联合光学遥感和SAR影像青海玛多Ms 7.4地震同震形变场分析

张双成; 赵颖; 张成龙; 张菊清; 樊茜佑; 司锦钊; 张雅斐; 朱武; 李振洪

doi:10.13203/j.whugis20220615

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

联合光学遥感和SAR影像青海玛多Ms 7.4地震同震形变场分析

大地测量学与导航 | 更新时间：2026-11-05

- 联合光学遥感和SAR影像青海玛多Ms 7.4地震同震形变场分析
- Coseismic Deformation Analysis of Qinghai Maduo Ms 7.4 Earthquake Based on Optical Remote Sensing and SAR Images
- 武汉大学学报（信息科学版） 2025年50卷第3期页码：469-482
- 作者机构：
  
  1.长安大学地质工程与测绘学院，陕西西安，710054
  2.长安大学地学与卫星大数据研究中心，陕西西安，710054
  3.西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室，陕西西安，710054
- 作者简介：
  
  张双成，博士，教授，主要从事卫星导航与定位、GNSS遥感、地质灾害监测预警等研究。shuangcheng369@chd.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(42474028;42404020);国家重点研发计划(2020YFC1512000);陕西省科技创新团队项目(2021TD-51);陕西省地学大数据与地质灾害防控三秦学者创新团队项目(2022)
- DOI：10.13203/j.whugis20220615
  中图分类号： P237
- 收稿：2023-04-15，
  
  纸质出版：2025-03-05
- 稿件说明：
移动端阅览
张双成,赵颖,张成龙，等.联合光学遥感和SAR影像青海玛多Ms 7.4地震同震形变场分析[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(3):469-482.

ZHANG Shuangcheng,ZHAO Ying,ZHANG Chenglong,et al.Coseismic Deformation Analysis of Qinghai Maduo Ms 7.4 Earthquake Based on Optical Remote Sensing and SAR Images[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(3):469-482.
张双成,赵颖,张成龙，等.联合光学遥感和SAR影像青海玛多Ms 7.4地震同震形变场分析[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(3):469-482. DOI：10.13203/j.whugis20220615

ZHANG Shuangcheng,ZHAO Ying,ZHANG Chenglong,et al.Coseismic Deformation Analysis of Qinghai Maduo Ms 7.4 Earthquake Based on Optical Remote Sensing and SAR Images[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(3):469-482. DOI：10.13203/j.whugis20220615

摘要

2021-05-22青海省果洛藏族自治州玛多县发生Ms 7.4地震，作为近年来少有的发生在巴颜喀拉块体内部的强震，研究其同震形变场特征是十分必要的。收集了玛多地震前后Sentinel-2和Landsat 8影像，利用光学像素追踪(pixel offset tracking，POT)技术获得了该地震东西向和南北向形变；基于地震前后Sentinel-1升、降轨影像，利用合成孔径雷达干涉测量技术获取了该地震升、降轨雷达视线向（line of sight

LOS）形变，利用合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）POT技术获得该地震距离向和方位向形变，联合解算得到其三维同震形变场，并对提取的同震形变场结果进行对比交叉验证。结果表明，此次玛多地震为左旋走滑型地震，同震形变以东西向水平运动为主，发震断裂为江错断裂。基于光学遥感影像，得到该地震东西向和南北向形变大约集中在±1.60 m和±0.60 m；基于SAR影像，得到升轨最大LOS向抬升和沉降量分别约为1.29 m和-1.12 m，降轨最大LOS向抬升和沉降量约分别为1.15 m和-1.26 m；解算的三维同震形变场中，东西向形变约为-2.00~1.70 m，南北向形变主要集中在-1.00~0.50 m，垂直向上沿断裂带两侧呈升降交替运动，形变约在±0.3 m。地震北侧形变量级相较于南侧更大，得到的地表破裂带长约176 km，在东南末端（34.48°N，99.04°E）、西北末端（34.76°N，97.61°E）和西段鄂陵湖南侧（34.74°N，97.75°E）存在分支破裂。基于光学遥感和SAR影像提取的玛多地震同震形变场具有一致特征，且多平台、多技术为获取该地震完整同震形变场补充了更多地表破裂带分支等特征，该研究为光学遥感和SAR影像在地震同震形变监测中的应用提供一些参考。

Abstract

Objectives

An Ms 7.4 earthquake occurred in Maduo

Qinghai Province

China on May 22

2021

which is a rare powerful earthquake that occurred in Bayan Har block in recent years

it is essential to study the characteristics of its coseismic deformation field.

