运城盆地地裂缝活动时序InSAR监测与机理分析

发布时间：2020-11-16 07:07

　　 运城盆地位于山西省南部地区,受特殊的地质地貌环境以及人为活动的综合影响,该地区地质灾害频发,地面沉降、地裂缝及断层活动都比较活跃。为了更好地研究运城盆地地面沉降和地裂缝的发展,本文选取了5种不同的传感器数据,分别是:Envisat ASAR、ALOS PALSAR、TerraSAR-X、Sentinel及Radarsat-2数据。利用时间序列InSAR技术(SBAS技术和StaMPS技术)监测了2007年到2017年运城盆地地面沉降及地裂缝发育情况,并对其进行了详细的分析。本文的主要研究工作如下:(1)介绍了基于PS-InSAR技术改进的StaMPS算法,及算法中PS点的选取和三维解缠方法等重要步骤。采用了基于振幅离散指数阈值与干涉相位分析方法初选PS点,通过相位时空相关特性对初选PS点进行分析与剔除。其次,基于时-空滤波方法对地形误差、轨道误差、大气延迟误差及空间视角误差等进行评估与剔除;然后采用三维解缠方法对干涉相位进行解缠,以提高相位信息的真实性。最后,通过相位转换获得地表形变信息。(2)采用StaMPS算法对运城盆地的地面沉降及地裂缝进行了监测与分析。选取了2009年2月20日到2010年10月8日间的8景Envisat ASAR数据,2006年12月22日到2011年1月2日间的21景ALOS PALSAR数据,2011年10月11日到2015年9月10日间的36景TerraSAR-X数据,并分别获取了3个不同时间段内的地表形变速率图。通过对三种数据监测结果的分析,盐湖区柏园一带和夏县一带存在明显的地表形变,且夏县地区地表形变范围更大,形变量也更为严重。通过分析特征点的形变时间序列,发现该地区的地表形变前期匀速发生,后期形变速度出现明显降低。这种现象可能和当地地下水限采有关。在地裂缝两侧提取特征点并对其进行时间序列分析,获得地裂缝两侧的差异性形变,发现该条地裂缝仍然存在发育活动。(3)为了更好的分析地面形变及地裂缝的形成活动机制,将Envisat ASAR和ALOS PALSAR数据获得的视线向形变速率进行二维(垂直向和东西向)分解,得出了地表沉降年速率图和东西向形变速率图。利用sill模型对垂直向形变值及TerraSAR-X数据的垂直向形变值分别进行反演模拟,通过多次迭代获取了最佳参数。(4)采用SBAS技术对运城盆地进行地表沉降及地裂缝监测,选取2016年1月3日到2016年10月17日间的9景Radarsat-2数据和2017年3月12日到2018年3月31日间的31景Sentinel景数据,得出了2016年和2017年这两个不同时间段的地表形变速率。形变严重区同样位于柏园及夏县一带,且地裂缝仍然处于活动中。(5)基于FLAC3D软件对抽水活动对地裂缝的影响进行了模拟分析。通过建立地裂缝模型,并建立接触面来模拟断裂的存在,在断裂上盘设置抽水井来模拟实际抽水活动。在模拟抽水过程中,记录地裂缝周围土体的水平位移和垂直位移以及应力应变的大小,分析了位移及应力应变发生变化的原因。最后,通过在断裂上盘,距离地裂缝不同的位置分别设置抽水井,观察抽水活动对地裂缝的影响。
【学位单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P237;P642.2
【部分图文】：

.1 选题背景和意义进入 20 世纪，为了使经济快速发展，大多数的工业活动都是以破坏自然环境为。随之，各种地质灾害随之而至，其中以地表形变最为常见，也最为严重，在很大上制约着经济的发展，甚至可能造成人员伤亡。地表形变是在自然因素、人为因素他因素综合作用下，由于区域压力引起的表层土体的不均匀沉降，是一种不可逆的灾害。地震、山体滑坡等突发地质灾害的危害较大，且不易监测防治。而地面沉市地裂缝及断层活动等缓慢型地表形变一般不会对人们的生命安全产生威胁，但是在无形中产生不可忽视的损失。例如：农田等地区地裂缝的存在，会影响到植被的与灌溉；城市地面沉降及地裂缝的产生会造成房屋开裂，地基下沉，影响建筑施工 1.1)。因此，这种缓慢性地质灾害相对于突发性地质灾害而言，具有隐蔽性和长期性易被人忽视，但是对经济发展造成的损失和对人们生命安全产生的威胁却不容忽

长安大学硕士学位论文土层的结合力承受不住外界荷载的作用时，就会发生地表形变，在沉降不均至会产生开裂，并以裂缝的宏观形式表现在地表。目前，地面沉降及地裂缝范围内变得更加频繁。图 1.2 为世界范围内各国的地裂缝分布情况。其中，缝分布最多，尤其在华北区域，包括京、晋、陕等地，地面沉降及地裂缝灾。近年来，在城市或人口密集区域每年都会发生 500 到 1000 起地面沉降和。因此，诸如此类地质灾害已经对自然环境和建筑构造造成了不可估量的损

图 2.1 SAR 侧视成像示意图波信号的过程中，雷达天线的运动使得其接收到的回波信号的波信号的瞬时频率发生了变化，这种情况称为多普勒效应。在器对信号的多普勒频移进行脉冲压缩处理，形成了一个长度为D R/Ds 覆盖的地面范围是 2 ，由式（2.3）知，此时等效波束角s 表DDRs/2/2s 2.3）和式（2.4）可知，SAR 影像的方位向分辨率aR 表示为：/2aRRDs
【参考文献】

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本文编号：2885773