昆明市地面沉降发展过程及其特征

利用1979－1998年昆明市地面沉降监测资料分析昆明市南部地区，即二环南路以南地区大面积地面沉降。该地区形成两个明显的漏斗形沉降区，一个是以小板桥为中心的沉降区，其中在朱家村、巫家坝机场、广卫村、小喜村、六甲、官渡等地较为明显，在沉降中心（小板桥）沉降量达227．5mm(1985-1998年），平均下沉速率在17mm/a左右，最大达30.00mm/a；另一个沉降中心在海埂以北的河尾村、渔户村一逞地区，没降中心的沉降量达100．4mm(1993-1997年），下沉速度达到25．1mm/a。对昆明市地面沉降现象与古滇池松软的湖相沉积、局部地区的地下水资源长期超采以及该地区强震活动的因果关系进行了初步探讨。     

基于时序InSAR技术的西安地铁沿线沉降监测及预测分析

城市轨道交通建设和运营造成的地铁沿线及周边区域的地表沉降,给地铁的安全运营带来极大的隐患,甚至造成严重的经济损失和不良的社会影响.本文以西安市地铁沿线地面形变现象为研究对象,利用覆盖西安市2017—2021年的44景Sentinel-1A影像数据,采用SBAS-InSAR方法获取地铁网络沿线的地表形变信息,并基于SVR模型和LSTM模型对典型地铁站点地面沉降进行预测分析.研究发现：(1)西安市地铁沿线呈现不同程度的地表形变现象,抬升区域主要集中在鱼化寨地区、电子城地区、西安城墙的南部,抬升速率最大为25 mm/a;(2) 2号线的南部、5号线的东西两段以及9号线的东段是沉降发生的主要路段,且5号线沿线整体不均匀沉降现象较为严重,最大沉降速率为32 mm/a,最大累积沉降量达130 mm;(3)通过不同预测模型实验对比,发现LSTM模型精度较高,预测结果显示2、5、9号线典型沉降区域未来四个月以每月约2.3 mm的最大速率继续沉降,需对典型沉降段进行持续监测．     

融合升降轨InSAR数据的东川区滑坡隐患识别

为解决常规In SAR技术仅能获取一维视线上的形变,导致升、降轨监测的模糊性和差异性,难以全面完整识别出区域内滑坡隐患问题．本文利用小基线数据集技术,以云南东川区为研究对象,获取该区域2018年至2020年升轨和降轨Sentinel-1A数据,采用融合升降轨数据的方法,反演研究区垂直向和东西向二维形变场进行滑坡隐患识别,并结合遥感影像对识别结果的可靠性进行验证．实验结果显示:(1)研究区在升轨和降轨雷达视线方向上的形变速率分别为-188.1～88.9 mm/a、-163.6～74.7 mm/a,融合升降轨数据反演出的东西向形变速率为-123.9～136.7 mm/a,垂直向为-206.5～58.5 mm/a,说明研究区地表形变在垂直方向变化较大,相对于其他方向,沉降中心更为明显．(2)在单一轨道雷达视线向的升降轨形变结果中,分别有15和12个滑坡隐患区被识别;而在融合后所提取的垂直向形变场中,则有25个滑坡隐患区被探测,除升降轨所识别的区域外,还新增6处滑坡隐患．表明垂直向形变结果具有较好的监测能力,能够有效识别区域内滑坡隐患,弥补单一轨道在复杂山区应用的不足．(3)通过对融合结果中典...     

应用StaMPS-PS监测惠州地表沉降时空演化

合成孔径雷达干涉测量(INSAR)是开展地灾监测预警重要途径.通过获取2015年12月至2018年2月欧空局环境监测卫星IW模式下Sentinel-1A影像数据,利用StaMPS-PS (Stanford Method for Persistent Scatters PS-INSAR)技术,持续开展惠州市地表沉降形变监测.试验表明:惠州市整体形变较小,StaMAP-PS模型平均形变速率在-3～3 mm/y之间,累积沉降量最大为-24 mm,抬升量最大为8 mm.龙门县南部地区和博罗县城区有部分下沉情况,最大形变速率达到-12 mm/y;惠城、惠阳区及惠东县近海域有部分地区出现轻微的抬升,但不超过3 mm/y.     

