姚佳明，姚 鑫，陳 劍，李凌婧，任開瑀，劉星洪

(1.活動(dòng)構(gòu)造與地殼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081；2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)工程技術(shù)學(xué)院，北京 100083)

合成孔徑雷達(dá)干涉測量法(InSAR)是一種測量天然或人為造成的地表形變的方法，在國內(nèi)外均有較多應(yīng)用。Schmidt D A等[1]在2005年利用13景ERS SAR影像干涉疊加得到了美國Hayward斷層1992—2000年衛(wèi)星距離向變形速率，并結(jié)合地面GPS數(shù)據(jù)對(duì)斷層滑移速率進(jìn)行了反演；Beavan J等[2]利用合成孔徑干涉雷達(dá)觀測資料估算了新西蘭7.8級(jí)地震同震場和震后早起滑移分布；Chen F L等[3]結(jié)合C波段和L波段SBAS技術(shù)，分析了青藏鐵路沿線凍土變形與基礎(chǔ)設(shè)施的相互作用關(guān)系；Raucoules D等[4]使用ERS干涉雷達(dá)監(jiān)測法國Vauvert鹽礦地表緩慢變形，計(jì)算得到了可靠的沉降盆地范圍，也證明InSAR技術(shù)可以應(yīng)用于大范圍地表沉降測量；Strozzi T等[5]對(duì)瑞士阿爾卑斯地區(qū)變質(zhì)基巖中引水隧洞上方地表沉降和隆起進(jìn)行了探測[5]；Jiang L M等[6]以中國北方的烏達(dá)為研究對(duì)象，分析SBAS技術(shù)在監(jiān)測地下煤礦火災(zāi)引起地表變形的應(yīng)用前景；趙超英等[7]利用ALOS PALSAR數(shù)據(jù)對(duì)大面積滑坡進(jìn)行探測和監(jiān)測。D-InSAR利用兩幅相關(guān)合成孔徑雷達(dá)(SAR)圖像的相位差，能夠在數(shù)公里范圍內(nèi)探測到精度在幾毫米以內(nèi)的地表位移[8]。近年來，這些方法被廣泛應(yīng)用于地面位移測量和三維地表信息的有效檢索[9]，其原理是通過自主發(fā)射和接收微波來探測地表，通過干涉相位變化測量地表變形[10-11]。目前，D-InSAR利用遙感衛(wèi)星多時(shí)相的復(fù)視雷達(dá)圖像相干信息,進(jìn)行地表垂直形變量的提取，其精度已經(jīng)達(dá)到了毫米級(jí)[12-13]。

SAR應(yīng)用于地球觀測的首批研究之一是馬森內(nèi)特等人的研究，其中南加州上空的一幅差分干涉圖記錄了1992年里氏7.3級(jí)蘭德斯地震的同震位移。幾年后，Sandwell和Price引入了一種疊加技術(shù)(Stacking technique)，該技術(shù)將干涉對(duì)組合成一個(gè)具有更好信噪比的產(chǎn)品。幾年后，F(xiàn)erretti等人引入了永久性散射體(PS)方法，該方法將SAR的適用性擴(kuò)展到原本在干涉測量上低相干的植被密集區(qū)域。最后，Berardino和Usai引入了小基線子集(SBAS)方法[14-15]，該方法通過將所有符合時(shí)間、空間基線的SAR數(shù)據(jù)集合利用最小二乘法求解每個(gè)小集合內(nèi)的地表形變時(shí)間序列。Hooper將PS和SBAS技術(shù)結(jié)合到一個(gè)方法中計(jì)算最小二乘解來產(chǎn)生地面變形的時(shí)間序列，經(jīng)過國內(nèi)外學(xué)者的對(duì)PS-InSAR技術(shù)的研究，目前利用PS-InSAR計(jì)算得到滑坡的時(shí)序變形曲線對(duì)滑坡垮塌預(yù)警起到一定作用[16]，此外還提出了各種修改，其中包括用于研究三維變形的開發(fā)[17-18]。