Methods

Based on Sentinel-2 and Landsat 8 images before and after Maduo earthquake

east-west and south-north two-dimensional coseismic deformation fields were obtained by optical pixel offset tracking (POT). Interferometric synthetic aperture radar (InSAR)was utilized to obtain line of sight (LOS) coseismic deformation based on Sentinel-1 ascending and descending images

and synthetic aperture radar (SAR) POT was utilized to obtain range and azimuth directions coseismic deformation of the earthquake

meanwhile

3D coseismic deformation field of this earthquake is calculated

moreover

the results of coseismic deformation field extracted are compared and verified.

Results

The experimental results show that coseismic deformation field characteristics of Maduo earthquake based on optical and SAR images are great consistent. Maduo earthquake is a typical left-lateral strike-slip event

the coseismic deformation is dominated by east-west horizontal movements

and the seismogenic fault is Jiangcuo fault. Based on optical images

it is obtained that east-west and north-south deformations of the earthquake are about ±1.60 m and ±0.60 m

respectively. Based on SAR images

the maximum LOS uplift and subsidence of ascending are about 1.29 m and -1.12 m

and descending are about 1.15 m and -1.26 m. In the 3D coseismic deformation field

the east-west deformation is about -2.00 m to 1.70 m

north-south deformation is mainly concentrated in -1.00 m to 0.50 m

and it moves alternately up and down along both sides of the fault zone in vertical direction

the deformation is about ±0.3 m. The magnitude of deformation values on north side of the earthquake is larger than that on south side. Branch ruptures are shown at the end of the southeast (34.48°N

99.04°E) and northwest (34.76°N

97.61°E) of the surface rupture

and south side of Eling Lake (34.74°N

97.75°E)

and aftershock sequence is distributed near these branch ruptures.

Conclusions

InSAR and POT technologies complement each other

which provide an effective way to obtain the complete coseismic deformation field

and multi-platform

high-resolution optical and SAR images provide important datasets.

关键词

Keywords

references

ZHANG J M ， ZHU W ， CHENG Y Q ， et al . Landslide Detection in the Linzhi–Ya’an Section Along the Sichuan-Tibet Railway Based on InSAR and Hot Spot Analysis Methods ［J］. Remote Sensing ， 2021 ， 13 （ 18 ）： 3566 .

MASSONNET D ， FEIGL K L . Radar Interferometry and Its Application to Changes in the Earth’s Surface ［J］. Reviews of Geophysics ， 1998 ， 36 （ 4 ）： 441 - 500 .

MICHEL R ， AVOUAC J P ， TABOURY J . Measuring Ground Displacements from SAR Amplitude Images： Application to the Landers Earthquake ［J］. Geophysical Research Letters ， 1999 ， 26 （ 7 ）： 875 - 878 .

ELLIOTT J L ， FREYMUELLER J T ， RABUS B . Coseismic Deformation of the 2002 Denali Fault Earthquake： Contributions from Synthetic Aperture Radar Range Offsets ［J］. Journal of Geophysical Research： Solid Earth ， 2007 ， 112 （ B6 ）： B06421 .

FIALKO Y ， SANDWELL D ， SIMONS M ， et al . Three-Dimensional Deformation Caused by the Bam， Iran， Earthquake and the Origin of Shallow Slip Deficit ［J］. Nature ， 2005 ， 435 （ 7040 ）： 295 - 299 .

MICHEL R ， AVOUAC J P . Deformation Due to the 17 August 1999 Izmit， Turkey， Earthquake Measured from SPOT Images ［J］. Journal of Geophysical Research： Solid Earth ， 2002 ， 107 （ B4 ）： ETG2 - 1 -ETG2-6.

AJORLOU N ， HOLLINGSWORTH J ， MOUSAVI Z ， et al . Characterizing Near-field Surface Deformation in the 1990 Rudbar Earthquake （Iran） Using Optical Image Correlation ［J］. Geochemistry ， Geophysics， Geosystems， 2021 ， 22 （ 6 ）： e2021GC009704 .

王乐洋，邹阿健 . 结合SAR和光学数据检索凯库拉Mw 7.8地震三维形变［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2024 ， 49 （ 2 ）： 303 - 312 .

WANG Leyang ， ZOU Ajian . Retrieving 3D Coseismic Deformation of 2016 Mw 7.8 Kaikoura Earthquake Using SAR and Optical Data ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2024 ， 49 （ 2 ）： 303 - 312 .

