工程場(chǎng)址區(qū)域地殼穩(wěn)定性InSAR評(píng)價(jià)研究*

姚 鑫 張路青 李凌婧 曾慶利

(①中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，國(guó)土資源部新構(gòu)造與地質(zhì)災(zāi)害實(shí)驗(yàn)室,北京 100081,中國(guó))(②中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029，中國(guó))(③中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049，中國(guó))

0 引 言

區(qū)域地殼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)是大型工程選址的重要地質(zhì)工作之一，其通過(guò)對(duì)大區(qū)域的活動(dòng)構(gòu)造、地球物理場(chǎng)、巖土體條件、地質(zhì)災(zāi)害、地下水熱條件、地殼應(yīng)力-應(yīng)變等內(nèi)外動(dòng)力因素的調(diào)查和綜合分析，評(píng)價(jià)場(chǎng)址的地質(zhì)安全性，揭示工程與地質(zhì)環(huán)境的相互作用(劉國(guó)昌等，1933;李興唐等，1987;胡海濤等，1993；姚鑫，2014)。對(duì)于如何開(kāi)展區(qū)域地殼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，我國(guó)學(xué)者進(jìn)行了大量理論研究與實(shí)踐探索(杜冬菊，1986；陳慶宣，1992；殷躍平等，1992；劉傳正等，1993；彭建兵等，1997；Tan et al.，1997；王思敬等，1998；唐明輝等，2009；吳珍漢等，2009；Zhang et al.，2012；姚鑫等，2015)，但是由于區(qū)域地殼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)涉及地質(zhì)要素多、工作區(qū)域廣、工程差異大、定量難、成果有效性不易驗(yàn)證、工期周期短(姚鑫，2014)等問(wèn)題，尚需不斷的發(fā)展和完善，以適應(yīng)現(xiàn)今我國(guó)在全球化工程建設(shè)中選址和場(chǎng)地評(píng)價(jià)的需求，而近20多年來(lái)(尤其是近10年)興起的InSAR技術(shù)有望成為解決這些問(wèn)題的一種新途徑。InSAR技術(shù)通過(guò)成像微波的干涉測(cè)量可以大范圍、高精度、全天候、可回溯地獲取微小地表變形，進(jìn)而分析新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與地質(zhì)災(zāi)害信息，這對(duì)于提高區(qū)域地殼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)具有重要作用。

InSAR技術(shù)應(yīng)用于區(qū)域地殼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)具有現(xiàn)實(shí)需求，首先，區(qū)域地殼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)一般是在場(chǎng)址比選、論證、預(yù)可研、可研階段等工程前期開(kāi)展的地質(zhì)工作內(nèi)容，這時(shí)往往只掌握有限的地質(zhì)資料，尚未開(kāi)展工程所需精度的地質(zhì)調(diào)查和勘察，而目標(biāo)工作區(qū)范圍比較廣闊，要考慮多方面的評(píng)價(jià)要素，如何在有限的資料和時(shí)限內(nèi)實(shí)現(xiàn)一定的工作深度是評(píng)價(jià)面臨的問(wèn)題之一。以位于我國(guó)阿拉善地區(qū)的某工程場(chǎng)址為例，該區(qū)域總體屬于穩(wěn)定地塊，且人煙稀少，工作程度很低，通過(guò)我國(guó)已有的地質(zhì)調(diào)查資料、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、歷史地震記錄、地表光學(xué)遙感解譯圖等資料分析，上萬(wàn)平方千米范圍內(nèi)場(chǎng)址條件區(qū)別不明顯，為了優(yōu)中選優(yōu)和發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題需要進(jìn)行一定量的工程地質(zhì)調(diào)查和實(shí)測(cè)工作，但是，由于面積廣大且自然條件惡劣，加上時(shí)間、費(fèi)用的限制，這些工作難以開(kāi)展。

其次，通過(guò)歷史地震、地質(zhì)調(diào)查等方法確定的構(gòu)造活動(dòng)性，一般都是千年、萬(wàn)年甚至百萬(wàn)年的時(shí)間尺度，對(duì)現(xiàn)今設(shè)計(jì)建造的幾十年至幾百年使用壽命的工程建設(shè)影響有多大，很難嚴(yán)格界定?；贕PS觀測(cè)、地震解算等方法獲取的構(gòu)造穩(wěn)定性受現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境、數(shù)據(jù)離散、觀測(cè)數(shù)據(jù)數(shù)量、時(shí)段等條件限制，密度和精度一般無(wú)法滿足場(chǎng)址尺度評(píng)價(jià)的要求。

