基于长时序InSAR的金属矿山地表形变监测技术研究

作     者：李诗雨 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘莉

授予年度：2022年

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

主      题：InSAR 地表形变 金属矿山 诱发因素 

摘      要：我国矿产资源十分丰富,矿山大面积开采导致的地表形变问题日益突出。金属矿山的地表结构因高强度的开采遭到破坏,矿区周边生命财产安全受到严重的威胁,因此,长时序监测矿区地表变化至关重要。采用充填法开采的金属矿山地表出现地裂缝或地面沉降,采用无底柱崩落法采矿的金属矿山随时伴有地面塌陷的发生。传统监测难以获得精确、大面积的地表形变监测数据,因此,弥补这些缺点的具有全天时、全天候、敏感度高的InSAR技术逐渐应用于金属矿山地表形变监测。在InSAR技术基础上,又发展了D-InSAR技术、PS-InSAR技术、SBAS-InSAR技术。本文选择Sentinel-1A作为基础数据,选取某铁矿为研究区。首先,基于三种InSAR技术监测研究区的地表形变,探讨适用于金属矿山地表形变监测的InSAR技术,分析不同InSAR技术的区别与适用场景。其次,以研究区GPS监测数据为真值,评估InSAR监测结果的精度,验证InSAR技术监测金属矿山地表形变的可行性与可靠性。最后,基于InSAR监测结果结合自然及人为因素分析地表形变的成因。研究成果如下:(1)基于D-InSAR技术短期监测结果显示,除去矿区中心位置沉降量较大外,大部分区域地表变化较小。基于两种时序InSAR技术监测结果显示,自2017年至2021年矿区中心位置地表沉降,矿区周围生态治理区地表抬升,两种方法监测结果一致。(2)从多方面对两种时序InSAR监测结果对比显示,两种时序InSAR监测地表变化趋势相同,但二者监测结果数值不一致,这与两种技术监测方式有关。PS-InSAR技术监测稳定点的精度高于SBAS-InSAR,但SBAS-InSAR适用于大面积地表监测。(3)利用矿区GPS数据对D-InSAR、PS-InSAR和SBAS-InSAR监测结果进行精度评估。结果显示,三种技术监测结果的中误差均满足精度要求,D-InSAR、PS-InSAR和SBAS-InSAR监测结果与GPS数据分别呈相关、强相关和较强相关。(4)阐明了自然和人为因素与金属矿山地表形变的关联性,获得了降水、开采和充填与地表形变相关关系。本文可为InSAR技术在金属矿山地表形变监测的应用研究提供科学依据,研究成果能为金属矿山地表形变预测预警提供重要技术支撑。