结合SBAS-InSAR与光学遥感的矿区地表塌陷监测

针对矿区地表塌陷过程中难以获取全面的形变信息问题,本文以河南某采煤塌陷区为研究区,首先,基于多源多时相光学遥感影像采用综合归一化差异水体指数提取开采塌陷区积水的空间展布情况;然后,利用SBAS-InSAR技术处理63景2017年3月19日至2021年4月27日Sentinel-1A影像,获取研究区地表形变信息。结果表明：2010-2019年间年均塌陷积水面积新增幅度基本平稳,2019-2021年间年均塌陷积水面积新增幅度减小;研究区最大形变速率为-60.42 mm/a,形变速率小于-15mm/a区域均有煤矿井工开采作业。本文方法有效的提取了开采塌陷区较长时期内地表形变信息和空间展布情况,为矿区地表塌陷监测提供新的思路,形成了一套有效的矿区地表塌陷监测工作方法和流程,提高了遥感技术在矿区地表塌陷宏观、快速、准确监测的目的,为矿区塌陷修复和生态环境治理提供基础数据支撑。     

基于SBAS-InSAR与GM(1,1)模型的张博线采空区地表形变监测

为获取了该区段沿线的地表形变速率及各成像时刻的累计形变量等形变信息,验证GM(1,1)模型在地表形变中的预测效果,通过 SBAS-InSAR 技术对张博线采空区 2019 年1月至2022年1月43景 sentinel-1A影像数据进行处理,并利用 GM(1,1)模型对地表特征点监测结果进行了模拟和预测。监测结果表明铁路沿线大部分区域年平均形变速率在-2.0~2.0 mm/year之间,沿线地表相对稳定;预测结果表明GM(1,1)模型在沉降预测中有良好的效果,可进行中长期预测。     

联合时序SBAS-InSAR与GACOS的青岛胶州湾大桥形变监测与分析

为解决SBAS-InSAR技术在获取水汽饱和度较高的海滨城市地表形变信息受大气影响严重的问题,选用23景Sentinel-1A SAR影像数据,联合时序SBAS-InSAR技术与GACOS大气校正模型,监测得到2021年1月—2022年6月青岛胶州湾大桥的地表形变信息;利用线性模型和线性-温度模型分析了其形变特征及其温度影响。结果表明,桥梁整体的形变速率在可控范围之内,其地表形变过程是非线性的,与平均温度变化有较高的相关关系,线性-温度模型拟合的地表形变过程与联合时序SBAS-InSAR技术与GACOS大气校正模型监测的地表形变过程具有较高一致性,表现出了季节性变化规律。     

新疆西准噶尔沙吉海地区地表形变时空特征分析及其环境意义

煤矿地下开采形成的采空区对地表工程和周围环境造成严重的破坏,造成沙吉海矿区周围生态脆弱,草场面积缩减。长期废弃的矿井由于不清楚地下开采情况及范围,所以难以进行有效治理。通过长时间大范围的采空区形变特征监测,对于地质灾害预防和治理来说具有重要意义。基于2017年3月19日—2019年12月22日73幅覆盖沙吉海矿区的Sentinel-1A影像,采用差分干涉测量短基线集时序分析技术(small baseline subset interferometric synthetic aperture radar, SBAS-InSAR)获取时序地表残余变形,此外通过克里金插值法获取了整个研究区完整的形变信息,监测到研究区平均变形速率在-148.44～38.05 mm/a,最大累积形变量达-1 418.42 mm。分别得到废弃采空区和正在开采矿井工作面的形变特征,正在开采煤矿采空区呈漏斗形变形,废弃采空区沉降呈多点分散形,变化不均匀。经过对沙吉海矿区详细的野外调查,验证了SBAS-InSAR结果的可靠性。最后,结合野外验证结果分析了煤矿采空区围绕沉降中心呈漏斗形演化的过程。研究成果可为老旧采空区治...     

基于升降轨InSAR矿区地表二维形变的获取

结合矿区地形实际,在构建地表坡面空间坐标系的基础上,研究了雷达视线方向(LOS)形变与垂直方向形变及沿坡向形变的关系,利用升、降轨道合成孔径雷达干涉测量技术,获取了地表在坡面空间坐标下垂向与坡向的二维形变结果 .以窑街矿区为例,采用Sentinel-1A升、降轨数据基于小基线集方法分别提取升、降轨道LOS方向形变的结果并进行了复合计算,获得垂直方向和坡向方向形变.通过与概率分析法预测的塌陷数据进行比对,结果表明,利用两轨道复合的垂向形变结果能更准确地反映研究区开采沉陷的位置和边界范围;利用两轨道复合的坡向形变结果能够反映地表的水平形变特征,可用于识别不稳定坡体.     

