科技前沿：地表形變監測的“新星”

我們都知道，地殼運動是地震的始作俑者。地殼運動產生能量的積累，當能量增加到一定程度時，地殼某個脆弱部位發生突然錯動則形成地震。對地殼運動的方式、量值和變化過程進行高時空分辨率的監測，是提高地震預測能力的必由之路。

目前，國際上監測地震前后地殼形變最先進的技術之一，就是星載干涉雷達技術。

地表形變監測“新星”

星載干涉雷達技術，英文名稱D-InSAR ，即“星載合成孔徑雷達差分干涉測量技術”（Differential Intereferometric Synthetic Aperture Radar）。

它能全天時、全天候地透過地表植被獲取地殼表面信息，是目前最先進的監測地表形變的技術。利用兩次獲取的覆蓋同一區域的合成孔徑雷達回波圖像，根據兩次成像時傳感器、地面目標點的空間幾何關系，能獲取地表形變的信息。

早在20世紀90年代，星載干涉雷達技術就已開始用于地震形變的監測。近年，全球大地震都是采用此技術監測地表變形，這對災情分析的作用顯著。

除此之外，星載干涉雷達技術還能用于火山運動、地面沉降、山體滑坡、冰川運動等地表形變的監測，為此類災害預報提供及時準確的數據服務，其未來在地質、自然災害領域應用前景廣闊。

D-InSAR的“閃光點”

在大的自然災害預測面前，時間往往就是生命。星載干涉雷達技術的“閃光點”，無疑是能為災害監測預報贏得更多的避險時間。

D-InSAR是全天候、全天時的，能瞬時獲取數萬平方千米高分辨率的地面形變圖，具有空間連續覆蓋的巨大優勢。它具有高程的變化敏感度高、觀測穩定性好、動態性強、精度高、無需建立地面觀測站等特點。

近年來，科學家在差分干涉測量技術的基礎上，還發展了永久散射體技術。它的出現標志著空間遙感成像已從三維信息獲取進入四維（空間三維+時間維）信息獲取的新階段。

震災分析是“重頭戲”

1992年美國加州蘭德斯（Landers）發生了里氏7.3級地震，迪·馬森耐特（Didier Massonnet）等人首次用星載干涉雷達技術獲取了地震的同震形變場。此后，該技術便在地震形變研究中廣泛應用。

星載干涉雷達技術，目前重點用于分析中強以上地震的同震形變場。如2008年的汶川地震、2010年的玉樹地震、2012年的蘆山地震以及2015年的尼泊爾地震等，國內外的地質學家利用星載干涉雷達技術都對地震的成因以及地震造成的地表破壞等進行了深入研究。

玉樹地震“顯身手”

2010年4月14日青海玉樹發生7.1級地震后。我們利用震前和震后獲取的日本ALOS衛星的遙感數據，開展了地震同震形變分析。

玉樹同震形變干涉條紋圖

（從藍到紅的一個周期的條紋對應于傳感器的半波長-11.8厘米雷達視向上的形變）

據此，我們做出了“玉樹地震解譯結果圖”。從圖中可見，震中與結古鎮有一條被噪聲覆蓋的條帶，該條帶對應于玉樹地震中地表破壞最為嚴重的區域。結古鎮在條帶內說明它的城區破壞程度相當劇烈。

玉樹地震解譯結果圖

此外，分析顯示距離“甘孜-玉樹”斷裂帶越近，形變量越大，斷裂帶東北側地表形變較大，而西南側的地表形變量較小。玉樹地震南側向西運動，而北側向東運動，星載干涉雷達監測的最大形變發生在斷裂帶上北緯33°04’，東經96°49’處（接近于結古鎮所在位置），監測到的雷達視向上的最大形變量達到35厘米。

后期發現，這一干涉測量結果與震后野外調查隆起形變的結論相符，且與地面調查的最大形變中心基本一致。

玉樹地震現場圖

地震監測預報的“曙光”

許多震例表明，在地震發生前1~3年，孕震區形變場有加速變形的過程，形變量級可達每年幾十毫米。

利用星載干涉雷達技術，可以獲取震前干涉形變場演化的特征。通過分析地震前地表形變場的變化特征，能為地震監測預報提供一定的科學基礎。

1997年11月8日西藏自治區那曲地區瑪尼鄉北約150千米處(35.2°N，87.3°E)發生了里氏7.9級強烈地震。該地震發生在瑪爾蓋茶卡斷層附近，該區域已屢次發生6級以上強震。科學家選用瑪尼地震前后不同時段的多景歐空局ERS-1/2 SAR的圖像，利用星載干涉雷達技術獲取了該區域的震前干涉變形場圖像。

科學家們發現，在震前10個月孕震區地表形變場中，就開始出現了與發震斷層性質一致的變化趨勢。震前兩個半月，斷層北側形變加大，且干涉條紋開始平行于發震斷層。這種干涉條紋分布特征顯示出短期形變場前兆異常信息，此發現為我們認識地震前兆形變場奠定了基礎。

作者：謝酬邵蕓