•成功建立了一种地震后基础设施潜在危险指数的新方法。
•构造尺度的大地测量数据转换为工程尺度的变形容差比。
•统计时间序列变化表明，在地震后期结束时，潜在危险性逐渐降低。
•地震后表面变形是由构造和泥底辟活动引起的。
•慢地震调节了地震后期的区域应力。
在过去的二十年里，多时相 InSAR 技术已成功用于监测整个地震周期的地表变形。随着雷达卫星传感器分辨率和观测频率的显著提高，空间监测能力已从构造尺度扩展到区域和局部尺度。尽管通常认为变形率较高的区域具有更大的潜在危险性，但从工程角度来看，位移率突然变化的位置可能会带来更大的风险。本文提出了一种强大的方法，将构造尺度的大地测量数据转换为工程尺度的变形容忍率，以评估地震后时期的基础设施安全性。使用持续散射体 InSAR （PSI） 方法，我们测量了 Sentinel-1 卫星图像的视线 （LOS） 位移。通过使用 GNSS 数据校正 LOS 速度并限制 N-S 方向的速度，我们反转了 2016 年美浓地震后三年的 2D（E-W 和 U-D）震后变形率。然后将 2D 比率转换为年度变形容忍率 （ADTR），并使用统计建立的阈值来识别具有高潜在危险的基础设施部分。此外，我们对固有像素单元进行了时间序列变化分析，以评估潜在危险的状态并表征地震后断层系统的时空行为。我们的结果表明，东西向和 U-D 方向的震后变形率分别是地震间期的 1.5 倍和 2-3 倍。高速铁路基础设施水平 ADTR 指数确定了位于高雄 Chegualin 断层的高危潜在段，而垂直 ADTR 指数突出了台南多个断层延伸之间交界处的高危潜在段。此外，统计时间序列变化分析显示，2017 年后潜在危险逐渐降低，这与 2018 年初至中期发生的缓慢地震有关，调节了地震后时期的区域应力。我们的新方法不仅突出了震后变形对基础设施的影响，还为未来的地震灾害预防和减灾提供了重要基础。
图 1.研究区域。（A） 台湾西南部的构造环境和大地测量。黑色实线表示活动故障，黑色虚线虚线表示其他故障。白色单词表示行政区域，细白线表示分区边界。带方块的红线是调平测量路线。蓝色圆圈是连续的 GNSS 站。左上角图显示了 Sentinel-1 卫星的轨道路径。颜色条表示美浓地震引起的同震表面变形。（B） 台湾西南部的公共交通网络，包括高速公路、高速公路、高速公路、铁路和高铁（详见图例）。
图 2.影像对的时空分布。（A） 升轨道;（B） 下降轨道。
图 3.本研究的工作流程图示。
图 7.2016 年 2 月至 2018 年 12 月期间从 （A） 上升轨道;（B） 下降轨道。颜色条显示 PSI 和 GNSS 的 LOS 平均速度结果。暖色和冷色分别表示朝向和远离卫星。圆圈是 GNSS 站。黑白方块是参考点 - GS31。细白线是划分边界。
图 8.2016 年 2 月至 2018 年 12 月期间地震后表面变形的二维反演结果。实线和虚线分别是活动故障和其他故障位置。（A） 东西位移率。蓝色圆圈是 GNSS 站，灰色箭头是到参考点的相对水平速度。黑白方块是参考点 - GS31。（B） U-D 位移率。带方块的红线是调平测量路线及其基准。（有关此图例中对颜色引用的解释，读者请参阅本文的 Web 版本。
图 9.2016 年 2 月至 2018 年 12 月期间五个公共交通基础设施网络沿线的二维表面变形率。（A） 东西向分量速度;（B） U-D 分量速度。
图 10.五个公共交通基础设施网络沿线流离失所率的百分比直方图。
图 11.2016 年 2 月至 2018 年 12 月期间沿高铁路段的 ADTR 贡献。三色索引表示 ADTR 贡献的三个不同程度。（A） 水平方向的 ADTR 结果。背景颜色表示震后表面变形的 E-W 速率。（B） 垂直方向的 ADTR 结果。背景显示了地震后表面变形的 U-D 速率。红色段的具体讨论在 Section 5.4 中介绍。