再次，已有的地質(zhì)調(diào)查大多是靜態(tài)調(diào)查，現(xiàn)今活動(dòng)性則難以體現(xiàn)，隨著全球氣候變化，水動(dòng)力更為活躍，全球構(gòu)造活動(dòng)進(jìn)入新一輪的活躍期，人類(lèi)活動(dòng)對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響越發(fā)強(qiáng)烈，這些都需要區(qū)域地殼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)要素的獲取更具有現(xiàn)勢(shì)性。

針對(duì)這些問(wèn)題，本文以阿拉善地區(qū)某重大工程選址為例，利用InSAR技術(shù)觀測(cè)變形的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合地質(zhì)分析，提取了區(qū)域現(xiàn)今構(gòu)造變形、地質(zhì)災(zāi)害分布、淺層地下水變動(dòng)等信息，進(jìn)而分析了該工程場(chǎng)址的區(qū)域地殼穩(wěn)定性，這也為有限資料條件下快速開(kāi)展類(lèi)似評(píng)價(jià)工作提供了一條新思路。

1 地質(zhì)背景

某重大工程兩處比選場(chǎng)址位于相對(duì)穩(wěn)定的阿拉善一級(jí)地塊(張培震等，2003)，分別是位于研究區(qū)西北部的塔木素場(chǎng)址(場(chǎng)址一)和東南部的巴音諾日公場(chǎng)址(場(chǎng)址二)(圖1)。場(chǎng)址一西北部和南部為沙丘和戈壁荒漠、中部為裸露基巖丘陵，地表水系和地下淺層水不發(fā)育；場(chǎng)址二約70%面積為基巖裸露的低山和緩丘，西部和東北角發(fā)育戈壁沙漠。區(qū)域裸露基巖以晚古生界-三疊紀(jì)的侵入巖，侏羅系、白堊系的陸相碎屑沉積巖為主，兼有少量的早古生界變質(zhì)巖，松散覆蓋物地層巖性主要為第四系的戈壁、沙丘，在地勢(shì)低洼和斷裂帶附近發(fā)育少量季節(jié)性河流和湖泊。侵入巖區(qū)相對(duì)抗風(fēng)化能力強(qiáng)、地勢(shì)高、沙礫覆蓋少、不生植被，成為穩(wěn)定的SAR信息反射區(qū)，利于干涉測(cè)量。

圖1 工作區(qū)位置、SAR數(shù)據(jù)范圍、地層巖性與活動(dòng)斷裂Fig.1 Study location，SAR regions，strata &lithology and active fault

工作區(qū)總體斷裂活動(dòng)較弱，場(chǎng)址一數(shù)據(jù)覆蓋范圍內(nèi)存在活動(dòng)性斷裂的可能性較小，但不排除北部侵入巖與南部沉積巖交界帶附近存在NEE-SWW向活動(dòng)斷層的可能。場(chǎng)址二附近發(fā)育中更新世活動(dòng)斷裂——雅布賴山正斷層(圖1)，NEE-SWW走向，SE傾向，60°傾角，該斷裂帶附近是小震、微震的多發(fā)區(qū)，據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)記錄1970～2008年間SAR數(shù)據(jù)覆蓋范圍內(nèi)共發(fā)生2.0～4.0級(jí)地震52次。此外，根據(jù)地層展布和地貌分析，在場(chǎng)址二沙丘與侵入巖交界處可能存在兩條斷裂，一條為中部NW-SE走向斷層，另一條為南部邊緣NEE-SWW走向斷層。