SAR是一種使用微波探測地表目標(biāo)的主動(dòng)式成像傳感器，與傳統(tǒng)的地面水準(zhǔn)測量技術(shù)、GPS技術(shù)相比，InSAR技術(shù)具有全天時(shí)、全天候、觀測范圍大、靈敏性高、高性價(jià)比、觀測時(shí)間可回溯等優(yōu)勢，并能穿透某些地物表面[19]，同時(shí)InSAR與地面水準(zhǔn)數(shù)據(jù)的結(jié)合使InSAR計(jì)算結(jié)果提高了可靠性[20]。InSAR在大范圍測量地面沉降、地質(zhì)災(zāi)害隱患的變形有大量應(yīng)用[21-23]，而且對(duì)于大范圍的采礦采空區(qū)地質(zhì)災(zāi)害快速識(shí)別地質(zhì)災(zāi)害區(qū)具有重要意義[24]。

近年來，貴州省礦山引發(fā)的地質(zhì)環(huán)境問題被重新分析與研究[25-26]，InSAR技術(shù)也被越來越多地應(yīng)用到礦區(qū)地表變形監(jiān)測中[27-30]。本文以貴州省貞豐縣某煤礦作為研究區(qū)，利用15期3 m空間分辨率L波段升、降軌PALSAR-2 SAR為數(shù)據(jù)源，在多期D-InSAR測量地表變形的基礎(chǔ)上，分解計(jì)算了采空三維變形，進(jìn)而通過與地下開采過程的相關(guān)性分析，揭示了采礦滑坡變形模式。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于貴州省黔西南布依族苗族自治州貞豐縣境內(nèi)西南方向，處于貞豐縣與安龍縣之間，距貞豐縣城區(qū)9 km(圖1)。

圖1 研究區(qū)位置、SAR數(shù)據(jù)覆蓋范圍與巖性圖

研究區(qū)地層從石炭系至第四系均有出露，其中以三疊系地層最為發(fā)育(圖2)。礦區(qū)內(nèi)地層發(fā)育特征如下：石炭系(C)主要分布于煤礦區(qū)北部，巖性為淺海相碳酸鹽巖、碎屑巖及硅質(zhì)巖。二疊系(P)分布于礦區(qū)北部，下二疊統(tǒng)巖性為開闊臺(tái)地相質(zhì)地較純的碳酸鹽巖，厚度變化大，百余米至千余米，與下伏石炭系地層呈整合或假整合接觸；上二疊統(tǒng)巖性主要為淺海相碳酸鹽巖及碎屑巖，與下伏地層呈整合接觸，厚200～300 m。三疊系(T)為臺(tái)地型沉積巖，下統(tǒng)為碎屑巖及碳酸鹽巖，中統(tǒng)以碳酸鹽巖為主，上統(tǒng)由碎屑巖組成，自下而上由海相向陸相逐步過渡。第四系(Q)主要分布于溝谷及低洼地帶，由殘坡積物、沖積物等組成，厚0～25 m不等。

貞豐縣主要含煤地層為上三疊統(tǒng)火把沖組(T3h)，由海陸交互相和沖積相含煤沉積組合形成，也是本研究區(qū)煤礦主要開采煤層。T3h地層由石英砂巖、粉砂巖、黏土巖、碳質(zhì)黏土巖及數(shù)十層煤層(線)組成多個(gè)沉積旋回，與下伏地層上三疊統(tǒng)把南組(T3b)整合接觸。礦區(qū)內(nèi)僅出露至火把沖組第三段(T3h3)：淺灰、灰、黃灰綠色等厚層至塊狀粗至細(xì)粒石英砂巖、細(xì)砂巖、黏土巖組成的不等厚韻律層，砂巖中具有斜層理。在煤礦采空區(qū)中，含有可采煤層(主采)二層，編號(hào)為JK、K2。JK煤層厚0.70～0.80 m，在礦區(qū)穩(wěn)定開采；K2煤層在西南部厚1.06～1.10 m，平均厚1.08 m，其余地區(qū)厚1.20～1.30 m，煤層在區(qū)內(nèi)展布穩(wěn)定[31](圖3)。

