基于InSAR技术的东营市地面沉降监测及多诱发因素分析

基于2019年Sentinel-1的28景降轨InSAR数据,监测东营市年均沉降速率,分析并相互验证处于不同季节的两个干涉对及各形变中心的时序变化情况。结果表明,东营市存在5个大范围的沉降区域,均位于东营市沿海区域,最大沉降速率约为300 mm/a,沉降特征因地下水抽取、石油开采与卤水开发等地下流体开采类型不同而具有明显的季节性特征,但总体上各形变区域每年1~5月表现为较大线性速率的沉降,6~12月出现不同程度回弹后又缓慢沉降,干涉对剖线的形变趋势同时可验证时序结果的正确性。     

基于时序InSAR的京津高铁北京段地面沉降监测

京津高铁是中国第一条高速运行的城际铁路,其安全运行对轨道的平顺性有着严格的要求。地面沉降,尤其是不均匀地面沉降会引起部分路基和桥梁变形,威胁着高速铁路的运营安全。合成孔径雷达干涉测量技术可以大范围监测地表形变,对高速铁路沿线地面沉降具有较好的监测能力。本文以45景高分辨率TerraSAR-X 数据为基础,采用 PS-InSAR技术监测京津高铁北京段沿线地面沉降,获取京津高铁北京段沿线地面沉降的分布信息,从动静载荷视角结合北京地区地下水、断裂带、地质条件和含水层系统介质等数据,综合分析高铁沿线不均匀地面沉降的原因,为京津高铁的安全运营提供技术支撑。研究结果表明：京津高铁北京段沿线地面沉降发展在空间上存在一定差异性,北京南站至十里河区间,年沉降速率小于10 mm/a; 至十八里店区间,年沉降速率在10~40 mm/a范围内浮动;过亦庄站至东石村以东区间,最大年沉降速率达到90 mm/a;至永隆村以西,年沉降有所缓解,往东至坨堤村,沉降较为稳定,年沉降速率小于10 mm/a。地下水超采是沿线区域地面沉降的主要因素,动静载荷共同作用下对地面沉降产生一定的影响,沿线地面沉降一定程度上受到南苑—通县断裂带和旧宫断裂带构造控制,沉降量较大的路段位于粘土层较厚的大兴迭隆起。     

郯庐断裂带安徽段及“霍山窗”断层活动特征与地震关联性研究

利用郯庐断裂带安徽段及“霍山窗”区域的跨断层水准测量资料，运用断层形变累积率及年滑动速率比方法计算各测线近20 a的观测数据，研究区域内断层活动及能量积累的整体空间演化特征，梳理各测点所跨断裂带的断层形变特征及变化过程，从空间分布和时间演化的角度探讨断层活动特征与安徽及邻近地区中强地震的关联性。结果显示：1）郯庐断裂带安徽段断层形变累积率总体高于“霍山窗”区域，震前存在高值聚集、区域分界、高密度低值梯度带等特征，显示震前的应力积累背景；2）安徽地区断层活动明显受郯庐断裂带整体活动的影响，区域性差异和阶段性变化显著；3）断层形变的年滑动速率比异常对地震活动的判断具有一定的指示作用，主要表现为震前2个月~1 a的高值异常及多个测点的群体性异常等特征，随着震级的增大，异常分布范围和变化幅度均有所增大。     

基于PS-InSAR和随机森林的天津区域地表形变监测

采用2019-01～2022-03共90景Sentinel-1A卫星影像,基于PS-InSAR技术对天津市及其周边地区(下文简称“天津区域”)地表形变进行监测分析。结果表明,沉降主要发生在天津市外围,其中邻近天津市的河北省胜芳镇最大地面沉降速率达80 mm/a。为探究天津区域沉降内因,结合随机森林土地分类结果分析地表形变的地理分布特征,为地质灾害综合治理和地下水资源开发利用提供参考依据。     

时序InSAR技术在吹填人工岛礁沉降监测中的应用

采用2020-03～2022-03覆盖海南省儋州市海花岛的25景Sentinel-1A影像,分别运用SBAS-InSAR(small baseline subset InSAR)和PS-InSAR(permanent scatter InSAR)技术反演人工岛礁地面形变时空演变规律,开展重点沉降区域形变机理分析,探讨岛礁地面形变与海平面变化之间的相关性。结果表明：1)2种方法所得结果的空间分布和形变趋势表现出较高的一致性;2) SBAS-InSAR雷达视线向平均形变速率为-14.69～6.96 mm/a,最大累积沉降量为-37.18 mm; 3)岛礁靠近外海侧区域沉降速率远大于靠近陆域侧区域,其形变趋势受海洋水动力扰动和地下水位变化影响,具有此类形变特征的地面形变与海平面变化存在一定相关性。     