場(chǎng)址一區(qū)域地處偏遠(yuǎn)，交通不便，地下水資源匱乏，礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)程度低，人類(lèi)活動(dòng)性弱。場(chǎng)址二區(qū)域人類(lèi)活動(dòng)較活躍，有多條公路、高壓電力線路和通訊線路敷設(shè)，巴音諾日公鎮(zhèn)是區(qū)內(nèi)最主要居民聚居區(qū)(圖1)，是交通、電力和通訊的樞紐。工作區(qū)內(nèi)沿水系和地下水匯集區(qū)有農(nóng)牧活動(dòng)，主要分布在雅布賴山斷裂附近、巴音諾日公鎮(zhèn)西北側(cè)沙漠邊緣和南部侵入巖體邊緣外圍(圖1)；采掘侵入巖體石材是當(dāng)?shù)匾豁?xiàng)重要的生產(chǎn)活動(dòng)，有上百家采場(chǎng)分布在中部二疊系花崗巖區(qū)；巴音諾日公鎮(zhèn)西部約15km，雅布賴斷裂穿越的石炭系砂巖地層中分布有幾十家有色金屬露天礦(圖1)。

2 InSAR技術(shù)原理及特有優(yōu)勢(shì)

InSAR技術(shù)，是各種差分干涉雷達(dá)技術(shù)的統(tǒng)稱，是采用航空(航天)微波合成孔徑雷達(dá)(SAR，Synthetic Aperture Radar)圖像對(duì)相同區(qū)域進(jìn)行兩次或兩次以上的觀測(cè)，根據(jù)雷達(dá)反射波間的相位差獲取地表變形量(圖2)(Massonnet et al.，1993)。隨著InSAR技術(shù)的進(jìn)步和SAR數(shù)據(jù)的積累，InSAR觀測(cè)地表變形的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯。

圖2 InSAR監(jiān)測(cè)地表變形示意圖Fig.2 Schematic map of InSAR princple

(1)以歷史存檔衛(wèi)星SAR數(shù)據(jù)為分析數(shù)據(jù)源，可以追索歷史變形，彌補(bǔ)歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)空白或缺失的情況，及時(shí)滿足獲取長(zhǎng)期變形的需求。從1992年以來(lái)已經(jīng)有十幾顆衛(wèi)星接續(xù)對(duì)全球進(jìn)行不間斷觀測(cè)，存儲(chǔ)了大量的歷史數(shù)據(jù)，可以分析出過(guò)去任意地點(diǎn)20多年間的地表變形情況。

(2)觀測(cè)精度高，相對(duì)變形速率精度可達(dá)mm·a-1，滿足地質(zhì)災(zāi)害和構(gòu)造穩(wěn)定性分析需求。

(3)覆蓋范圍廣，一般的SAR數(shù)據(jù)覆蓋面積可達(dá)一千至上萬(wàn)平方千米，適合大尺度工程地質(zhì)問(wèn)題研究。

(4)獲取變形監(jiān)測(cè)值密度高，永久散射點(diǎn)技術(shù)可以輕松實(shí)現(xiàn)每平方千米大于幾百個(gè)點(diǎn)的密度，面干涉技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變形信息的連續(xù)提取。

(5)隨著2007年以來(lái)幾顆高質(zhì)量SAR衛(wèi)星的發(fā)射，目前幾乎可以適宜任何地區(qū)的研究，尤其對(duì)于交通不便、環(huán)境惡劣地區(qū)開(kāi)展工作具有優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)地面工作不便，確保安全生產(chǎn)。

3 InSAR數(shù)據(jù)處理

根據(jù)工作區(qū)的特點(diǎn)，選擇適宜的SAR數(shù)據(jù)，采取靈活多樣的綜合數(shù)據(jù)處理手段，配合關(guān)鍵步驟的質(zhì)量控制，才能取得可靠的InSAR變形觀測(cè)結(jié)果。整個(gè)工作過(guò)程包括SAR數(shù)據(jù)選取、SAR強(qiáng)度影像解譯、D-InSA觀測(cè)非線性大變形、IPTA-InSAR觀測(cè)線性變形速率、誤差消除(包括：變形誤差、高程誤差、大氣誤差)、圖像與數(shù)據(jù)顯示處理及精度驗(yàn)證等。