基于InSAR技术的张家口定点形变观测场地形变监测

针对张家口定点形变观测场地伸缩仪NS向观测曲线在2020年6月至12月出现加速上升的异常变化,以张家口定点形变观测场地为研究区域,基于Sentinel-1 SAR降轨数据并采用小基线集技术对场地进行形变监测,并获取了2018—2020年该区垂向年平均形变速率和形变时间序列。研究结果表明：张家口断裂两侧地表在垂向的相对运动速率小于1 mm/a,断层活动性较弱;张家口断裂在NNW-SSE向拉张应力作用下,使得断层南盘地表相对北盘出现较为明显的沉降运动,导致张家口伸缩仪NS向观测出现张性加速趋势变化异常现象。     

基于PS-InSAR技术和遗传神经网络算法的矿区地表沉降监测与预计

针对传统雷达干涉测量技术(D-InSAR)易受大气相位延迟和失相关的影响以及传统BP算法依赖于初始权值和阈值问题.本文采用了(PS-InSAR)技术对矿区地表沉降进行了监测,并提出采用遗传算法(GA)对神经网络(BP)算法的初始权值和阈值进行筛选.首先利用PS-InSAR技术获取矿区地表沉降范围和沉降值,然后将其部分结果作为遗传神经网络(GA-BP)算法的训练样本建立预测模型参数.选取宿州市矿区19景Sentinel-1A雷达数据进行实验分析,结果表明,PS-InSAR技术能够很好监测矿区地表沉降,最大沉降速率为45 mm/a.分别取训练样本数为1000、2000、3000和4000利用GA-BP算法对矿区地表沉降进行预测,得到最大残差分别为6.8 mm、0.44 mm、0.36 mm、0.28 mm;均方误差分别为3.85 mm、3.26 mm、2.98 mm、1.61 mm,表明本文提出的GA-BP算法能有效预测矿区地表沉降,并且在训练样本数量较多时预测效果和预测性能较好.     

多轨PSInSAR监测华北平原地表垂直形变场

针对PSInSAR技术监测大空间尺度地表垂直形变场的不足,提出通过基准转换与数据拼接、融合不同轨道多个独立片区(Frame)获取大空间尺度地表垂直形变场方法.由于不同轨道主影像选取的参考基准不一致、不同轨道垂直基线不同、不同片区相位解缠的参考PS不同等因素影响,使得PSInSAR获得的不同轨道地表垂直形变场的空间基准存在差异,提取的地表形变信息不具有可比性.利用两个相邻片区重叠区域的PS点集,根据迭代最近点算法提取两片区公共区域内同名点,并兼顾同名点距离的权,精确计算两片区的配准参数,实现两片区的"无缝"连接,最后使各独立片区拼接成一个连续的大空间尺度地表垂直形变场.本文推导了多轨PSInSAR技术获得的不同片区形变场基准转换与数据拼接的数学模型,并以华北平原(115.32°E—118.79°E, 36.81°N—40.58°N)为实验区,解析了3个不同轨道共12个片区PS目标,获取了研究区2006—2010年地表垂直形变速度场.分析表明:(1)研究区大范围处于下沉状态,形成以北京、廊坊、天津、沧州、泊头—德州等城市为中心向外扩展的地表沉降发展态势,几个沉降中心的平均沉降速率分别达到-34.7 mm/a、-26.3 mm/a、-64.2 mm/a、-34.6 mm/a和-37.7 mm/a;(2)地表沉降的空间分布特征表明,城市工业生产和生活抽取地下水是地表沉降的主要诱因,农业灌溉和油气开采是导致华北平原大范围地表沉降的另一个重要因素;(3)研究区最大沉降带沿北北东向展布,与区内断裂分布一致,表明沉降的空间分布受到断裂带控制;(4)利用地表同期一等水准测量成果检验了本研究结果,精度达到4.72 mm,表明本文提出的数据处理策略能够满足大时空尺度地表形变监测的需求.     

