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本研究通过整合Sentinel-1 InSAR与GNSS观测数据(2017-2023),系统揭示了厄瓜多尔安第斯山谷及周边区域的地表形变特征。研究人员定量分析了构造活动(如CCPP断裂3.1±0.6 mm/yr滑动速率)、火山过程(4座活火山形变)及人为活动(基多-3.5 mm/yr沉降)等多源形变信号,首次建立了全国尺度的形变场模型。该成果为安第斯型构造环境下的地质灾害监测和城市韧性评估提供了重要基准数据。
在板块汇聚的安第斯山脉地区,厄瓜多尔正经历着纳斯卡板块向南美板块俯冲引发的复杂地壳变形。这个区域不仅存在55-58 mm/yr的板块汇聚速率,还发育着活跃的Chingual-Cosanga-Pallatanga-Puná(CCPP)断裂系统,历史上曾发生1859年Mw 7.2基多地震和2016年Mw 7.8佩德纳莱斯地震等重大事件。然而,受限于植被覆盖导致的C波段雷达失相干问题,传统InSAR技术难以全面捕捉该地区的三维形变特征,特别是对短波长浅表变形和长波长深部变形的联合监测存在明显技术缺口。
为突破这一技术瓶颈,来自英国利兹大学等机构的研究团队创新性地将Sentinel-1 InSAR与RENGEO GNSS网络数据融合,建立了厄瓜多尔首个全国尺度的形变速度场模型。这项发表在《Journal of South American Earth Sciences》的研究,通过处理2470景SAR影像生成的19147个干涉图,实现了对构造活动、火山过程和人为形变的高分辨率监测。
研究采用LiCSBAS时序分析技术处理多轨道Sentinel-1数据,通过小基线集方法构建形变时间序列。GNSS数据采用SOAM参考框架下的线性回归模型处理,结合通用克里金插值生成连续速度场。关键技术包括:1)采用12天以上干涉图组合策略降低植被失相干影响;2)开发双断层螺丝位错模型解析CCPP断裂滑动特征;3)应用20 km滑动中值滤波器提取应变率场;4)通过方差-协方差矩阵加权实现InSAR-GNSS数据融合。
研究结果揭示:
1)火山活动形变方面:识别出4座活火山的显著形变信号,其中Chiles-Cerro Negro火山区呈现15 mm/yr的隆升,与热液系统活动相关;Sangay火山东西两翼分别表现出12 mm/yr和10 mm/yr的相向运动,反映2019年新喷发活动的影响。
2)人为形变特征:量化了主要城市的沉降速率,包括基多南部(-3.5 mm/yr)、瓜亚基尔(+∼8 mm/yr)等地区,发现北部采矿区存在-3.6 mm/yr的垂直形变。特别在昆卡东北部,火山沉积层呈现20.3 mm/yr的快速沉降。
3)构造形变解析:在Pallatanga-Riobamba区域,双断层模型显示CCPP主断裂滑动速率为3.1±0.6 mm/yr(闭锁深度5.4±4 km),而东南侧次级断裂系统滑动速率为2.7±0.3 mm/yr。应变率分析揭示50-100 nst/yr的高应变带沿断裂分布,与历史地震活动区高度吻合。
4)海岸带动力学:埃斯梅拉达斯和圣埃伦娜分别记录到16 mm/yr和12 mm/yr的东向水平运动,反映北安第斯地块(NAS)的构造运动特征。
讨论部分强调,该研究首次实现了厄瓜多尔多尺度形变的系统量化,其中CCPP断裂的分布式应变特征修正了传统单断层模型的认知。火山形变与热液活动的关联性为喷发预警提供了新指标,而城市沉降图谱则为基础设施风险评估建立了基准。技术层面提出的"长-短基线干涉图组合策略"有效解决了植被区相位失真的难题。
这项研究的重要意义在于:1)建立了安第斯型构造区的形变监测新范式;2)揭示了CCPP断裂系统的分段活动特性,为地震危险性评估提供关键参数;3)开发的InSAR-GNSS融合方法可推广至全球类似构造区。未来结合NISAR卫星数据,有望进一步提升热带植被覆盖区的形变监测能力。研究成果不仅对理解板块边界变形机制具有科学价值,也为厄瓜多尔的国家地质灾害防治体系提供了技术支撑。
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