基于D-InSAR的杭州地区地壳形变监测及机理研究

论文摘要

雷达差分干涉测量（D-InSAR:Differential Interferometric Synthetic ApertureRadar）成像技术是20世界末兴起的一种新型空间对地观测技术,是精密地形测绘、微小地表形变测量的重要手段之一。现今地壳形变资料是地壳最新构造运动的直观表征,也反映了区域现今地壳运动特征。本文运用D-InSAR技术对杭州地区近期的地壳形变特征进行了监测,并结合区域地质资料、地球物理资料、水文地质资料以及钻孔资料等对地壳形变机理进行了深入的探讨。本论文主要取得以下研究成果:1、研究了D-InSAR地表形变监测的基本原理和技术流程,并结合杭州地区实际条件,提出了“三轨法”为杭州地区最优的地表形变监测模式。2、对SAR图像斑点噪声形成机理、数学模型进行了深入的研究,提出了改进的小波软阈值法SAR图像去噪方法,并根据平滑指数及边缘保持指数证明该方法的综合性能优于中值滤波、Lee滤波、小波硬阈值和小波软阈值等传统方法。3、分析了相位解缠方法的原理及数学模型,对当前七种相位解缠算法进行实现和优选,分析了各自的适用条件和优缺点,优选出其中最适合杭州地区的基于统计耗费网络流的相位解缠算法,并对解缠效果和计算效率进行了评价;4、提出了提升小波变换融合方法,并与IHS变换等方法进行了比较。同时结合边缘增强等方法对杭州地区断裂的遥感信息进行提取,并结合测年技术、重力及航磁异常处理及野外验证等手段对断裂的活动性进行了分析。认为杭州地区存在着第四纪活动断裂,但全新世晚期以来活动的可能性不大。5、获取了杭州部分地区1997～2000年的地壳形变图。形变整体上呈面状分布,分成了明显的三块区域,分别是以河山、新市为中心的东北平原形变区Ⅰ、以半山、彭埠为中心的中部平原形变区Ⅱ和棣溪北部形变区Ⅲ,其中形变区Ⅰ的范围最广,形变最强烈,最大累计形变量达4.41cm。同时,形变区呈现明显的扇形,并有向四周扩散的趋势。形变区内部及边缘未见明显的线性构造,说明与断裂关联性不大。6、研究了杭州地区地壳形变的区域构造背景、第四纪沉积序列以及地下水发育特征,并对地壳形变的控制因素和机理进行了研究。认为杭州地区的地壳形变不受断层所控制,而且受构造因素影响很小,长期过度地开采地下水是杭州地区大规模地壳形变的最主要原因。同时绘制了塘栖-乔司第四系综合柱状对比图和蒋村-下沙等3条地质剖面,认为杭州地区的地壳形变量与第四系地层厚度呈现明显的负相关性。同时证明了杭州地区地壳形变主要发生在土质松软的粘土层,砂砾石层则贡献有限;利用彭埠、杭州灯泡厂、良渚及沈家的钻孔资料证明了在同等条件下全新统粘土层对形变的影响大于上更新统粘土层;良渚-西兴剖面证明了在高压条件下,砂砾石层也会表现出较为高压缩性并导致杭州城区发生较强烈的形变。初步结果表明,D-InSAR技术用于杭州地区地壳形变监测还是可行的。然而其应用和推广还需作进一步的研究和完善,在具体的应用中还有很多瓶颈问题未得到很好的解决,比如斑点抑制问题、时间去相关问题、相位解缠算法的改进等。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景、目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文的研究内容、创新点及工作量
• 1.3.1 论文的研究内容及创新点
• 1.3.2 论文工作量
• 第二章 研究区概况
• 2.1 杭州地区构造背景
• 2.2 地壳结构模式深层构造形态
• 2.2.1 深部构造特征
• 2.2.2 重力场特征
• 2.2.3 航磁特征
• 2.3 地层概况
• 2.4 主要断裂分布情况
• 第三章 活动断裂遥感信息提取
• 3.1 方法和手段
• 3.1.1 数据源的选取
• 3.1.2 波段组合
• 3.1.3 数字图像处理
• 3.1.4 隐伏异常信息处理
• 3.1.5 断裂解译标志
• 3.2 基于提升小波变换的图像融合法
• 3.2.1 引言
• 3.2.2 提升小波变换
• 3.2.3 遥感图像融合方法及原理
• 3.2.3.1 传统的图像融合方法
• 3.2.3.2 基于提升小波变换的融合
• 3.2.4 试验效果评价
• 3.2.5 融合图像的空间质量评价
• 3.3.6 融合图像的光谱质量评价
• 3.3 断裂构造遥感综合解译
• 3.3.1 萧山-球川断裂带
• 3.3.2 孝丰-三门湾断裂带
• 3.3.3 昌化-普陀断裂带
• 3.4 小结
• 第四章 基于改进的小波软阈值去噪法的建立与相位解缠方法优选
• 4.1 基于改进的小波软阈值去噪法
• 4.1.1 引言
• 4.1.2 SAR图像斑点噪声的产生机理
• 4.1.3 SAR图像斑点噪声的数学模型
• 4.1.4 小波阈值法
• 4.2 改进的小波软阈值法建立
• 4.2.1 试验效果评价
• 4.3 相位解缠原理与方法优选
• 4.3.1 相位解缠原理
• 4.3.2 相位解缠方法
• 4.3.3 不同相位解缠算法的效果比较
• 4.4 小结
• 第五章 杭州地区地壳形变特征监测的实验结果
• 5.1 杭州地区概况
• 5.2 合成孔径雷达干涉测量原理
• 5.2.1 InSAR的几何原理
• 5.2.2 合成孔径雷达差分干涉测量原理
• 5.2.3 差分干涉测量处理模式
• 5.3 InSAR数据处理
• 5.3.1 数据选取
• 5.3.2 数据处理
• 5.4 杭州地区的地壳形变特征
• 5.4.1 概述
• 5.4.2 总体形变特征
• 5.5 小结
• 第六章 杭州地区地壳形变机理研究
• 6.1 杭州地区地壳形变的区域构造背景
• 6.1.1 中国大陆新构造分区特征
• 6.1.2 GPS观测结果
• 6.1.3 杭州地区新构造运动基本特征
• 6.1.4 杭州地区主要断裂的活动性
• 6.1.5 地震与地壳稳定性归属
• 6.2 杭州地区第四纪沉积序列与空间分布
• 6.2.1 第四系研究概况
• 6.2.2 第四系划分
• 6.3 杭嘉湖平原地下水发育特征
• 6.3.1 全新统孔隙潜水含水组
• 6.3.2 上更新统孔隙承压含水组（Ⅰ）
• 6.3.3 中更新统孔隙承压含水组（Ⅱ）
• 6.3.4 下更新统孔隙承压含水组（Ⅲ）
• 6.4 杭州地区地壳形变的控制因素和机理探讨
• 6.4.1 概述
• 6.4.2 杭州地区地壳形变的控制因素与机理讨论
• 6.4.2.1 过度开采地下水对地壳形变的影响
• 6.4.2.2 粘土层发育对杭州地区地壳形变的控制
• 6.5 小结
• 第七章 主要认识和不足
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介