ANALYSIS OF THE CONSEQUENCES OF EARTHQUAKES IN TURKEY 06.02.2023 USING RADAR INTERFEROMETRY

Vitalii ZATSERKOVNY; Irina TSIUPA; Hryhorii OSTAPENKO; Mauro DE DONATIS; Leonid ILYIN

doi:10.17721/1728-2713.105.15

Автор(и)

Віталій ЗАЦЕРКОВНИЙ Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, Україна
Ірина ЦЮПА Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, Україна
Григорій ОСТАПЕНКО Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, Україна
Мауро ДЕ ДОНАТІС Університет Урбіно Карло Бо, Урбіно, Італія
Леонід ІЛЬЇН Волинський національний університет імені Лесі Українки, Луцьк, Україна

DOI:

https://doi.org/10.17721/1728-2713.105.15

Ключові слова:

землетрус, Туреччина, InSAR, Sentinel-1, деформація земної поверхні, розлом, сейсмічна небезпека

Анотація

Вступ. Досліджено наслідки серії землетрусів, що відбулись 6 лютого 2023 року в Туреччині та спричинили масштабні руйнування й десятки тисяч жертв, а також стали найбільш смертоносними у світі за останні 10 років. Дослідження наслідків землетрусів мають важливе значення і можуть використовуватися у сфері управління надзвичайними ситуаціями та відновленні після природних катастроф, а також для поліпшення будівельних стандартів, розробки інфраструктури більш стійкої до землетрусів тощо.

Методи. Дослідження виконано за допомогою сучасних методів дистанційного зондування та геоінформаційних систем. Для кількісної оцінки зміщення поверхні використано метод інтерферометрії із синтезованою апертурою (InSAR) на основі космічних знімків супутника Sentinel-1 у застосунку SNAP. Для підвищення точності результатів застосовувався фільтр Гольдштейна та виконано розгортання фази за допомогою зовнішнього програмного модуля Snaphu. Для компенсації спотворень даних здійснено корекцію місцевості за допомогою оператора Doppler Terrain Correction, щоб геометричне зображення було максимально наближеним до реального.

Результати. Проаналізовано інтерферограми, отримані до та після землетрусів. Результати свідчать про значні деформації поверхні, особливо в районі Східноанатолійського розлому, з максимальним просіданням 110 см та більш вираженими лініями розлому. За даними інтерферограм можна дослідити, що землетруси спричинили значні зміни у структурі розлому, що може вплинути на подальшу сейсмічну активність у регіоні. Виконано побудову схем та карт, що відображають вплив землетрусів на поверхню та земну кору в південно-східній частині Туреччини.

Висновки. Дослідження демонструє можливості використання технології InSAR для моніторингу деформацій земної поверхні, спричинених нещодавніми землетрусами. Отримані дані можуть бути використані для оцінки руйнувань, визначення зон ризику та розробки заходів щодо зниження сейсмічної небезпеки.

Посилання

Barut, R., Trinder, J., & Rizos, C. (2016). Analysing post-seismic deformation of izmit earthquake with insar, gnss and coulomb stress modelling. The International Archives of the Photogrammetry Remote Sensing and Spatial Information Sciences, XLI-B1, 417–421. https://doi.org/10.5194/isprsarchives-xli-b1-417-2016

Bianchini, S., Raspini, F., Solari, L., Soldato, M., Ciampalini, A., & Rosi, A. (2018). From picture to movie: twenty years of ground deformation recording over tuscany region (italy) with satellite insar. Frontiers in Earth Science, 6. https://doi.org/10.3389/feart.2018.00177

Brunner, D., Lemoine, G., & Bruzzone, L. (2010). Earthquake damage assessment of buildings using vhr optical and sar imagery. Ieee Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 48(5), 2403–2420. https://doi.org/10.1109/tgrs.2009.2038274

Centre Sismologique Euro-Méditerranéen – Euro-Mediterranean Seismological Centre. https://www.emsc-csem.org/Earthquake_map/

Chen, C., & Zebker, H. (2002). Phase unwrapping for large sar interferograms: statistical segmentation and generalized network models. Ieee Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 40(8), 1709–1719. https://doi.org/10.1109/tgrs.2002.802453

Chen, Q., Li, T., Tang, X., Gao, X., & Zhang, X. (2018). Preliminary gaofen3 insar dem accuracy analysis. The International Archives of the Photogrammetry Remote Sensing and Spatial Information Sciences, XLII-3, 173–177. https://doi.org/10.5194/isprs-archives-xlii-3-173-2018

