基于InSAR識別的黃土高原活動性地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)律分析

姚闖闖姚 鑫顧畛逵任開瑀周振凱

1.中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所,北京 100081;

2.自然資源部活動構(gòu)造與地質(zhì)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100081;

3.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)工程技術(shù)學(xué)院,北京 100083

0 引言

黃土高原占中國國土面積的6.5%,地貌類型多樣,地勢起伏差異巨大,根據(jù)自然資源部縣市地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃工作,黃土高原區(qū)土質(zhì)滑坡占比為72%,在滑坡規(guī)模上中型滑坡比例高(李媛等,2004)。據(jù)統(tǒng)計(jì),中國有近30%的滑坡發(fā)生在黃土地區(qū)(Zhou et al.,2002),1920年12月16日,寧夏自治區(qū)海原縣發(fā)生烈度Ⅷ及以上地震的區(qū)域誘發(fā)的黃土滑坡超過10000處,大部分分布在海原地震帶上(許沖等,2018);1968年以來,甘肅省農(nóng)業(yè)漫灌導(dǎo)致黑方臺地區(qū)滑坡發(fā)育 (Xu et al.,2014; Peng et al.,2018);1985—1988年,陜北地區(qū)原有的斜坡應(yīng)力環(huán)境改變(雷祥義,2001)造成了78處崩塌,400多孔窯洞被毀,致使339人死亡。黃土高原滑坡分布數(shù)量多,類型多樣,因此進(jìn)行黃土高原地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)律系統(tǒng)研究對防災(zāi)減災(zāi)至關(guān)重要。

王念秦(2004)、徐張建等(2007)討論了中國黃土滑坡的分布、滑坡類型及形成機(jī)制;彭建兵等(2014,2020)、Peng et al.(2019) 指出黃土高原地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害受到區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力、邊坡構(gòu)造應(yīng)力和黃土水敏性“三大元兇”控制;王少凱(2020)根據(jù)黃土滑坡地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、地震、土性和滑坡密度等影響因素,劃分了黃土滑坡易發(fā)區(qū),總結(jié)了區(qū)域群發(fā)規(guī)律。但這些研究缺少非滑坡災(zāi)害的分布分析,特別是缺乏對黃土高原活動性地質(zhì)災(zāi)害的分布認(rèn)識。

InSAR技術(shù)具有全天候、全天時(shí)、大范圍高靈敏度、非接觸、高性價(jià)比觀測地表變形的優(yōu)勢(劉星洪等,2018),是監(jiān)測地表變形和活動性滑坡的有效手段(姚鑫等,2020)。部分學(xué)者通過InSAR技術(shù)對黃土高原的單體滑坡 (何楊,2016)、礦區(qū)(郭山川等,2017)和小區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害(程滔等,2008;趙超英等,2019;韓守富等,2020)進(jìn)行研究分析,取得了很好的觀測效果。因此,以王正興(2017)劃分的黃土高原范圍為研究區(qū),利用InSAR技術(shù)、光學(xué)遙感識別和野外地質(zhì)調(diào)查等手段,進(jìn)行黃土高原活動性滑坡的識別,并分析其發(fā)育分布規(guī)律,這對黃土高原地質(zhì)災(zāi)害的防控具有重要意義。

1 黃土高原孕災(zāi)背景

黃土高原位于中國中北部,行政區(qū)域上橫跨7個(gè)省、自治區(qū),地理范圍為太行山以西、日月山以東,秦嶺以北、陰山以南,處在從沿海向內(nèi)陸,從平原向高原的過渡帶(徐麗萍,2008)。研究區(qū)位于黃土高原,具體位置范圍如圖1a所示,其海拔60~5000 m,地貌以高原、盆地、山地和沙地為主,氣候受空間位置和地形地貌的影響較大,屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候,降水量自東南向西北逐漸遞減,年平均降水量在100~800 mm之間,雨季多集中在7~9月,局部突發(fā)暴雨。

