来InSAR技术在不同活动构造区和地震危险区地震周期形变监测中的应用、分析基于InSAR同震形变观测的断层运动学特征和发震构造研究、讨论InSAR技术的前沿发展趋势, 能更好地服务于当前青藏高原及周边广大地区的防震减灾事业, 有助于实现活动断层的地震危险性评估等科学目标。基于此, 文中简要综述了近20年来InSAR技术在同震形变获取、应用中的现状、业务化、科学认识和存在的问题。

文中运用D-InSAR技术获取的2021年3月19日西藏比如县M_S6.1 地震的同震形变场显示: 升、 降轨LOS向同震位移场的长轴为NE向, 其中最大抬升量和沉降量分别约为5cm和6cm; 在此基础上, 基于Okada模型反演断层面的精细滑动分布特征。反演结果表明近场残差得到有效控制, 其中发震断层参数为: 走向228°, 为SE倾向断层, 宏观震中位于(31.94°N, 92.87°E), 矩震级为 M_W5.8, 平均滑动角为-56.42°, 最大滑动量达0.2m, 倾角为55°。最后, 运用Column33软件计算以反演断层为接收断层的不同深度的同震库仑应力变化, 结果显示比如地震震中附近产生了明显的应力降, 深部断层滑动量很小。后续地震事件通常发生在5~15km深度, 这与相应深度的应力增加区域一致; 以班公湖-怒江断裂和聂荣北断裂为接收断层的应力变化显示, 比如地震在2条断裂的部分区域产生了应力加载, 库仑破裂应力值ΔCFS>0.01MPa, 需要引起关注。结合地表形变观测资料和前人的研究成果初步认为, 比如 M_W5.8 地震的发震断层为NE向隐伏次级断裂, 位于班公湖-怒江断裂带西段北侧, 断裂活动方式以正断为主, 兼具少量走滑分量, 发震断层与主断层的关系需要通过野外地质调查资料综合确定。

2021年5月21日云南漾濞县城西侧发生M_S6.4地震。 文中以欧洲航空局升、 降轨Sentinel-1 SAR为数据源, 基于D-InSAR技术获取了此次地震的InSAR同震形变场: 升轨LOS(Line of Sight)向最大形变量约为0.07m, 降轨最大LOS向形变量约为0.08m。 以升、 降轨同震形变场数据和GNSS数据为约束, 反演了断层滑动分布。 反演结果表明, InSAR/GNSS数据对断层倾向的约束能力较弱, NE倾向和SW倾向2种断层模型都能够在误差范围内拟合观测数据, 其中: SW倾向断层模型的最大滑动量约为0.8m, NE倾向断层模型的最大滑动量约为0.6m; 其余参数, 如滑动角为-170°、 倾角为80°、 矩震级为M_W6.07均一致, 破裂也都集中在地下2~10km深度范围内。 结合主震发生后3h内的余震精定位结果分析, 我们认为倾向SW的发震断层模型可能更符合实际情况。 根据断层滑动模型、 同震滑动分布并结合破裂运动学特征, 初步判定发震断层为维西-乔后-巍山断裂以西的一条次级断裂。 基于反演得到的断层滑动模型计算了漾濞地震破裂导致周边断裂的库仑应力变化情况, 结果表明漾濞地震对维西-乔后-巍山断裂、 红河中段断裂和红河北段断裂的南段具有显著的应力卸载作用, 初步认为漾濞地震之后周围断裂的地震危险性有所缓解。

2019年9月24日, 巴基斯坦北部新米尔普尔发生M_W6.0地震。 文中利用欧空局升降轨Sentinel-1A SAR数据重建了此次地震的InSAR同震形变场。 结果表明, 同震形变呈NW-SE向非对称性地分布于喜马拉雅主前缘逆冲断裂的次级断裂带南缘, 最大LOS向形变量为10cm, 升、 降轨观测的同震形变场结果一致, 但南盘的形变量明显大于北盘。 在反演过程中, 通过InSAR升降轨形变场约束出SW倾向和NE倾向2种不同的初始断层模型, 通过反演并结合该区域的地质构造背景, 最终发现NE倾向断层模型的拟合度远高于SW倾向的断层模型。 该断层模型的反演结果显示, 同震破裂集中于地下2~4km深处, 产生的最大滑动量约为0.64m, 平均滑动角约为125°, 矩震级为M_W6.0, 断层的运动性质以N倾逆冲(倾角为15°)为主, 兼具少量右旋走滑运动。 从同震断层模型和破裂运动学特征推测, 此次地震的发震断层为喜马拉雅主前缘逆冲断裂的次级断裂。