3.1 工作區(qū)環(huán)境特點(diǎn)及數(shù)據(jù)選取

工作區(qū)的InSAR干涉環(huán)境具有以下特點(diǎn)：

(2)基巖出露好，地表地物變化小，能形成強(qiáng)反射穩(wěn)定干涉，時(shí)空基線限制小。

(3)區(qū)域地殼穩(wěn)定性是分析大尺度地質(zhì)問(wèn)題，需要大范圍的SAR數(shù)據(jù)覆蓋。

考慮上述工作目的及現(xiàn)有數(shù)據(jù)源(《地質(zhì)災(zāi)害InSAR監(jiān)測(cè)技術(shù)指南》T00/CAGHP013-2017)，選用具有歷史存檔數(shù)據(jù)時(shí)間長(zhǎng)(1991～2010年)、單景覆蓋范圍大(大于10000km2)，波長(zhǎng)較短(5.6cm)，對(duì)變形較敏感的ERS/ASAR合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源。

場(chǎng)址一有15景1993年8月26日～2008年7月27日存檔ERS-2合成孔徑雷達(dá)成像數(shù)據(jù)，軌道號(hào)376，VV極化，降軌，垂直入射角度23.11°，雷達(dá)視線水平方位282.15°，距離向分辨率7.90m，方位向分辨率3.98m，多視線處理按距離向1像素，方位向5像素設(shè)置。覆蓋范圍為NNE向長(zhǎng)96km，NEE向?qū)捈s110km的矩形區(qū)域，面積10560km2(圖1)。通過(guò)剔除超長(zhǎng)偏離時(shí)空基線的景和D-InSAR差分測(cè)試檢驗(yàn)干涉質(zhì)量，最終剩余9景數(shù)據(jù)用于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理，時(shí)間跨度1996年6月30日～1999年12月12日，采用300m最長(zhǎng)基線限制構(gòu)成36個(gè)短空間基線干涉數(shù)據(jù)對(duì)，空間基線平均長(zhǎng)度106.57m(圖3a)。

圖3 IPT-InSAR A計(jì)算采用的時(shí)空基線Fig.3 Temporal-spatial bases used to IPTA-InSAR calculationa.場(chǎng)址一9景ERS數(shù)據(jù)時(shí)空基線；b.場(chǎng)址二16景有效ASAR數(shù)據(jù)時(shí)空基線

場(chǎng)址二有30景2003年6月26日～2010年9月2日存檔ASAR合成孔徑雷達(dá)成像數(shù)據(jù)，軌道號(hào)333，幅號(hào)2799，VV極化，降軌，垂直入射角度21.01°，雷達(dá)視線水平方位285.70°，距離向分辨率7.81m，方位向分辨率4.05m，多視線處理按距離向1像素，方位向5像素設(shè)置。覆蓋范圍為NNE向長(zhǎng)105km，NEE向?qū)捈s103km的四邊形區(qū)域，面積10710km2(圖1)。剔除軌道位置偏離度較大、成像質(zhì)量差的14景數(shù)據(jù)后，剩余16景用于干涉計(jì)算，時(shí)間跨度為2007年1月11日至2010年9月2日，以2009年2月19日為參考景形成單參考的最優(yōu)組合垂直基線平靜長(zhǎng)度為251m，采用290m作為最長(zhǎng)基線限制，構(gòu)成55個(gè)短空間基線干涉數(shù)據(jù)對(duì)，基線平均長(zhǎng)度125m(圖3b)，有效數(shù)據(jù)質(zhì)量?jī)?yōu)于場(chǎng)址一。

3.2 數(shù)據(jù)分析

3.2.1 SAR強(qiáng)度圖像解譯

SAR數(shù)據(jù)包含微波在地表反射的相位信息和強(qiáng)度信息，相位信息用于干涉測(cè)量微小變形，對(duì)SAR強(qiáng)度信息可以進(jìn)行類(lèi)似光學(xué)遙感影像的解譯，了解地質(zhì)構(gòu)造和地物，預(yù)判干涉區(qū)的分布和干涉效果，為后續(xù)的變形提取和分析做準(zhǔn)備。圖4為場(chǎng)址二ASAR數(shù)據(jù)的強(qiáng)度影像，可以較好地反映出斷裂線性地貌、低山丘陵和沙漠的展布，在戈壁、灘涂、沙漠、水體、農(nóng)田呈現(xiàn)出低反射強(qiáng)度(灰黑色)，在裸露基巖、村鎮(zhèn)、人類(lèi)工程設(shè)施，如道路、金屬管線、成排的電力桿(塔)等呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的反射特征(灰白色)(圖4～圖6)。