研究區(qū)出露的巖土體類型多樣,地層巖性可劃分為松散巖組、軟弱巖組、較軟巖組、較硬巖組、堅(jiān)硬巖組、堅(jiān)硬侵入巖類、極硬侵入巖7類工程地質(zhì)巖組(圖1b)。受構(gòu)造斷裂帶的影響,出露的巖組沿著斷裂的走向分布,從黃土高原西部至六盤山,巖組分布方向以北西—南東向?yàn)橹?從六盤山至呂梁山,主要分布松散巖組和軟弱巖組,而呂梁山以東的黃土高原區(qū)域,巖組方向以北東—南西向?yàn)橹?。黃土高原的松散巖組主要為第四系(Q)的風(fēng)積-洪積層,有黏土、粉砂質(zhì)黏土及黏土質(zhì)、亞黏土質(zhì)古土壤、洪積砂礫層、黃土、砂、礫及黃土狀黏質(zhì)砂土。黃土高原隨著青藏高原的抬升而相應(yīng)地發(fā)生以內(nèi)部大面積整體性間歇性抬升為主的新構(gòu)造運(yùn)動,而其四周的凹陷或地塹則在不斷下沉,黃土高原這一整體地塊受板塊活動影響向東運(yùn)動(黃汲清等,1977;閔隆瑞,1984;朱照宇,1992)。

圖1 研究區(qū)InSAR觀測范圍及工程地質(zhì)巖組分布Fig.1 InSAR observation range and enigneering geological formation-complexes distribution in the study area(a) Location and background data; (b) Distribution of engineering geological formation-complexes and active faults

2 InSAR處理方法及解譯標(biāo)準(zhǔn)

文章使用PRE-InSAR(Phase Resonance Enhancement-Interferometric Synthetic Aperture Radar;姚鑫等,2020),即相位共振增強(qiáng)InSAR變形觀測技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,該技術(shù)能夠突出高頻活動性地質(zhì)災(zāi)害的空間形態(tài)特征,盡可能全面地確定災(zāi)害變形體的位置、范圍和活動強(qiáng)度,從而高效地解譯和判別變形體。采用的數(shù)據(jù)為哨兵(Sentinel-1)SAR數(shù)據(jù),雷達(dá)分辨率為2.32 m×13.98 m,多視后轉(zhuǎn)換到地理空間分辨率為30 m×30 m,時(shí)相為2019年1月1日至2020年3月31日期間40期PRE-InSAR觀測,以InSAR觀測變形為主,輔助光學(xué)遙感、地質(zhì)地貌特征解譯活動性地質(zhì)災(zāi)害。從自然資源與環(huán)境監(jiān)測角度出發(fā),主要有4類的InSAR地質(zhì)災(zāi)害變形:活動性滑坡、采礦塌陷、沉降和堆填變形體,主要變形特征如下。

(1)活動性滑坡跡象明顯(圖2a),分布于侵蝕河谷以及黃土梁峁溝壑區(qū),呈現(xiàn)圈狀、不規(guī)則狀;光學(xué)遙感影像上表現(xiàn)出明顯的滑坡地貌,伴隨黃土的蠕滑拉裂現(xiàn)象(圖2b)。

(2)采礦塌陷跡象明顯、集中發(fā)育,變形圖斑呈現(xiàn)明顯的長條形、橢圓形、串珠形(圖2c),且清晰連續(xù);光學(xué)遙感影像上可以清晰的觀測到采礦廠房以及開挖痕跡(圖2d),并時(shí)常伴隨有滑坡、沉降。

(3)沉降跡象連續(xù)(圖2e),分布于平坦的城市邊緣以及農(nóng)田周圍,比如汾渭平原;光學(xué)遙感影像上農(nóng)田與居民區(qū)星羅棋布(圖2f),是由人類活動引起的沉降現(xiàn)象。

(4)堆填變形體跡象明顯,變形圖斑呈現(xiàn)條狀分布(圖2g),并與山脊山谷相平行;光學(xué)遙感影像上表現(xiàn)為黃土梁峁溝壑區(qū)的平山造地,比如延安市進(jìn)行的城市建設(shè)(圖2h)。

圖2 黃土高原地質(zhì)災(zāi)害InSAR變形圖與光學(xué)影像圖Fig.2 InSAR-observed deformation and optical images of geological hazards in the Loess Plateau(a) InSAR-observed deformation image of landslides; (b) Optical image of landslides; (c) InSAR-observed deformation of mining collapses; (d) Optical image of mining collapses; (e) InSAR-observed deformation of subsidences; (f) Optical image of subsidences; (g) InSAR-observed deformation of landfills; (h) Optical image of landfills

