滕軍林

（貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局二總隊，貴州 六盤水 553000）

礦產(chǎn)資源的開發(fā)與利用一般可形成較大規(guī)模的地下采空區(qū)，導(dǎo)致采空區(qū)周圍的應(yīng)力結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，進而引起上覆巖體發(fā)生不同程度的形變、破裂、坍塌等，造成礦區(qū)地表不均勻沉降，進而威脅礦山安全生產(chǎn)，也間接的造成了資源的浪費[1]。

D-InSAR技術(shù)，即合成孔徑雷達差分干涉測量技術(shù)，該技術(shù)是立足于影像數(shù)據(jù)，通過不同時間段的影像數(shù)據(jù)對比，進而分析地表沉降形變的一種方法，在微細形變監(jiān)測中具有良好的應(yīng)用效果[2]。

鑒于上述原因，本文以D-InSAR技術(shù)為基礎(chǔ)，分析該技術(shù)在某金屬礦山沉降形變監(jiān)測中的應(yīng)用，為該礦山的安全生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 D-InSAR技術(shù)流程

礦山沉降形變是人類利用深部礦產(chǎn)資源而誘發(fā)的一種地淺表高程變化及位移的一種表現(xiàn)形式[3]。D-InSAR技術(shù)的原理就是通過不同時間段的高分辨率影像數(shù)據(jù)中微小的形變特征獲取地表沉降形變的，如ENVISAT ASAR影像數(shù)據(jù)等。該技術(shù)的應(yīng)用流程主要包括InSAR影像對的輸入，即不同時段的影像數(shù)據(jù)，包括主影像和從影像；完成影像數(shù)據(jù)輸入后需要配準影像數(shù)據(jù)，再經(jīng)過預(yù)濾波處理、干涉成像、基線估算、差分處理、相位濾波、相位解纏以及形變量估算等步驟（圖1），就可獲得該礦山在某一時間段內(nèi)的形變特征，如沉降量、位移量、位移方向等特征[4]。同時，可根據(jù)形變量估算結(jié)果編制礦山地表沉降形變程度圖等成果性文件，為進一步分析礦山沉降形變提供依據(jù)，進而指導(dǎo)深部采空區(qū)治理。

2 礦山基本概況

研究區(qū)為一長期開采的鉛鋅銅多金屬礦床，礦床成因類型為矽卡巖型礦床。礦區(qū)面積為1.8km2，礦區(qū)邊界為一不規(guī)則的多邊形。

礦區(qū)地形地貌屬于高山峽谷地貌，地形高差變化較大，導(dǎo)致該區(qū)域容易出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害和采礦塌陷等。礦山主要的開采方式為硐采，根據(jù)礦山開采資料顯示，礦山內(nèi)已存在采空區(qū)4處，且在采空區(qū)上方的地表均已出現(xiàn)不同程度的沉降形變，在沉降形變較發(fā)育的區(qū)域出現(xiàn)數(shù)條地裂縫。因此，為進一步研究礦山地表沉降形變發(fā)展規(guī)律，本文以開采前和現(xiàn)階段的ENVISAT ASAR影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用D-InSAR技術(shù)分析礦山地表沉降形變規(guī)律，為礦山的安全生產(chǎn)提供指導(dǎo)性的參考。

3 D-InSAR技術(shù)在礦山沉降形變監(jiān)測中的應(yīng)用

3.1 影像數(shù)據(jù)配準及基線估算

主影像與從影像的配準是沉降形變分析的基礎(chǔ)，不同數(shù)據(jù)解算方式的配準方式存在差異。本文影像數(shù)據(jù)解算方法采用常用的二軌法，該方法能夠有效降低大氣噪聲等，所獲取的形變數(shù)據(jù)精度較高。一般來說，二軌法的影像數(shù)據(jù)配準方式包括兩種類型：一是以精密星歷數(shù)據(jù)以及相干系數(shù)配準影像數(shù)據(jù)；二是以地面控制點為基準點進行影像數(shù)據(jù)的配準[5]。

研究區(qū)主要為COSMO-SkyMed高分辨率雷達衛(wèi)星獲得的ENVISAT ASAR影像數(shù)據(jù)，相對而言，該類影像數(shù)據(jù)的精度較低，為提高影像配準精度，本文選擇以第一種配準方式進行[6]。在影像數(shù)據(jù)配準的基礎(chǔ)上，對影像數(shù)據(jù)進行預(yù)濾波處理和干涉成像處理，再進行基線估算處理。基線管處理主要以研究區(qū)內(nèi)地形地貌相對平緩的區(qū)域進行，就可獲得精度更高的影像數(shù)據(jù)[7]。

在完成上述操作的技術(shù)，結(jié)合礦區(qū)高精度的DEM數(shù)據(jù)對配準后的影像數(shù)據(jù)開展相位模擬處理，將配準后影像數(shù)據(jù)中的地形信息、形變信息等轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的相位信息，為后續(xù)進行數(shù)據(jù)解纏的做準備。