南水北调中线区域地面沉降SBAS-InSAR监测研究

基于1 009景Sentinel-1A影像,利用SBAS-InSAR技术对南水北调中线区域地面沉降进行长时间序列监测。结果显示,整个中线沿线地面沉降主要分布于河北省东南部,最大形变速率为-139 mm/a,由于与渠道间有一定距离,因此对输水影响较小。北京市的最大形变速率为-133 mm/a,天津市西南部最大形变速率为-81 mm/a,但天津支线经过了2个沉降区,应当引起相关部门的重视。本文重点分析了南水进京后北京市地面沉降的时序形变特征,结合相关资料分析得知,南水北调工程有效补充了北京地区地下水储量,显著遏制了北京市地面沉降的发展态势。     

时序InSAR解译2017~2020年北京地面沉降时空变化

利用合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术对2017-06~2020-06期间获取的Sentinel-1数据集进行处理和分析,获取北京近几年地面沉降区域的时空分布特征。结果表明,北京地表形变呈现5处沉降区,最大年形变速率为-111.3 mm/a。将InSAR结果与GPS观测资料进行对比,验证了时序InSAR的有效性。对比2018年和2019年的年形变速率可知,各个沉降范围内的沉降面积均在减小,且沉降减缓的面积远大于沉降加速的面积。局部调查后发现,5处沉降区除1处仍在加速沉降外,其他4处的沉降速度均在减缓。     

基于PS-InSAR技术的南宁地表沉降监测与分析

采用PS-InSAR技术处理44景COSMO-SkyMed卫星影像,获取南宁市建成区2013~2016年地表沉降形变信息;选取典型沉降突变区域进行实地调查,分析地表变形特征及原因,验证PS-InSAR技术监测结果的准确性。结果表明,研究区年平均形变速率范围为-7~5 mm/a;沉降突变点大多分布在青秀区、西乡塘区及兴宁区的绕城高速以内,其中青秀区新竹路与思贤路交叉区域、民族大道高速出入口区域地面沉降明显,平均形变速率超过-9 mm/a;结合工程建设资料、光学历史影像进行实地调查,结果与PS-InSAR监测数据反映的问题吻合较好。该研究可为地质灾害预测和防治工作提供新思路。     

川滇地块边界构造带形变速率变化与成组强震

利用川滇地区1982－2001年断裂带附近的短水准，短基线，连续蠕变场地每年定期复测的观测资料，计算各场地的形变年速率值及随时间的变化曲线，分析川滇地块主要边界构造带水平或垂向活动状态及与地震活动的关系。结果是：现今滇西地区和滇东南地区形变反映的构造活动剧烈；川滇地块东测边界带，由曲江，小江至鲜水河断裂带自南而北现今水平形变量逐渐减小；鲜水河断裂带，小江断裂带，龙门山断裂带每年垂向变化速率值小，而安宁河－则木河断裂带变化幅度相对较大；多个地震构造带附近的一些形变场地呈现形变速率的陡变则往往是成组强震发生的前兆。     

晋冀蒙地区的垂直形变特征

基于1998、2006和2013年3期水准复测资料,平差计算得到1998~2006年和2006~2013年的垂直形变速率及其垂直形变速率梯度。根据计算结果研究晋冀蒙地区的地壳垂直形变运动趋势以及主要断裂带的活动性,分析区域垂直形变速率和垂直形变速率梯度的演变。结果揭示出吕梁山地块后一时段上升速率增加、太行山地块由前一时段上升变为后一时段下降、盆地地带变化复杂的垂直形变态势。     

运用时序InSAR技术监测合肥市地面沉降及断裂活动

基于覆盖合肥地区的24景Sentinel-1A数据,采用PS-InSAR和SBAS-InSAR时序处理方法获取2017-11~2019-10合肥市城区及周边地面形变分布信息,分析主城区地面沉降的时空演化规律,获取地铁网络沿线地表形变空间分布图。结果表明,合肥市地铁线路沿线发生不同程度形变,形变严重区域主要集中在西部及西南部,最大沉降速率达到35 mm/a。对池河-西山驿断裂形变场进行宏观分析,并结合时空同步的跨断层水准数据进行对比验证,认为2种数据的垂直形变监测结果具有一致性,推测数据的垂直升降变化可能受断层拉张和挤压交替控制。     

鄂尔多斯块体南缘InSAR地表形变探测分析

采用InSAR技术获取鄂尔多斯块体南缘地表形变速率场,为精细分析研究区域内不同类型的形变特征提供依据。结果表明,研究区中部存在多处形变漏斗,南部盆地内城区存在大范围沉降与隆升;岐山-马召段断裂为左旋走滑运动,口镇-关山断裂两侧存在差异运动。结合遥感影像与野外调查数据,确定研究区中部的形变漏斗为矿区开采所致,盆地内三原县发生沉降的原因主要为地下抽水,扶风县与蒲城县的地表隆升主要与地下水位回升有关。     

