大地测量技术是地震监测的主要手段之一，可实现不同尺度地壳运动时间演化过程提取，有助于对现今地壳形变特征及构造运动方式进行运动学与动力学方面的定量研究和解释，为地震危险性分析提供依据。《地震大地测量学进展与典型应用》系统阐述现代大地测量学中代表性技术的原理及其在地震监测领域的典型应用和关键技术，*先介绍地震大地测量学的*新进展；其次对以合成孔径雷达干涉测量和全球导航卫星系统为代表的地震大地测量技术原理及形变提取方法进行阐述；*后分地震同震、震间、震后不同阶段，以及临震预警和断层长期运动学特征研究等方面，给出典型应用示范和相关关键技术。《地震大地测量学进展与典型应用》内容涵盖作者在该领域取得的多年研究成果，具有系统性、新颖性和前沿性。

第1章地震大地测量学进展
　　1.1概述
　　地震大地测量学（earthquake geodesy）又可以称为“地壳形变大地测量学”（crustaldeformation geodesy），是将大地测量学与固体地球物理学、地质学、力学、遥感学等相结合形成的当代前沿交叉新学科。地震大地测量学集成多种*先进的天、地观测技术，构建整体动态监测系统，空间尺度可达全球，时间尺度达到几秒至几十年，可揭示地壳形变及耦合的多种物理量及力学变化。
　　我国地震大地测量学的形成开始于1962年新丰江水库地震，地质学家将水准测量、激光测距、三角网测量与重力测量等结合应用于地震产生的地壳形变及重力变化监测上，开启了我国动态大地测量学篇章，促进了地震大地测量学发展。而后在多次大地震实战中，这套基于力学的地震监测手段发挥了重要的作用，也积累了多次失败经验，并尝试建立交叉学科来探索新理论和新技术。20世纪80～90年代，观测技术取得了革命性进展，我国建立了地震监测台网，并在地壳运动和地球动力学以及地震研究中取得了大量成果，地震大地测量学逐步形成。1988年我国建立了**个全球定位系统（global positioning system，GPS）网，推动了GPS的应用，20世纪末我国建成了“中国地壳运动观测网络”，标志着我国地震大地测量学开始向成熟发展。自21世纪初以来，全球定位技术已逐步演进为更精确的全球导航卫星系统（globalnavigation satellite system，GNSS），同时空间对地观测技术——合成孔径雷达干涉测量（interferometric synthetic apertureradar，InSAR）技术的出现实现了与GPS的互补，InSAR空间连续，时间不连续，GPS时间连续，空间不连续。在汶川等大地震的考验和启示下，地震大地测量学完成了统一框架、整合观测手段，并实现了探索地震背后的科学问题及演化规律，标志着我国地震大地测量学正式形成。
　　地震大地测量学的基础是观测技术和观测系统。近30多年来，InSAR和GPS作为现代大地测量技术，在地震形变监测领域得到了迅速发展和应用，同时高频全球导航卫星系统在地震预警方向具有重要前景，高分辨率数字高程模型（digital elevation model，DEM）断层形变监测技术也随着高分辨率卫星分辨率的提高取得了更好的成果。这些观测技术的发展离不开观测系统的不断进步。我国在观测技术和系统上的创新取得了重要进展，包括多型号宽频带地震仪和重力仪等，国产高分辨率卫星已达到世界先进水平。而我们也在努力将地震大地测量学多种观测手段的观测结果放入统一的参考框架下，尝试相互验证、补充、融合。
　　地震大地测量学的主要研究思路是通过对数据的处理实现模拟运动学模型并预测未来演化机制，从而实现对地震的理解认识及预测。研究的基本途径是观测—理解—模型与模拟—预测与检验—试验。在研究过程中需要灵活创新地组合各种研究方法并结合多种数据来建模和预测。因此地震大地测量学目前已经发展为与地震学、地球物理学、地质学等实现互补的新学科，在大陆地壳运动及地球动力演化、地震灾害形成过程与预测预警等方面起到了不可替代的作用。
　　现今地震大地测量学主要使用大地测量学手段精细观测断裂带震间、同震和震后地壳形变时空微动态变化特征，准确识别断层带闭锁段应力、应变积累状态，进而对断裂带变形演化特征、孕震过程及发震机制进行深入认识，并为强震危险性预测提供重要依据。
　　中国地震局地质研究所地壳形变研究室团队以地震周期形变研究为主，多年来拥有大量的地震大地测量研究经验，并在GNSS、InSAR、高分辨率DEM等技术方向取得了大量先进成果，并形成了系统性的研究经验体系。
