基于InSAR技術(shù)天山烏吐勁河谷同震形變遙感研究

汪東， 來(lái)風(fēng)兵， 陳孟禹， 陳蜀江， 黃鐵成， 賈 翔

(1.新疆師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院，烏魯木齊 830054； 2.烏魯木齊空間遙感應(yīng)用研究所，烏魯木齊 830025； 3.蘇州科技學(xué)院外國(guó)語(yǔ)學(xué)院，蘇州 215009)

0 引言

新疆是我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害較為嚴(yán)重的地區(qū)之一，地震災(zāi)害時(shí)有發(fā)生[1]。地震崩塌大多地處高山峽谷或坡陡，地形復(fù)雜，交通不便，所形成的堰塞湖極易潰決[2]。地震同震形變場(chǎng)誘發(fā)的山體崩塌及其形成的堰塞湖，是主要的次生災(zāi)害之一[3]。對(duì)同震形變場(chǎng)包括崩塌形變、堆積形變及水體形變特征進(jìn)行研究，闡明同震形變的地理?xiàng)l件和水體形變的危害，及時(shí)預(yù)警形變區(qū)域，對(duì)防災(zāi)減災(zāi)以及災(zāi)后重建都具有重要的理論和實(shí)踐意義[4-5]。

國(guó)內(nèi)外對(duì)同震形變的研究主要集中于監(jiān)測(cè)崩塌體造成的堰塞湖動(dòng)態(tài)變化和空間格局的分布[6-8]。Mckillop等[9]將加拿大British Columbia西南部山區(qū)的175個(gè)冰磧物堰塞湖作為研究對(duì)象，借助航空遙感技術(shù)，運(yùn)用Logistic回歸分析方法判別影響堰塞湖潰決的可能因子； 王治華等[10]以高空間分辨率影像為主，結(jié)合6種中等空間分辨率影像，監(jiān)測(cè)帕里河中段堰塞湖的發(fā)生至潰決的全過(guò)程； 范建容等[11]將不同數(shù)據(jù)源的遙感數(shù)據(jù)疊加數(shù)字高程模型(digital elevation model，DEM)數(shù)據(jù)及地形矢量數(shù)據(jù)得到汶川地震災(zāi)區(qū)堰塞體、滑坡體的分布特征和地震同震形變場(chǎng)分布范圍、山區(qū)河流的分布形態(tài)及水流走向之間的關(guān)系。合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量(interferometric synthetic aperture Radar,InSAR)技術(shù)在地形測(cè)繪、地面沉降、礦山形變、火山活動(dòng)、地震形變和大型線性工程形變監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)展了大量研究[12-13]。而在地廣人稀、地震多發(fā)的新疆，InSAR技術(shù)在地震形變監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用仍缺少針對(duì)性研究。

本文利用InSAR技術(shù)，以新疆烏吐勁地震形變?yōu)檠芯繉?duì)象，得到研究區(qū)域的地表形變干涉相位，構(gòu)建震前震后2期DEM，結(jié)合野外RTK實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，采用差值分析方法對(duì)震后崩塌形變、堆積形變和水體形變特征進(jìn)行研究，分析確定崩塌位置、巖石崩塌量和土方堆積量，并對(duì)崩塌形變和堆積形變形成的諸多要素進(jìn)行充分辨析，為新疆地震研究工作提供思路和參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于天山北支中部的婆羅科努山區(qū)的烏吐勁河道上，行政隸屬新疆維吾爾自治區(qū)博爾塔拉蒙古自治州精河縣，地理位置為N44.15°～44.17°,E83.22°～83.25°，東側(cè)為騰格爾大阪，西鄰色勒特果勒溝，上游是婆羅科努山，下游是精河匯合口。四周為封閉的山地，中間是由冰川作用形成的“U”型谷，大致呈EW走向。地震發(fā)生前坡度均在40°以上。烏吐勁河下游與冬都勁河、沃門(mén)精河匯合流入精河，是精河水量最大的一條支流，全長(zhǎng)約57 km。研究區(qū)域內(nèi)，烏吐勁河由西向東流過(guò)谷地，南側(cè)有茂密的森林分布，大片雪嶺云杉純林分布于海拔為2 100～2 700 m地帶，林區(qū)面積約10 467 hm2，森林覆蓋率為16.8%。北側(cè)主要是草地，當(dāng)?shù)啬撩竦南募灸翀?chǎng)。研究區(qū)Google Earth影像如圖1所示。

