[发明专利]一种基于力源反演的构造断裂与地面沉降形变分解法

说明书

本发明公开了一种基于力源反演的构造断裂与地面沉降形变分解的方法，首先对研究区的SAR影像进行时序干涉处理，获取对应的年平均形变速率或形变时间序列；然后选取受地面沉降、构造断裂综合影响的形变区进行反演模型相关参数设置；进而对反演模型进行格网化，并通过格林函数与附加限制条件的线性最小二乘方法计算出各格网的压缩量，并结合格林函数正演出因地下水开采引起的地面沉降；最后将恢复所得的地面沉降形变从InSAR技术获取的地表形变中去除，得到构造断裂引起的地表形变。该方法对构造断裂形变与地面沉降形变综合出现、共同影响的研究区域的地质灾害的成灾模式以及防灾减灾具有指导意义。

技术领域

本发明涉及地表形变监测技术领域，特别涉及一种基于力源反演的构造断裂与地面沉降形变分解法。

背景技术

在地球的很多区域同时受到构造断裂、岩浆活动、地下水开采、地下采矿、滑坡、地裂缝等不同组合的多源机制影响，表现在地表为多源形变叠加后的综合形变场，给人民的人身安全与财产安全带来了巨大的威胁。不同形变场信息的发生机制不同，地表形变表现不同，引起的后果不同，采取的防治措施也不同，因此对多源机制引起的综合形变场进行合理分解是一项兼具科学意义与工程价值的研究。如何有效地分离出不同尺度形变对区域地表形变的贡献越来越受到重视。

目前，采用空间大地测量技术进行地表形变监测时获取的地表形变大都是研究区的综合形变场，即不同尺度力源引起的形变综合作用的结果。绝大部分学者进行地表形变监测与分析时，忽略了影响量级较小但影响尺度较大的形变，仅考虑单一因素引起的形变(如地面沉降等)。常用的构造断裂形变监测方法主要为高精度的水准测量技术，该技术费时费力、覆盖范围有限，无法实现大范围高精度的形变监测。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于力源反演的构造断裂与地面沉降形变分解法，利用地面沉降、构造断裂形变各自的机理特性，采用合适的地球物理模型进行地面沉降与构造断裂形变的分离，分析不同机制对地表形变的贡献，从而实现大范围高精度的形变监测。

本发明提供了一种基于力源反演的构造断裂与地面沉降形变分解的方法，该方法具体步骤如下：

首先对研究区的SAR影像进行时序干涉处理，获取对应的年平均形变速率或形变时间序列；然后选取受地面沉降、构造断裂综合影响的形变区进行反演模型的相关参数设置，进而对反演模型进行格网化，并通过格林函数与附加限制条件的线性最小二乘方法计算出各格网的压缩量；再采用格林函数正演出因地下水开采引起的地面沉降；最后将正演所得的地面沉降形变从InSAR技术获取的综合地表形变中扣除，得到构造断裂引起的地表形变；

该方法的具体步骤如下：

步骤1：模型参数的最优化确定，采用分布式矩形位错模型进行地表沉降形变反演；

矩形位错反演模型参数与地表形变观测数据之间满足如下公式：

d＝G(m)+ε (1)

其中，d表示地表形变观测数据资料，m表示反演模型参数，包括：矩形位错模型参考点的坐标(X,Y)、长度(Length)、宽度(Width)、走向(Strike)、倾角(Dip angle)、深度(Depth)；G(*)为联系观测数据与模型参数的非线性函数，ε表示观测数据的误差；在具体反演中，参考点的坐标、走向、长度和宽度可通过空间大地测量技术(如合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术、全球导航卫星系统(GNSS)技术)监测的地表形变来确定；深度参数可结合待研究区地下水开采深度给定，也可通过参数的最优化搜索确定；由于地下水开采引起的地面沉降主要表现为地层在垂直方向的压缩，故可将模型的倾向参数设置为0；

步骤2：分布式矩形压缩量的计算

首先对设置的矩形位错模型按照给定的格网大小进行格网化，各子块滑动量与地表形变观测值之间满足线性关系，对应的函数模型为：

d＝GS+ε (2)