塔里木盆地基底与天山造山带之间的持续挤压会聚, 不仅造就了天山不断隆升的山体, 也导致了遍布整个造山带的破坏性地震, 而位于其山体两侧盆山交接区域的破坏性地震更是严重威胁着沿线居民和基础设施的安全。 文中以2020年M_W6.0柯坪塔格地震为切入点, 获取了该地震的InSAR同震形变场, 并基于强震台加速度记录经双重积分得到了位移矢量, 以此为约束反演了本次地震发震断层的运动学参数; 此外, 综合该区域历史地震和构造特征的最新研究成果, 讨论了本次地震与历史地震之间的关系, 进而评估了柯坪塔格褶皱带周边的地震危险性。 研究表明, 2020年柯坪塔格M_W6.0地震的破裂范围受限于褶皱构造, 其产生的地表形变促进了柯坪塔格前缘褶皱的抬升, 由此推测该地震导致了褶皱带下伏沉积层底部滑脱面的位错, 是褶皱带内SN向挤压应力集中释放的表现。 包括本次地震在内的区域历史地震(1902年M_W7.7伽师地震、 1996年M_W6.3伽师地震和1997—2003年伽师地震群)均可以解释为塔里木盆地基底向西南天山下插过程中地壳对不同部位应力积累特征的响应。 经简单计算所得的结果表明, 在不考虑障碍体的情况下, 柯坪塔格周边可发生M_W7.0以上地震。

地震孕育的过程中，在一定时空范围内会出现热异常现象，该异常可能与构造活动存在密切联系，能否利用与构造活动相关的物理过程解释该热异常现象，目前尚未取得共识。为进一步揭示构造应力与地震热异常的关系，文中基于二维多孔介质热流固（THM）耦合模型，模拟了汶川地震前由于断层应力释放引发的热异常演化特征，发现流体对流和岩体应力致热效应导致的热异常现象在空间分布、时间演化、异常量级上皆与观测数据有较好的一致性。结果显示：汶川地震前，受断层应力释放的影响，热异常现象主要出现在断裂带及其相邻的上盘区域，沿断层走向呈带状分布，以增温异常为主，断裂带区域可发生短时降温；断裂带区域热异常受流体对流和应力致热作用联合控制，增温强度先增大后减小，通常可产生高于1K量级的空气增温；非断裂带区域的增温强度主要取决于流体对流作用的强弱，在地震前逐渐增强，对渗透率的响应显著，通常当渗透率≥ 10^-13m²时，才能出现1K量级的空气增温异常。文中分析认为，地震前断层应力释放引起的流体热对流浅地表存在蠕滑现象，蠕滑速率为4和应力致热作用可以解释地震前的热异常现象。

首先利用地震地质调查、地震剖面探测结果对汶川地震的发震断层几何形态及周边块体介质参数进行约束，建立了3个包含有不同主断层的龙门山断裂带二维黏弹性有限元模型；然后基于连续-离散单元法对汶川地震的孕育与发生进行了全周期模拟，包括震间应力积累阶段、同震应力释放阶段及震后恢复调整阶段。模型对比研究结果表明，龙门山断裂带中由于断层几何结构及断层面剪切应力与正应力的综合作用，使得最先达到断层破裂准则阈值的灌县-江油断层率先破裂，初始破裂在深度15～20km处，破裂进一步传导至映秀-北川断层；同时由于灌县-江油断层与映秀-北川断层的破裂导致系统内应力大幅度降低，使得灌县-江油断层不具备产生同震破裂的应力条件。然而，尽管汶川-茂汶断层上的应力水平与汶川地震前相比有所减弱，但仍积累了较高的震间应力，可能预示其在汶川地震后具有较高的地震危险性。模拟结果还表明，铲型逆冲断层系统的深部断层破裂能够推动浅部高倾角区域发生被动破裂，因而其发震断层的倾角上限很可能比传统认识的大。