圖1 研究區(qū)位置示意圖Fig.1 Diagram of the study area

表1—2為引發(fā)山體崩塌的地震信息(來(lái)自中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心)。

表1 中國(guó)地震臺(tái)(CSN)地震目錄(中國(guó)新疆北部)Tab.1 Earthquake table of China earthquake station(northern part of Xinjiang，China)

表2 中國(guó)地震臺(tái)(CSN)地震震相報(bào)告(中國(guó)新疆北部)Tab.2 Earthquake seismic record of China earthquake station(northern part of Xinjiang，China)

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1.1 SAR數(shù)據(jù)

根據(jù)地震發(fā)生時(shí)間(2007年7月3日)，采用地震同震形變前后的鄰軌4期多時(shí)相HH極化升軌SAR數(shù)據(jù)，即ALOS/PALSA。傳感器獲取的波長(zhǎng)為0.236 m的L波段的(中心頻率1 270 MHz)Level 1.1級(jí)數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)獲取時(shí)間分別為2007年1月25日、2007年6月29日、2008年1月28日、2008年4月29日，時(shí)間間隔92～213 d，數(shù)據(jù)覆蓋了震區(qū)及周邊約6 980 km2的范圍。地震所導(dǎo)致的崩塌形變與堆積形變均分布在2期影像的交疊區(qū)域，干涉對(duì)具有良好的相干性。

2.1.2 其他數(shù)據(jù)

遙感影像選用2006年8月14日、2007年8月1日、2007年8月17日、2008年7月26日、2009年6月19日、2010年8月17日、2011年7月12日的Landsat5 TM數(shù)據(jù)和2013年8月9日、2014年8月21日、2015年7月6日、2016年8月18日的Landsat8 OLI數(shù)據(jù)。Landsat5 TM數(shù)據(jù)影像重訪周期為16 d，幅寬為183 km，包含7個(gè)多光譜波段，其中波段1—5、波段7為30 m空間分辨率，波段6為120 m空間分辨率。Landsat8 OLI數(shù)據(jù)包含11個(gè)波段，其中波段1—7、波段9為30 m空間分辨率，全色波段8為15 m空間分辨率，TIRS波段10和11為100 m空間分辨率。經(jīng)系統(tǒng)輻射校正和地面控制點(diǎn)幾何糾正，通過(guò)DEM進(jìn)行了地形校正，選取Landsat5 TM中B5(R),B4(G),B3(B)波段以及Landsat8 OLI中B6(R),B5(G),B4(B)波段分別合成假彩色影像作為本文水體形變特征分析的基礎(chǔ)圖像。

2.2 基于InSAR的DEM重建

InSAR獲取DEM的工作流程如圖2所示。

圖2InSAR獲取DEM的處理流程

Fig.2DEMprocessingflowofInSARtechnology

根據(jù)圖2處理流程，首先對(duì)主、輔圖像做子像元級(jí)的配準(zhǔn)處理獲取可靠的干涉圖像，由于本文中使用的數(shù)據(jù)頻譜偏移量很小，因此直接進(jìn)行圖像精匹配后計(jì)算配準(zhǔn)模型并對(duì)主、輔圖像的復(fù)數(shù)值進(jìn)行重采樣[14]，即將相應(yīng)像元的復(fù)數(shù)值進(jìn)行共軛相乘，計(jì)算干涉圖，復(fù)數(shù)干涉圖G為

(1)

其次，在相位解纏前，為了減少干涉圖中的相位噪聲，先將干涉圖做濾波處理，減小由于地面散射特性變化和系統(tǒng)熱噪聲等因素的影響，以降低相位解纏的難度，同時(shí)對(duì)干涉圖進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)，為干涉圖濾波及相位解纏提供必要的依據(jù)[15]。然后，采用最小Lp范數(shù)法進(jìn)行相位解纏，隨后采用區(qū)域網(wǎng)平差基線估計(jì)方法進(jìn)行基線參數(shù)估計(jì)與干涉參數(shù)定標(biāo)，并利用解纏后的干涉相位計(jì)算烏吐勁河谷地震同震形變場(chǎng)崩塌區(qū)域震前震后的地面點(diǎn)高程信息。最后，根據(jù)配準(zhǔn)后震前震后多期主(輔)圖像中的像點(diǎn)坐標(biāo)及定向參數(shù)，通過(guò)間接法由SAR圖像的構(gòu)像模型進(jìn)行DEM重建。通過(guò)InSAR重建空間分辨率為12.5 m的DEM，如圖3所示。