利用GPS与InSAR研究西安现今地面沉降与地裂缝时空演化特征

西安孕育严重的地面沉降及地裂缝灾害,严重制约着城市的现代化发展,本文采用GPS精密定位和InSAR遥感差分技术对西安地面沉降和地裂缝进行变形监测与分析,获取了西安地面沉降与地裂缝整体变形现状的珍贵信息,通过对这些变形信息的研究分析,揭示了西安现今地面沉降与地裂缝时空演化特征和机理：随着停止或限采地下水,西安地面沉降量级由20世纪90年代中期的最大年沉降速率20～30 cm/a减少到不足10 cm/a,且超过60%的沉降区域的年沉降速率已由90年代中期的5~8 cm/a减少到不足2 cm/a;原有的沉降中心大部分已不存在或大大减小;地裂缝在时空活动与分布上与地面沉降存在明显的关联性;地面沉降和地裂缝随着西安高新区的建设向南、西南、东南逐步扩展.     

利用InSAR技术研究青藏高原冻土形变特征

由于自然环境的限制, 青藏高原的大地测量网络十分稀疏, 不能满足区域地壳运动监测的需求。干涉合成孔径雷达(InSAR)是非接触监测地壳运动的一种重要方式, 但在高原上受到冻土的影响。本文基于2014~2018年的Sentinel-1卫星C波段雷达数据, 采用InSAR时序技术分析了冻土形变的时空特征。针对InSAR位移时间序列, 采用空间滤波去除了大气延迟、 地形效应等局部公共误差, 提高了时间序列的信噪比。结果显示, 青藏高原的冻土运动可分为差异较大的两类: 在大部分冻土区域, 与周边高山(基岩)区域相比, 冻土地区显示类似的季节波动或一定的长期沉降; 在部分冻土地区存在异常快速下沉区域, 例如在西藏中部布若错湖西南侧的沉积盆地内, 存在一个直径约2 km的漏斗型沉降区, LOS向沉降速率可达约10±2.1 mm/a。构造运动造就了高原上大量沿断裂线分布的河流、 湖泊, 河床和沉积盆地等广泛分布着冻土, 给准确分析构造形变带来很大挑战, 本文所得的结果可作为区分冻土运动与构造变形的一种有效判据, 也有益于研究高原冻土的物理特性及变形机理。     

山西中北部地区地壳垂直形变时空演化特征及与强震的关系

采用山西中北部地区2006期和2015期一等精密水准测量资料,利用经典动态平差方法,对区域近期地壳垂直形变时空演化特征进行了研究。结果表明:(1)山西中北部地区近期整体表现为山地隆升,盆地下沉的特点,以继承性运动为主,但局部也存在差异性。吕梁断块和太行断块表现为隆升,活动速率分别为2～8 mm/a和2～6 mm/a;山西断陷带的系列盆地表现出相对下沉,沉降速率为-3～-10 mm/a;(2)汶川地震显著影响了区域地壳垂直运动形变场。震前区域地壳运动表现为显著拉张特点,震后张性减弱,挤压增强;(3)大同—化稍营、呼和浩特和榆次—石家庄一带存在地壳垂直形变高梯度带,中长期尺度上存在地震危险性背景。     

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.     

利用PS-InSAR技术监测山西北部地表形变场

选用10景RADARSAT-2降轨宽幅雷达干涉数据,利用相干点目标PS-InSAR技术进行时间序列处理,获取了山西断裂带北部特定区域内2011—2014年地表形变场。结果表明:(1)断裂带中段的定襄县平原区域有较好的相干性,沿卫星视线向(LOS)的年形变速率最小值为-5±2 mm/a,最大值为-14±2 mm/a,显示断裂带附近以拉张正断层活动为主兼具逆时针差异运动特征;(2)地表形变特征的空间分布表明城市工业生产和生活抽取地下水是地表形变的主要诱因,最大沉降区域沿NNE向展布与研究区内断裂一致表明形变趋势受断裂带的影响明显;(3)利用已有的GPS复测资料对识别的PS点目标进行可靠性验证,结果表明两者的观测结果能够很好的吻合,证明该方法在监测面状区域形变场运动趋势的有效性。     