圖4 場(chǎng)址二SAR數(shù)據(jù)強(qiáng)度圖像及主要地物特征Fig.4 SAR intensity image and features of ground surface objects

圖5 場(chǎng)址一1997年9月28日至12月7日間D-InSAR觀測(cè)的局部干涸湖泊地下水引起的地表變形Fig.5 D-InSAR surface deformation induced by ground water below the dried lake between 1997-9-28 and 1997-12-7 in site No.1

3.2.2 兩過(guò)D-InSAR觀測(cè)短期大變形

兩過(guò)差分D-InSAR是利用兩次觀測(cè)計(jì)算期間的變形，具有方法簡(jiǎn)單、所需數(shù)據(jù)量小、變形量程大、健壯性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，可以觀測(cè)到一些短期非線性厘米級(jí)-分米級(jí)的大變形。如地下水波動(dòng)誘發(fā)的周期性變形(圖5、圖6b、圖6d)，露天礦坑滑坡變形(圖6a)，電力塔架建設(shè)初期的沉降變形(圖6c)等。由于沒(méi)有冗余觀測(cè)，InSAR的高程誤差、大氣延遲誤差、衛(wèi)星軌道誤差和信號(hào)熱噪音誤差的影響無(wú)法準(zhǔn)確消除，只能用于變形體的識(shí)別和變形程度的定性判斷，地物變化造成的雷達(dá)相位失相干還導(dǎo)致無(wú)法對(duì)長(zhǎng)期變形進(jìn)行連續(xù)測(cè)量。

3.2.3 時(shí)序InSAR提取精確長(zhǎng)期變形速率

為了提高對(duì)不同地區(qū)的適應(yīng)性和變形觀測(cè)精度，前人提出利用多期觀測(cè)SAR數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算的時(shí)序InSAR思想(Time Serious InSAR，TS-InSAR)，其中永久散射點(diǎn)(PS，Persistent Scatter)干涉測(cè)量(PS-InSAR)(Ferretti et al.，2000，2001)和小基線集(Small Baseline Subset)干涉測(cè)量(SBAS-InSAR)(Berardino et al.，2002)是其中最常用的兩種方法。他們克服了由于地表變化時(shí)空失相干的問(wèn)題，可以通過(guò)多次觀測(cè)的幾何和物理特性消除各種誤差，提高觀測(cè)精度。一些吸收了兩者優(yōu)點(diǎn)的改進(jìn)算法，如相干永久目標(biāo)分析干涉測(cè)量IPTA-InSAR(Werner et al.，2003；Wegmüller et al.，2004)，在具有較少重復(fù)觀測(cè)數(shù)據(jù)條件下可以獲取較高的觀測(cè)精度，一般在15期以上觀測(cè)條件下，可獲取精度達(dá)毫米級(jí)的長(zhǎng)期線性變形速率(Ferretti et al.，2007)。

3.2.3.1 誤差消除

圖7 IPTA-InSAR方法計(jì)算的大氣誤差(雷達(dá)坐標(biāo))Fig.7 Atmospheric delay error retrieved by IPTA-InSAR method(SAR Coordinate)a.場(chǎng)址一9幅SAR數(shù)據(jù)的大氣誤差；b.場(chǎng)址二16幅SAR數(shù)據(jù)的大氣誤差

3.2.3.2 IPTA-InSAR變形結(jié)果

圖8 場(chǎng)址一1996年6月30日至1999年12月12日間IPTA-InSAR線性變形速率及兩個(gè)鉆孔附近變形時(shí)程曲線Fig.8 IPTA-InSAR linear deformation velocity and Time-movement graph of 2 boreholes between 1996-6-30 and 1999-12-12 in site No.1a.北側(cè)鉆孔變形時(shí)程曲線；b.南側(cè)鉆孔變形時(shí)程曲線

圖9 場(chǎng)址二2007年1月11日至2010年9月2日間IPTA-InSAR線性變形速率及2個(gè)鉆孔附近變形時(shí)程曲線Fig.9 IPTA-InSAR linear deformation velocity and Time-movement graph of 2 boreholes between 2007-1-11 and 2010-9-2 in site No.2a.北側(cè)鉆孔變形時(shí)程曲線；b.南側(cè)鉆孔變形時(shí)程曲線