　　本章将从InSAR地震形变监测研究进展、GNSS地震形变监测研究进展、高频GNSS地震预警研究进展及高分辨率DEM断层形变研究进展4个方面展开，分别讲述这四种技术方法的发展历程及*新进展等。
　　1.2InSAR地震形变监测研究进展
　　合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术自20世纪90年代引入地震监测领域以来，已成为分析地震形变的核心工具之一，它是利用从卫星或飞机发射的雷达信号反射回来的数据，通过干涉处理来测量地表的微小位移。这种技术的出现和发展不仅极大提升了对震间、同震和震后地表形变的监测能力，也为地震周期形变的研究提供了新的视角。
　　*初，InSAR技术的应用主要集中在地震同震地表形变监测上。在1992年的洛杉矶北部Landers地震后，研究人员*次利用InSAR技术分析了大规模地震的形变。这一时期，InSAR技术的主要贡献在于验证其在同震地表形变分析中的有效性，通过高精度的形变数据揭示了断层滑移和地震影响区域。这些早期应用为InSAR技术的发展奠定了基础，推动了其在地震形变监测中的应用。
　　进入21世纪初，InSAR技术的研究和应用进入了新的阶段。随着遥感卫星技术的发展，特别是如ERS-1、ENVISAT和RADARSAT系列卫星的发射，InSAR技术的空间分辨率和时间分辨率得到了显著提升。在这一阶段，数据处理技术的进步也为InSAR的应用提供了更多可能性。相位解缠和大气效应校正技术的改进，使在复杂地形和不稳定大气条件下的数据处理变得更加可靠。同时，时域InSAR技术的引入，使研究人员能够从长时间序列中提取地表形变的长期趋势和周期性特征。这些技术的进步不仅扩展了InSAR在同震地表形变分析中的应用，也为震间和震后形变监测提供了支持。
　　近十多年，InSAR技术的*新进展为地震形变监测带来了新的机遇。随着新一代高分辨率合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）卫星（TerraSAR/TanDEM-X、COSMO-SkyMed星座、Radarsat2、ALOS-2等）的发射，SAR观测能力向着多极化、多模式、多波段、多角度、星座联合、广域覆盖的方向发展，特别是欧洲空间局Sentinel-1A/B卫星发射后，其全球数据免费共享的政策掀起了新一波InSAR技术发展的高潮，开发和应用的深度和广度被不断拓展。在SAR大数据时代背景的驱动下，InSAR理论与方法不断创新，技术场景适应能力显著增强，这些新技术提高了对震间、同震和震后地表形变的检测能力，并增强了对地震周期形变的研究。同时，深度学习和人工智能的应用在InSAR数据处理和解译中发挥了重要作用，通过自动化的处理和分析，提升了数据的处理效率和准确性。此外，实时监测系统的建立有助于地震发生后的地表形变的快速响应，为震后救援和灾后恢复提供及时的信息。
　　目前高分辨率InSAR同震形变场不仅可以揭示地震破裂过程中的复杂地表运动特征，还可以通过融合GPS和地震波数据，实现对地震过程的动态分析和精细建模（Ren et al.，2024）；精细的震间InSAR形变观测可以清晰展现区域变形的整体趋势性和断层运动的局部差异性，从而能够精确定位断层能量积累区，提高断层发震潜能评估的准确度（Huang et al.，2022）；而震后高精度InSAR形变时间演化图像为复杂的断层震后形变机制及岩石圈流变属性研究提供了关键性的约束（Zhao et al.，2021）。
　　随着SAR卫星遥感技术的不断进步和InSAR技术的持续改进，可以预期其在地震形变研究中的应用将会更加广泛和深入。未来的发展趋势包括但不限于以下几点：结合人工智能和大数据分析技术，提高InSAR技术大范围高精度地壳形变场获取能力，推动多源数据融合和多尺度观测方法，构建新一代三维地壳运动速度场；加强地震运动学和动力学模型与InSAR观测数据的结合，实现对地震全周期过程的多维度、多尺度解析；深入研究地球物质的力学特性和地下断层结构，为地震周期形变的物理机制提供更深层次的理解；发展实时InSAR监测系统，促进InSAR在地震预警、风险评估和灾后应急管理等领域的应用。
