科技前沿：地表形变监测的“新星”

我们都知道，地壳运动是地震的始作俑者。地壳运动产生能量的积累，当能量增加到一定程度时，地壳某个脆弱部位发生突然错动则形成地震。对地壳运动的方式、量值和变化过程进行高时空分辨率的监测，是提高地震预测能力的必由之路。

目前，国际上监测地震前后地壳形变最先进的技术之一，就是星载干涉雷达技术。

地表形变监测“新星”

星载干涉雷达技术，英文名称D-InSAR ，即“星载合成孔径雷达差分干涉测量技术”（Differential Intereferometric Synthetic Aperture Radar）。

它能全天时、全天候地透过地表植被获取地壳表面信息，是目前最先进的监测地表形变的技术。利用两次获取的覆盖同一区域的合成孔径雷达回波图像，根据两次成像时传感器、地面目标点的空间几何关系，能获取地表形变的信息。

早在20世纪90年代，星载干涉雷达技术就已开始用于地震形变的监测。近年，全球大地震都是采用此技术监测地表变形，这对灾情分析的作用显著。

除此之外，星载干涉雷达技术还能用于火山运动、地面沉降、山体滑坡、冰川运动等地表形变的监测，为此类灾害预报提供及时准确的数据服务，其未来在地质、自然灾害领域应用前景广阔。

D-InSAR的“闪光点”

在大的自然灾害预测面前，时间往往就是生命。星载干涉雷达技术的“闪光点”，无疑是能为灾害监测预报赢得更多的避险时间。

D-InSAR是全天候、全天时的，能瞬时获取数万平方千米高分辨率的地面形变图，具有空间连续覆盖的巨大优势。它具有高程的变化敏感度高、观测稳定性好、动态性强、精度高、无需建立地面观测站等特点。

近年来，科学家在差分干涉测量技术的基础上，还发展了永久散射体技术。它的出现标志着空间遥感成像已从三维信息获取进入四维（空间三维+时间维）信息获取的新阶段。

震灾分析是“重头戏”

1992年美国加州兰德斯（Landers）发生了里氏7.3级地震，迪·马森耐特（Didier Massonnet）等人首次用星载干涉雷达技术获取了地震的同震形变场。此后，该技术便在地震形变研究中广泛应用。

星载干涉雷达技术，目前重点用于分析中强以上地震的同震形变场。如2008年的汶川地震、2010年的玉树地震、2012年的芦山地震以及2015年的尼泊尔地震等，国内外的地质学家利用星载干涉雷达技术都对地震的成因以及地震造成的地表破坏等进行了深入研究。

玉树地震“显身手”

2010年4月14日青海玉树发生7.1级地震后。我们利用震前和震后获取的日本ALOS卫星的遥感数据，开展了地震同震形变分析。

玉树同震形变干涉条纹图

（从蓝到红的一个周期的条纹对应于传感器的半波长-11.8厘米雷达视向上的形变）

据此，我们做出了“玉树地震解译结果图”。从图中可见，震中与结古镇有一条被噪声覆盖的条带，该条带对应于玉树地震中地表破坏最为严重的区域。结古镇在条带内说明它的城区破坏程度相当剧烈。

玉树地震解译结果图

此外，分析显示距离“甘孜-玉树”断裂带越近，形变量越大，断裂带东北侧地表形变较大，而西南侧的地表形变量较小。玉树地震南侧向西运动，而北侧向东运动，星载干涉雷达监测的最大形变发生在断裂带上北纬33°04’，东经96°49’处（接近于结古镇所在位置），监测到的雷达视向上的最大形变量达到35厘米。

后期发现，这一干涉测量结果与震后野外调查隆起形变的结论相符，且与地面调查的最大形变中心基本一致。

玉树地震现场图

地震监测预报的“曙光”

许多震例表明，在地震发生前1~3年，孕震区形变场有加速变形的过程，形变量级可达每年几十毫米。

利用星载干涉雷达技术，可以获取震前干涉形变场演化的特征。通过分析地震前地表形变场的变化特征，能为地震监测预报提供一定的科学基础。

1997年11月8日西藏自治区那曲地区玛尼乡北约150千米处(35.2°N，87.3°E)发生了里氏7.9级强烈地震。该地震发生在玛尔盖茶卡断层附近，该区域已屡次发生6级以上强震。科学家选用玛尼地震前后不同时段的多景欧空局ERS-1/2 SAR的图像，利用星载干涉雷达技术获取了该区域的震前干涉变形场图像。

科学家们发现，在震前10个月孕震区地表形变场中，就开始出现了与发震断层性质一致的变化趋势。震前两个半月，断层北侧形变加大，且干涉条纹开始平行于发震断层。这种干涉条纹分布特征显示出短期形变场前兆异常信息，此发现为我们认识地震前兆形变场奠定了基础。

作者：谢酬邵芸