Dal Zilio, L., & Ampuero, J. P. (2023). Earthquake doublet in Turkey and Syria. Commun Earth Environ 4, 71 https://doi.org/10.1038/s43247-023-00747-z

Dewanto, B., Setiawan, M., & Nusantara, G. (2020). Opak fault deformation monitoring using sentinel-1 insar data from 2016-2019 in yogyakarta indonesia. Elipsoida Jurnal Geodesi Dan Geomatika, 3(01), 4654. https://doi.org/10.14710/elipsoida.2020.7758

Ding, X., Xu, S., Xie, Y., Ende, M., Premus, J., & Ampuero, J. (2023). The sharp turn: backward rupture branching during the 2023 mw 7.8 turkey earthquake. https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-3163216/v1

Engineering Seismology with Applications to Geotechnical Engineering (2015). Öz Yilmaz. Investigation in Geophysics series, No.17. USA. ISBN 078-0-931830-46-4

Fan, S., Zhang, B., Moiseev, A., Kudryavtsev, V., Johannessen, J., & Chapron, B. (2023). On the use of dual co-polarized radar data to derive a sea surface doppler model—part 2: simulation and validation. Ieee Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 61, 1–9. https://doi.org/10.1109/tgrs.2023.3246771

Feng, Q, Xu, H, Wu, Z, You, Y, Liu, W, & Ge, S. (2016). Improved Goldstein Interferogram Filter Based on Local Fringe Frequency Estimation. Sensors, 16(11):1976. https://doi.org/10.3390/s16111976

Fotiou, K. (2023). Impact assessment of the catastrophic earthquakes of 6 february 2023 in turkey and syria via the exploitation of satellite datasets. https://doi.org/10.1117/12.2682926

Gaddes, M., Hooper, A., Bagnardi, M., Inman, H., & Albino, F. (2018). Blind signal separation methods for insar: the potential to automatically detect and monitor signals of volcanic deformation. Journal of Geophysical Research Solid Earth, 123(11). https://doi.org/10.1029/2018jb016210

Ghorbani, Z., Khosravi, A., Maghsoudi, Y., Mojtahedi, S., Javadnia, E., & Nazari, A. (2022). Use of insar data for measuring land subsidence induced by groundwater withdrawal and climate change in ardabil plain, iran. Scientific Reports, 12(1). https://doi.org/10.1038/s41598-022-17438-y

Gürbüz, A. (2020). Quaternary Tectonics as the Neotectonics in Turkey. Geotecton., 54, 797–806. https://doi.org/10.1134/S0016852120060060

Jia, Z., Jin, Z., Marchandon, M., Ulrich, T., Gabriel, A.-A., Fan, W., Shearer, P., Zou, X., Rekoske, J., … & Fialko, Y. (2023). The complex dynamics of the 2023 kahramanmaraş, turkey,mw 7.8–7.7 earthquake doublet. Science, 381(6661), 985–990. https://doi.org/10.1126/science.adi0685

Karbou, F., Veyssière, G., Coléou, C., Dufour, A., Gouttevin, I., Durand, P., … & Grizonnet, M. (2021). Monitoring wet snow over an alpine region using sentinel1 observations. Remote Sensing, 13(3), 381. https://doi.org/10.3390/rs13030381

Korkmaz, K.A. (2009). Earthquake disaster risk assessment and evaluation for Turkey. Environmental Geology, 57, 307–320. https://doi.org/10.1007/s00254008-1439-1

Li, Z., Wright, T., Hooper, A., Crippa, P., González, P., Walters, R., … & Parsons, B. (2016). Towards insar everywhere, all the time, with sentinel-1. The International Archives of the Photogrammetry Remote Sensing and Spatial Information Sciences, XLI-B4, 763–766. https://doi.org/10.5194/isprsarchives-xli-b4-763-2016

Liu, C. (2023). Complex multi-fault rupture and triggering during the 2023 earthquake doublet in southeastern türkiye. Nature Communications, 14(1). https://doi.org/10.1038/s41467-023-41404-5

Matano, F. (2019). Analysis and classification of natural and humaninduced ground deformations at regional scale (Campania, Italy) detected by satellite synthetic-aperture radar interferometry archive datasets. Remote Sensing, 11(23), 2822.