研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造特征表現(xiàn)為NW向、NWW向與NE向、近SN向交切，以NW向、NE向?yàn)橹?。主要褶皺?gòu)造為龍頭山向斜，礦區(qū)位于龍頭山向斜北段的東揚(yáng)起端，軸長55 km，軸向285°，地層傾角10°～50°。其中含煤巖系組成向斜軸長約28 km，區(qū)域內(nèi)地質(zhì)活動(dòng)較弱。礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造比較簡單，巖層為單斜構(gòu)造，傾向290°～350°，傾角6°～15°，平均為12°。

圖2 研究區(qū)遙感影像鳥瞰圖煤礦回采區(qū)

圖3 研究區(qū)地質(zhì)剖面圖(位置見圖1剖面線I-I′)

礦區(qū)斷層較發(fā)育，有柏枝樹斷層、大榜斷層(圖1紅實(shí)線)。柏枝樹斷層分布于礦區(qū)中部，柏枝樹至大石堡一線，長4 km，走向NE—SW向，傾向NW，傾角65°～75°，斷層破碎帶寬5～10 m，水平斷距50 m左右，為逆斷層；大榜斷層分布于礦區(qū)中部大榜一線，長3 km，走向NE—SW向，在柏枝樹南西1.3 km附近與柏枝樹斷層相交，斷層傾向SE，傾角60°～65°，斷層破碎帶寬3～8 m，水平斷距400～500 m，地層斷距40 m，為逆斷層。煤礦工作區(qū)與斷層無接觸關(guān)系，故采煤工作面未受到斷層影響。

經(jīng)過實(shí)地考察，研究區(qū)煤礦礦井設(shè)計(jì)采用斜井開拓方式，全礦井劃分為三個(gè)采區(qū)開拓全井田(圖5右)，采區(qū)內(nèi)各區(qū)段為下行式開采，煤層開采順序?yàn)镵2、JK聯(lián)合開采，平均層間距8～10 m，煤層傾角6°～15°，平均傾角12°。煤礦東區(qū)井田K2、JK聯(lián)合開采，JK層較薄，采深160 m，采厚1.6 m，工作面平均走向長度220 m，傾向長度110 m，開采面積約24 000 m2；煤礦西北區(qū)井田K2、JK聯(lián)合開采，采深200 m，采厚1.8 m，工作面走向長度280 m，傾向長度100 m，開采面積約28 000 m2；煤礦西南區(qū)井田K2、JK聯(lián)合開采，采深250 m，采厚1.8 m，工作面走向長度420 m，傾向長度100 m，開采面積約42 000 m2。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 SAR數(shù)據(jù)的選取

本文數(shù)據(jù)選取了日本JAXA宇宙航空研究中心研發(fā)的L波段ALOS-PALSAR 2衛(wèi)星條帶模式數(shù)據(jù)，其優(yōu)勢在于重訪周期短(14 d左右)、波長較長、分辨率高，能較好地克服植被失相干、適應(yīng)大變形，適合采礦地質(zhì)[32]。工作區(qū)石漠化較嚴(yán)重，SAR信號(hào)反射強(qiáng)度高，InSAR相干性好。因?yàn)槔走_(dá)衛(wèi)星是側(cè)視成像，因此會(huì)產(chǎn)生頂?shù)椎怪?、陰影、疊衍等問題，研究區(qū)最大高差達(dá)1600 m，坡度陡，在SAR成像方面存在以上問題，而升降軌兩種觀測角度可以很好地互補(bǔ)，所以選用選取升軌8景、降軌7景共15景SAR數(shù)據(jù)(表1)。使用美國30 m分辨率的SRTM作為高程數(shù)據(jù)去除干涉相位中的地形相位。

表1 SAR數(shù)據(jù)基本參數(shù)