利用2019年至2020年的觀測結(jié)果,根據(jù)以上解譯方法,結(jié)合區(qū)域內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的地貌特征和災(zāi)害發(fā)育程度,將黃土高原劃分為8個(gè)活動性地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育區(qū)(圖3),分別為青海東緣黃河中上游滑坡發(fā)育區(qū)(Ⅰ區(qū));寧夏東南緣固原-西吉滑坡發(fā)育區(qū)(Ⅱ區(qū));甘肅莊浪-天水-張家川滑坡發(fā)育區(qū)(Ⅲ區(qū));陜北吳起-志丹-延安-安塞黃土滑坡發(fā)育區(qū)(Ⅳ區(qū));寧夏采礦塌陷災(zāi)害區(qū)(Ⅴ區(qū));陜北-內(nèi)蒙古鄂爾多斯采礦塌陷災(zāi)害區(qū)(Ⅵ區(qū));山西采礦塌陷災(zāi)害區(qū)(Ⅶ區(qū));關(guān)中-汾渭-洛陽平原沉降發(fā)育區(qū)(Ⅷ區(qū))。

圖3 黃土高原活動性地質(zhì)災(zāi)害分布Fig.3 Distribution of active geological hazards in the Loess Plateau Area Ⅰ-Landslide development area in the upper and middle reaches of the Yellow River, eastern margin of Qinghai; Area Ⅱ-Guyuan-Xiji landslide development area in the southeastern margin of Ningxia; Area Ⅲ-Zhuanglang-Tianshui-Zhangjiachuan landslide development area in Gansu; Area Ⅳ-Wuqi-Zhidan-Yan’an-Ansai loess landslide development area in northern Shaanxi; Area Ⅴ-Mining collapse area in Ningxia; Area Ⅵ-Mining collapse area in Ordos, Inner Mongolia and Northern Shaanxi; Area Ⅶ-Mining collapse area in Shanxi; Area Ⅷ-Subsidence development area in the plain area of Guanzhong-Fenwei-Luoyang

3 活動性地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)育區(qū)特征

黃土高原活動性地質(zhì)災(zāi)害分布在中—高海拔中起伏山地、中—高海拔黃土梁峁和低海拔沖積平原,活動性滑坡分布在中西部,采礦塌陷分布在中東部,沉降分布于汾渭平原。

3.1 黃土高原滑坡發(fā)育區(qū)

3.1.1 青海東緣黃河中上游滑坡發(fā)育區(qū)(Ⅰ區(qū))

該滑坡發(fā)育區(qū)地貌單元以中—高海拔大起伏山地為主,黃河干流在青海省貴德縣-尖扎縣-循化縣一帶近東西向呈“W”型展布,城市聚居區(qū)域地貌為黃河階地,海拔高程在1800~3500 m之間;高原草甸放牧區(qū)主要位于海拔3000 m以上區(qū)段。青海東緣黃河流域侵蝕滑坡段海拔相對較高,滑坡發(fā)育密集,呈現(xiàn)多級滑動、沿溝谷發(fā)育的特點(diǎn)。光學(xué)影像和InSAR圖斑變形明顯,受流域地貌控制發(fā)育。

該區(qū)滑坡變形體主要分布在山緣地帶(趙東亮等,2021),海拔3500 m以上的變形主要為高原草甸蠕滑變形滑坡(圖4a),發(fā)生多級滑動,坡體兩側(cè)樹木植被較少,在大雨、暴雨的沖刷下巖土體容易發(fā)生變形;區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害分布受河流溝谷控制,發(fā)育侵蝕多級滑坡(圖4b、4c),變形體主要為堆積層并且結(jié)構(gòu)松散,微觀結(jié)構(gòu)多孔,固結(jié)不足,力學(xué)性質(zhì)差,容易發(fā)生蠕滑變形,為滑坡的發(fā)生提供了物源條件。區(qū)域滑坡發(fā)育密集(圖4d),巖性以最上部第四系的馬蘭黃土以及灰-深灰-雜色礫石、粗砂、亞砂土為主,由于巖性組成多為黃土-泥巖,呈現(xiàn)層狀結(jié)構(gòu)和圈椅狀地貌(圖4e),表面發(fā)育拉裂縫和落水洞,極其破碎(圖4f),所以該區(qū)域也多發(fā)育黃土-泥巖滑坡。局部地區(qū)還分布有石英片巖及片麻巖(圖4g),巖體破碎,其中第四系和新近系的巖性地層為InSAR解譯的活動性巖性變形體。