　　总体而言，InSAR技术在地震形变监测中的发展历程显示了其在震间、同震和震后地表形变分析中的重要作用。特别是在地震周期形变研究方面，InSAR技术的应用不仅揭示了地震活动的复杂性，还为地震形变机制认识、地壳流变属性研究以及地震预测、风险评估和灾后恢复提供了宝贵的数据和理论支持。随着InSAR技术的持续进步，InSAR的数据产品与服务开始向着工程化、业务化方向迈进，这将为全球-洲际-国家-区域-局域多尺度下的环境、资源与灾害问题的科学研究和产业应用提供丰富的基础数据资源和强有力的技术支撑，其在全球范围内的地震监测能力也将不断增强。
　　1.3GNSS地震形变监测研究进展
　　我国的GNSS地壳运动观测发展始于国际合作交流。在1988年，与德国合作在滇西地震试验场沿红河断裂带两侧布设了16个GPS观测站；在1991年，与美国合作在青藏高原东部及邻区布设了27个GPS观测站；在1991年，与美国、意大利合作完成了跨喜马拉雅GPS观测合作项目，建立了一批GPS观测站。这些国际合作，开启了我国GPS地壳运动观测的先河，也为我国后期自主进行GPS地壳运动观测奠定了基础（甘卫军，2021）。
　　1992年国家攀登计划“现代地壳运动和地球动力学研究”项目在青藏高原部分地区进行了GPS试联测，并于1994年扩展建成了包含22个GPS观测站的全国性“中国地壳运动GPS监测网”（甘卫军，2021；王敏和沈正康，2020；朱文耀等，1997；王琪等，1996）。在之后的十多年里，逐渐建立了局域性的华北（42个）（李延兴等，1994）、新疆天山（15个）（王琪等，2000）、青藏高原（16个）（蔡宏翔等，1997；游新兆等，1994）、河西走廊（29个）（黄立人和马青，2003）、福建沿海（12个）（刘序俨等，1999）、山西地堑（40个）（杨国华等，2000）、*都圈（57个）（李延兴，1996）和滇西等GPS观测网（甘卫军，2021；王敏和沈正康，2020；刘经南和刘晖，2003）。随后在1996～2001年实施的重大科学工程“中国地壳运动观测网络”（简称“网络工程”），建成了27个连续观测基准站、56个定期观测区域站和1000个不定期观测区域站，比较完整地给出了我国地壳变形图像（张锐等；2013；Li et al.，2012；王敏等，2003；牛之俊等，2002；Wang et al.，2001）。2008～2011年，在“中国地壳运动观测网络”的基础上，实施了“中国大陆构造环境监测网络”（简称“陆态网络”），新建了233个连续观测基准站和1000个定期观测区域站，测站密度大幅提高，并具备一定的动态监测能力（甘卫军，2021；王敏和沈正康，2020）。除此之外，全国各地区的一些行业部门，如中国气象局、自然资源部、国家海洋局、中国移动通信集团有限公司等，均建立了各自的连续GNSS观测站。
　　随着我国地壳运动观测GNSS观测站点数量和观测时间跨度的逐渐积累，科学家对我国现今地壳运动和构造形变的运动学特征有了逐渐清晰的认识，这也为探索青藏高原隆升扩展的地球动力学机制和构造形变模式提供基础数据（Hao et al.，2021a，2021b；王敏和沈正康，2020；Wang and Shen，2020；Su et al.，2019；Yu et al.，2019；Zheng et al.，2017；Liang et al.，2013；Gan et al.，2007）。利用现有GNSS测站数据获取相对稳定的欧亚板块中的中国大陆及其邻区现今地壳运动图像，可以看出，我国大陆活动构造主要受印度板块向北推挤作用控制。
　　目前正在稳步推进的川滇“地震科学试验场”项目，已在川滇地区加密布设了360个GNSS观测站（甘卫军，2021）。而在即将实施的下一步规划设计中，还将在川滇地区加密布设近400个GNSS观测站（图1.1），这将为该区域地震科学观测、地震监测预测、地球动力

目录
第1章 地震大地测量学进展 1
1.1 概述 1
1.2 InSAR地震形变监测研究进展 2
1.3 GNSS地震形变监测研究进展 3
1.4 高频GNSS地震预警研究进展 5
1.4.1 基于高频GNSS的地震预警系统研究进展 6
1.4.2 基于高频GNSS的震源参数获取研究进展 7
1.4.3 基于高频GNSS的震源破裂过程反演研究进展 8
1.5 高分辨率DEM断层形变研究进展 10
参考文献 12
第2章 地震大地测量形变观测技术 21
2.1 InSAR形变监测技术 21
2.1.1 InSAR基本原理 21
2.1.2 时序InSAR技术 25