2.2 處理方法與過程

圖4 PALSAR-2升、降軌基線圖

本文使用GAMMA商業(yè)軟件處理，D-InSAR方法第一步是根據(jù)時(shí)間和空間基線選取主影像與其他像對(duì)進(jìn)行配準(zhǔn)計(jì)算；第二步是DEM與SAR影像的配準(zhǔn)與裁剪，采樣出DEM與主影像位置一致的范圍，用以去除地形相位、解纏干涉圖；第三步利用配準(zhǔn)好的影像對(duì)計(jì)算干涉相位，利用配準(zhǔn)后的DEM計(jì)算地形相位，從干涉相位中去除地形相位、平地相位等，生成差分干涉圖。最后對(duì)干涉圖濾波、解纏得到解纏相位。采用8景升軌、7景降軌數(shù)據(jù)分別進(jìn)行了干涉處理。升、降軌分別選擇20171224景和20180228景為主影像進(jìn)行配準(zhǔn)，地表變形量大時(shí)間基線過長會(huì)影響解纏效果，故干涉對(duì)的選擇使用多參考以150 d時(shí)間基線和120 m空間基線為閾值計(jì)算出來，另額外填加20170514—20170611、20171224—20180415、20170514—20180415、20170806—20180415、20170426—20171206、20170426—20180228、20170426—20180509、20170524—20171206、20170524—20180228、20170524—20180509、20170715—20180228、20170715—20180509干涉對(duì)保持時(shí)間分辨率連續(xù)(基線圖如圖4)。綜合單視影像幅長、幅寬與方位、距離向分辨率并盡可能地保持高分辨率，確定了2∶2的多視比，居民區(qū)較為穩(wěn)定，故選擇煤礦東北側(cè)居民區(qū)為解纏起算點(diǎn)，使用最小費(fèi)用流法進(jìn)行解纏。影像覆蓋區(qū)域相對(duì)于金沙江河谷高差較小，且研究區(qū)范圍內(nèi)河流較少，水汽含量均一，大氣誤差較小，誤差源主要為軌道誤差。故本文在處理D-InSAR過程中，在兩次移除軌道誤差后，高程帶來的大氣誤差的去除和適應(yīng)性濾波去除湍流大氣均采用大窗口濾波，減少對(duì)礦區(qū)實(shí)際變形量的影響，最后投影到UTM坐標(biāo)，最終共得到25景干涉圖。

上述方法存在一些限制：1)只能處理一個(gè)SAR數(shù)據(jù)集；2)只產(chǎn)生視距變形時(shí)間序列，在復(fù)雜信號(hào)情況下難以解釋；3)產(chǎn)生的時(shí)間序列具有有限的時(shí)間覆蓋和粗糙的時(shí)間分辨率等。

如果有多個(gè)軌道的SAR數(shù)據(jù)，可以產(chǎn)生地面變形的多維時(shí)間序列，包括東西向水平分量和垂直分量，同時(shí)利用SAR數(shù)據(jù)集中的所有數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)不間斷的時(shí)間覆蓋，提高時(shí)間分辨率。通常的情況來估計(jì)地面變形是將InSAR測量值除以余弦值，即假設(shè)變形區(qū)無水平方向位移，只在豎直方向的位移量條件下獲得的。然而，這種不良的假設(shè)可能會(huì)導(dǎo)致對(duì)實(shí)際可能發(fā)生在垂直和水平方向上運(yùn)動(dòng)的錯(cuò)誤解釋[33]。此外，如果表面位移處在垂直于LOS方向的方位方向上，那么表面位移就會(huì)被丟失。通過利用從至少三個(gè)成像幾何形狀獲得的多個(gè)InSAR測量，我們理論上可以將位移矢量擴(kuò)展到3D[19,21]。

3 計(jì)算結(jié)果與實(shí)際對(duì)比

3.1 時(shí)序計(jì)算結(jié)果

本文收集了煤礦2017—2018年的地下采空過程和范圍(圖5)，與InSAR變形圖對(duì)比可以看到在2017年以前煤礦地表幾乎無變形出現(xiàn)；2017年下半年以后，隨著開采的進(jìn)行，采區(qū)地表開始出現(xiàn)明顯沉降變形，局部變形量很大并造成影像干涉失相干現(xiàn)象(圖6)。

