运城盆地地裂缝活动时序InSAR监测与机理分析

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 选题背景和意义
•   1.2 地裂缝监测技术及特点
•   1.3 国内外研究现状
•     1.3.1 地裂缝研究现状
•     1.3.2 InSAR技术研究现状
•   1.4 本文主要内容及章节安排
• 第二章 InSAR技术基本理论
•   2.1 SAR成像原理
•   2.2 InSAR技术形变监测原理
•   2.3 本章小结
• 第三章 时间序列InSAR技术
•   3.1 短基线集技术
•   3.2 StaMPS技术
•     3.2.1 StaMPS的基本原理
•     3.2.2 StaMPS的关键技术
•   3.3 Stacking技术
•   3.4 本章小结
• 第四章 运城盆地地裂缝活动监测
•   4.1 实验区域概况
•     4.1.1 自然地理位置
•     4.1.2 区域地质环境
•     4.1.3 水文特征
•     4.1.4 主要地质灾害
•     4.1.5 半坡地裂缝
•   4.2 多源数据监测分析与模拟
•     4.2.1 数据选择
•     4.2.2 数据处理
•     4.2.3 形变结果的监测
•     4.2.4 地裂缝活动分析
•     4.2.5 内部精度验证
•     4.2.6 二维分解
•     4.2.7 模拟反演分析
•   4.3 SBAS技术监测
•     4.3.1 数据选择
•     4.3.2 数据处理
•     4.3.3 形变结果的监测
•     4.3.4 地裂缝活动分析
•   4.4 地面沉降及地裂缝发育情况总结
•   4.5 本章小结
• 第五章 半坡地裂缝活动模拟
•   5.1 FLAC3D软件
•     5.1.1 FLAC3D有限差分计算原理
•     5.1.2 FLAC3D本构模型
•     5.1.3 FLAC3D计算流程
•     5.1.4 渗流场-力场耦合作用
•   5.2 地裂缝数值模拟
•     5.2.1 模型的建立
•     5.2.2 定义本构模型及参数确定
•     5.2.3 设置边界条件和初始条件
•   5.3 计算模拟结果
•     5.3.1 初始平衡计算
•     5.3.2 抽水模拟计算
•   5.4 抽水模拟与断裂的距离的关系
•   5.5 本章小结
• 第六章 地裂缝成因分析
•   6.1 地裂缝与断裂的关系
•   6.2 地裂缝与超采地下水的关系
•   6.3 地裂缝与表水作用的关系
•   6.4 地裂缝与地面沉降的关系
•   6.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张帆

导师: 杨成生

关键词: 运城盆地,地裂缝,模型,断裂,地下水

来源: 长安大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 自然地理学和测绘学,地质学,地质学,工业通用技术及设备

单位: 长安大学

分类号: P237;P642.2

总页数: 93

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