露天边帮下紧邻尾矿库采空区地表充填治理方法

针对采空区废石充填常规处理方法难度大、费用高、安全性差等问题,结合排山楼金矿条件,研究了控制诱导冒落协同地表充填塌陷坑的采空区充填治理方法,包括采用RG井下电视监测评估空区冒落进程,从地表钻井充填保护露天坑尾矿库,崩落矿柱诱导空区冒透地表,地表充填塌陷坑恢复地貌,客土造田与恢复地表使用功能等方法.该方法用于排山楼金矿,使大型活动空区得到安全高效充填治理,取得了良好的技术经济效果.理论分析与实践表明,露天边帮下紧邻尾矿库的倾斜矿体采空区控制诱导冒落协同地表充填的治理方法,可减小采空区废石充填治理的难度,实现大型采空区安全高效治理.     

废弃铁矿老采空区赋存特征及稳定性评价

为准确探明废弃铁矿老采空区的赋存特征,科学评价采空区稳定性,有效防控地表塌陷灾害,以济南市顿丘铁矿老采空区为工程背景,研究了废弃铁矿老采空区赋存特征及稳定性。通过开展地球物理勘探和钻孔钻探,获得采空区的平面及层位分布,构建老采空区三维地质模型,实现采空区赋存特征的立体展现;采用采空区地表变形监测、临界载荷影响深度计算和采空区深厚比分析3种方法评价老采空区稳定性。结果表明：顿丘铁矿2#矿体群开采形成的采空区平面面积为4 992.5 m²;采空区分为采空纯空区和采空回填区2种形式,层数为2～4层,埋深为38～152 m,厚度为1.6～45.7 m,其中,纯空区最大厚度为10.8 m; 2#矿体群开采形成的采空区整体稳定性较差,存在塌陷风险。可见研究方法和结果对铁矿老采空区探测和治理具有一定指导意义。     

山区开采沉陷地表移动变形规律

为研究山区煤炭资源采空区地表沉陷移动规律,提高山区矿山地质环境影响评价工作精度,采用对塌陷地层工程地质条件、塌陷过程模拟再现的实验的方法,研究模拟地层及地表塌陷变形规律.研究结果表明:山区采空塌陷下沉曲线拐点位置会向山坡上升方向偏移,地表裂缝大小和分布特征与地表凹凸变化有关,地面坡度、表土层厚度和性质决定地表移动变形的大小和剧烈程度.研究结论初步得出地表岩层呈现出L型断裂的条件有利于指导煤矿安全开采,提出的地下采空区地表移动变形规律有助于支撑矿山地质环境保护与恢复治理.     

基于SABS-InSAR的保德矿区地表形变监测与分析

煤炭开采是保德县的主导产业,长期高强度的矿产资源开发导致矿区内地表发生了不同程度的形变,地质灾害频发,对进一步采矿作业造成了极大的安全隐患,破坏了当地的生态环境。为了进一步探究矿区地表变形的时空分布变化规律以及地表形变的驱动因素,利用SBAS-InSAR技术对覆盖研究区的32景Sentinel-1A影像数据进行处理,得到了保德矿区2020-06-24—2022-09-13期间的地表形变信息。在监测时间段内,研究区整体以沉降为主,形成多处由中心向四周发展的漏斗状下沉区域,主形变区内形变量与时间大致呈线性关系。依据计算得到的形变结果将保德矿区划分为6个重点研究区,以5号重点研究区中的泰安煤矿为例,通过分析其工作面的采掘工程,得出以下结论：(1)煤矿地表并未达到稳定状态。(2)发生地表形变的区域与工作面空间分布相吻合。(3)作为矿区形变的主要驱动因素,随着采矿工程的推进,主形变区域的范围和沉降速率将会进一步增大。研究区内的地质构造和地层岩性对研究区整体形变的趋势和范围起到一定的控制作用,断层两侧上盘、下盘的相对运动以及不同区域地表的可压缩层厚度差异均对地面的形变速率有一定的影响。通过叠加对比...     

开采引起的地表裂缝规律研究

分析了开采引起的地表裂缝的成因机制及其影响因素,研究了地表裂缝的发育过程.以兖州某矿区为例,根据实地监测数据,研究了塌陷区地表裂缝的发育、分布特征、裂缝的宽度、深度与变形等规律;得到该开采条件下最大水平位移、最大水平变形、最大下沉点、最大倾斜点、最大宽度裂缝和最大裂缝变形等特征点相对工作面的位置.     