ZHANG C L ， LI Z H ， YU C ， et al . An Integrated Framework for Wide-area Active Landslide Detection with InSAR Observations and SAR Pixel Offsets ［J］. Landslides ， 2022 ， 19 （ 12 ）： 2905 - 2923 .

YAO J M ， YAO X ， WU Z Q ， et al . Research on Surface Deformation of Ordos Coal Mining Area by Integrating Multitemporal D-InSAR and Offset Tracking Technology ［J］. Journal of Sensors ， 2021 ， 2021 （ 1 ）： 6660922 .

余鹏飞，熊维，陈威，等 . 基于GNSS和InSAR约束的2021年玛多M S 7.4地震同震滑动分布及应用［J］. 地球物理学报， 2022 ， 65 （ 2 ）： 509 - 522 .

YU Pengfei ， XIONG Wei ， CHEN Wei ， et al . Slip Model of the 2021 Ms 7.4 Madoi Earthquake Constrained by GNSS and InSAR Coseismic Deformation ［J］. Chinese Journal of Geophysics ， 2022 ， 65 （ 2 ）： 509 - 522 .

刘计洪，胡俊，李志伟，等 . 融合哨兵1号和ALOS-2数据的2021年青海玛多地震高精度三维同震形变场研究［J］. 中国科学：地球科学， 2022 ， 52 （ 5 ）： 882 - 892 .

LIU Jihong ， HU Jun ， LI Zhiwei ， et al . Study on High-precision Three-dimensional Coseismic Deformation Field of Maduo Earthquake in Qinghai Province in 2021 by Fusing Sentinel 1 and ALOS-2 Data ［J］. Scientia Sinica （Terrae）， 2022 ， 52 （ 5 ）： 882 - 892 .

李海兵，潘家伟，孙知明，等 . 大陆构造变形与地震活动：以青藏高原为例［J］. 地质学报， 2021 ， 95 （ 1 ）： 194 - 213 .

Li Haibing ， Pan Jiawei ， Sun Zhiming ， et al . Continental Tectonic Deformation and Seismic Activity： A Case Study from the Tibetan Plateau ［J］. Acta Geologica Sinica ， 2021 ， 95 （ 1 ）： 194 - 213 .

邓起东，程绍平，马冀，等 . 青藏高原地震活动特征及当前地震活动形势［J］. 地球物理学报， 2014 ， 57 （ 7 ）： 2025 - 2042 .

DENG Qidong ， CHENG Shaoping ， MA Ji ， et al . Seismic Activities and Earthquake Potential in the Tibetan Plateau ［J］. Chinese Journal of Geophysics ， 2014 ， 57 （ 7 ）： 2025 - 2042 .

嘉世旭，林吉焱，郭文斌，等 . 巴颜喀拉块体地壳结构多样性探测［J］. 地球物理学报， 2017 ， 60 （ 6 ）： 2226 - 2238 .

JIA Shixu ， LIN Jiyan ， GUO Wenbin ， et al . Investigation on Diversity of Crustal Structures Beneath the Bayan Har Block ［J］. Chinese Journal of Geophysics ， 2017 ， 60 （ 6 ）： 2226 - 2238 .

高翔，邓起东 . 巴颜喀喇断块边界断裂强震活动分析［J］. 地质学报， 2013 ， 87 （ 1 ）： 9 - 19 .

GAO Xiang ， DENG Qidong . Activity Analysis of Large Earthquakes in Boundary Faults Around the Bayankala Faulting Block ［J］. Acta Geologica Sinica ， 2013 ， 87 （ 1 ）： 9 - 19 .

ROBINSON D P ， BROUGH C ， DAS S . The Mw 7.8， 2001 Kunlunshan Earthquake： Extreme Rupture Speed Variability and Effect of Fault Geometry ［J］. Journal of Geophysical Research： Solid Earth ， 2006 ， 111 （ B8 ）： B08303 .

LI Z H ， ELLIOTT J R ， FENG W P ， et al . The 2010 MW 6.8 Yushu （Qinghai， China） Earthquake： Constraints Provided by InSAR and Body Wave Seismology ［J］. Journal of Geophysical Research： Solid Earth ， 2011 ， 116 （ B10 ）： B10302 .

FENG G C ， HETLAND E A ， DING X L ， et al . Coseismic Fault Slip of the 2008 Mw 7.9 Wenchuan Earthquake Estimated from InSAR and GPS Measurements ［J］. Geophysical Research Letters ， 2010 ， 37 （ 1 ）： L01302 .