由2017年4月26日至2018年8月19日獲得的差分干涉圖中(圖6a—i)，在研究區(qū)內(nèi)分解出多個(gè)形變區(qū)。

3.2 地下采煤誘發(fā)的地表變形的滯后時(shí)間

圖6中黃色框區(qū)域a對(duì)應(yīng)2017年下半年回采區(qū)，從圖6(c)—(g)影像中得出變形范圍主要處在采空區(qū)上方及西南側(cè)附近200 m內(nèi)地區(qū)，變形時(shí)間在2017年7—12月，與地下采礦時(shí)間2017年6—12月存在約1個(gè)月的滯后時(shí)間。結(jié)合圖6(c)—(d)，影像5—7月為出現(xiàn)變形，6—8月開始出現(xiàn)少量變形，判斷出變形開始時(shí)間為2017年7月下旬；從圖6(e)中看出，8—11月為變形最大階段覆蓋采區(qū)上方及附近區(qū)域，干涉圖中局部區(qū)域出現(xiàn)由于變形量很大造成的失相干現(xiàn)象(遙感影像呈黑色)；在圖6(f)、(g)中看出，僅11—12月期間回采a區(qū)西側(cè)有局部變形，2018年時(shí)間段該區(qū)幾乎無變形出現(xiàn)。

圖5 煤礦回采區(qū)分布圖

圖6 D-InSAR觀測結(jié)果與地下煤開采布置對(duì)照?qǐng)D(a、b、c表示煤礦回采區(qū))

b區(qū)域?yàn)槊旱V2018年1—6月回采區(qū)，在布置圖中的時(shí)間信息看出該回采區(qū)自西向東掘進(jìn)，從圖6(g)—(h)干涉圖中看出，變形區(qū)處于各段回采區(qū)中心自西向東移動(dòng)，與布置圖中掘進(jìn)方向一致，在遙感影像中表現(xiàn)為以采空區(qū)為中心的沉降漏斗式變形。根據(jù)影像中變形位置與時(shí)間對(duì)照推測變形時(shí)間與實(shí)際采空時(shí)間存在1個(gè)月左右的滯后時(shí)間。圖6(g)為2018年初至4月的累計(jì)變形，而影像中變形區(qū)范圍僅對(duì)應(yīng)于煤礦2018年1—3月回采區(qū)范圍；圖6(h)為2018年3—5月累計(jì)變形值，變形區(qū)對(duì)應(yīng)于煤礦2018年4月采區(qū)；圖6(i)為2018年7—8月中旬累計(jì)變形，變形區(qū)對(duì)應(yīng)于煤礦2018年6月采區(qū)。從變形時(shí)間與地下采煤時(shí)間對(duì)照發(fā)現(xiàn)，地表變形時(shí)間滯后地下采煤時(shí)間約30 d。c區(qū)域開采時(shí)間在7月份之后，圖6(i)中未出現(xiàn)變形，也證明地下采空反應(yīng)到地表存在一定的滯后時(shí)間。

根據(jù)b區(qū)域工作面較長，地下開采時(shí)間與SAR數(shù)據(jù)干涉對(duì)時(shí)間分辨率較高的特點(diǎn)，沿b區(qū)域走向方向作出時(shí)間滯后曲線(圖7)。橫軸代表時(shí)間，縱軸為地面投影距離。觀察到紅藍(lán)線橫向偏差即滯后時(shí)間。

圖7 b區(qū)域橫向地下采空與地上沉陷時(shí)域?qū)Ρ葓D

3.3 野外現(xiàn)場驗(yàn)證

圍繞采空區(qū)及附近山體進(jìn)行了野外現(xiàn)場調(diào)查，發(fā)現(xiàn)采空區(qū)上方有大面積塌陷坑出現(xiàn)，規(guī)模不等；采空區(qū)上方山體坡度較陡處，地面有拉張和擠壓變形破壞(圖8)。