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荣县地震InSAR同震与时间序列形变初步分析

借助Sentinel-1A卫星升降轨数据，利用合成孔径雷达差分干涉测量(DInSAR)和Okada均匀滑动模型反演获得四川荣县地区三维同震形变场及荣县地震震源参数。结果表明，此次地震造成的断裂现象大体沿NS向，两侧沉降区域中间伴随抬升现象，最大垂直形变量约18 mm；荣县地震发震断层符合逆断层特性，断层长约9.5 km，宽约2.1 km。采用时间序列分析技术获取该地区2018-11～2019-03各时间段的累计形变，结果发现，该区域在震前形变波动较小，地震是造成累计形变较大的主要原因，震后地表变化趋于稳定。     

山东省地壳垂直形变特征与深大断裂带的活动性

本文利用1971—1986年山东全省多期复测水准及部分测距成果讨论了本省的地壳形变特征。结果表明:以沂沭带为界,鲁东块体显示整体抬升,而鲁西块体虽以上升为主,但内部明显存在着形变差异运动。期间地壳垂直形变速率不高,一般不超过±3mm/年。近期构造运动显示继承性特点,地壳上升和下降的分界线与断裂相吻合。沂沭断裂带形变北强南弱。沿该带北西向益都、苍山-尼山断裂两侧形变差异较大,活动相对强烈,故对这两条断裂及其与沂沭带交汇处应加强监测。     

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太阳山断裂带及周边地区多源遥感断层构造解译与分析

利用多源遥感数据及SBAS-InSAR技术,多尺度多角度开展太阳山断裂带及周边地区的断层遥感解译与对比分析工作。结果表明,研究区共发育6条主要断裂,其中太阳山断裂带构造地貌特征明显,由4条主干断裂组成,即岗市-河洑断裂、太阳山西侧断裂、肖伍铺断裂、仙峰峪断裂,主干断裂表现出线性陡坎、断层沟谷、湖泊边界、山体断错等异常地貌特征。SBAS-InSAR结果显示,研究区在2017-01~2019-10累积最大沉降量为62.59 mm,最大抬升量为59.42 mm,断裂控制着区域构造格架,影响地面抬升与沉降的分布格局,其中太阳山地区沉降与抬升的形变分布特征与构造带走向一致,可间接反映遥感解译的准确性。     

多源遥感揭示的郯庐断裂带江苏段及邻区特征

借助可见光、微波、GPS和重力等数据从多源遥感视角对郯庐断裂带江苏段的地表出露形态、断裂带周边形变场和块体重力等特征进行研究,并辅以实地调查和探槽验证。结果表明：1）有争议的F5断裂南部应位于泗洪县后陈村,地表出露长度约为9 km,走向约为NNE12°;2）Sentinel-1A数据反演的断裂区地表形变场与普遍认为的第四纪以来郯庐断裂带右旋特性一致,且宿迁、新沂、泗县表现为沉降,邳州、睢宁、泗洪表现为隆升,断裂两侧水平和垂直向形变速率差分别约为4 mm/a和3 mm/a;3）GPS形变场分析表明,断裂两侧相对滑动约为1.4 mm/a,与微波结果的形变差异体现出近年断裂走滑运动呈加速状态;4）布格重力异常分析表明,断裂两侧重力分异明显,表现出西低东高的特征分异状态。该成果可为郯庐断裂带江苏段周边地壳块体形变、潜在孕震、发震等级和震灾防御等研究提供借鉴。     

2020年土耳其MW5.7地震InSAR同震形变特征与破裂滑动分布

为准确认识2020-06-14土耳其MW5.7地震的发震位置、构造特点以及地震危险性,利用D-InSAR技术对Sentinel-1A数据进行处理,基于GACOS进行大气校正,获得视线向（line of sight,LOS）同震形变场。降轨LOS向同震形变场显示,断层北侧抬升,最大抬升形变量约8.87 cm;南侧沉降,最大沉降量约-7.75 cm。以LOS向同震形变为约束,先采用贝叶斯自举优化法反演发震断层几何参数,然后使用有限断层方法反演地震破裂滑动分布。结果显示,断层走向约257.48°±0.65°、倾角约79.69°±0.98°、滑动角约154.2°±3.8°,震中位置为（40.754°E,39.389°N）,破裂区域长度约8 km、宽度约6 km,破裂的最浅埋深约0.8 km、最大埋深约8.9 km,最大滑动量约0.57 m,对应深度约4.278 km。地震释放地震矩约4.54×1017 Nm,对应矩震级MW5.7,与土耳其灾害和紧急情况管理局公布的结果一致。此次土耳其地震受近东西向的潜伏断层控制,以右旋走滑为主兼具少量的逆冲特性。地震造成部分地区的库伦破裂应力增量超过0.1 bar,这些区域未来的地震危险性值得关注。