(a) 地震前(b) 地震后

圖3地震前后InSAR重建的DEM

Fig.3DEMreconstructedbyInSARtechnologybeforeandaftertheearthquakecase

2.3 結(jié)果校驗(yàn)

選擇研究區(qū)內(nèi)無(wú)地表形變的區(qū)域，隨機(jī)選取7個(gè)網(wǎng)格，網(wǎng)格尺寸為12.5 m×12.5 m。在每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)利用五點(diǎn)取樣法求取網(wǎng)格的高程均值。共計(jì)建立35個(gè)地面校正點(diǎn)，使用Trimble 5700 RTK精確測(cè)量其三維坐標(biāo)，對(duì)每個(gè)點(diǎn)重復(fù)測(cè)量3次，取平均值作為InSAR構(gòu)建的震前震后DEM校正的數(shù)據(jù)來(lái)源。將DEM與野外實(shí)地測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，重建的DEM在測(cè)量允許的誤差范圍內(nèi)精度約為85.71%，誤差精度滿足測(cè)繪規(guī)范的相關(guān)要求。校驗(yàn)結(jié)果如圖4所示，其中△H為 RTK實(shí)測(cè)高程值與本研究重建DEM高程值的誤差。

圖4DEM精度校驗(yàn)結(jié)果

Fig.4ResultsoftheDEMaccuracycheck

2.4 差值計(jì)算

通過(guò)InSAR技術(shù)重建地震形變前后2期的DEM,經(jīng)野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)校正后做差值運(yùn)算，計(jì)算示意圖如圖5所示。

地震后DEM 地震前DEM 崩塌形變/堆積形變

圖5崩塌形變/堆積形變格網(wǎng)示意圖

Fig.5Sketchmapofthecollapseandaccumulationofregionalgrid

圖5中等號(hào)左側(cè)每個(gè)方格內(nèi)的數(shù)據(jù)為高程值，通過(guò)計(jì)算結(jié)果顯示： 當(dāng)△H≥0時(shí)，代表堆積形變區(qū)域； 當(dāng)△H<0時(shí)，代表崩塌形變區(qū)域。利用統(tǒng)計(jì)分析工具計(jì)算出研究區(qū)內(nèi)的柵格數(shù)量，求得研究區(qū)域崩塌形變與堆積形變的位置及規(guī)模。

3 結(jié)果與分析

2007年7月3日15時(shí)研究區(qū)周邊發(fā)生里氏5.7級(jí)的地震，導(dǎo)致烏吐勁河上游距離婆羅科努山16 km處的南側(cè)山體上出現(xiàn)了巨大的地質(zhì)裂隙，隨著降水滲透入山體，形變逐漸增大，最終使巖體發(fā)生大規(guī)模崩塌，大量巖石泥土堆積在山腳下的河道，將原有河床掩埋，切斷河道。遂使四周漫溢的流水在低洼處聚集，形成了堰塞湖。崩塌毀壞森林面積為0.753 7 km2，草地面積為0.691 3 km2，上游來(lái)水淹沒(méi)面積為0.089 0 km2。地表形變區(qū)呈近蘑菇形狀，平均海拔為2 750 m。堰塞湖發(fā)生地距離下游精河匯河口處35 km。崩塌形變與堆積形變示意圖如圖6所示。

圖6 崩塌形變與堆積形變示意圖Fig.6 Schematic diagram of the collapse body and the accumulation body

3.1 崩塌形變特征分析

對(duì)InSAR重構(gòu)的震前震后2期DEM精校正后做差值計(jì)算，負(fù)值區(qū)即為崩塌形變區(qū)域，面積為104.47萬(wàn)m2，崩塌量達(dá)到1 461.60萬(wàn)m3。通過(guò)表面分析方法對(duì)崩塌形變的坡度、坡向等特征進(jìn)行提取分析，結(jié)果如圖7所示。