圖4 青海東緣黃河流域侵蝕滑坡段及現(xiàn)場典型照片F(xiàn)ig.4 Map and field photos showing the eroded landslides in the Yellow River Basin, eastern margin of Qinghai(a) Creep deformation landslide of plateau meadow; (b) Eroded multi-stage landslide 1; (c) Eroded multi-stage landslide 2; (d) Distribution of landslides; (e) Armchair-like landslide landform;(f) Tensile fracture;(g) Gneiss slope

3.1.2 寧夏東南緣固原-西吉滑坡發(fā)育區(qū)(Ⅱ區(qū))

該滑坡發(fā)育區(qū)地貌單元為中—高海拔黃土梁峁,位于黃土丘陵區(qū)隴東高原的東段,平均海拔高度2000 m以上,年降水量400~500 mm。區(qū)域內(nèi)地震活動頻繁,處于中國南北向地震帶北端的六盤山強(qiáng)震多發(fā)區(qū),地質(zhì)體破碎,發(fā)育串珠狀地震堰塞湖。InSAR解譯圖斑明顯,單體滑坡圖斑強(qiáng)烈,多發(fā)生中—淺層或?qū)娱g滑坡,并呈團(tuán)塊或條帶狀密集分布。該區(qū)域主要有兩種滑坡類型:①降雨控制型泥流滑坡,以發(fā)育規(guī)模大、密度高、低角度、高速遠(yuǎn)程為主要特點(diǎn);②地震控制型復(fù)活古滑坡,滑坡形態(tài)表現(xiàn)為圈椅狀地貌(袁麗俠,2006),并在其周圍發(fā)育震湖,滑坡經(jīng)人工改造成為梯田,以陡坡、低速短程為主要特點(diǎn)。

3.1.3 甘肅莊浪-天水-張家川滑坡發(fā)育區(qū)(Ⅲ區(qū))

該區(qū)域主要地形地貌為構(gòu)造剝蝕黃土低山丘陵區(qū)和侵蝕堆積河谷區(qū),地貌單元為中—高海拔中起伏山地,區(qū)域內(nèi)海拔高度1200~2000 m,且區(qū)內(nèi)剝蝕侵蝕作用強(qiáng)烈,溝谷下切,沖溝發(fā)育,溯源侵蝕嚴(yán)重,植被稀少。該段溝谷兩側(cè)滑坡和崩塌發(fā)育,滑坡多為黃土層內(nèi)滑坡和黃土-泥巖二元結(jié)構(gòu)滑坡,多呈現(xiàn)半圓-圈椅狀地貌,后壁明顯,從谷歌影像看變形跡象明顯,多發(fā)生在農(nóng)田和房屋周邊,屬于人類活動誘發(fā)型滑坡。

3.1.4 陜北吳起-志丹-延安-安塞黃土滑坡發(fā)育區(qū)(Ⅳ區(qū))

該發(fā)育區(qū)位于鄂爾多斯地臺,地貌單元為中海拔黃土梁峁,區(qū)域內(nèi)海拔1000~1600 m,歷經(jīng)多次黃土堆積和侵蝕作用,地形破碎,川塬相間,溝壑縱橫,地勢起伏較大。受河流溝谷演化過程的影響,該區(qū)段滑坡呈片狀、線狀密集分布,發(fā)育貫穿裂縫,表面破碎,易受地區(qū)暴雨影響,極易發(fā)生變形。該區(qū)域處于青藏高原的東北部,由于青藏高原的影響,使黃土高原區(qū)域極易形成氣旋型漩渦,造成該地區(qū)多暴雨,滑坡的發(fā)育帶與400 mm年等降雨線相平行,地質(zhì)災(zāi)害多為多日降水誘發(fā)型和溝谷發(fā)育控制型滑坡 (李明等,2009)。

