卫星数据揭示致命地震的幕后

利用卫星雷达数据和GPS测量技术,中国科学家解释了导致2008年汶川地震的异常地质事件。这场地震导致了中国四川省将近9万人死亡。

"为了理解一场地震，非常基本的问题之一是了解破碎是如何在断层面上分布的，这与地面震动的量以及它在地面可能导致的破坏具有直接关系，"中国地震局地质研究所（IGCEA）的孙建宝博士说。

为了了解这个问题，孙建宝和来自IGCEA和北京大学的沈正康教授以及一些合作者获取了两类卫星雷达数据：来自欧洲航天局Envisat卫星的高级合成孔径雷达（ASAR）在C波段上的数据，以及日本的ALOS卫星的相控阵L波段合成孔径雷达（PALSAR）的数据。

这组科学家对数据使用了一种称为SAR干涉测量（InSAR）的技术，结果得到了一组覆盖了整个同震破碎区及其邻近区域的"干涉图"图像。这个干涉测量图揭示出了这场地震导致的地表形变的数量和范围。

"这或许是人们首次在如此巨大的尺度上看到一场地震产生的整个形变场，"孙建宝说。

InSAR涉及把到同一地面区域的两个或多个雷达图像结合起来，它能非常精确地测量出采集各个图像的时候之间发生的任何地面运动，准确程度可达数厘米。彩色干涉图常常看上去就像彩虹干涉图。

这组科学家把这些SAR卫星数据与GPS测量结合起来，并开发了一个模型，显示了龙门山断层带的断层几何形状与破碎分布。龙门山断层区是一系列的平行断层，从该地区的西南延伸到东北，长约400千米。去年5月12日发生的地震沿着北川断层产生了一条240千米长的破碎带以及沿着彭灌断层的一部分的72千米长的破碎带。

通过研究该模型，他们有能力确定，在该断层区的西南部，断层面向西北显著下沉，然后在该断层区的东北部升起到一个近乎垂直的位置。

他们还发现了这种运动的方向沿着断层发生了变化，从上层岩石被推高而下层岩石被拉低的冲断层变化到了"右侧断层"——地球板块的两部分相互滑过。在靠近北川城附近的北川断层上探测到了一个约7米的滑移，这是这个破碎带上最大的滑移。北川城被这场地震完全破坏，而且遭遇了最多的人员伤亡。

另一个主要的发现是位于遭受最严重打击的映秀、北川和南坝之下的断层边界（阻止地震从一段传向另一端的固态岩石屏障）没能抵御断层释放出的极大能量。

"这些断层界面是屏障，它们在单次事件中的失效让破碎在几个断层片断一级一级地传递，导致了一场7.9级的地震，" 沈正康解释说。"据估计，地震像这样穿过断层片断的事件大约每4000年才会发生一次。"

这些新的研究成果发表在了本月出版的《自然•地球科学》上，这是《自然》杂志的子刊物之一。

在这场地震之后，孙建宝和沈正康与"龙计划-2"密切合作，调整这个地震区域的SAR覆盖。龙计划-2是欧洲航天局与中国科技部的一个联合项目，它鼓励科学家使用卫星数据监测和理解中国的环境现象。

"结果，Envisat在震中附近沿着一条重要轨迹获得的SAR数据在约束形变场的南部起到了关键作用，而且帮助解释了彭灌断层的断层几何形状与破碎分布，这很难用其他方法了解，" 沈正康说。

这组科学家还希望这些数据将有助于评估未来的地震可能性。

"根据龙计划-2的协调，将使用在这一时期获得的SAR数据以及GPS测量，从而揭示出龙门山断层带以及下地壳和上地幔的地球物理过程，这将帮助我们理解地震和产生断层的机制，并且有望了解未来该区域的地震风险。