(a) 坡度變化(b) 坡向變化

圖7研究區(qū)地震后坡度、坡向變化

Fig.7Slopeandaspectchangeaftertheearthquakecaseinthestudyarea

崩塌形變位于烏吐勁河道南岸，地理坐標(biāo)為： N 44.148 4°～44.157 4°； E 83.231 6°～83.241 8°，崩塌起始位置位于最南端，海拔為3 225 m，東西向最寬為880.71 m，南北向最長(zhǎng)為1 071.94 m，形似“去尖三角形”。地震后坡度發(fā)生強(qiáng)烈變化的范圍主要集中在35°～57°，即滑坡發(fā)生的區(qū)域符合較常發(fā)生滑坡的坡度范圍，崩塌形變平均坡度為48°，平均厚度為12.65 m。坡向在287°～302°(N—NW)范圍內(nèi)，屬于陰坡。

崩塌是較陡斜坡上的巖體在重力作用下突然脫離母體崩落、滾動(dòng)、堆積在溝谷的地質(zhì)現(xiàn)象。烏吐勁河南岸山體被切割的一部分沿山體崩塌，另一部分逆沖到北岸，幾近堵塞烏吐勁河。該形變屬于荒漠土石崩塌，由于特殊的形態(tài)特征非常容易在圖像上辨別出來(lái)。新的崩塌壁面巖石和土層裸露于地層表面，分布不均勻，無(wú)植物生長(zhǎng)； 山體崩塌面上陡下緩、略呈弧形； 崩塌后壁平面表現(xiàn)為典型的橢圓形，形狀十分明顯。崩塌的規(guī)模隨著海拔變化而有所不同，中部明顯稍低凹陷，兩側(cè)的邊界地勢(shì)較高。具體特征如下： ①崩塌體上沒(méi)有植被生長(zhǎng)，邊界線明顯，槽狀凹陷，崩塌表面土層新鮮，分布不均勻； ②崩塌面在多光譜影像圖上色彩明顯不同于周邊其他地物； ③烏吐勁河南岸崩塌面主崩塌方向呈NNW向，總體走向NNW287°～302°，崩塌面長(zhǎng)約為1 435 m，寬為1 821 m，高程最高點(diǎn)為3 225 m，最低點(diǎn)則為2 401 m，崩塌的物質(zhì)主要是大小不等的棱角狀灰?guī)r碎石以及原坡面的荒漠土，崩塌面積為104.47萬(wàn)m2，崩塌量達(dá)到了1 461.60萬(wàn)m3。

3.2 堆積形變特征分析

對(duì)InSAR重構(gòu)的震前震后2期DEM精校正后做差值計(jì)算，正值區(qū)即為堆積形變區(qū)域，總面積為78.61萬(wàn)m2，崩塌量達(dá)到1 424.27萬(wàn)m3。利用空間分析方法及柵格鄰域計(jì)算工具分析堆積形變特征。震后地形起伏變化如圖8所示。

圖8結(jié)果顯示，堆積形變呈舌狀在山腳阻塞河道，在崩塌峭壁的坡腳處，形成了長(zhǎng)約1 944.93 m、西端寬約516.41 m、東端寬約682.56 m、走向NNW292°的喇叭狀堆積區(qū)，地理坐標(biāo)為： N44.157 4°～44.165 5°； E83.222 3°～83.247 6°。烏吐勁河北岸山體相對(duì)較緩，南岸崩塌物由于慣性沖到北岸山坡的坡積物寬度達(dá)到200 m，厚度可達(dá)2～10 m。同時(shí)堆積形變將河床向東推進(jìn)了300 m，掩埋原有河床，掩埋深度為35～80 m。研究區(qū)的地形起伏在0～200 m之間，而發(fā)生堆積的區(qū)域起伏度在31～59 m的范圍內(nèi)變動(dòng)。堆積于河床底部的物質(zhì)塊度較大，水流在其下切的作用下沿著河床底部石塊間的縫隙向河下游流去，在徑流作用下促進(jìn)新河床在堆積物上形成。