3.2.4 結(jié)果驗(yàn)證

圖10 工作區(qū)及鄰區(qū)大地變形速率GPS觀測(cè)值Fig.10 GPS velocities of tectonic deformation in study area and adjacent area

4 比選場(chǎng)址InSAR觀測(cè)結(jié)果地質(zhì)分析

基于D-InSAR和IPTA-InSAR變形觀測(cè)結(jié)果，可以深入分析比選場(chǎng)址存在的區(qū)域地殼穩(wěn)定性。

4.1 地質(zhì)災(zāi)害變形

通過(guò)InSAR技術(shù)獲取災(zāi)害體的微小變形從而識(shí)別地質(zhì)災(zāi)害，這方面應(yīng)用研究已經(jīng)有許多成功的案列，尤其在蠕滑型滑坡、采礦塌陷領(lǐng)域應(yīng)用成效非常顯著(Squarzoni et al.，2003；Yao et al.，2010;Yin et al.，2010;Zhao et al.，2012；Scheingross et al.，2013；李凌婧等，2014;Meng at al.，2015;姚鑫等，2016；Yao et al.，2017a,2017b)。研究區(qū)干旱少雨，地貌以丘陵、戈壁和沙漠為主，基巖出露區(qū)主要為堅(jiān)硬的花崗巖體，半徑100km范圍內(nèi)無(wú)強(qiáng)震記錄，地質(zhì)環(huán)境和地質(zhì)災(zāi)害誘發(fā)條件決定了2塊擬選場(chǎng)址的自然斜坡地質(zhì)災(zāi)害不發(fā)育，InSAR的觀測(cè)結(jié)果也未識(shí)別到自然崩塌、滑坡、泥石流這類(lèi)斜坡災(zāi)害。

場(chǎng)址二采礦活躍，占區(qū)內(nèi)面積約40%的二疊系花崗巖是優(yōu)良的建筑石材礦藏，地表采石活躍；諾日公鎮(zhèn)西部約15km露天采礦活動(dòng)較多，加之低山地貌，形成大量露天人工堆渣邊坡和礦坑邊坡。D-InSAR探測(cè)到了在冬季歇業(yè)期有色金屬礦多處高邊坡存在蠕滑變形(圖6a)，花崗巖采場(chǎng)未發(fā)現(xiàn)變形現(xiàn)象，同時(shí)，場(chǎng)址二發(fā)現(xiàn)多處地基失穩(wěn)導(dǎo)致的電力塔架下沉問(wèn)題(圖6c)。但上述問(wèn)題都位于軟弱或是松散巖層區(qū)，距硬質(zhì)巖區(qū)的場(chǎng)址較遠(yuǎn)，對(duì)工程不構(gòu)成直接的威脅。

相比而言，場(chǎng)址一采礦活動(dòng)不活躍，人類(lèi)活動(dòng)地質(zhì)災(zāi)害不發(fā)育。

4.2 地下水波動(dòng)地表變形

近年來(lái)因地表徑流減少和汲取地下水，地下水位變化較快，誘發(fā)的地表沉降變形災(zāi)害成為地表災(zāi)害的主要類(lèi)型，InSAR技術(shù)對(duì)該災(zāi)種的監(jiān)測(cè)取得了良好的效果(Strozzi et al.，1999;王艷等;2007;范景輝等，2008;張琴等，2009)。本工作區(qū)同樣存在這樣的問(wèn)題，主要發(fā)生在基巖裂隙水向戈壁沙漠淺層滯水的轉(zhuǎn)換帶，匯流的干涸湖盆區(qū)、居民集聚區(qū)、農(nóng)業(yè)開(kāi)墾區(qū)。這類(lèi)災(zāi)害體一般處于低洼、平坦的松散巖土區(qū)，地表植被變化和流沙覆蓋往往造成InSAR失相干，只能在地表覆蓋物變化不大的時(shí)期內(nèi)進(jìn)行D-InSAR干涉獲取其變形信息。

場(chǎng)址一中部為堅(jiān)硬巖體、外圍逐步過(guò)渡到軟弱巖體和松散巖體，對(duì)應(yīng)的地貌形態(tài)單一，中部高四周低，松散地層區(qū)沙丘覆蓋厚，地下水埋藏深，運(yùn)移規(guī)律單一，D-InSAR在南側(cè)邊緣地帶觀測(cè)到一條線性展布的干涸湖盆變形(圖5)。