3.2 黃土高原采礦塌陷分布

依據(jù)InSAR識別結(jié)果,劃分出寧夏采礦塌陷災(zāi)害區(qū)(Ⅴ區(qū))、陜北-內(nèi)蒙古鄂爾多斯采礦塌陷災(zāi)害區(qū)(Ⅵ區(qū))和山西采礦塌陷災(zāi)害區(qū)(Ⅶ區(qū))。山西省目前是中國最大的能源重化工基地,但其礦產(chǎn)開采形成的采空區(qū)給山西省造成了嚴(yán)重的環(huán)境地質(zhì)問題(曹金亮等,2004)。寧夏自治區(qū)的礦產(chǎn)資源主要分布在中北部和東部,分別集中在烏海和寧東基地,其中最大的礦區(qū)為靈武礦區(qū)。通過InSAR監(jiān)測,可以發(fā)現(xiàn)在2019年至2020年期間部分煤礦區(qū)域沒有進(jìn)行開采活動(圖3)。

采礦塌陷災(zāi)害區(qū)在InSAR圖像上表現(xiàn)為長條形、橢圓形、近圓形、串珠形、不規(guī)則形,并且成群分布。InSAR圖斑的分布基本和山西省煤田產(chǎn)地相重合,反映出了山西省的煤礦資源分布狀況(圖3),也間接說明了InSAR技術(shù)能夠監(jiān)測自然資源的開采情況。InSAR技術(shù)在山西省、寧夏自治區(qū)、陜西省、內(nèi)蒙古自治區(qū)的應(yīng)用表明,其可以有效監(jiān)測到地下和地上由于煤礦開采活動誘發(fā)的煤系地層邊坡和地表破壞的分布、范圍、強(qiáng)度,并可反映出塌陷災(zāi)害與煤礦生產(chǎn)活動的關(guān)系。

3.3 黃土高原沉降區(qū)

通過InSAR圖斑和谷歌光學(xué)影像識別,劃分出關(guān)中-汾渭-洛陽平原地區(qū)沉降發(fā)育區(qū)(Ⅷ區(qū)),共解譯了地面沉降368處,分布在汾渭平原、蘭州黃土梁峁區(qū)的臺塬上及其周邊。汾渭平原沉降區(qū)域位于汾渭裂谷,因地質(zhì)構(gòu)造作用導(dǎo)致的凹陷拉張,為沉降變形提供了作用力;大量開采地下水破壞了巖土力學(xué)平衡,促進(jìn)了沉降災(zāi)害的發(fā)生。對于黃土梁峁區(qū),地面沉降的主要誘發(fā)原因是灌溉,同時(shí)沉降也加劇了臺塬周邊滑坡災(zāi)害的發(fā)生。

4 災(zāi)害點(diǎn)的空間分布規(guī)律

綜合InSAR變形圖和多時(shí)相光學(xué)遙感圖像,通過Sentinel-1升降軌觀測結(jié)果共解譯地質(zhì)災(zāi)害InSAR變形體3286處,空間密度為52.6處/104km2,與其他學(xué)者在陜西子長 (程滔等,2008)、甘肅黑方臺(趙超英等,2019)、陜西綏德縣城(韓守富等,2020)等小區(qū)域InSAR觀測結(jié)果整體相符,但此次研究的InSAR觀測結(jié)果,圖斑識別性強(qiáng),覆蓋面廣,更能突出地質(zhì)災(zāi)害近一年以來的發(fā)育規(guī)律。

4.1 與地層巖性相關(guān)性

從各巖土體類型所發(fā)育的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量上來分析,數(shù)量最多的是較軟巖組,共計(jì)1206處,占黃土高原地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的37%;松散巖組中發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害共計(jì)1196處,占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的36%,軟弱巖組中發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害700處,占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的21%;較硬巖組、堅(jiān)硬巖組、堅(jiān)硬侵入巖類和極硬侵入巖類中發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害分別為85處、60處、12處和27處,合計(jì)占地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的6%(表1)。

表1 黃土高原研究區(qū)各巖土體類型地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育情況Table 1 Development of geological hazards in different types of rocks and soil in the study area

