空间大地测量资料约束下的西安地面沉降灾害机理研究

Ground subsidence disaster has become serious disaster that restricts the regional economic sustainable development and threats urban planning construction. So deeply studying the mechanism of ground subsidence disaster, especially combining valuable information in geological with space geodetic measurement techniques which have huge advantage in ground subsidence disaster monitoring, is of great practical significance for ground subsidence disaster prevention and mitigation. In this project the author selects Xi'an area to carry out detailed research, which has typical, complex mechanism and serious hazard ground subsidence disaster. On backgrounds of regional geological exploration data and continental dynamics and constrained by the earth's surface deformation of large-scale, high-precision and high-resolution obtained with spatial geodetic technologies, the target of this project is to study the land subsidence mechanism analysis methods caused by the engineering effects of urban construction with consideration of its physical properties. The emphasis is on studying and establishing the related mechanisms action model between ground subsidence and ground fissures which is peculiar to Xi'an, as well as the comprehensive mechanism model affected by multi factors on the background of continental dynamics. Then it can be obtained the comprehensive and in-depth understanding of the disaster mechanism of Xi'an ground subsidence. The research of this subject will provide important theoretical and practical reference value for urban construction planning, the safety insurance of large linear projects implementation, and ground subsidence disaster prevention and reduction in Xi'an areas.

地面沉降灾害目前已成为严重制约我国区域经济可持续发展、极大威胁城市规划建设的灾害。因此，深入开展地面沉降灾害机理研究，特别是结合地质勘查等宝贵资料与空间大地测量技术在地面沉降灾害监测中巨大优势的研究，对于地面沉降防灾减灾具有十分重要的现实意义。本课题选取地面沉降灾害典型、成灾机理复杂、致灾程度严重的西安地区开展细致的研究。目标是在区域地质勘查资料及大陆动力学背景下，以空间大地测量技术获取的大范围、高精度、高分辨率的地表形变信息作为约束条件，研究顾及城市建设工程效应实际物理属性的地面沉降机理分析方法，重点研究并建立西安独特的地面沉降与地裂缝成灾相关性活动机理模型，以及在区域大陆动力学背景下多因素影响的地面沉降灾害综合机理模型，以获得对西安地面沉降灾害机理全面、深入的认识。本课题的研究工作将为西安城市规划建设，确保大型线性工程安全实施及防灾减灾提供重要的理论与实际参考价值。

地面沉降灾害已成为我国影响面最广泛的环境地质灾害之一，严重制约着区域经济可持续发展、极大威胁城市规划建设等。地面沉降的孕育和发生是地壳内营力或外部因素造成，灾害发生的同时地表会呈现出某种形式和量级的形变信息。这些地表形变信息则是认知沉降灾害最直接的途径，而空间大地测量技术就是一种能够高精度获取地表形变信息的有效手段。据此，本课题选取我国地面沉降灾害典型的西安地区，针对西安地面沉降与城市工程建设荷载及抽取地下水、地裂缝构造活动及区域大陆动力学环境影响的相关性，开展了有关利用InSAR与GPS空间大地测量技术高精度获取西安地表形变信息，及有效将高精度空间大地测量成果与区域地质、地球物理及水文等资料相结合构建灾害形变模型的一些关键技术问题开展了深入研究工作。主要研究成果如下：.（1）构建了西安区域承重土层与其表面建筑物荷载模型，从建筑规模、建筑容积率、建筑分散密集三方面，模拟分析了不同工况下工程建筑荷载导致地面沉降特征；.（2）构建了西安水文地质三维结构模型，采用压密方程计算分析了抽取地下水理论可引起的地面沉降量及沉降分布特征；.（3）融合C波段Envisat、L波段ALOS和X波段TerraSAR-XSAR影像数据，高精度获取了西安长时间序列地面沉降变化量，掌握了西安地面沉降现状及发展特征；.（4）采用顾及板块运动、基准点稳定性及系统参数的区域基准模型，高精度获取了西安地区不同时间段高精度点位地面沉降量值及沉降变化特征；.（5）基于弹性位错理论，采用粒子群结合蒙特卡洛搜索算法，建立了西安地裂缝活动与地表变形关系模型，在InSAR与GPS监测形变量约束下，获得了地裂缝均匀滑动与非均匀滑动与地表沉降特征，揭示了地裂缝活动与地表沉降活动的内在关系。.（6）利用不同时间段中国地壳运动观测与陆态网络工程高精度GPS监测成果，采用块体应变理论结合数理统计假设检验法，研究并建立了汾渭盆地及周边地块合理的地壳运动形变应变模型，模型求解结果均揭示出汾渭盆地现今大陆动力学环境是以显著NW-SE向拉张构造应力场为主的特性；.（7）基于高精度GPS监测成果，构建了渭河盆地三维有限元动力学模型，模拟获得了大陆动力学作用下渭河盆地构造应力场分布特征及其与地质灾害展布内在关系。.课题研究工作及成果对西安城市规规划建设，确保大型线性工程安全实施及放灾减灾研究，提供了重要的理论与技术支撑及有价值的参考。