老井开发对加密井水力压裂裂缝扩展的影响规律

随着页岩气的开发,对已有水平井井网加密将会是后期开发的关键。老井的持续开采会引起地层孔隙压力和地应力的重新分布,地应力的重新分布对裂缝扩展行为和路径造成显著影响。为了探究地应力的重新布对裂缝扩展行为的影响机制,本文基于块体离散元数值模拟方法,针对老井开采后地应力场变化对加密井水力裂缝扩展的影响特征开展研究。本研究综合考虑了注液速率,压裂液粘度、地应力梯度和初始地应力场等因素对水力裂缝扩展的影响。结果表明,老井引起的地应力降低会导致新井水力裂缝向老井偏移。提高注液速率,增大压裂液粘度可以有效降低地应力非均匀导致的水力裂缝偏移问题。地应力梯度越大、初始地应力越高,水力裂缝的偏移率越高。本研究对页岩气水平井加密方案制定具有一定的理论指导意义。     

灰色Logistic I/II模型在煤矿开采沉降预测中的应用

 地下煤炭资源被人工采出以后,因上覆岩层的失稳、垮落、重新密实而使地表出现开裂、塌陷和变形等地质灾害。传统的研究煤矿开采沉陷的方法主要有地质法、实地监测法、物理和数值模拟法等,这些方法耗费大量人力、物力、财力,且部分参数的获取十分困难。为了获得在煤矿开采区域内地表沉降情况的准确信息,本文利用采动卸压原理和“三带”模型,以湖南省金竹山矿业公司的土珠煤矿开采沉降实况为研究背景,分析其地下采煤时地表裂缝与沉降的发生机制与特征。提出在开采垂直裂缝最大估算高度直接影响地表浅部的2煤层和3煤层时,应根据理论分析和实地观测的方法进行沉降预测,适时提供有效的安全预警信息;在开采垂直裂缝最大估算高度不影响地表的深部煤层时,可根据实际观测的历史数据建立灰色Logistic I/II模型进行地面沉降预测,无须再进行实际监测。通过实践验证和模型精度检验表明,灰色Logistic I/II模型预测精度高,预测值与实际值拟合度高,能准确提供有效信息,为地表环境的复垦规划提供重要参考依据。     

联合slipBERI与D-InSAR技术的青海省玛多县地震形变场提取与模拟

针对2021年5月22日青海玛多县Ms7.4地震震区形变信息、形变特征以及滑动断裂特性的提取与模拟等问题,获取了玛多县地震区的Sentinel-1A影像,采用双轨差分干涉法,并优化各项参数,提取出同震形变场,利用slipBERI(slip from Bayesian Regularized Inversion)方法对断层的几何参数及形变场进行反演和模拟。结果表明：玛多地震同震形变场的形状近似于一个椭圆,断层整体呈西北-东南走向,其上部为沉降区,下部为隆升区,最大LOS(line of sight,视线向)形变分别为0.65m和0.81m。地震形变场的运动主要以东西方向的水平运动为主,并伴有明显的左旋走滑,断层上下方相对视线向运动可达1.50m,表明此次地震的地表破裂有明显的错位移动。通过分析形变信息和地表破裂特征,可以判断该破裂带位于巴颜喀拉块体,为昆仑山口-江口断裂,反演结果与观测结果相符,这表明观测结果较可靠。     

基于小基线集干涉测量的天津地区地表沉降时空分析

基于覆盖天津地区2017—2019年的30景Sentinel-1A影像数据,采用小基线集合成孔径雷达干涉测量(small baseline subset interferometric synthetic aperture radar,SBAS-InSAR)方法对研究区域进行地表沉降监测,获取了天津地区的年平均沉降速率和累积沉降,并与水准数据进行比对,最后分析了该地区的沉降时空特征。结果表明:2017—2019年大部分区域地表形变速率为-15.8～4.1 mm/a,最大沉降速率超过-130 mm/a,最大沉降中心位于天津市西青区王庆坨镇;基于SBAS-InSAR获取的沉降结果与水准测量结果比对,其精度达到2.96 mm;地表沉降受地下水开采、城市基础建设的发展以及工业用地量、人为活动等方面因素影响明显。     

荷载作用下老采空区地表移动规律的试验研究

利用相似材料模拟试验动态模拟采空区形成过程,当采煤结束且采空区基本稳定后,通过在采空区的不同位置逐级加荷载来分析研究老采空区地表的移动和变形规律。试验结果表明:(1)加载后地表各参数的残余变形均有所增加,其最大残余变形值基本发生在采空区两侧;(2)荷载越大,地表的残余变形越大;(3)荷载布置在采空区两侧比布置在中央引起的残余变形要大;(4)采深采厚比越小,地面荷载对采空区的扰动影响越大。并列举工程实例对试验结果进行了初步验证。     