Menderes, A., Erener, A., & Sarp, G. (2015). Automatic detection of damaged buildings after earthquake hazard by using remote sensing and information technologies. Procedia Earth and Planetary Science, 15, 257262. https://doi.org/10.1016/j.proeps.2015.08.063

Moiseev, A., Johnsen, H., Hansen, M., & Johannessen, J. (2020). Evaluation of radial ocean surface currents derived from sentinel‐1 iw doppler shift using coastal radar and lagrangian surface drifter observations. Journal of Geophysical Research Oceans, 125(4). https://doi.org/10.1029/2019jc015743

Nägler, T., Rott, H., Hetzenecker, M., Wuite, J., & Potin, P. (2015). The sentinel-1 mission: new opportunities for ice sheet observations. Remote Sensing, 7(7), 9371–9389. https://doi.org/10.3390/rs70709371

Oduoye, M., Nazir, A., Gharaibeh, R., Yoruk, E., Sulakci, A., Nafula, W., … & Akilimali, A. (2023). Devastating earthquake in turkey: a call for global action. International Journal of Surgery Global Health, 6(2), e128–e128. https://doi.org/10.1097/gh9.0000000000000128

Ouaadi, N., Ezzahar, J., Khabba, S., Er-Raki, S., Chakir, A., Ait Hssaine, B., Le Dantec, V., Rafi, Z., Beaumont, A., Kasbani, M., & Jarlan, L. (2021). C-band radar data and in situ measurements for the monitoring of wheat crops in a semi-arid area (center of Morocco), Earth Syst. Sci. Data, 13, 3707–3731. https://doi.org/10.5194/essd-13-3707-2021

Prats-Iraola, P., Nannini, M., Scheiber, R., De Zan, F., Wollstadt, S., Minati, F., ... & Desnos, Y. L. (2015, July). Sentinel-1 assessment of the interferometric wide-swath mode. In 2015 IEEE international geoscience and remote sensing symposium (IGARSS) (pp. 5247–5251). IEEE. https://doi.org/10.1109/IGARSS.2015.7327018

Rüeger, J. M. (2012). Electronic distance measurement: An introduction. Springer Science & Business Media. https://doi.org/10.1007/978-3-642-80233-1

Seyitoğlu, G., Esat, K., & Kaypak, B. (2017). The neotectonics of southeast turkey, northern syria, and iraq: the internal structure of the southeast anatolian wedge and its relationship with recent earthquakes. Turkish Journal of Earth Sciences, 26, 105–126. https://doi.org/10.3906/yer-1605-21

Summerlin, T. (2022). Measuring Ground Deformation Using Interferometry. http://hdl.handle.net/10150/665583

Sun, X., Zimmer, A., Mukherjee, S., Kottayil, N. K., Ghuman, P., & Cheng, I. (2020). DeepInSAR–A deep learning framework for SAR interferometric phase restoration and coherence estimation. Remote Sensing, 12(14), 2340.

Turkey Department of Eearthquake (AFAD). https://tdvms.afad.gov.tr/event_spec_data

Vrankić, M., Grgić, M., & Bašić, T. (2022). Monitoring of geophysical processes in the area of western Herzegovina by satellite observations. Electronic Collection of Papers of the Faculty of Civil Engineering, (23). https://doi.org/10.47960/2232-2022.23.12.36

Wang, K., Xu, X. & Fialko, Yu. (2017). Improving Burst Alignment in TOPS Interferometry With Bivariate Enhanced Spectral Diversity. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters. PP. 1–5. 10.1109/LGRS.2017.2767575.

Wang, Z., Zhang, W., Taymaz, T., He, Z., Xu, T., & Zhang, Z. (2023). Dynamic rupture process of the 2023 Mw 7.8 Kahramanmaraş earthquake (SE Türkiye): Variable rupture speed and implications for seismic hazard. Geophysical Research Letters, 50, e2023GL104787. https://doi.org/10.1029/2023GL104787

Yague-Martinez, N., Prats-Iraola, P., González, F., Brcic, R., Shau, R., Geudtner, D., … & Bamler, R. (2016). Interferometric processing of sentinel1 tops data. Ieee Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 54(4), 2220–2234. https://doi.org/10.1109/tgrs.2015.2497902

Zhao, J., Chen, Q., Yang, Y., & Xu, Q. (2023). Coseismic faulting model and post-seismic surface motion of the 2023 Turkey–Syria earthquake doublet revealed by insar and gps measurements. Remote Sensing, 15(13), 3327. https://doi.org/10.3390/rs15133327