对发生在青藏高原东北缘-柴达木盆地北缘的4个中等震级地震分别做了研究，其中1个地震发生在2008年，另外3个发生在2009年。利用D-InSAR技术采用Envisat ASAR降轨数据获得了这4个地震的同震形变场。结果显示，2008年地震形变场只有1个形变中心，而2009年地震有3个形变中心。2008、2009年地震引起的卫星视线向最大形变分别为0.097m和0.41m。基于弹性半空间模型和InSAR获得的地表形变场，反演了断层面滑动分布。对于2008年地震，采用了一分段断层模型，反演结果得出最大滑动为0.47m，发生在地下19km处。对于2009年发生的3个地震，结合分析InSAR同震形变场后分别采用了一分段断层、两分段断层和三分段断层模型反演，结果得出三分段断层模型模拟的形变场最符合观测到的InSAR地表形变场且残差最小，认为三分段断层模型最可靠。

根据喜马拉雅断裂系的构造形态，采用缓倾角反铲型断层模型模拟MHT上地震破裂部分的坡坪式发震构造。利用Alos-2及Sentinel-1获取的InSAR数据，反演获得了2015年尼泊尔Gorkha地震及其最大余震Kodari地震的同震滑动分布模型。与单独利用Alos-2或Sentinel-1 InSAR数据的反演结果相比，利用Alos-2和Sentinel-1 InSAR数据联合反演能够提供Gorkha地震破裂的更多细节信息，尤其对深部信息的约束更加明显。联合反演得到的破裂深度最大可达24km，穿过了该区域的闭锁线，到达了闭锁和蠕滑的转换区域。反演的断层模型倾角在3°~10°之间，最大滑动量出现在地下17km处，约4.5m。Gorkha地震和Kodari地震发震性质相似，都是发生在MHT断层上的低角度逆冲型地震，其中Gorkha地震略带右旋分量。反演结果还显示，Gorkha地震与Kodari地震的破裂滑动在空间上存在互补性，Kodari地震就发生在Gorkha地震的破裂空区内。通过计算Gorkha地震对Kodari地震发震断层的库仑破裂应力加载，发现Kodari地震震中恰位于库伦破裂应力正负交界区域，库仑破裂应力加载达0.4MPa，表明Kodari地震可能受到了Gorkha地震的触发。

2008年西藏改则M_W6.4地震发生于青藏高原腹地拉萨块体与羌塘块体之间的张性活动构造带上，是一次典型的正断层破裂事件。基于InSAR对SN向形变的极度不敏感性，文中利用结合先验条件的最小二乘迭代逼近法解算了改则地震的三维同震形变场。结果显示：主震断层两盘的垂直运动差异明显，上盘存在明显的沉降“双心”特征，量值分别为-41.4 cm、-48.9cm，而下盘的最大隆升量仅5cm；除余震断层附近存在小量级（<5cm）的N向形变外，SN向形变总体趋势向S；三维形变场的整体以垂直形变为主，并集中于上盘，而水平形变具有明显的EW向分离和E向旋转特征；所得到的各形变分量与模拟值的残差标准差不超过6cm，说明此方法能够用于获取精度较高的三维同震形变场。整体上，三维形变场的分解结果与改则地震的张性破裂特征及其所处的EW向拉伸、SN向压缩构造应力背景呈现一致性特征。