場(chǎng)址二地貌和巖性條件復(fù)雜，地貌南北向盆嶺交替，巖性東部堅(jiān)硬基巖為主和西部松散覆蓋物為主。橫亙中部的雅布賴山斷裂活動(dòng)影響地貌和破碎寬度達(dá)到幾千米，而且將工作區(qū)切割為南北兩個(gè)地塊單元，同時(shí)區(qū)內(nèi)存在NE和NW兩組交錯(cuò)節(jié)理。這些條件決定了場(chǎng)址二發(fā)育有利于地表沉降的次松散地層，為地下水的運(yùn)移活動(dòng)提供了有利的通道，相對(duì)場(chǎng)址一，成為地表沉降災(zāi)害的多發(fā)區(qū)。D-InSAR共發(fā)現(xiàn)這類(lèi)變形體15處(典型影像特征見(jiàn)圖6)。

兩個(gè)場(chǎng)址相比而言，場(chǎng)址一InSAR數(shù)據(jù)覆蓋區(qū)域范圍內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害不發(fā)育，變形不顯著，場(chǎng)址二InSAR數(shù)據(jù)覆蓋區(qū)域范圍內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害變形類(lèi)型多、發(fā)育密集，規(guī)模大。InSAR監(jiān)測(cè)和解譯結(jié)果也顯示諾日公周邊區(qū)域地下水運(yùn)移活躍，而且工程處于地下水補(bǔ)給區(qū)，人類(lèi)工程活動(dòng)也較密集，環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)比場(chǎng)址一嚴(yán)重。

4.3 區(qū)域構(gòu)造變形

通過(guò)InSAR技術(shù)獲取大范圍地表變形，進(jìn)而分析構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是InSAR應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是同震地表變形(單新建等，2004;Zhang et al.，2010;姚鑫等，2012，2017)，二是斷裂緩慢蠕滑變形(Fialko，2006;Hooper et al.，2007;Cavalié et al.，2008;曲春燕等，2011)。場(chǎng)址一區(qū)域以往研究表明無(wú)活動(dòng)斷裂，現(xiàn)今地貌和地層巖性也顯示存在活動(dòng)斷裂的可能性較低，InSAR觀測(cè)也未發(fā)現(xiàn)明顯的區(qū)域性變形。場(chǎng)址二有雅布賴山活動(dòng)斷裂NEE向穿越，附近微小地震多，但I(xiàn)nSAR觀測(cè)結(jié)果并未在斷裂兩側(cè)發(fā)現(xiàn)明顯的差異變形，在NW-SE向一無(wú)名斷裂的SW盤(pán)發(fā)現(xiàn)了明顯的區(qū)域性下沉。這種下沉從構(gòu)造、地貌和地層巖性初步判斷可能與無(wú)名斷裂活動(dòng)有關(guān)，但缺乏水準(zhǔn)測(cè)量、GPS監(jiān)測(cè)等直接的測(cè)量證據(jù)，關(guān)于該條斷裂的活動(dòng)性本身前人更是未見(jiàn)報(bào)道，但根據(jù)中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局“區(qū)域地殼穩(wěn)定性調(diào)查評(píng)價(jià)規(guī)范”(DD2015-02)，地形變高梯度帶往往是構(gòu)造不穩(wěn)定區(qū)，需要引起注意。

4.4 場(chǎng)址區(qū)變形分析

綜上所述，研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造變形很小，全國(guó)比較而言均屬于穩(wěn)定性好的場(chǎng)址，兩個(gè)場(chǎng)址相比而言，場(chǎng)址一變形弱于場(chǎng)址二。局部地表變形較發(fā)育，存在20余處斜坡重力變形和淺表層地下水波動(dòng)誘發(fā)的地表變形，但距離場(chǎng)址區(qū)較遠(yuǎn)，對(duì)工程無(wú)影響；局部變形間接反映了地下水由場(chǎng)址區(qū)向周邊區(qū)的運(yùn)移，工程建設(shè)可能存在污染擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)。