利用应变场和基线变化率研究新疆南天山地区近期地壳运动特征

利用GPS数据研究南天山地区地壳运动特征,截取了该区域2005 ～ 2009年GPS数据,在统一框架下进行解算,并绘制出不同时段的主应变、剪应变以及基线变化速率等图像,研究表明该区域的地壳形变具有自西向东、自南向北减弱的特点,主压应变主要表现为受印度板块向北推挤而形成的近南北向压性应力场.2005～2009年基线变化速率表明,以喀什沿经线南北向为界,其东部区域基本上为压缩区,其西部区域基本上为拉张区,东部的基线缩短平均速率(4.84 mm/a)大于西部基线伸长的平均速率(3.06 mm/a),以喀什沿纬线东西向为界,其南部区域基线变化平均速率(5.58 mm/a)明显高于北部区域基线变化平均速率(3.52 mm/a),且伸长、压缩变化速率最大基线均在南部地区,说明南部区域受到塔里木块体和青藏高原挤压比较强烈,表明喀什南部区域地壳运动相对活跃.     

长白山天池火山2015—2022年InSAR变形与活动状态分析

地表形变信息可有效反映火山下岩浆房的活动状态,对于理解火山活动演化过程非常重要。文中利用Sentinel-1A/B的升、降轨影像,采用SBAS InSAR与Stacking InSAR技术,获取了长白山天池火山2015—2022年间的地表形变时间序列及速率,并结合Mogi点源模型反演岩浆房的几何参数,得到的主要结论如下：1)火山口及周围区域整体下沉,火山口附近视线向形变速率约为-4～-2mm/a,远离火山口的局部形变速率可达-6mm/a。2)根据Mogi模型反演的火山下浅层岩浆房深约6km,体积变化率为-3.3×10⁵m³/a,岩浆房位于长白山天池火山口下偏西的位置。3)1992—2022年期间,火山经历了从平静到扰动、再到平静的岩浆活动过程,在2002—2005年监测到明显的地表隆升变形,岩浆房体积显著膨胀,之后岩浆的活动性逐渐减弱。     

GPS监测的中国及其周边现时地壳形变

利用多个全国性的GPS监测网、中国地壳运动主要活动带的区域性GPS监测网以及亚太地区大地测量计划(APRGP)的GPS监测网自1991年以来近10年的GPS资料,通过旋转变换将不同方法得出的各个子网的速度解进行统一,给出一个自恰的、完整的ITR一7框架下的速度场综合解.为了研究中国现时地壳运动在欧亚板块内形变的特征,基于一个现时板块运动模型ITRF97VEL,给出了3类网共260多个站的形变速度场.结果表明中国地壳运动有明显的不均匀性,以南北地震带为界,西强东弱;中国西部受印度板块强烈的冲挤,地壳运动由南向北逐渐减慢,呈现南北向缩短,东西向伸展,有明显的块体特征;喜马拉雅和天山西部分别提供了约15mm/a和9-13mm/a的汇聚速率;拉萨块体有(20.2±1.2)mm/a的伸长;喀喇昆仑一嘉黎断裂的右旋走滑速率和阿尔金断裂的左旋走滑速率分别为2-3mm/a和4-6mm/a,穿过龙门山断裂带的缩短速率小于7mm/a,这些都支持地壳增厚学说;沿阿尔金断裂带到喜马拉雅存在一个NNE弥散带,它是形变速度有东和西分量的分界线,是一个有特殊意义的动力学带.中国东部以走滑为主,东北块体是中国最稳定的地区,华北块体具有较大走滑性,是东部较易变形区.     

基于精密水准的鄂尔多斯西北缘现今垂直运动分析

鄂尔多斯块体受青藏块体和华北块体的挤压,在其周缘形成一系列褶皱和压性断层,构造较为复杂。本文利用1980、1990和2014这3期精密水准资料计算了鄂尔多斯块体西北缘的垂直运动速率,分析结果表明:① 位于阴山断块隆起与鄂尔多斯断块隆起之间的河套盆地相对下沉,其中临河盆地最为明显,下沉速率为2-4mm/a,位于鄂尔多斯块体西缘的吉兰泰-银川断陷带沉降速率有所减缓,目前沉降速率约为2mm/a;② 整个测区表现为明显的山区上升、盆地下沉的继承性运动;③ 穿过乌拉山北缘断裂和磴口-本井断裂的2条水准剖面显示断裂两侧的垂直运动速率差异小于0.5mm/a。     