2.2 偏移量估计法 33
2.2.1 光学影像偏移量估计法 33
2.2.2 雷达影像偏移量估计法 42
2.3 GNSS形变监测技术 47
2.3.1 事后精密处理 47
2.3.2 实时精密定位 49
2.4 多源影像数据三维形变重建 51
2.4.1 直接解算法 51
2.4.2 基于地表先验信息假设解算三维形 变53
2.4.3 结合外部数据解算三维形变 55
参考文献 55
第3章 同震形变监测及典型案例 61
3.1 同震形变模型及反演算法 61
3.1.1 断层位错模型 61
3.1.2 断层滑动反演模型 67
3.2 2021 年玛多Mw7.3地震 69
3.2.1 多源数据的三维形变获取 69
3.2.2 滑动分布反演及发震构造 72
3.2.3 玛多地震和2001年昆仑山地震同震-震后形变的关系 74
3.3 2021 年漾濞Mw 6.1地震 78
3.3.1 形变数据获取 78
3.3.2 滑动反演及发震构造 84
3.3.3 前震-主震-余震触发关系 87
参考文献 90
第4章 震间形变监测及典型案例 96
4.1 震间形变模型及反演方法 96
4.1.1 应变率计算方法 96
4.1.2 二维弹性位错模型及反演 98
4.1.3 三维位错模型及反演 99
4.2 阿尔金断裂 102
4.2.1 InSAR震间形变速率场提取 102
4.2.2 长期滑动速率反演及应变率计算 104
4.2.3 断层两侧非对称形变反演 106
4.3 海原断裂 112
4.3.1 InSAR与GPS揭示的断层形变特征 113
4.3.2 断层闭锁与1920年海原大地震关系 117
4.3.3 地震危险性分析 119
4.4 则木河和大凉山断裂 120
4.4.1 L 波段InSAR震间形变速率场提取 122
4.4.2 主要段落滑动速率反演 123
4.4.3 区域断层形变分配模式与机制 125
参考文献 126
第5章 震后形变监测及典型案例 134
5.1 震后形变机制及模型 134
5.1.1 震后余滑形变模拟 134
5.1.2 黏弹性松弛形变场模拟 135
5.2 2001 年昆仑山Mw7.8地震 138
5.2.1 震后形变过程提取 138
5.2.2 震后形变机制模拟 140
5.3 伊朗地震 151
5.3.1 震后形变过程提取与分析 153
5.3.2 震后黏弹性松弛机制模拟 162
5.3.3 震后余滑模拟 162
参考文献 168
第6章 基于高分辨率影像的地震活动断层定量化研究及应用 170
6.1 地震活动断层地表破裂特征 170
6.1.1 地震活动断层地貌识别标志种类 170
6.1.2 地震活动断层几何结构 173
6.1.3 地震参数经验公式 175
6.2 基于高分辨率立体卫星影像的DEM提取 176
6.2.1 高分辨率立体卫星影像介绍 176
6.2.2 基于高分辨率立体影像的DEM 提取 178
6.2.3 高分辨率DEM提取结果精度评价 179
6.3 基于高分辨率DEM断层三维定量化参数提取方法 183
6.3.1 断层地表破裂带解译 183
6.3.2 近地表断层倾角提取 184
6.3.3 断层三维位错（水平和垂直）提取 186
6.4 断层几何学和运动学特征分析应用及案例 186
6.4.1 断层局部几何变化对断层近场形变的控制分析——以2008年于田地震为例 186
6.4.2 几何和位错定量参数揭示断层破裂中的撕裂现象——以1985年乌恰地震为例 189
6.4.3 基于特征地貌上的水平和垂直累积位错揭示地震复发模式——以2008年于田地震为例 190
6.4.4 基于断层位错丛集揭示地震破裂模式——以阿尔金断裂中段为例 191
参考文献 197
第7章 基于高频GNSS的地震预警及典型案例 200
7.1 高频GNSS地震预警方法 200
7.1.1 震源参数估计算法 200
7.1.2 断层破裂过程准实时反演 203
7.2 2008年汶川Mw7.9地震 203
7.2.1 震中位置快速估计 204
7.2.2 强震数据模拟GNSS 数据特征 205
7.2.3 断层破裂过程回溯性反演 207
7.3 2021 年玛多Mw7.3地震 208
7.3.1 位移/速度波形结果 208
7.3.2 震级快速估计210
7.3.3 断层破裂过程回溯性反演 212
参考文献 215
结语 218