黄河源永曲河流域地表温度与土地覆盖的时空变化特征分析

为明确黄河源地区地表温度变化特征及其影响因素,以永曲河流域为例,利用2008年、2020年landsat数据,通过辐射传输法反演地表温度,分析地表温度的时空变化特征及其与土地覆盖类型、地形因子和归一化植被指数之间的相互关系。研究结果表明：(1)2008~2020年,永曲河流域地表平均温度由24.330℃上升至24.592 ;(2)地表温度具有显著的地形分异特征,与海拔高度呈现负相关关系,高海拔地区尤为显著。地表温度随坡度增加而降低,按平缓坡、阳坡、半阳坡,半阴坡、阴坡的顺序,地表温度逐渐降低;(3)不同土地覆盖类型的地表温度差异较明显,草地的地表温度较高,小灌木丛较低,平均地表温度相差4.688 ;(4)地表温度与NDVI呈正相关关系,且自西向东相关性逐渐增强。     

采空区地表变形对既有砌体结构影响分析

煤炭开采沉陷区的较大地表变形（倾斜、水平变形和曲率）会对既有砌体房屋造成倾斜、裂缝或倒塌等破坏。在总结“三下”压煤现状的基础上,根据拟建矿区具体的地质条件和开采条件预估算各种地表变形值,用ANSYS有限元整体模型思想建立典型多层砌体结构,分析砌体结构在拟建矿区开采沉陷导致地表整体倾斜、水平受拉变形和不均匀沉降情况下的墙体受力情况,并与在正常工作状态下的墙体受力情况做对比,总结各工况下墙体的受力特点,对采空区砌体结构的抗变形提出建议。     

地表裂缝对油蒿根际生物活性的影响及其动态演变特征

 以裂缝未经过的油蒿为对照, 利用统计分析方法系统研究了神东矿区补连塔煤矿有裂缝经过的油蒿根际微生物数量和酶活性的动态演变特征, 以了解煤炭开采引起的地表裂缝对油蒿根际生物活性的影响, 为采煤沉陷区的生态修复提供理论依据.结果表明, 地表裂缝出现后, 油蒿根际细菌、放线菌的数量减少, 真菌的数量增加, 酶的活性提高, 土壤含水量和电导率下降, 地表裂缝对油蒿根际的生物活性造成明显的干扰破坏.经过一年多的时间, 随着地表裂缝的逐渐闭合, 油蒿根际土壤含水量恢复正常, 电导率、蔗糖酶活性和磷酸酶活性受地表裂缝的影响逐渐减弱, 而微生物数量受地表裂缝的影响未见明显好转.可见, 油蒿根际的生物活性具有一定的自修复能力, 但进程比较缓慢.     

基于SBAS-InSAR和BP算法的大理市地面沉降监测及预测

针对传统差分合成孔径雷达干涉测量(differential interferometric synthetic aperture radar, D-InSAR)存在时空失相干、大气延迟的问题，选择小基线集合成孔径雷达干涉(small baseline subset interferometric synthetic aperture radar, SBAS-InSAR)技术获取高精度地表沉降信息。为了更快了解未来城市地表沉降趋势，提出一种基于SBAS-InSAR和BP神经网络算法的城市地表沉降监测及预测模型。利用SBAS-InSAR技术获取大理市2020年5月1日至2021年12月22日时间序列累计最大沉降速率，其沉降速率范围为-52.627～47.543 mm/a;选取研究区5个沉降较为严重的区域分析沉降原因；最后随机选取B沉降区内1 000个沉降点，其中300个作为学习训练样本，700个进行测试和预测分析，预测结果与监测结果相吻合，其平均绝对误差为0.255 mm,均方误差为0.129 mm。实验结果表明，提出的结合SBAS-InSAR和BP算法模型，能够有效对城市地表沉降进行监测...     

时序InSAR大范围地表形变监测的关键问题分析

地表形变作为一种缓慢变化且不可逆转的环境地质现象,具有覆盖范围大的特点。受SAR影像幅宽限制,单幅SAR影像显然无法满足区域性地表形变监测,如何实现大范围地表形变监测成为当务之急。长条带时序InSAR监测与多轨道InSAR监测成果的拼接成为大范围地表形变监测的有效手段,但面临计算效率、误差传递以及坐标系与基准不统一等问题。为此,笔者提出长条带SAR数据分块处理法,解决不同轨道坐标系与参考基准不统一的问题,最后将此应用于山西省太原盆地,获取盆地尺度的高精度地表形变监测结果。结果表明,笔者提出的时序InSAR技术能够实现大范围地表形变监测,有效揭示了区域性地表形变的空间分布特征,对于宏观揭示盆地尺度的地表形变的空间变化特征具有重要意义。