堆積物沿河的流向形成3級(jí)地形，河槽為最低處，南岸為第三級(jí)階地，北岸則為2級(jí)階地。南岸的第三級(jí)階地的高度范圍在20～80 m之間； 北岸2級(jí)階地的高度則分別為5～25 m和200 m。堆積體沿南側(cè)山體泄入河道后，由于南北岸堆積物的顆粒較為細(xì)膩，具有一定的阻水作用，在河面5處洼地造成大小不一的積水面。堆積形變具體特征如下： ①沿著山坡崩落下的灰色、亮灰色物質(zhì)呈扇形或舌形堆積在坡腳或沖溝內(nèi)，色彩明顯不同于周邊地物； ②新形成的河道距離南岸崩塌舌部不遠(yuǎn)，有些堆積體外部已發(fā)育出河漫灘； ③南岸崩塌體在流水作用沖刷、切割出較深的溝壑，甚至有些已經(jīng)達(dá)到了基巖； ④北岸堆積體斜坡較長(zhǎng)、坡度較陡，坡面巖土分布不均勻，伴隨有向下傾斜的趨勢(shì)； ⑤南岸的小塊巖體堆積體沿著主崩塌方向越過(guò)河床向北岸堆積，受北岸山體的阻擋，在北岸形成一個(gè)長(zhǎng)約為1 989.36 m，寬約為254.51 m，厚約為2～10 m的長(zhǎng)舌狀堆積體，該堆積物多為顆粒直徑在20 cm以下的碎石塊組成； ⑥沿著河道方向的堆積體長(zhǎng)度為2 180 m，寬度為350 m，5處大小水面結(jié)合處的堆積體厚度達(dá)到56 m，南北兩岸堆積物的厚度則分別為81 m和72 m。河底沉積物主要由呈棱角狀灰?guī)r碎石和塊石組成，塊度較大的泥質(zhì)灰?guī)r、頁(yè)巖以及原岸表部土層則堆積在南岸，塊度較小的碎石和土層則堆積在北岸。

3.3 水體形變特征分析

烏吐勁河全長(zhǎng)約為57 km，南北平均寬約為0.08 km，平均海拔為2 401 m，河道兩旁的山體是泥盆統(tǒng)汗吉尕地層，主要由石炭系中的頁(yè)巖和灰?guī)r組成[16]。同震形變發(fā)生前，烏吐勁河是一條常年流水的河流，其發(fā)源于精河南部的婆羅科努山系北坡，上游有沃門(mén)精河等支流匯入，呈NW流向，最終和冬都精河會(huì)匯流入精河。水體形變位于烏吐勁上游河道，距離精河水文站40 km，距離水電站42 km，距離精河縣城63 km。同震形變導(dǎo)致南岸原有河道被掩埋35～40 m的深度，并將河床向北推進(jìn)了100 m、向東推進(jìn)了300 m，河床上游形成約為300 m×30 m×5 m的回水面。5處積水面的末端為巨大的巖石塊堆積體，孔隙大、透水性良好，水流在堆積體底部石塊中流動(dòng)，在堆積體下游處測(cè)量水流量為2.1 m3/s。圖9為研究區(qū)內(nèi)水體形變發(fā)生前后4個(gè)不同時(shí)相的Landsat影像上水體變化狀況。

(a) 2006年8月14日(b) 2007年8月17日(c) 2010年8月17日 (d) 2016年8月18日

圖92006—2016年間Landsat衛(wèi)星監(jiān)測(cè)烏吐勁堰塞湖湖面變化

Fig.9MonitoringthechangeofUkrainequakelakebetween2006and2016byLandsatsatellite

利用湖面的各正射影像結(jié)合DEM獲取湖面各個(gè)時(shí)期的高程及面積，結(jié)果如表3所示。

表3 2006—2016年間烏吐勁堰塞湖面積及高程變化Tab.3 Change of lake area and elevation in Ukraine between 2006 and 2016