HUANG Y ， QIAO X J ， FREYMUELLER J T ， et al . Fault Geometry and Slip Distribution of the 2013 Mw 6.6 Lushan Earthquake in China Constrained by GPS， InSAR， Leveling， and Strong Motion Data ［J］. Journal of Geophysical Research： Solid Earth ， 2019 ， 124 （ 7 ）： 7341 - 7353 .

ZHAO D Z ， QU C Y ， SHAN X J ， et al . InSAR and GPS Derived Coseismic Deformation and Fault Model of the 2017 Ms7.0 Jiuzhaigou Earthquake in the Northeast Bayanhar Block ［J］. Tectonophysics ， 2018 ， 726 ： 86 - 99 .

李志才，丁开华，张鹏，等 . GNSS观测的2021年青海玛多地震（Mw 7.4）同震形变及其滑动分布［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2021 ， 46 （ 10 ）： 1489 - 1497 .

LI Zhicai ， DING Kaihua ， ZHANG Peng ， et al . Coseismic Deformation and Slip Distribution of 2021 Mw 7.4 Madoi Earthquake from GNSS Observation ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2021 ， 46 （ 10 ）： 1489 - 1497 .

潘家伟，白明坤，李超，等 . 2021年5月22日青海玛多Ms 7.4地震地表破裂带及发震构造［J］. 地质学报， 2021 ， 95 （ 6 ）： 1655 - 1670 .

PAN Jiawei ， BAI Mingkun ， LI Chao ， et al . Coseismic Surface Rupture and Seismogenic Structure of the 2021-05-22 Maduo（Qinghai） Ms 7.4 Earthquake ［J］. Acta Geologica Sinica ， 2021 ， 95 （ 6 ）： 1655 - 1670 .

王未来，房立华，吴建平，等 . 2021年青海玛多M S 7.4地震序列精定位研究［J］. 中国科学：地球科学， 2021 ， 51 （ 7 ）： 1193 - 1202 .

WANG Weilai ， FANG Lihua ， WU Jianping ， et al . Study on Precise Location of Maduo M S 7.4 Earthquake Sequence in Qinghai in 2021 ［J］. Scientia Sinica （Terrae）， 2021 ， 51 （ 7 ）： 1193 - 1202 .

贺礼家，冯光财，冯志雄，等 . 哨兵-2号光学影像地表形变监测：以2016年Mw 7.8新西兰凯库拉地震为例［J］. 测绘学报， 2019 ， 48 （ 3 ）： 339 - 351 .

HE Lijia ， FENG Guangcai ， FENG Zhixiong ， et al . Coseismic Displa cements of 2016 Mw 7.8 Kaikoura， New Zealand Earthquake， Using Sentinel-2 Optical Images ［J］. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica ， 2019 ， 48 （ 3 ）： 339 - 351 .

LEPRINCE S ， BARBOT S ， AYOUB F ， et al . Automatic and Precise Orthorectification， Coregistration， and Subpixel Correlation of Satellite Images， Application to Ground Deformation Measurements ［J］. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing ， 2007 ， 45 （ 6 ）： 1529 - 1558 .

YANG W T ， WANG Y J ， WANG Y Q ， et al . Retrospective Deformation of the Baige Landslide Using Optical Remote Sensing Images ［J］. Landslides ， 2020 ， 17 （ 3 ）： 659 - 668 .

柳林，宋豪峰，杜亚男，等 . 联合哨兵2号和Landsat 8估计白格滑坡时序偏移量［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2021 ， 46 （ 10 ）： 1461 - 1470 .

LIU Lin ， SONG Haofeng ， DU Yanan ， et al . Time-series Offset Tracking of the Baige Landslide Based on Sentinel-2 and Landsat 8 ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2021 ， 46 （ 10 ）： 1461 - 1470 .

FENG G C ， DING X L ， LI Z W ， et al . Calibration of an InSAR-derived Coseimic Deformation Map Associated with the 2011 Mw-9.0 Tohoku-Oki Earthquake ［J］. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters ， 2012 ， 9 （ 2 ）： 302 - 306 .

MICHEL R ， AVOUAC J P . Coseismic Surface Deformation from Air Photos： The Kickapoo Step over in the 1992 Landers Rupture ［J］. Journal of Geophysical Research： Solid Earth ， 2006 ， 111 （ B3 ）： B03408 .

SCHERLER D ， LEPRINCE S ， STRECKER M R . Glacier-surface Velocities in Alpine Terrain from Optical Satellite Imagery—Accuracy Improvement and Quality Assessment ［J］. Remote Sensing of Environment ， 2008 ， 112 （ 10 ）： 3806 - 3819 .