图 12.高雄市高铁高水平 ADTR 段内归一化 LOS 位移的时间序列分析结果。（A） 两个轨道的 PS 点分布结果。红色点和蓝色点分别是上升轨道和下降轨道的结果。具有灰度的背景图像来自 Sentinel-2，较亮的对象是人工图像。HSR 沿线的红色、黄色和绿色三索引颜色表示水平 ADTR 索引;（B） 和 （C） 分别是升轨和降轨上归一化 LOS 位移的时间序列分析。在 （B） 和 （C） 中，顶部 x 轴表示空间 LOS 位移的统计归一化值，底部 x 轴表示距 HSR 轨迹段中南部端点的距离。y 轴是观察日期，它从下往上运行。右侧的颜色边栏显示空间 LOS 位移中每个像素的归一化值。深红色和深蓝色分别表示 1 和 0。符号十字、三角形和圆圈分别表示每个观测周期空间归一化位移的平均值、标准差值和变异系数。灰色虚线表示表面变形行为的切换时间。
图 13.台南高铁高垂直 ADTR 段内归一化 LOS 位移的时间序列分析结果。（A） 两个轨道的 PS 点分布结果。红点来自上升轨道的结果，蓝点来自下降轨道的结果。具有灰度的背景图像来自 Sentinel-2，较亮的对象是人工图像。HSR 上的三索引颜色（红色、黄色和绿色）表示垂直 ADTR 索引。（B） 上升轨道和 （C） 下降轨道中归一化 LOS 位移的时间序列分析。在 （B） 和 （C） 中，顶部 x 轴表示空间 LOS 位移的统计归一化值，底部 x 轴表示距 HSR 轨迹段中南部端点的距离。y 轴表示观察日期，并逐渐从下到上增加。右侧的颜色边栏显示空间 LOS 位移中每个像素的归一化值。深红色和深蓝色分别表示 1 和 0 的值。符号十字、三角形和圆圈分别表示每个观测周期空间归一化位移的平均值、标准差值和变异系数。灰色虚线表示表面变形行为的切换时间。
图 14.调平数据与从两个轨道的原始 PSI 和校正后的 PSI 结果得出的 U-D 位移率之间的比较。黑点表示基准测试的调平数据。带误差线的蓝点和带误差线的红点分别表示原始 PSI 结果和校正后的 PSI 结果中的 U-D 分量。灰色实线和灰色虚线是断层（如图 1 所示）。
图 15.GNSS 站的时间序列 3D 位移之间的比较。（A） 位于高雄的两个最近的车站 AKND 和 GS77。（B） 台南市最近的两个车站 S106 和 GS32。灰线表示跳跃信号发生在该时间段内。
结 论
2016 年美浓地震后 3 年的地震后二维地表变形速率可以使用 PSI 技术和 GNSS 校正构建，可以被认为对观测震后时期的活动断层和区域构造运动具有可靠性。我们的结果表明，在 E-W 和 U-D 方向上，地震后变形速率分别比地震间变形高 1.5 倍和 2-3 倍。南部研究区沿断层存在显著的东西向线性变形，如 LNCF、CGLF 和 YCF;而 TNF 和 HCLF 之间以及 CNCF 和 MLF 之间的两个明显的隆起带位于北部。
通过转换 2D 表面变形率，本研究进一步提出使用基础设施的 ADTR 来识别区域和局部尺度上具有潜在危险的路段。它有助于从水平变形率和台南市的水平变形率和台南的高铁路段的高危潜力。此外，它还证实，短距离变形速率梯度较高的区域比其高变形速率的区域构成更高的潜在危险。对高危潜在路段的显式时间序列变化分析表明，2017 年底后潜在危险逐渐降低。为了减轻未来的危害，我们建议将地震后表面变形的监测纳入城市地区的地震危害评估。在对公共交通系统进行工程规模的地震灾害评估时，可以考虑 ADTR 和时间序列变化分析。
美浓地震引发了台湾西南部其他断层或构造的活动，导致速率和行为发生变化。在高雄，沿 LNCF、CGLF 和 YCF 连接的结构线性向右移动加速，导致关节运动。在台南，HHF、HCLF 和 CNCF 之间的相互作用控制了地震后垂直运动的特征。此外，受地震冲击的流体环境中存在延性土工材料，可能导致震后变形期延长，这表明泥底辟应在控制震后表面变形行为中发挥重要作用。值得注意的是，2018 年初至中期发生了一场缓慢的地震，导致区域应力调制的系统性转换，这在地震后时期在台湾西南部广泛观察到。这一发现与高危险潜在细分有关，揭示了 2017 年底后潜在危险逐渐降低。
此外，地震后地表活动因地震事件而异。了解地震后表面变形的时间变化对于掌握区域结构的运动特征和制定减轻未来地震灾害的策略至关重要。目前 Sentinel-1 卫星的重复频率为 6-12 天，可以实现近乎实时的监控。随着未来重复频率的增加，实时监控将变得更加可行。当实现实时监控时，再加上先进的分析方法，如我们的 ADTR，它有可能为开发公共交通设施的早期预警系统做出重大贡献。然而，在为早期预警系统建立合理的阈值之前，必须拥有全面的地质调查数据、同震调查研究和地震间表面活动信息。
