基于Sentinel-1 SAR数据的黑河上游冻土形变时序InSAR监测

多年冻土活动层变化导致冻土区大范围地面变形,严重破坏区域内基础设施和水文地质条件,亟需加强活动层季节冻融过程的观测研究.本文提出一种基于分布式目标的小基线集时序InSAR(DSs-SBAS)的冻土形变监测方法.该方法采用分布式目标提取和特征值分解算法,并结合基于地温-形变约束关系的参考点选取新策略,提高了冻土形变监测结果的时空分辨率和可靠性.以祁连山黑河西支源头的野牛沟为研究区域,通过对27景Sentinel-1SAR影像进行时序InSAR分析,获取了2014-2016年该区多年冻土的形变时间序列和年均形变速率,并利用Stefan模型联合地温数据估算其季节性形变幅度.实地踏勘和结果分析表明:(1)研究区大部分多年冻土处于稳定状态(-1.0^+1.0cm·a^-1),在地形陡峭的南坡边缘及含冰量丰富的野牛沟河上游两侧沟底部分区域存在较大形变;(2)区域内冻土形变时间序列呈现年周期变化,冻土冻融形变存在季节性周期形变和季节性波动下沉两种形变特征,形变幅度和速率最大可达6.0cm和-3.0cm·a^-1;(3)不同区域的活动层冻结/融化始日和冻土形变存在明显差异,主要和冻土地貌、土壤类型以及活动层厚度有关.本文提出的方法在青藏高原多年冻土区大范围冻融监测和活动层厚度反演研究方面具有很大的应用潜力.     

青藏公路沿线多年冻土与公路相互作用研究

为了研究多年冻土与公路相互作用和特征, 青藏公路沿线建立了8个监测场地, 监测内容包括天然状态下活动层厚度、沥青路面下季节冻融深度、多年冻土顶板温度和路基稳定性. 研究结果表明, 由于沥青路面具有强烈的吸热作用和较弱的蒸发过程, 从而改变了地表能量平衡状态, 使沥青路面下的季节冻融深度和多年冻土顶板温度变化均大于天然状态, 并引起了融化下沉和冻胀等工程地质问题频繁发生, 对路基稳定性产生严重影响.     

华北地区强地震前地下水动态的重现性异常

分析华北地区20余年地下水动态与强地震活动的关系，发现部分井水位动态在几次强地震前短期阶段出现形态相似的下降变化. 其特征表现为水位以突变下降或加速下降开始，转折后变为速率较缓慢的上升，其幅度比下降幅度小得多；地震发生在水位缓慢上升过程，震时或震前水位大幅度上升. 这种下降形态的异常在华北地区上百口观测井中记录虽然不多，但是在几次强地震前不同的井记录了形态相同的水位变化过程. 表明地下水的地震前兆异常具有一定的重现性，在不同的强地震前可重复出现. 因此, 有必要研究这类异常的成因及其与强地震活动的关系.      

大同6.1级地震前后河北省地下水位前兆异常分析

识别地下水动态地震前兆异常,必须根据观测井地质及水文地质条件,分析地下水的多年动态特征,影响水位的干扰因素及异常变化与地震活动的关系。本文通过上述分析,认为大同6.1级地震前,河北省地下水网中万全、雄县、完县三口井存在水位异常变化。     

同化站点观测和SSM／I亮温改善冻土活动层状态变量的模拟精度

以考虑了土壤冻融过程的一维水-热-盐分耦合模型SHAW为冻土活动层数据同化系统的动力学约束框架,通过集合卡尔曼滤波算法同化土壤水分和温度的站点观测数据以及被动微波辐射计SSM／I19GHz亮温观测数据,以改善冻土活动层水热状态变量的估计精度,实现模型模拟和观测信息的融合。冬季活动层冻结,同化的关键变量为土壤温度;而夏季同化的关键变量为土壤水分。通过单点同化试验表明,该同化系统能显著改善土壤表层水分和温度的估计精度;同时,在同化过程中给定合理的模型误差协方差项,可将表层优化后的信息迅速传递给深层土壤,达到改善整个土壤廓线状态变量估计的目的。同化结果表明,相对于SHAW模拟结果,同化4cm土壤温度观测后,各层土壤温度RMSE平均减小0.96℃,而同化4cm土壤水分观测数据后,各层土壤水分RMSE平均减小0.020m^3·m^-3;同化SSM／I 19GHz亮温后,各层土壤温度RMSE平均减小0.76℃,各层土壤水分RMSE平均减小0.018m^3·m^-3。     