3.2 差分處理及相位濾波

在完成上述操作的基礎(chǔ)上，影像數(shù)據(jù)已經(jīng)轉(zhuǎn)化為包含了形變信息和地形信息的相位信息，即影像數(shù)據(jù)的相位干涉圖。由于相位干涉圖中不僅包含了形變信息，而且存在大量的地形信息，故應(yīng)將相位干涉圖中的地形信息去除，即去地形干涉相位。相位干涉圖形成去地形干涉相位的過程就是差分處理[8]。去地形干涉相位中不僅包含了微小的形變信息，還包含了非線性相位和噪聲相位等信息。故將去地形干涉相位中的噪聲相位、非線性相位等信息剔除的過程就是噪聲濾波處理。完成后就可以進入下一步的相位解纏處理流程。

3.3 相位解纏及地理編碼

在完成去地形干涉相位濾波處理后就可進行相位解纏處理，也是獲取影像數(shù)據(jù)中微小沉降形變信息的基礎(chǔ)[9]。相位解纏方法較多，根據(jù)前人大量研究資料，本文選擇最小費用流法進行相位解纏，原因在于該放過能夠降低影像數(shù)據(jù)中微小形變模糊的問題，所獲得的形變量信息精度也較高[10]。在完成相位解纏的基礎(chǔ)上可以進行地理編碼，并將其統(tǒng)一至相同的坐標系統(tǒng)下，經(jīng)過圖件整飾處理后就可獲得礦山沉降形變圖、礦山沉降位移圖等成果圖件，直觀的將礦山沉降信息表達出來（圖2）。

圖2 礦山沉降形變分布圖

4 礦山沉降形變分析

4.1 沉降形變監(jiān)測結(jié)果分析

由礦山沉降形變分布圖（圖2）可知：在礦山范圍內(nèi)初步識別出沉降形變區(qū)域4處。地淺表沉降形變區(qū)域與深部采空區(qū)域具有高度的空間吻合關(guān)系，其沉降形變空間展布形態(tài)基本與采空區(qū)展布方向一致，且具有采空區(qū)面積越大，地淺表沉降形變規(guī)模越大的變化規(guī)律。

同時，根據(jù)沉降形變量等線圖可知，礦區(qū)內(nèi)的沉降形變大致分為三個等級，即-25mm～0mm、-50mm～-25mm和-100mm～-50mm。其中，礦山內(nèi)最大規(guī)模的沉降形變區(qū)域位于礦山最早形成的采空區(qū)范圍內(nèi)，即CJ1，最大沉降形變量可達-86.7mm，在地表已經(jīng)形成數(shù)條寬窄不等的地裂縫（圖3）。礦區(qū)內(nèi)總的沉降形變區(qū)域可達0.12km2，其中形變量介于-25mm～-0mm的面積為0.07km2，形變量介于-50mm～-25mm的面積為0.04km2，形變量大于-50mm的面積約為0.01km2。

圖3 CJ1沉降區(qū)地表地裂縫

4.2 監(jiān)測精度對比分析

由上文可知，使用D-InSAR技術(shù)能夠獲取礦區(qū)內(nèi)微小沉降形變信息，在實際應(yīng)用中取得了較好的效果。但是，該方法所獲沉降形變量的精度是否能夠滿足相應(yīng)精度要求尚未可知。

故為驗證該方法的精度，本文利用礦山范圍內(nèi)已有的控制點坐標信息，使用傳統(tǒng)的全站儀測量方法進行驗證。根據(jù)礦山早期大比例尺地形圖所保留的控制點坐標，在礦山范圍內(nèi)按照沉降形變分布隨機的選擇了10個控制點進行對比。傳統(tǒng)方法所獲沉降形變量主要通過開采前控制點坐標和現(xiàn)階段控制點坐標對比，D-InSAR技術(shù)所獲三維坐標根據(jù)沉降形變圖所獲得，其統(tǒng)計結(jié)果見表1。由表1可知：本次使用D-InSAR技術(shù)所獲的控制點的三維坐標與傳統(tǒng)方法所獲坐標基本一致，二者的誤差百分比介于-1.67%～1.96%之間，均在±5%范圍內(nèi)，說明該方法所獲礦山沉降形變量精度是較高的，能夠滿足礦山沉降形變監(jiān)測需求。綜上所述，將D-InSAR技術(shù)應(yīng)用于礦山沉降形變監(jiān)測中，其監(jiān)測效果是良好的。

表1 D-InSAR與全站儀監(jiān)測結(jié)果對比表

5 結(jié)語

綜上所述，D-InSAR技術(shù)在礦山沉降形變監(jiān)測中取得了良好的應(yīng)用效果，該方法不僅能夠識別出微小沉降形變信息，而且可以較為直觀的判斷形變位移方向，對全面了解礦山沉降形變特征以及研究礦山沉降形變發(fā)展趨勢等具有較好的指示作用。

同時，根據(jù)沉降形變監(jiān)測結(jié)果可知，礦山最大沉降形變量可達-86.7mm，總沉降形變區(qū)域達0.12km2，其中形變量介于-25mm～-0mm的面積為0.07km2，形變量介于-50mm～-25mm的面積為0.04km2，形變量大于-50mm的面積約為0.01km2。