DING C ， FENG G C ， LI Z W ， et al . Spatio-temporal Error Sources Analysis and Accuracy Improvement in Landsat 8 Image Ground Displacement Measurements ［J］. Remote Sensing ， 2016 ， 8 （ 11 ）： 937 .

WEGMÜLLER U ， WERNER C . Gamma SAR Processor and Interferometry Software ［C］// Space at the service of Our Environment ， Florence ， 1997 .

SCHEIBER R ， MOREIRA A . Coregistration of Interferometric SAR Images Using Spectral Diversity ［J］. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing ， 2000 ， 38 （ 5 ）： 2179 - 2191 .

GOLDSTEIN R M ， WERNER C L . Radar Interferogram Filtering for Geophysical Applications ［J］. Geophysical Research Letters ， 1998 ， 25 （ 21 ）： 4035 - 4038 .

PEPE A ， LANARI R . On the Extension of the Minimum Cost Flow Algorithm for Phase Unwrapping of Multitemporal Differential SAR Interferograms ［J］. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing ， 2006 ， 44 （ 9 ）： 2374 - 2383 .

YU C ， PENNA N T ， LI Z H . Generation of Real-time Mode High-resolution Water Vapor Fields from GPS Observations ［J］. Journal of Geophysical Research： Atmospheres ， 2017 ， 122 （ 3 ）： 2008 - 2025 .

YU C ， LI Z H ， PENNA N T . Interferometric Synthetic Aperture Radar Atmospheric Correction Using a GPS-based Iterative Tropospheric Decomposition Model ［J］. Remote Sensing of Environment ， 2018 ， 204 ： 109 - 121 .

STROZZI T ， LUCKMAN A ， MURRAY T ， et al . Glacier Motion Estimation Using SAR Offset-tracking Procedures ［J］. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing ， 2002 ， 40 （ 11 ）： 2384 - 2391 .

WEGNÜLLER U ， WERNER C ， STROZZI T ， et al . Sentinel-1 Support in the GAMMA Software ［J］. Procedia Computer Science ， 2016 ， 100 ： 1305 - 1312 .

张成龙，李振洪，张双成，等 . 综合遥感解译2022年Mw 6.7青海门源地震地表破裂带［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2022 ， 47 （ 8 ）： 1257 - 1270 .

ZHANG Chenglong ， LI Zhenhong ， ZHANG Shuangcheng ， et al . Surface Ruptures of the 2022 Mw 6.7 Menyuan Earthquake Revealed by Integrated Remote Sensing ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2022 ， 47 （ 8 ）： 1257 - 1270 .

WERNER C ， WEGMULLER U ， STROZZI T ， et al . Precision Estimation of Local Offsets Between Pairs of SAR SLCS and Detected SAR Images ［C］// Proceedings of 2005 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium ， 2005 . IGARSS ' 05 . Seoul， 2005： 4803 - 4805 .

HUANG L ， LI Z . Comparison of SAR and Optical Data in Deriving Glacier Velocity with Feature Tracking ［J］. International Journal of Remote Sensing ， 2011 ， 32 （ 10 ）： 2681 - 2698 .

Yan Shiyong ， GUO Huadong ， LIU Guang ， et al . Mountain Glacier Displacement Estimation Using a DEM-Assisted Offset Tracking Method with ALOS/PALSAR Data ［J］. Remote Sensing Letters ， 2013 ， 4 （ 5 ）： 494 - 503 .

ZHANG W T ， ZHU W ， TIAN X D ， et al . Improved DEM Reconstruction Method Based on Multibaseline InSAR ［J］. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters ， 2021 ， 19 ： 4011505 .

KONCA A O ， LEPRINCE S ， AVOUAC J P ， et al . Rupture Process of the 1999 Mw 7.1 Duzce Earthquake from Joint Analysis of SPOT， GPS， InSAR， Strong-Motion， and Teleseismic Data： A Supershear Rupture with Variable Rupture Velocity ［J］. The Bulletin of the Seismological Society of America ， 2010 ， 100 （ 1 ）： 267 - 288 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

考虑InSAR地表形变的滑坡易发性评价负样本选取与结果优化

基于深度学习的InSAR影像局部与非局部联合相位滤波

陆地探测一号卫星用于干涉测量精度验证与分析——以大同市为例

四川筠连县金坪村滑坡灾前地貌变化和形变特征研究

一种基于GNSS和机器学习的InSAR大气改正方法