采礦塌陷是黃土高原發(fā)育數(shù)量最多的災(zāi)種,共計(jì)1691處,占黃土高原災(zāi)害總數(shù)的51.5%,其中1640處是發(fā)育在松散巖組、軟弱巖組和較軟巖組當(dāng)中;滑坡發(fā)育1135處,占黃土高原總數(shù)的35%,松散巖組、軟弱巖組和較軟巖組中發(fā)育滑坡1011處(表1)。

4.2 滑坡災(zāi)害與地貌的相關(guān)性

活動性滑坡是指在調(diào)查觀測時(shí)可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)正發(fā)生變形或破壞的滑坡,通過對活動性滑坡高程、高差、坡度、坡向和巖組類型統(tǒng)計(jì)分析,可以看出活動性滑坡的分布與地貌具有密切的相關(guān)性(圖5)。其中,LNP (landslide number percentage in each unit)為活動性滑坡數(shù)量在各個(gè)分區(qū)中不同區(qū)段數(shù)量的百分比;NAP (nature area percentage in each unit)為活動性滑坡面積在各個(gè)分區(qū)中不同區(qū)段面積的百分比。

黃土高原最易發(fā)活動性滑坡地貌區(qū)段統(tǒng)計(jì)見表2,四個(gè)滑坡區(qū)域所處地貌單元不同,故其滑坡的高程區(qū)間也不同(圖5a—5d)。高差方面,滑坡的發(fā)育率呈現(xiàn)典型的單峰特征(圖5e—5h);Ⅰ區(qū)高差50~250m區(qū)域,LNP為68.4%,NAP為79.17%,其中100~150 m高差NAP為23.27%;Ⅱ區(qū)50~100 m高差NAP為47.54%;Ⅲ區(qū)50~100 m高差NAP為33.61%;Ⅳ區(qū)100~150 m區(qū)域高差NAP為46.79%。對坡度而言,滑坡發(fā)育規(guī)律不明顯(圖5i—5l);Ⅰ區(qū)40°~45°為最易滑坡度,NAP為24.53%;Ⅱ區(qū)15°~20°范圍為最易滑坡度,NAP為26.23%;Ⅲ區(qū)20°~25°為最易滑坡度;Ⅳ區(qū) 35°~40°為最易滑坡度,NAP 為33.97%。坡向方面規(guī)律具有一致性(圖5m—5p),滑坡發(fā)育優(yōu)勢坡向?yàn)闁|西向坡,主要原因是黃土高原滑坡主要分布在垂直于東西向的干流溝谷內(nèi)(如黃河)。巖組類型上(圖5q—5t),滑坡主要發(fā)育在較軟巖組、軟弱巖組和松散巖組中。

表2 黃土高原最易發(fā)活動性滑坡地貌區(qū)段統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of the geomorphic sections most prone to active landslides in the study area

以上統(tǒng)計(jì)表明,滑坡分布高程主要是因海拔高程差異而出現(xiàn)不同;高差和坡度方面,滑坡的發(fā)育率呈現(xiàn)典型的單峰特征,坡向上表現(xiàn)為二向性,東西向坡,巖性越松散、軟弱,滑坡發(fā)育率越高。

5 討論

InSAR解譯的活動性地質(zhì)災(zāi)害有3000余處,對于廣闊的黃土高原,有進(jìn)一步深化完善的空間。主要是因?yàn)?①在數(shù)據(jù)方面,研究區(qū)Sentinel-1降軌數(shù)據(jù)部分缺失,僅有升軌觀測,覆蓋時(shí)間只有1年多,結(jié)果僅反映該時(shí)空條件下的活動地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育情況;②數(shù)據(jù)處理方面,文章使用的PREInSAR技術(shù)識別滑坡災(zāi)害體的規(guī)模在中型以上,對于那些小型、微弱變形災(zāi)害的識別效果不明顯;③滑坡識別解譯過程中,通過InSAR解譯變形圖斑和谷歌遙感影像,輔以地質(zhì)要素信息進(jìn)行變形體的判別,與現(xiàn)場“以人為主”“房前屋后”為特征的1∶5萬地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)(胡勝,2019;孫萍萍等,2019)存在一定的差異。因此,為了對活動性地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行持續(xù)動態(tài)的觀測識別,需要在下一步的研究中盡可能多的使用多源、多波段、多時(shí)相的觀測數(shù)據(jù),從而更完整的識別活動性地質(zhì)災(zāi)害。

