Методика радиолокационного интерферометрического мониторинга динамики геоблоков перед сейсмоактивностью на примере землетрясений в Марокко 08.09.2023 г. и Афганистане 07.10.2023 г.

Свободный доступ к данным радиолокаторов Sentinel-1A,B открыл широкие возможности для регулярного мониторинга земных покровов, в т.ч. для оценки деформаций крупных геологических структур при помощи классической дифференциальной радиолокационной интерферометрии и современных методов интерферометрии постоянных рассеивателей (Ferretti et al., 2001) и малых базовых линий (Феоктистов и др., 2015a; Феоктистов и др., 2015b; Berardino et al., 2002), предполагающих анализ долговременных рядов данных. Однако при обработке больших объемов данных требуются значительные ресурсы для хранения и обработки данных. Поэтому в настоящее время развиваются облачные платформы, которые позволяют выполнять обработку данных онлайн. В данном докладе предложена методика радиолокационного интерферометрического мониторинга динамики крупных геологических структур на основе использования функционала облачной платформы (Hogenson и др., 2020), при помощи которой подбираются данные и, в течение нескольких часов, рассчитываются временные ряды нескольких сотен интерферограмм всего изображения радиолокатора Sentinel-1 (200х250 км). После чего полученный временной ряд обрабатывается методом взвешенного усреднения интерферограмм (Stacking-InSAR) за годичные временные промежутки и в целом за весь период наблюдений. По району Марокканского землетрясения с магнитудой 6,8 (https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us7000kufc/executive) были получены интерферограммы с обоих спутников Sentinel-1A/B на восходящей орбите: за 2019 г. – 236, за 2020 г. – 254, за 2021 – 242, за 2022 – 55, за 2023 – 40. По Афганскому землетрясению с магнитудой 6,3 (https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us6000ldpg/executive) было рассчитано следующее количество изображений интерферометрической фазы со спутника Sentinel-1A на восходящей орбите: за 2020 г. – 94, за 2021 – 99, за 2022 – 95, за 2023 – 63. В 2019 г. границы радиолокационной сцены вдоль витка изменились, поэтому при использовании данных более раннего периода зона перекрытия существенно уменьшается, что снижает пространственный охват полученного результата.
Метод Stacking-InSAR был первоначально предложен в работе как простой и эффективный метод обработки больших объемов временных рядов данных радарной интерферометрии. Основным преимуществом этого метода является возможность получения непрерывного поля скоростей смещения практически всех пикселов изображения вдоль направления на спутник. Суть метода сводится к суммированию взвешенных интерферометрических фаз, полученных в последовательные промежутки времени, и оценке накопленной интерферометрической фазы. Вес каждой интерферометрической пары при суммировании зависит от ее временной базы, в данном случае для данных Sentinel-1A,B это 6, 12, 18, 24 дня. Предполагается, что долговременные смещения земной поверхности соответствуют линейной зависимости, а фазовый шум является случайным во времени и нивелируется за счёт усреднения множества интерферограмм, в т.ч. включая влияние атмосферы (Yi et al., 2023).
Далее для оценки пространственно-временной динамики геоблоков предлагается использовать кластеризацию результатов суммирования взвешенных интерферометрических фаз за годичный период. Для этого используется алгоритм Isodata с минимальным порогом количества кластеров 3-5. В результате имеем пространственную сегментацию на геоблоки со сходной временной геодинамикой, что позволяет выполнить последующий анализ.
В настоящем исследовании данная методика апробирована на примере землетрясений в Мароко (8 сентября 2023 г.) и Афганистане (7-11 октября 2023 г.). Ранее данная методика была апробирована для оценки геодинамики в период, предшествующий землетрясению 2023 г. в Турции (Бондур и др., 2023). Результаты показывают, что при помощи методики можно достаточно быстро определить современную (за 2020-2023 гг.) геодинамику блоковой структуры и границы напряженно-деформированного состояния в период предшествующий крупным землетрясениям. Оба землетрясения произошли на границе геоблоков, движущихся с разными скоростями по направлению на спутник. Это в свою очередь позволит выделить территории для проведения полевых инструментальных измерений с целью прогнозирования сейсмических событий.
Необходимо отметить, что в обоих случаях обнаружены локальные участки с аномальными отрицательными (вдоль направления на спутник) деформациями. Природа этих аномалий (различие с окружающим фоном 3-4 см/год) и возможное влияние на сейсмичность неизвестна и является темой дальнейших исследований.

Исследование выполнено в рамках государственного задания ИФМ СО РАН.