4 地下采空與地表變形關(guān)系

4.1 InSAR觀測結(jié)果三維分析

國內(nèi)緩傾地層采空區(qū)滑坡地表變形研究較少，僅有李宏杰[34]、李濱[35]等人做過研究。塌陷區(qū)與沉降區(qū)分布范圍大，地面實(shí)測變形較難開展，且D-InSAR獲得的干涉影像為LOS視線向變形值不是實(shí)際地表形變位移場，故本文使用了P2升、降軌時(shí)間基線較近的兩對(duì)干涉影像20170514—20171224、20170524—20171206做三維分解處理來獲取地表三維形變值，分解區(qū)域?qū)?yīng)于煤礦2017年下半年采區(qū)，三維分解示意圖見圖9。因?yàn)橹挥猩⒔祪蓚€(gè)方向的SAR影像，對(duì)于模糊度較高的南北方向變形量不易準(zhǔn)確計(jì)算，所以本文沒有北方向變形量分解。得到2017年5—12月地表的垂直向、東西向的變形量。計(jì)算公式如下：

(1)

(2)

ai=cos?inc,i(i=1,2)

(3)

(4)

式中：du、de——垂直向、東西向變形量；

?！D(zhuǎn)換系數(shù)；

dlos,1、dlos,2——升、降軌兩干涉對(duì)變形值；

?inc,i、αaz,i——入射角和方位角。

4.2 順層采煤地表變形規(guī)律

圖10為對(duì)2017年5月至12月的升、降軌影像三維分解得到該地區(qū)垂直向和東西向變形圖。在垂直方向上，受地下采空影響采空區(qū)上方地表整體為以采空區(qū)為中心的地表下沉為主，最大下沉值30 cm位于采空區(qū)西側(cè)角點(diǎn)，采區(qū)變形量大出現(xiàn)失相干現(xiàn)象；回采區(qū)四周100 m范圍內(nèi)均有沉降產(chǎn)生，尤其在西、南兩側(cè)沉降較大，最大沉降量10 cm；在東西方向上，采空區(qū)地表西側(cè)、西北及西南側(cè)附近巖土體以向東運(yùn)動(dòng)為主最大位移值22 cm，東側(cè)巖土體表現(xiàn)出較小位移值且運(yùn)動(dòng)方向不一。

推測形成上述地表變形特點(diǎn)的原因有：

(1)該區(qū)域?yàn)橄蛐本弮A地層傾向北方，且該處地表坡度方向?yàn)闁|，煤層采空后，地下巖層受重力作用有沿產(chǎn)狀及坡向運(yùn)動(dòng)趨勢而發(fā)生塌陷，其上覆巖體的移動(dòng)便可能涉及到地表，引起地表下沉，造成上方地表沉陷區(qū)向西側(cè)發(fā)展。

圖8 地表變形破壞的野外驗(yàn)證

圖9 三維分解示意圖[33]

(2)在巖體傾斜成層條件下，自重方向不與巖層層面垂直，在自重作用下，巖體除發(fā)生垂直于層面方向的彎曲外，還產(chǎn)生沿層理方向的順層滑移，外加地表坡度因素造成采空區(qū)地表在東西向以東方向運(yùn)動(dòng)為主。而東側(cè)地表的運(yùn)動(dòng)形成原因可能是受順層滑移和地下采空塌陷使外側(cè)巖土體向中心水平移動(dòng)的綜合結(jié)果。其結(jié)果使采空區(qū)上山部分巖石受拉，下山部分受壓。采空區(qū)兩側(cè)巖土體在側(cè)向壓力下有水平運(yùn)動(dòng)趨勢，造成采空區(qū)上方附近地表形成與運(yùn)動(dòng)方向垂直的拉裂縫。

4.3 邊界角的計(jì)算

根據(jù)我國開采沉陷研究的現(xiàn)有規(guī)范，本文根據(jù)地表移動(dòng)盆地主斷面與10 mm下沉等值線的連線與水平線在煤柱一側(cè)的夾角來計(jì)算出上、下山移動(dòng)角。煤礦2017年下半年回采區(qū)內(nèi)有對(duì)應(yīng)與該開采時(shí)間段的垂直向變形值，故根據(jù)遙感影像變形等值線計(jì)算出了該地區(qū)緩傾巖層采空區(qū)的上山邊界角和下山邊界角，如圖11～12所示數(shù)據(jù)，計(jì)算得出上山邊界角70.23°，下山邊界角58.69°，為類似地區(qū)判斷地下采空范圍提供依據(jù)。

