黄河三角洲地面沉降监测与形成机理研究

Lots of oil wells distributed in the Yellow river delta will be used as permanent scatterers to build an arithmetic distinguishing the ground vertical differences from InSAR images during a short period. The repeated leveling of some bench marks was used to calibrate the PS-InSAR model results to obtain a short period and high precision information of delta ground subsidence. The Ground Penetrating Radar (GPR) is used to lock-on the distribution and its depth of sign stratum such as old shell bank which formed near coastal line and in similar elevation position. The historical map and charts, remote sense images, geological drill and separated stratum mark survey data will be integrated to obtain information of delta ground subsidence in a little longer period of time. The ground subsidence character of space-time change will be analyzed. The contribution of factors which impact ground subsidence is estimated and the primary factor is selected in different time and space scale, and finally the contribution of natural and man-made impacts on delta ground subsidence will be separated. On the base of the research, a concept model of ground subsidence mechanism will be analyzed and built. The research will be helpful on the prediction of ground subsidence,decrease and prevention natural disasters,and the research of uncertain sea-level rise theoretically.This study will be beneficial to the development of the delta areas and be scientific guide in building of river bank and tidal proof dam, oil well platform and ground water pump.

将黄河三角洲非城区平原上大量分布的油井平台作为永久散射体，建立PS-InSAR地面形变提取技术的识别算法；结合重复水准测量数据，开展短期、高精度的垂直形变遥感监测方法研究；利用探地雷达探测与追踪形成时代相同、高程相近、位于古海岸线附近的贝壳堤等标志地层的埋深及其分布，结合历史图件、遥感影像、工程地质钻孔与分层标等数据监测中长期三角洲地面沉降量；分析其地面沉降的时空变化特征。分时段、分区域评价影响地面沉降各因素的作用强度和引起地面沉降的主导控制因素，定量分离人为与自然因素在黄河三角洲地面沉降量中的贡献；在此基础上，分析与构建黄河三角洲地面沉降机制模型。本项目的完成可为黄河三角洲地区地面沉降趋势预测、减灾防灾与有效应对未来不确定的海平面上升研究奠定理论基础，同时也为黄河三角洲的经济发展、黄河下游河道河堤与防潮大坝的修建、油田与海滩的开发与维护、地下水抽取提供科学依据。

随着气候变化引起的全球绝对海平面的不断上升，地面沉降在相对海平面上升中的作用也逐渐凸显。许多三角洲和海岸地区地面沉降的变异规律及主要控制机制复杂多变，各种地质因素或人类活动对地面沉降的贡献量仍存在很大争议。本项目因此选择黄河三角洲为典型研究区开展相关研究。项目首先选取覆盖研究区的SAR影像80景（1992-2000年39景，2007-2010年41景）采用PSInSAR及SBAS时序分析技术提取地表形变信息，利用大量水准点验证结果，发现在黄河三角洲东北部的大部分区域监测到的沉降分布区与城镇建筑及油田分布重合性较好。又结合黄河河道、岸线变迁、软土分布等，初步估算引起沉降的主要因素为沉积物固结压实和石油开采，而在三角洲的西南部地下水开采和油气开采是造成大幅度沉降的主要原因。为此进一步收集了西南部区域的地下水监测资料，研究显示，区域深层地下水开采造成的第二、三粘性土层压缩为主要贡献层，结合分层标监测认为华北平原区内越深层超采对地面沉降的影响越会加剧。而对三角洲东北部地区沉积物固结压实造成的沉降主要利用152个钻孔数据采用土力学方法估算出软土层为主要贡献层其固结所需的时间，最短需13.2年，最长需52.8年；采用蒙特卡罗模型对1855年以来形成的沉积相及速率机理模拟显示，浅层沉积物的90%累积概率的最大压实速率为18.68 mm/a，最小压实速率为6.19 mm/a。沉积厚度每增加1 m，压实速率约增加1.3 mm/a。地表荷载增加造成的沉降主要估算城镇建筑物造成的沉降平均约为1.89 mm/a。地质历史时期的沉降量主要利用探地雷达（GPR）探测海相层和残留贝壳堤，经过高程校正和相对海平面变化曲线构建估算平均约为0.07 mm/a，利用验潮站估算的百年尺度的海平面变化引起的地面沉降量约为2.0 mm/a。最后利用权重模型（Weights-of-evidence model）评价各影响因子，将结果输入到沉降驱动机制模型（Merchant）构建分析预测模型。通过本项目的开展对全面深入理解三角洲地面沉降特征、驱动因素及其产生的环境效应评价十分必要，其成果将为研究三角洲演化、应对海平面上升等提供必要的支撑。