利用欧洲空间局新发射的Sentinel-1A卫星获取的第1对同震SAR影像，采用30m×30m分辨率的ASTER GDEM数据去除地形效应，应用枝切法解缠，得到了2014年8月24日美国加利福尼亚州纳帕地震的地表同震形变场。为了获取最优同震形变场，对比使用了90m×90m分辨率的SRTM数据去除地形相位，以及最小费用流方法进行相位解缠。结果显示此次地震造成形变场在LOS方向（Line Of Sight）的最大抬升量和最大沉降量分别达到了0.1m和0.09m。基于获取的同震形变场，采用限制性最小二乘算法进行敏感性迭代拟合，获取了此次地震的断层滑动分布及部分震源参数。反演结果表明发震断层的走向为341.3°，倾角为80°，破裂以右旋走滑为主，平均滑动角为-176.38°，最大滑动量达0.8m，位于地表下约4.43km处。此次地震累计释放地震矩1.6×10¹⁸N·m，约合矩震级M_W6.14。

基于大量SAR数据的时序InSAR技术已被广泛应用于断裂带震间长期缓慢地壳形变的观测研究，文中对现有多种时序InSAR方法（如Stacking，PSInSAR，SBAS等）的基本原理和技术特点进行了概括总结。采用PSInSAR技术，利用2003—2010年的17景降轨ENVISAT/ASAR数据，在海原断裂带中段开展了震间地壳形变观测的实验研究，获得了海原断裂中段的跨断层InSAR形变速率场整体图像，显示了约5mm/a的左旋走滑运动速率，与GPS和地质学研究基本一致。在此基础上，对时序InSAR断层活动性观测研究中的若干问题，如LOS形变速率与目标断层走向的关系、LOS 形变速率与跨断层观测宽度的关系、LOS 形变速率与GPS等其他形变速率的关系以及LOS 形变速率场揭示的断层相互作用及断层滑动方式等进行了分析探讨。这些将为进一步推进InSAR构造变形监测研究提供参考。

发震断层的形变是断层活动的重要参数之一，对认识断层性质、震源机理有重要作用。文中以逆冲性质为主的汶川地震为例，采用符合地表水平形变特征的Biharmonic样条插值对GPS水平形变矢量插值，然后再分解为EW和SN向分量。利用可靠的GPS观测值对InSAR参考点进行校正，统一两者的坐标系。通过对汶川地震视线向形变场剖面与GPS对比分析发现，断层上盘GPS与InSAR观测参考点相差9.93cm，而下盘则为-11.49cm。在此研究基础上，通过GPS水平形变场与InSAR视线向形变场联合解算，获取了汶川地震垂直连续形变场。结果表明，断层两侧垂直形变衰减较快，横跨断裂带形变量>30cm的宽度不超过50km；沿发震断层附近垂直形变高值区分布不均匀，主要集中分布在发震断裂的汶川县城至都江堰段、茶坪—北川—南坝段和青川段。这3段各有特色，南段断层两侧垂直形变极不对称，主要以上盘剧烈抬升为主，最大抬升区域在映秀镇至连山坪一带，抬升量达到5.5m。中段表现为较强的反对称性，断层一侧抬升另一侧沉降。该段上盘最大抬升区域在茶坪东侧，抬升量为255cm，下盘最大沉降量在永庆，沉降量为-215cm。北端垂直形变相对较小，主要分布在青川北侧，呈对称分布，在发震断层最北端，最大抬升量为120cm。

钻孔应变观测是一种重要的地球动力学研究手段，具有广泛的用途。但是，建立钻孔应变观测点的费用比较高，而成功率又不够高，限制了这种观测的普遍推广。一些观测点的失败，其主要原因是钻孔条件不理想，即仪器安装深度岩石破碎。因为钻孔费用高，所以即使钻孔后发现岩石条件没有达到要求，往往也只能勉强安装仪器。要解决这个问题，就要事先对场地岩石条件进行预判。岩石裂隙通常都含有裂隙水，会降低其电阻率。高密度电法勘探对地下岩石的电阻率有比较高的分辨率，用这种方法在山西的上皇庄、东马坊和交口3个观测点建设中进行了实验。其中，在上皇庄拉了1条测线，东马坊和交口分别拉了2条互相垂直的测线。在上皇庄打了3个钻孔，其他2个点分别只有1个。5个钻孔和取心的岩石强度实验结果以及仪器安装情况，都与勘探结果相符，这表明高密度电法是一个有效的预判岩石完整性的手段。要防止钻孔打在破碎带上，就要避开电法勘探显示的低阻区。