基于InSAR技术的喀什-乌恰交汇区地壳垂直形变特征分析

利用喀什-乌恰交汇区2004—2010年间的ENVISAT ASAR数据,采用层叠InSAR技术获得了喀什-乌恰交汇区地壳垂直形变速度场,并结合研究区GPS观测数据结果,分析了喀什-乌恰交汇区地壳形变特征。结果显示,喀什-乌恰交汇区地壳垂直形变速率约为?1—2mm/a,其中,乌恰南边的山区形变量最大,形变速率达到2mm/a,是整个研究区中隆升最明显的区域;而喀什、阿图什一带形变量比较小,基本在0—1mm/a。卡兹克阿尔特和阿图什南翼断裂为乌恰以南的隆升区域到喀什、阿图什垂直形变平稳区域的梯度带,这个区域吸收了1—2mm/a的垂直形变能量和7—9mm/a的水平形变能量,是喀什-乌恰交汇区中主要的地壳形变能量消耗地带。     

用GPS数据反演海原断裂带断层滑动速率和闭锁深度

以"中国地壳运动观测网络"区域站在海原断裂带附近的所有观测数据及跨断裂GPS剖面观测数据作为约束,用Smith 3-D体力模型反演了海原断裂带断层滑动速率和断层闭锁深度.从西到东断裂共分为5段,采用遗传算法拟合GPS水平运动速度场,拟合残差均方根为1.1 mm/a.反演结果为:毛毛山断裂左旋走滑运动速率为3.5 mm/a,闭锁深度为22.0km;老虎山断裂左旋走滑速率为6.5 mm/a,闭锁深度为10.3 km;海原断裂带西段、中段和东段的滑动速率依次为4.5 mm/a、5.6 mm/a和5.5 mm/a,闭锁深度依次为8.4 km、3.6km和4.3 km.表明毛毛山断裂左旋走滑运动速率小,闭锁深度大,有利于应变能的积累,使得该断裂及附近地区存在发生强震的背景.     

基于GRACE资料研究南极冰盖消减对海平面的影响

利用5年的GRACE重力数据,计算了南极1°×1°等效水量时间序列,得到每个格网的趋势项,结果表明在西南极Amundsen区域有明显的负增长,超过-80 mm/a,南极半岛存在着负增长,东南极Enderby Land地区质量增长;计算得到2002年7月到2007年9月南极、东南极和西南极冰盖的等效体积变化分别为-78±37 km³/a,-3±46 km³/a和-75±50 km³/a,对应海平面变化的贡献为0.21±0.1 mm/a,0.008±0.127 mm/a和0.2±0.14 mm/a.该结果与国际最新研究结果一致.同时发现冰后回弹是影响利用GRACE研究南极冰盖质量变化的关键因素.     

利用Envisat ASAR数据探讨渭河盆地断层现今的滑动速率

与板块边界的断层相比,块体内部的断层滑动速率较小,但仍具备发生大地震的潜力。渭河盆地历史上曾多次发生大地震,而盆地内一系列正断层长期的滑动速率却相对较低。文中以渭河盆地中部的口镇-关山断裂、渭河断裂和北秦岭断裂为例,利用合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)对盆地内断层现今的滑动速率进行研究和分析。搜集了欧洲空间局Envisat卫星161号降轨2003—2010年的32幅影像数据,通过ROI_PAC软件对渭河盆地的Envisat ASAR数据进行处理,得到98幅空间基线长度≤300m的干涉图,并从中挑选出质量较好的33幅干涉图用于后续的时序分析。使用π-RATE对33幅干涉图创建最小生成树网络(MST)并进行轨道误差校正、与地形相关的大气校正、去除参考相位和计算协方差矩阵等,获得渭河盆地中部3条主要断裂在7a内的平均滑动速率。结果显示,2003—2010年期间渭河盆地断裂的滑动速率较小,不超过2mm/a,其中口镇-关山断裂没有明显的形变信号,渭河断裂有约1mm/a的卫星视线向形变;西安市整体地表沉降速率在垂向上最大可达10mm/a。文中以稳定的鄂尔多斯地块为参考评估In SAR时序分析的精度,得到In SAR速率图的误差约为(-0. 1±1) mm/a,证明了结果的可靠性。文中工作可为获取断层10a尺度的现今滑动速率提供重要的技术思路,继而为评估地震危险性以及危害性预测提供参考依据。