黃土高原地質(zhì)災(zāi)害的分布受到青藏高原隆升、秦-祁-昆造山系的右旋運(yùn)動、鄂爾多斯陸塊的左旋運(yùn)動,以及發(fā)生在黃土高原地區(qū)近幾千年來地震活動的影響,這極大的改變了黃土高原的地形地貌和黃土結(jié)構(gòu)的應(yīng)力場,而黃土自身具濕陷性,易受降雨因素影響,從北向南黃土粒度、滑坡的群發(fā)性、年降雨量和植被覆蓋指數(shù)在不斷增大,這影響了黃土邊坡的穩(wěn)定性,控制了黃土高原地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的群發(fā)性。因此,對于四大滑坡災(zāi)害發(fā)育區(qū),區(qū)域構(gòu)造和地震為其分布和發(fā)育提供內(nèi)驅(qū)動力,溝谷型地貌為滑坡災(zāi)害的發(fā)生提供了空間和物源條件,降雨和人類活動作為外驅(qū)動力加快了地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生;對于采礦塌陷區(qū)域和沉降分布區(qū)域,城市用地的建設(shè)和油氣礦產(chǎn)資源的開發(fā),致使地表和地下發(fā)生形變和采空,其采空區(qū)域正好映射了黃土高原煤礦、油氣資源的分布。

6 結(jié)論

文章首次對中國黃土高原地區(qū)活動性地質(zhì)災(zāi)害開展了系統(tǒng)的InSAR識別和規(guī)律分析,得到主要認(rèn)識如下。

(1)在研究區(qū)62.46×104km2的范圍里,采用2019年1月1日至2020年3月31日期間40期SAR數(shù)據(jù)進(jìn)行PRE-InSAR觀測,獲得了高質(zhì)量的變形圖像,共解譯了4類活動性地質(zhì)災(zāi)害3286處,其中滑坡1135處、采礦塌陷區(qū)域1691處、沉降368處、堆填變形體92處。

(2)研究區(qū)可劃分8個(gè)災(zāi)害發(fā)育區(qū),分別為青海東緣黃河中上游滑坡發(fā)育區(qū)(Ⅰ區(qū));寧夏東南緣固原-西吉滑坡發(fā)育區(qū)(Ⅱ區(qū));甘肅莊浪-天水-張家川滑坡發(fā)育區(qū)(Ⅲ區(qū));陜北吳起-志丹-延安-安塞黃土滑坡發(fā)育區(qū)(Ⅳ區(qū));寧夏采礦塌陷災(zāi)害區(qū)(Ⅴ區(qū));陜北-內(nèi)蒙古鄂爾多斯采礦塌陷災(zāi)害區(qū)(Ⅵ區(qū));山西采礦塌陷災(zāi)害區(qū)(Ⅶ區(qū));關(guān)中-汾渭-洛陽平原地區(qū)沉降發(fā)育區(qū)(Ⅷ區(qū))。

(3)活動性滑坡在空間分布上具有顯著的區(qū)域性和叢集性,主要分布在中西部;采礦塌陷和地面沉降分布在中東部,密集且成群發(fā)育。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),巖性越松散、軟弱,滑坡發(fā)育率越高。黃土高原滑坡主要分布在垂直于黃河的支流溝谷內(nèi),東西向坡,高差50~150 m滑坡的發(fā)育率呈現(xiàn)典型的單峰特征。災(zāi)害發(fā)育的地域性差別主要受控于地形地貌和煤礦資源的分布,除此之外還與地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、地震活動和人類活動有關(guān)。

(4)采礦塌陷結(jié)果與山西、陜西、內(nèi)蒙古等地的煤業(yè)活動對照分析表明,InSAR可以有效監(jiān)測到地下采煤誘發(fā)的地表破壞的分布、范圍和強(qiáng)度,以及露天采煤礦坑深度和范圍的拓展,進(jìn)而推斷煤業(yè)生產(chǎn)活動強(qiáng)度。

致謝:感謝審稿專家和編輯部提出的指導(dǎo)與修改意見,對提高論文質(zhì)量有很大的幫助。