干涉基线是InSAR形变观测中一个非常重要且关键的参数,它不仅对像对的相干性起决定性作用,还对形变观测的精度和可靠性有直接影响。若基线不能被准确估计,就会使轨道残余相位和地形残余相位混入形变相位而导致观测误差。文中首先分析了干涉基线对参考相位和模拟地形相位的影响及几种不同的干涉基线估计方法,然后以6景ERS2 SAR图像为数据源,以1997年西藏玛尼地震的同震-震后形变场为例,对比分析了基于粗略轨道数据、精密轨道数据、干涉条纹频率及地面控制点等不同基线估计条件下的干涉形变场图像。结果表明,粗/精轨道数据差别很大,利用粗略轨道数据估计基线得到的差分干涉图含有明显的轨道残余相位,致使干涉条纹密集,观测形变量偏大。因此,必须利用精密轨道数据进行基线校正。有时精轨数据也不能完全消除轨道的影响,这时还要做基于干涉条纹频率的多余条纹去除校正及基于地面控制点的基线精校正。处理得到的玛尼地震同震形变沿断层走向南、北两盘的最大相对位移约4.5m,与野外观测结果一致。得出的震后形变场主要集中在断层附近10～20km的狭长条形区域内,震后508d的累积形变量至少达5.6cm,随着时间延续,震后累积形变量增加。

基于星载合成孔径雷达差分干涉测量技术(D-InSAR),利用7个条带共112景日本ALOS/PALSAR raw格式雷达数据,采用两通差分干涉处理模式,获取了2008年5月12日汶川M_S8.0地震发震断层周围约450km×500km区域的同震形变干涉纹图。通过对干涉纹图的定性分析,确定了非相干带的分布范围,据此对相位连续条带和相位不连续条带采用不同的相位解缠方案,实现了7个条带的成功解缠,获得了数值化的干涉形变场图像,并通过形变等值线和跨断层形变剖面线等方法对干涉形变场的空间分布和演化特征进行了分析。结果表明:汶川地震造成的地表形变场沿映秀-北川断裂带分布,形变范围很大,但主要集中在发震断层南北两侧各约100km的近场区。其中断层附近由西向东宽约30~15km,长约250km的区域为非相干带,是本次地震中变形最强烈并伴有地表破裂发生的区域,其形变梯度已超出InSAR测度能力。在非相干带两侧宽度各约70km,具有清晰可辨连续完整并向发震断层收敛的包络状干涉条纹区域是次一级形变区,距离发震断层越近,形变梯度和幅度越大,其视线向位移为北盘沉降,南盘抬升。相对于数据条带南北边缘,北盘最大累积沉降量约-110~-120cm,出现于汶川和茂县东北,在理县南震中附近也有一大面积沉降区,沉降位移约为-55~-60cm。南盘最大累积抬升量约120~130cm,出现在映秀西侧震中区,都江堰北及北川附近。南北盘之间的相对最大形变量约240cm,出现在映秀西侧震中附近及都江堰北。在发震断层两侧距非相干带各约70km以外的远场区,干涉条纹稀少,形变量很小,仅在±10cm以下。跨断层形变剖面表明,断层附近及其上盘形变梯度差异大,变形非均匀性突出,而下盘形变过程相对平稳。这些形变差异反映了断层活动的非均匀性及逆断层变形的复杂性。分析认为汶川地震发震断层的运动模式是上下盘相对逆冲运动。

针对2008年1月9日M_W6.4西藏改则地震和2008年1月16日的M_W5.9余震,通过两通(2-pass)加外部DEM差分干涉处理技术(D-InSAR),提取了地震区域2次地震累积的视线向(LOS)同震形变场。结果表明:发震断层均为正断层,位于依布茶卡-日干配错断裂端点附近。主震发震断层走向为N30°E,余震发震断层走向为N21°E,两断层距离约7km;在影像上主震发震断层有造成地表破裂的痕迹,余震未见地表破裂的痕迹;这次地震造成的同震形变场长约30km,宽约20km,主震断层上盘和下盘视线向最大形变量分别为39.2cm和11.2cm,两盘相对位错达50.4cm,余震造成的视线向形变量为9.4cm。

