谢酬 邵芸

中国是世界上地震灾害较多的国家之一。千百年来，人类一直想要攻克大地震监测预报的难题。

目前，国际上监测地震前后地壳形变最先进的技术，就是星载干涉雷达技术。此技术能精确俘获地震、火山、地面沉降、山体滑坡等灾难前后的地表形变信息，为监测和预报提供技术支撑。

星载干涉雷达技术能及时俘获震前形变场的前兆信息，使科学家能据此预测地震，因此它有望成为未来地震监测预报的“曙光”。

地表形变监测“新星”

2015年尼泊尔发生了8.1级大地震。震后各国科学家纷纷对地震造成的地壳变形等情况进行了细致科学的研究。科学家们清楚，研究这些地震前后地壳形变的信息，对今后的大地震监测和预报非常重要。

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。

科学家们发现，星载干涉雷达技术能用于地震、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。

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

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。

其中，2008年5月12日汶川8.1级地震是继1976年唐山大地震后发生在人口稠密地区的一次重大地震事件，对四川灾区造成了难以弥补的损失。震后全球科学家动用各种手段对其进行了分析。

科学家利用星载干涉雷达技术，分析了汶川地震的破坏范围和地面破坏程度。分析显示，断裂带沿东北走向，长约250千米，断裂带两侧地面形变超过1.2米的区域非常大。断裂带两侧形变的方向不一致，东南侧以抬升为主，西北侧以沉降为主，这些都与地质调查的结果吻合。

此外，例如美国加州大学的Eric Lindsey利用获取于2015年2月22日与2015年5月3日的星载雷达成像数据，分析了此次尼泊尔地震的破坏范围和地面破坏程度。

结果表明，此次地面形变超过0.2米的区域非常大，东西向长约150千米，南北向长约100千米。在断裂带两侧形变的方向不一致，南侧以抬升为主，北侧以沉降为主。最大的地面抬升发生在加德满都东北方向20千米处，在加德满都的形变抬升量超过了1米，同时还有0.3米的朝西运动。这些分析结果都与后期的实地勘测结果基本吻合。

其实，2015年的尼泊尔地震、2012年的芦山地震、2009年的玉树地震、2008年的汶川地震都是印度板块和欧亚板块碰撞挤压的结果。因此，板块运动过程中的相互作用，是引起这些地震的重要原因。

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SAR（Synthetic Aperture Radar） 即合成孔径雷达。它是一种高分辨率成像雷达，能在能见度极低的气象条件下，得到类似光学照相的高分辨雷达图像。

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火山会“呼吸” 科学家利用永久散射性技术对意大利埃特纳火山（Enta）进行监测，获取了该火山区域长时间序列的形变图像，当这些数据被做成动画时，科学家惊奇地发现，火山由于地球引力以及熔浆挤压的作用，它在交替的膨胀或紧缩，就像人的“呼吸”运动。

雷达卫星两次对意大利埃特纳火山（Enta）成像，由于地球引力以及熔浆挤压会造成火山表面的抬升或者沉降，通过干涉处理能够得到火山区域的干涉条纹图，“红-绿-蓝”的颜色交替变化对应于火山形变量的变化。

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。

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。

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。

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同震形变监测 地表形变是发生地震最直接的表观现象。大地震通常会造成严重的地表破裂、变形和位移。因此利用震前、震后SAR数据，根据差分干涉技术可以获取连续覆盖的地表变形空间信息，有助于地质学家确定发震断层模型及其参数。

地震预报的“曙光”

地震的孕育和发生是地应力长期积累，岩层突然失稳而迅速释放能量的结果。虽然目前的科技水平尚无法预测地震，未来很长一段时间内地震也是无法预测的，但预测的“曙光”定会因科技进步而降临。

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，完全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。因此，此项技术有望成为大地震预测的“曙光”。

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。

后续，科学家在对汶川地震的发震断层形变研究中，发现震前的垂直变形可能是其主要变形特征。这种震前垂直形变场的发现，可能为未来的地震监测预报提供科学依据。

因此，对地震地质、地震活动性、地震前兆环境因素异常的研究以及对地震前兆信息的监测，将成为未来地震预报的重要依据。

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地震前兆 地震发生前出现的异常现象。岩体在地应力作用下，在应力应变逐渐积累、加强的过程中，会引起震源及附近物质发生如地震活动、地表明显变化及地磁、地电、重力等地球物理异常，还会引起地下水位、水化学、动物的异常行为等。

中国幅员辽阔、自然条件复杂，地面形变台的覆盖范围和观测能力非常有限，而星载干涉雷达测量技术将不受这些因素的限制。

目前通过对玛尼地震、汶川地震等案例的研究。科学家认识到利用星载干涉雷达技术，可以俘获到震前形变场的前兆信息。这表明该项新技术在强震监测、预报方面将有巨大的应用潜力。