相关分析法在地下水动态中的应用

目前利用地下水动态变化来预报地震还处在研究和探索阶段。我省以中、深井为主的地下水动态观测工作刚开始不久,从现有资料分析,地下水动态的变化可能受气象、地表水、地质构造、人为活动等多种因素的影响。为了进一步搞清地下水动态变化在观测点附近无地震活动时与哪些干扰因素关系密切,从而可以较容易分     

华北地区强地震前地下水动态的重现性异常

分析华北地区 2 0余年地下水动态与强地震活动的关系 ,发现部分井水位动态在几次强地震前短期阶段出现形态相似的下降变化 .其特征表现为水位以突变下降或加速下降开始 ,转折后变为速率较缓慢的上升 ,其幅度比下降幅度小得多 ;地震发生在水位缓慢上升过程 ,震时或震前水位大幅度上升 .这种下降形态的异常在华北地区上百口观测井中记录虽然不多 ,但是在几次强地震前不同的井记录了形态相同的水位变化过程 .表明地下水的地震前兆异常具有一定的重现性 ,在不同的强地震前可重复出现 .因此 ,有必要研究这类异常的成因及其与强地震活动的关系 .     

河北井网水位观测中的刚性动态与弹性动态

在经典的水文地质学专著中,有这样两句话:“地下水动态是地下水均衡的外部表现;地下水均衡是导致动态变化的内在原因”。也就是说,水位变化反映着含水层内水量的均衡。属于正均衡,水位上升;属于负均衡,水位下降。这一观点,在很长时期内成为研究地下水动态的基本指导思想。无疑:这在研究浅层地下水资源评价中是正确的。尽管在邢台地震后广大地震工作者观测到一些与含水层水量变化毫不相干的水位动态,但由于理论准备不足,对那些动态的意义和价值认识不够,未引起足够的重视和深入的研究。全国第二代地震地下水观测网的建设和大量观测资料的取得,为研究地下水动态提供了新鲜的思路与途径,推动着地震地下水工作的飞速发展。在1981年国家地震局组织的地下水影响因素研究组的研究成果《地震地下水动态及其影响因素》专著中首     

唐山马家沟矿井水位异常分析

地下水动态受水文因素影响较大,对地震和构造活动具有较灵敏的响应。判别并排除各种水文干扰,确认地下水在地震前的异常变化,对提高地震分析预报能力,具有重要作用。马家沟矿井水位动态观测层与地下水开采层为同一含水层,井水位于2010年出现破年变异常,加速持续上升,截至2015年,最大上升幅度约30 m。依据该井水文地质环境特征,根据唐山市区2001-2015年地下水位、降雨量、地下水开采量实测资料,建立合理多元回归模型和三维地下水流动模型,发现地下水开采量减少应为影响马家沟矿井水位动态的可能因素。文中采取的异常识别与分析方法,可为其他类似井孔的地下水动态异常识别及判定提供一定借鉴。     

人类工程活动下冻土环境变化评价模型

提出用冻土热稳定性、热融敏感性及地表景观稳定性来评价人类工程活动下冻土环境变化, 并提出冻土环境的定量评价模型. 利用青藏公路沿线28个地温监测资料, 对冻土环境评价模型进行计算. 分析冻土热融敏感性与冻融过程和季节融化深度之间的关系; 冻土热稳定性与多年冻土顶板温度、年平均地温及季节融化深度之间的关系; 地表景观稳定性与冻融灾害之间的关系及产生的可能性. 结果表明, 冻土热稳定性、热融敏感性和地表景观稳定性可用来评价和预报人类工程活动下冻土环境的变化特征.     