圖10 基于升、降軌觀測的三維形變量分解

5 討論

圖11 2017年下半年回采區(qū)引發(fā)的地表垂直沉降等值線圖(白色范圍為失相干區(qū))

圖12 緩傾斜煤層采礦地面沉降邊界角計(jì)算示意圖(圖11中A—A′為計(jì)算等值剖面線)

本文雖然通過D-InSAR方法計(jì)算出地下采空與地表變形的滯后時(shí)間與東西向、垂直向變形值，但計(jì)算與分析過程存在誤差和一些不確定性因素，包括存在失相干區(qū)的最大形變量的確定，滯后時(shí)間的確定，InSAR解算的精度問題。在4.2節(jié)中，在有失相干的情況下最大沉降量、位移值等為已知數(shù)據(jù)得出的最大值不包括失相干區(qū)。在煤礦采空區(qū)地表大變形區(qū)域，很容易在差分干涉解纏過程中造成解纏錯(cuò)誤，形成失相干現(xiàn)象。在InSAR技術(shù)發(fā)展中Offset Tracking技術(shù)利用強(qiáng)度信息來提取變形值可以解決大變形帶來的失相干問題[36]，但偏移量追蹤窗口與步長選取以及后處理過程中的濾波方法會(huì)引入較大誤差，計(jì)算精度很難掌握，且Offset Tracking結(jié)果不易與D-InSAR結(jié)果相融合進(jìn)行三維分解計(jì)算，故本文未進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算。本文根據(jù)煤層地下開采資料與地表變形時(shí)間確定的變形滯后時(shí)間為該區(qū)域地質(zhì)條件下的時(shí)間滯后，采深、采厚、巖層、巖性、開采工藝等因素未考慮在內(nèi)。分析結(jié)果存在一定的誤差，誤差主要來源有：地下開采資料與實(shí)際施工存在時(shí)間誤差；地表變形距離的確定為10 mm沉降邊界，濾波處理中會(huì)造成沉降量計(jì)算誤差；地表變形時(shí)間段根據(jù)升、降軌各時(shí)間段是否變形的互補(bǔ)性確定，較低的時(shí)間分辨率會(huì)在分辨率方面影響實(shí)際變形區(qū)段的確定；本文使用的三維分解方法為升、降軌D-InSAR反演東西向與垂直向變形，緩傾地層煤礦塌陷地表位移復(fù)雜，無法通過假設(shè)性原則估算出南北向運(yùn)動(dòng)，但D-InSAR計(jì)算出的LOS變形與Offset Tracking計(jì)算出的距離向和方位向變形可以很好地反演出南北向運(yùn)動(dòng)，對(duì)煤礦采空區(qū)地表運(yùn)動(dòng)有較大應(yīng)用價(jià)值，也是本文作者以后的研究方向。

6 結(jié)論

(1)InSAR可以識(shí)別計(jì)算出采礦區(qū)地表變形的范圍與沉降量，礦區(qū)變形在干涉影像中表現(xiàn)為以采空區(qū)地表為中心向四周擴(kuò)散的圓環(huán)狀變形條紋。

(2)地表變形區(qū)域覆蓋地下采空區(qū)上方及附近地表區(qū)域，根據(jù)地表變形情況與地下采空區(qū)范圍計(jì)算出該地區(qū)上山邊界角約70°、下山邊界角約58°。

(3)地下采空與地表沉降變形存在約30 d的時(shí)間滯后。

(4)順層地下采空引發(fā)的地表水平移動(dòng)方向受地層產(chǎn)狀、地表坡向共同作用，水平向?yàn)檠貙用娴捻槍踊婆c向沉降中心匯聚的合成運(yùn)動(dòng)結(jié)果。

(5)沿層面的順層滑移與地表坡度因素疊加造成采空區(qū)地表上山側(cè)巖石受拉產(chǎn)生拉裂縫，下山側(cè)易產(chǎn)生塌陷坑及裂縫。