采用7条地震前后日本ALOS/PALSAR整轨数据,利用D-InSAR技术提取了2008年5月12日四川汶川地震500km×450km的地表连续同震形变场。形变场覆盖了金川—石棉、黑水—乐山、松盘—彭山、南坪—简阳、康县—重庆所有区域,包括了理县、汶川、茂县、北川、青川等重灾区域。结果显示,整个形变场影响范围较大,四川盆地出现了不同程度的地表形变。发震断层附近的非相干区域显示此次地震地表主破裂带在北川-映秀断裂带上,可以追踪出地表破裂带从汶川县映秀镇西南震中附近一直到青川县苏河北侧,全长约为230km。在发震断层西南段汶川至茂县一带,非相干条带的宽度明显大于其它段落,这与彭县-灌县断裂(前山断裂)的都江堰—安县段地表破裂段密切相关,地表破裂带长约70km。在远离发震断层的区域,西北盘总体表现为抬升,东南盘表现为沉降。但在发震断层附近,断层两侧均表现为局部抬升,且沿断层形变量分布很不均匀,表现出较强的分段性,显示出发震断层以逆冲为主的断层性质。从美国哈佛大学(Harvard)、美国地质调查局(USGS)与美国国家地震信息中心(NEIC)、中国地震台网中心(CENC)所给出的震中位置和发震时刻的差异来看,也反映出汶川地震破裂过程是多点破裂过程。在汶川县映秀镇西侧震中区,最大相对形变量达260cm,如果全部换算成垂直形变,则两个区域的垂直相对形变达3.3m。在雅安、峨眉山一带约有35cm的沉降区,在重庆及其南侧区域约有25cm的小范围隆起。

利用四川省汶川M_S 8.0地震的震源机制解及滑动分布模型,反演了由汶川地震造成的同震库仑破裂应力变化;从余震效应与断层相互作用的角度对库仑破裂应力变化进行了分析。结果显示:基于滑动分布模型反演的库仑破裂应力变化能较好地反映与余震分布的对应关系,以最大余震断层面参数(走向/倾角/滑动角:204°/56°/98°)为接收断层,反演结果最佳,83%M>4的余震均发生于库仑应力增加约0.01MPa的区域;库仑破裂应力变化的主要特征为断层北盘大部分区域为库仑破裂应力下降区,断层南盘主要为增加区,断层两端均显示库仑破裂应力变化增加,且分别沿NE和SW两个方向发展。最后,基于活断层分布模型,计算由此次地震造成的已存断层面上的库仑破裂应力变化,结果显示多条左旋走滑断裂库仑破裂应力变化值增加。

文中采用钻探技术对南口-孙河断裂带进行了试验探测研究,并通过层序地层学、岩性岩相分析、磁化率分析与年代测定等方法建立了钻孔联合剖面,进而研究了断层距今60ka以来的多期活动特征,得出断裂带的3个活跃期是60～47kaBP、36～28kaBP与16kaBP以来,其余时段为相对平静期。断裂带的平均垂直位错速率,距今60～37ka之间约为0.35mm/a,37～32ka之间为0mm/a,32～12ka之间为0.78mm/a,12ka以来为0.35mm/a。研究认为,与传统的岩性、沉积相分析方法相比,层序地层学方法在钻孔地层对比与隐伏断层活动分期研究中有一定的优势。

采用D-InSAR技术获取了1997年11月8日西藏玛尼地震前3期地表干涉形变场时空演化图像。通过对干涉形变场图像进行分析,得到了震前积累形变场时空演化特征与震源破裂面闭锁之间的对应关系。结果表明:玛尼地震前10个月孕震区地表形变场就开始出现了与发震断层性质一致的变化趋势———左旋扭动,且随着发震时间的临近,南盘形变加剧,形变中心向E进一步扩展。南盘变形量明显大于北盘,南盘为主动盘。到震前2个半月,断层两盘的闭锁进一步加剧,有随时破裂的可能。从震前1996年4月16日到震前2个半月之间,南盘局部累计扭曲变形量达344mm。