地下水动态多年周期与中强震多发期

地下水动态的短期变化特征已有很深入的研究,本文根据唐山地区6口井1982年－2001年9月的水位动态变化月均值资料探讨地下水的长期变化特征。初步研究表明，从多年较大空间的地下水动态变化看，可视为较平衡的随机过程，存在着10年左右的周期结构，这种周期结构与地质构造环境、水文地质环境、地理地貌、观测层位、补给和排泄条件以及观测井结构关系不密切，这种现象可能与复杂的全息天体运动有关，是一种多种周期的叠加，是一种合力作用，代表着区域应力场。     

我国水震波研究的现状与动向

水震波指地震波引起的井孔水位的振荡现象。随着我国地震地下水动态观测井网的建设,这种现象越来越引起有关学者们的关注,尤其是近几年来对这一现象的研究取得了一些重要进展。 七十年代,首先在北京洼里井观测到水震波以来,已在100多个井孔中观测到了这类水位微动态现象。现已查明,上述具有记震能力的井孔——含水层系统中,井孔深度深者达3400m,其观测层的岩性有各种时代与各类成因的基岩,也有第四纪粉砂细砂层,地下水的类型有孔隙水、裂隙水、喀斯特水,有冷水、也有热水,观测方式上有静水位观测,也有动水位观测,由上可见水震波是普遍存在的水位微动态之一。     

基于自然电位法的滑坡监测实验研究

降雨是诱发滑坡最主要的因素之一,认识雨水的渗流过程和地下水位的动态演化对滑坡的监测预警具有重要意义.基于动电机制,孔隙介质中的流体流动可产生自然电位,通过自然电位的观测可反演地下水动力过程,为滑坡稳定性分析及监测预警提供有效信息.本文基于室内小型滑坡控制实验平台,通过施加人工降雨模拟边坡雨水入渗过程,同步测量了在坡体内的自然电位、孔隙水压力和坡面变形数据.实验结果显示:(1)自然电位变化与孔隙水压力变化具有显著的相关性,自然电位的时移剖面可反映水在坡体内部的流动模式的演化;(2)表面变形发生在坡体下部饱和之后,即坡面变形滞后于自然电位与孔隙水压力变化.以上观测结果表明,自然电位在滑坡监测中具有潜在的应用价值.     

考虑冻融界面变化的土壤水热耦合模型

土壤的冻结和融化是土壤内部的重要物理过程,其冻融界面位置的移动影响土壤水热特性以及陆面和大气之间的水分能量交换,从而对陆面水热过程产生重要影响.本研究将土壤冻结和融化问题归结为考虑水热耦合的多运动边界问题,利用局部自适应变网格法进行数值离散,发展了考虑冻结和融化界面位置的移动对水热过程影响的土壤水热耦合模型.该模型基于陆面模式分层结构的敏感性试验表明:它能同时连续地追踪多个冻融界面,克服了等温线法在同一土壤层不能同时模拟多个冻融界面的困难,比高分辨率情形下的计算效率提高数倍且计算稳定.利用站点观测对土壤冻融界面的位置、土壤温度和未冻水含量所进行的模拟验证,进一步表明了该模型的合理性以及应用于陆面过程模式的模拟潜力.     

根据激光雷达观测结果研究中国武汉地区钠层的分布

通过大量钠层荧光激光雷达观测数据的分析研究，给出我国武汉地区钠层平均分布形态的基本特征. 结合钠层模型分析，指出大气微量元素分布的纬度变化可能是导致不同纬度地区钠层平均分布形态差异的主要原因,同时给出武汉地区随季节变化的钠层平均分布形态. 对武汉地区钠层分布形态时间变化的分析，发现其短期变化与重力波活动及夜间变化与潮汐波活动相关.     

地下水动态趋势和短临异常

在无其他因素引起水量增、减条件下,地下水动态大于一年的趋势变化是地下水动态的异常变化。识别地下水动态异常变化的条件是调查观测井的水文地质环境、水动力条件及水量有无变化。在趋势异常发展背景下地下水动态趋势的转折与地震活动有关。列举了河间等三口井近年来的水位观测结果,表明短临异常在震前均有趋势变化背景,因此短临异常的判别要以趋势变化分析为基础。地下水动态趋势异常和短临异常随时间的分布是有序的,用序列异常方法分析异常与地震活动形势,研究序列异常发生、发展、演变的规律与地震活动的关系,对地震发生的时间和强度有较好的预报意义。     

永安冷冻厂深井地下水动态观测资料质量分析

永安冷冻厂深井是东南沿海最深的地震地下水动态观测井,井深1 000.44 m,地下水位受邻孔抽水严重影响.1982年1月开始观测,1988年11月起塑料厂开始抽水,严重影响观测;2001年8月由于工厂停产停止抽水,观测井地下水动态逐渐趋于稳定.本文分析该井地下水动态年变化规律,计算水位固体潮潮汐因子、观测精度与井孔对地应力响应灵敏度.并对抽水干扰及其前后,地下水动态观测质量的变化进行对比.     