同震形變前研究區(qū)內(nèi)烏吐勁河道河面面積約為0.039 km2，2007年7月3日同震形變發(fā)生后，堵塞烏吐勁河部分河道形成堰塞湖，此后30 d湖水增多，湖面逐漸上升，湖面面積略擴(kuò)大到0.059 km2； 而后，水面開(kāi)始快速上漲，堰塞湖形成46 d后，2007年8月17日Landsat衛(wèi)星數(shù)據(jù)顯示，湖面面積達(dá)到了0.089 km2，湖面高程升高到了近2 410 m。此水位一直維持59 d，之后湖水水位開(kāi)始下降，湖面直到9月18日降到0.053 km2，此后水位無(wú)較大的變化，恢復(fù)至正常水面。在2007—2016年9 a的時(shí)間中，堰塞湖的水面面積整體呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，其中2009年和2010年波動(dòng)比較大，2009年為6 a中水面面積最小的一年，2010年為水面最大的一年，出現(xiàn)了極端現(xiàn)象。

4 討論

4.1 崩塌原因辨析

天山烏吐勁河谷地震同震形變場(chǎng)是多種不同因素相互影響、發(fā)展的復(fù)雜系統(tǒng)。特殊的地層巖性、地形地貌特征、地質(zhì)次生構(gòu)造、巖體結(jié)構(gòu)、地質(zhì)作用、降水、地震及地下水、植被以及人類(lèi)的工程活動(dòng)是造成崩塌形變發(fā)育的主要因素[17]。結(jié)合實(shí)地調(diào)查和遙感分析，總結(jié)發(fā)現(xiàn)多因子變異耦合的結(jié)果造成了崩塌，地形地貌、地層巖性和次生構(gòu)造等內(nèi)在因子是不穩(wěn)定巖石形成的基礎(chǔ)，現(xiàn)就地震同震條件、巖性、地形和斷裂構(gòu)造對(duì)地震崩塌形變的形成進(jìn)行討論。

4.1.1 地震同震形變場(chǎng)條件

研究區(qū)地處北天山地震帶—婆羅科努山區(qū)北部，為新疆的主要地震活動(dòng)帶之一[1]。地震后連續(xù)降水，可降低研究區(qū)巖體結(jié)構(gòu)面力學(xué)強(qiáng)度，在地震同震形變場(chǎng)作用下，該崩塌山體上出現(xiàn)了數(shù)量巨大的地質(zhì)裂隙張口，降水滲透入山體，大大加劇坡體的變形并發(fā)生崩塌。由于此次震級(jí)較大釋放的能量高，研究區(qū)崩塌位置距離震中只有30 km，地震波傳導(dǎo)到海拔3 225 m的崩塌區(qū)域時(shí)仍具有很大能量，地質(zhì)運(yùn)動(dòng)幅度仍較強(qiáng)； 另外，崩塌山系走向平行于發(fā)震斷裂帶，山體的背坡面走向與地震波方向接近垂直且處于震波傳播方向的臨空面，這些都易造成崩塌的產(chǎn)生。

4.1.2 巖性因素

研究區(qū)分布有古生代的泥質(zhì)粉砂巖、石英砂巖、灰?guī)r夾硅質(zhì)巖、玄武巖、火山碎巖和巖漿巖等。河床南岸滑坡后出露的地層主要以石炭系的厚層灰?guī)r為主，夾有少量的頁(yè)巖以及原岸表部土層組成，北岸的堆積物多為塊度較小的碎石和土層。塊徑一般在100～2 000 mm，堆積形變物質(zhì)孔隙較大、透水性良好。由于崩塌山體上存在凍土，在陽(yáng)光照射下融化沿裂隙向下流動(dòng)，此結(jié)構(gòu)面與地形的不良組合使巖體存在不穩(wěn)定性。該崩塌呈三臺(tái)階狀地形，利于排水，有利于降雨滲透入坡體，從而使坡體重量增加，土體軟化，影響坡體前緣局部的穩(wěn)定性。正是地震后2日的強(qiáng)降雨導(dǎo)致了斜坡前緣的巖體崩塌。

4.1.3 地形因素

研究區(qū)所處的婆羅科努山屬北天山西段，EW走向，山勢(shì)南緩北陡，北坡高峻挺拔，多絕壁懸崖，境內(nèi)最高峰4 366 m，高處終年白雪皚皚，橫亙南天，蔚為壯觀。烏吐勁河谷地為冰川作用形成的“U”型谷地，南岸山體距離河道較近，坡度陡峭，平均坡度為48°； 北岸山體距離河道較遠(yuǎn)，坡度較緩，平均坡度為32°，谷底平均寬度為821.77 m。南岸在地震同震形變及強(qiáng)降雨條件下極易發(fā)生崩塌。