5 討 論

InSAR應(yīng)用于區(qū)域地殼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)并在工作區(qū)取得了一定的效果，但仍然存在一些問(wèn)題需要關(guān)注和改進(jìn)：

(1)速率值問(wèn)題。已有研究和應(yīng)用表明，因測(cè)量坐標(biāo)參考系統(tǒng)不同造成InSAR變形與地面測(cè)量變形相比具有一定的系統(tǒng)偏差，但I(xiàn)nSAR結(jié)果的相對(duì)變形量值是準(zhǔn)確的，在應(yīng)用過(guò)程中要注意其所反映的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)信息，而不是刻意追求InSAR變形量的絕對(duì)值。

(2)速率值所反映的信息問(wèn)題。本次觀測(cè)值與鄰近的GPS觀測(cè)值相比量值區(qū)間較大，這是因?yàn)橐环矫鍵nSAR測(cè)量值為1996～2010年的變形量，GPS在這個(gè)時(shí)段無(wú)觀測(cè)值，另一方面地面監(jiān)測(cè)點(diǎn)往往都是位于基巖上，反映區(qū)域上的構(gòu)造變形。而InSAR監(jiān)測(cè)的PS點(diǎn)在各種地質(zhì)體表面都有分布，反映了多種地質(zhì)體的運(yùn)動(dòng)量，因此PS變形量值幅度更大，可以揭示更豐富的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，特別是地質(zhì)體運(yùn)動(dòng)在地表的表現(xiàn)。

(3)數(shù)據(jù)源問(wèn)題。較短波長(zhǎng)(5.6cm) SAR數(shù)據(jù)對(duì)微弱變形更敏感，但影像間相干性會(huì)降低；而且該地區(qū)ASAR和ERS衛(wèi)星存檔數(shù)據(jù)相對(duì)其他地區(qū)偏少，剔除低質(zhì)量數(shù)據(jù)后場(chǎng)址一和場(chǎng)址二分別剩余9景和15景用于干涉測(cè)量，對(duì)于采用IPTA-InSAR技術(shù)進(jìn)行微小地表變形而言時(shí)間跨度和觀測(cè)數(shù)量不夠充足。

(4)結(jié)果適用問(wèn)題。InSAR用于場(chǎng)址構(gòu)造穩(wěn)定性評(píng)價(jià)目前尚未廣泛采用，可供參考的研究案例有限，更無(wú)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范可依賴，數(shù)據(jù)處理質(zhì)量與處理者的知識(shí)背景和操作經(jīng)驗(yàn)直接相關(guān)，獲取的結(jié)論僅在InSAR技術(shù)假設(shè)條件成立的環(huán)境下有效，在具體應(yīng)用時(shí)需結(jié)合其他數(shù)據(jù)綜合分析，驗(yàn)證后使用。

6 結(jié) 論

本文采用1995～2010年間46景ERS/ASAR數(shù)據(jù)，通過(guò)D-InSAR和IPTA-InSAR數(shù)據(jù)處理，獲取了位于阿拉善的某大型工程兩處比選場(chǎng)址區(qū)約1×104ikm2的厘米級(jí)地災(zāi)變形和毫米級(jí)構(gòu)造變形。

觀察結(jié)果表明該地區(qū)無(wú)明顯構(gòu)造運(yùn)動(dòng)變形和地震地表變形，場(chǎng)址附近構(gòu)造應(yīng)變量平均值為0.002mm·(a·km)-1，是華南穩(wěn)定地塊的1/2～2/3，青藏高原區(qū)地區(qū)的1/5～1/20左右，兩塊場(chǎng)地區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)十分微弱。

從InSAR觀測(cè)分析得到的地下水波動(dòng)、人類(lèi)工程活動(dòng)地質(zhì)災(zāi)害和構(gòu)造穩(wěn)定性的技術(shù)角度評(píng)價(jià)，兩塊比選場(chǎng)址都是區(qū)域地殼穩(wěn)定區(qū)域；相比而言，塔木素場(chǎng)址區(qū)(場(chǎng)址一)比巴音諾日公場(chǎng)址區(qū)(場(chǎng)址二)略為優(yōu)良。

InSAR技術(shù)可以大范圍、高精度、回溯的觀測(cè)地表變形，本文的有效應(yīng)用開(kāi)拓了區(qū)域地殼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的一種新途徑。