青藏公路沿线冻土的地温特征及退化方式

青藏高原多年冻土(以下简称冻土)具有地域分布广、厚度薄及稳定性差等特征. 过去几十年的气候变暖背景下, 冻土广泛退化, 地温升高, 夏季最大融化深度加深, 冬季冻结深度减小. 冻土已经产生下引式、上引式和侧引式退化. 冻土层厚度减薄, 或者在某些地区彻底消失. 冻土退化模式研究在冻土学、寒区工程和寒区环境管理方面具有重要意义. 由南至北穿越560 km冻土区的青藏公路沿线(简称青藏线)冻土在青藏高原腹地具有很好的代表性. 在水平方向上, 冻土退化在多年冻土下界附近的零星冻土分布区、融区边缘和岛状冻土区表现得更为明显. 当最大季节融化深度超过最大季节冻结深度时, 冻土开始下引式退化; 通常形成融化夹层, 造成多年冻土和季节冻结层不衔接. 当多年冻土层中地温梯度减小到小于下伏或周边融土层时, 则产生上引式或侧引式退化. 下引式退化进程可分为4个阶段: (1) 初始退化阶段, (2) 加速退化阶段, (3) 融化夹层阶段, (4) 最终多年冻土彻底融化为季节冻土阶段. 当多年冻土中地温梯度降至下伏融土层地温梯度以下时, 则产生上引式退化. 3种类型冻土温度曲线(稳定型、退化型和相变过渡型)展现了这些退化模式. 虽然存在不同地段和类型的地温特征, 三种退化模式的各种组合最终将使多年冻土消融, 转变成季节冻土. 过去25年来, 青藏线冻土年平均下引式退化速率变化在6~25 cm, 年平均上引式退化速率在12~30 cm, 零星多年冻土区年平均侧引式退化速率为62~94 cm. 这些观测结果超过所报道的过去20年来阿拉斯加亚北极不连续冻土区4 cm的年平均退化速率, 蒙古国不连续冻土区的4~7 cm的年平均退化速率, 以及雅库悌共和国亚北极和阿拉斯加北极稳定性冻土区退化速率.     

唐山地震前天津地区地下水位动态特征异常分析

1976年7月28日3点42分,在唐山发生了7.8级强烈地震.震前本区浅埋封存咸水层与深层承压淡水层,(自扩口井)的水位,在年动态变化背景上,于72年初普遍出现长期大幅度同步下降异常,并在时间上具有长中短临阶段性显示,在空间上表现出一定的规律性.本文试图通过对地下水位动态特征的粗浅分析,探讨其异常的时空分布规律与地震三要素的某些关系,以期进一步提高分析予报水平.一、地下水位动态类型及特征本区地震地下水位观测资料表明,大多数观测井水位动态,受自然因素(降水、蒸发、气压等),人为因素(河渠放水、蓄水、农田灌溉、工农业开发地下水等)的影响和地质构造及水文地质条件的控制,从而导致地下水位反映出不同的动态特征并表现为不同的类型,而它们反映地震的效果又有着很大的差别.为正确认识地震信息,辨认异常与干扰,首先按水文地质条件及影响因素,将全区地震观测井划分为五种水位动态类型.     

油井动态与地震关系研究进展

地震前后油井动态的异常变化是指油井观测系统内油、气、水动态偏离其长期平均状态的变化。这种变化的起因源于地震活动(孕震、发震及震后地应力调整)。一切非震因素引起的油井动态变化统称为干扰,这些要予以排除。研究地震引起的油井动态变化,特别是地震前油井动态的变化的目的,主要在于提取前兆信息,以便预报未来地震时、空、强三要素,同时还在于提取震源信息,积累有关地震孕育过程的科学资料。油井观测系统包括观测层位、井孔、仪器,它与地下水观测系统的区别在于前者的观测层是承压圈闭的油、气、水层,