4.1.4 斷裂構(gòu)造

研究區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造位于別珍套山華力西褶皺帶內(nèi)汗吉尕復(fù)向斜與天山地槽系婆羅科努加里東褶皺帶之間[18]。該區(qū)的主要構(gòu)造骨架是由發(fā)育近EW向的加里東期構(gòu)造、WN向與SWW向的華力西構(gòu)造層、SW向艾比湖—伊連哈比爾尕?cái)嗔押虴W向的婆羅科努南北坡斷裂組成。河道南岸的厚層灰?guī)r，巖體較完整、堅(jiān)硬，在石屑和流水的推動(dòng)下于河南岸形成面積較大的陡壁，高約50～80 m，由于下墊面為硬度較軟的巖層和斷層破碎帶，地震同震形變作用破壞了陡壁上灰?guī)r體的平衡系統(tǒng)而發(fā)生崩塌，巖塊沿坡堆積形成一長(zhǎng)條狀的巖堆，厚度大，結(jié)構(gòu)松散，穩(wěn)定性差，地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)對(duì)崩塌形變的發(fā)育、分布有著重要的控制作用。

4.2 洪水危害

地震崩塌形成的堰塞體組成物質(zhì)及其結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性以及水量不斷增加所形成洪水的破壞能力是值得關(guān)注的問(wèn)題。崩塌物堵塞河道形成的壩體經(jīng)流水的沖刷和侵蝕極易被淘空垮塌，導(dǎo)致堰塞湖潰決，可能引發(fā)更大的次生災(zāi)害。如果河流上游區(qū)域出現(xiàn)特大降雨、氣溫升高或冰雪融化加快，堰塞湖的水位就會(huì)快速上升，沖決壩體，形成洪澇災(zāi)害，危害性極大。天山烏吐勁河谷地震同震形變場(chǎng)內(nèi)崩塌形成了堰塞湖，其下游39.7 km處的下天吉水庫(kù)蓄水能力600萬(wàn)m3。山區(qū)夏季降雨量較大，一旦堰塞湖潰壩，下泄的洪流頃刻間積滿水庫(kù)，匯集后的水量將會(huì)對(duì)下游的精河縣城和千畝良田帶來(lái)毀滅性的危害，及時(shí)了解崩塌區(qū)域及堰塞湖的情況尤為重要。

5 結(jié)論

1)基于ALOS/PALSAR雷達(dá)衛(wèi)星影像，采用InSAR技術(shù)進(jìn)行干涉測(cè)量，重建地震形變前后期DEM，經(jīng)RTK校驗(yàn)后利用差值算法反演天山烏吐勁河谷地震同震場(chǎng)形變特征。該方法具有大范圍、全天時(shí)、高精度的優(yōu)勢(shì)，在一定程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測(cè)量方法的劣勢(shì)，可成為新疆地震形變監(jiān)測(cè)的有效手段。

2)天山烏吐勁河谷崩塌形變主要位于河谷南側(cè)陡峭山坡，崩塌面積為104.47萬(wàn)m2，崩塌量為1 461.60萬(wàn)m3。堆積形變主要位于烏吐勁河谷，該形變將河床向北推進(jìn)了100 m，向東推進(jìn)了300 m，形變面積為78.61萬(wàn)m2，堆積量為1 424.27萬(wàn)m3。崩塌和堆積形變?cè)斐傻难呷娣e為0.059 km2，最大達(dá)0.146 km2，嚴(yán)重威脅了下游綠洲和城市的安全。

3)研究區(qū)內(nèi)造成劇烈形變的主要原因是巖性、坡度和斷裂構(gòu)造等綜合作用。

由于在新疆的同震形變遙感研究較少開(kāi)展，缺乏相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和全面的參考資料，因此，在后續(xù)的研究過(guò)程中，要廣泛開(kāi)展具有針對(duì)性的應(yīng)用研究，不斷完善地震形變監(jiān)測(cè)技術(shù)。