【技术创新】美国国家航空航天局雷达证实预见天坑的能力
来源: http://www.nasa.gov/press/2014/march/nasa-radar-demonstrates-ability-to-foresee-sinkholes/
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2015-01-05

 

2012年8月,在新奥尔良科恩河口附近意外获得25英亩天坑航拍照片。2012年获取的NASA航空雷达数据分析揭示了雷达探测到的深坑倒塌前的迹象。这些数据可能会帮助预见天坑。(照片由新奥尔良Wings Of Care组织提供)

2012年美国国家航空航天局(NASA)获取的航空雷达数据分析展示了在科恩河口附近巨坑出现之前的雷达探测指标,分析预测了巨坑出现,从而产生了强制撤出的决定。

调研结果建议,如果可以定期通过航测系统和卫星获取雷达数据,至少可以在某些情况下提前预见天坑的存在,减少对人员伤亡和财产损失的危险。

在地面层坍塌进入下面的溶洞时,天坑在地面已经形成下降。它们通常没有警告。这些观测数据通过NASA对路易斯安那州墨西哥湾地面沉降监测任务得到。

基于2011年6月和2012年7月的C-20A无人飞行器两次飞行中搭载的合成孔径雷达(UAVSAR)数据,NASA帕萨迪纳市喷气推进实验室研究人员Cathleen Jones和Ron Blom分析了该地区的干涉合成孔径雷达(InSAR)影像。InSAR监测和测量了地表面非常微小的变形。

他们的分析表明, 在坍塌前至少一个月地面变形明显,向深坑后来形成的地方横向迁移了10.2英寸(260毫米)。这些前兆性地表移动覆盖了比形成天坑更广阔的范围,大约1640 x 1640英尺(500 x 500米),大约多出2英亩(1公顷)。研究的结果发表在2月出版的《地质学》杂志上。

Jones指出,水平地面变形以前没有被认为是形成灰岩天坑信号。这一新研究表明他们可以提前预见天坑的形成。这种运动可能比之前认为的更为常见,尤其是在地表附近有松散土壤层地区。

在出现小地震和天然气冒泡现象数周后于2012年8月3日意外形成的科恩河口灰岩天坑引发了社会关注。这是由于一个地下储存洞侧壁坍塌引起的。这个储存洞连接到了附近的西方石油公司旗下的德州盐水公司的一口井。现场调查显示储存洞位于地下超过3000英尺(914米),已经接近在地下开采的Napoleonville盐丘边缘。天坑中充满了泥浆-混合流体和固体粉-现在已经逐渐扩大,大约有25英亩(10.1公顷)区域并至少有750英尺(229米)深,还在继续扩大。

Blom指出,他们的工作显示出雷达遥感可以提供至少在一些天坑表面坍塌之前的监测技术, 特别可以用来监控石油工业在盐丘中的操作。盐丘在沉积岩中形成拱形结构,大量的盐被迫上升。通过对地表测量的应变,这种技术可以减少风险并提供定量信息,用来提前预测天坑的规模和增长速度。

通常灰岩天坑没有自然外来的表面排水,他们通过自然过程和人类活动形成。他们通常发生在喀斯特地区,岩溶发生地区的岩石表面可以通过地下水溶解,最常见的是在石灰岩地区或其他碳酸盐岩、石膏或盐床上形成。当岩石溶解,他们形成空间和地下洞穴。

灰岩天坑大小从几英尺到几百英亩大,有些可以很深。这种灾害是遍及世界的常见灾害,在美国所有地区都有发现,大部分的天坑灾害出现在佛罗里达州、密苏里州、德克萨斯州、阿拉巴马州、肯塔基州、田纳西州和宾夕法尼亚州。虽然天坑极少造成人员死亡,但在2013年2月,在佛罗里达州的坦帕,一处房屋被巨坑吞食,造成一名男性死亡。

人为造成的科恩河口灰岩天坑产生在一个灰岩地陷风险不大的地区。墨西哥湾沿岸路易斯安那州和德克萨斯州东部座落在古老的海底沉积带上,随着较低密度的盐层上升,从而形成盐丘。在科恩河口下面的Napoleonville盐丘延伸到表面690英尺(210米)。各公司在圆顶上挖洞通过溶解盐获取盐水,随后在洞穴存储燃料和盐水。

Jones和Blom表明,截止2013年10月的近期UAVSAR对此地区的持续监测,发现变形区域扩大,有可能影响附近其他盐丘储存洞的外墙。由于河口科恩天坑内现在已经积满水,很难使用InSAR测量变形区域。然而,如果变形远远超过该坑边界,InSAR可能继续追踪由地表下变化引起的地表移动。

由于持续增长的巨坑已经威胁到附近社区和70号高速公路,因此迫切需要快速评估它的扩大速度和最终形成的规模。Jones指出,这种类型的数据在判定巨坑扩大方向方面有很大的价值。在科恩河口,大量物质继续流入巨洞,正在形成坍塌。

Blom指出,目前没有即时计划使用UAVSAR观测天坑多发区。可能花很多时间飞行和处理数据,但没有发现灰岩天坑。在科恩河口的发现很偶然。但它确实说明InSAR卫星预期的好处之一是可以频繁地对广大区域进行雷达成像,如:正在开展中的NASA-印度空间研究组织合成孔径雷达任务。

Jones指出,每年意想不到的由灰岩天坑、山体滑坡和溃堤引起的地面运动造成了数百万美元损失,夺取了许多人的生命。在一个灾难性的坍塌前有个小移动现象时,InSAR可以对这种微小的前兆进行监测。

NASA利用卫星、航空器和地面观测能力监测来自陆地、天空和空间的地球重要标志。结合长期数据记录和计算机分析工具,NASA发展新的途径来观测和研究地球互相关联的自然系统,以便更好地了解地球的变化。它与国际社会、世界及美国研究机构分享其专有知识并致力于了解和保护我们的地球。

 

(王化编译,殷永元审核)