通过改进的SBAS-InSAR方法(该方法结合了优化的干涉图选择技术),揭示了塔吉克斯坦霍贾-穆明盐岩体非对称且季节性的地表变形特征
《Remote Sensing Applications: Society and Environment》:Asymmetric and seasonal surface deformation of the Hoja-Mumin salt diapir, Tajikistan, revealed by an improved SBAS-InSAR method incorporating optimized interferogram selection
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时间:2025年10月30日
来源:Remote Sensing Applications: Society and Environment 3.8
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盐岩柱变形监测与驱动机制研究:基于改进SBAS-InSAR方法分析Hoja-Mumin盐岩柱的时空变形特征及其与断层活动、重力、地形、盐岩流变性和区域气候的耦合关系,揭示东西不对称变形与垂直差异沉降规律。
盐岩刺透构造是地质学中一种独特的垂直变形结构,其形成和演化过程受到多种因素的共同作用,包括地壳运动、重力作用、盐岩的流变特性以及区域气候条件等。这些构造不仅对区域地质演化具有重要影响,还常常与丰富的自然资源相伴而生,例如油气藏。因此,对盐岩刺透构造的变形机制进行深入研究,对于资源勘探、地质灾害评估以及地质结构演化分析具有重要意义。本文以塔吉克斯坦南部的Hoja-Mumin盐岩刺透构造为研究对象,探讨其表层变形的时空演化特征及其控制因素。
Hoja-Mumin盐岩刺透构造位于Khatlon省的Vose地区,地理坐标为37°44′N,69°37′E。该构造是典型的刺透型盐岩构造,其顶部直接暴露在地表,具有显著的高程优势。研究区域的海拔高度约为1330米,高出周围平原约860米,形成了一个巨大的盐岩隆起体。盐岩刺透构造的表面积约为55平方公里,其周围地貌特征包括大量塌陷坑、峡谷和裂缝。这些地貌特征不仅反映了盐岩构造的动态演化过程,也为研究其变形机制提供了重要的线索。此外,该地区气候条件具有显著的季节性变化,这为分析盐岩构造变形与外部环境因素之间的关系提供了理想的自然实验场。
在盐岩构造的变形研究中,传统的地质测量方法,如水准测量、光探测和测距(LiDAR)以及全球导航卫星系统(GNSS),虽然在一定程度上能够提供地表变形的信息,但它们在空间覆盖范围、测量精度以及对观测条件的依赖性方面存在一定的局限。近年来,随着干涉合成孔径雷达(InSAR)技术的发展,其在地表变形监测中的应用日益广泛。InSAR技术以其大范围、高精度和全天候、全天时的监测能力,成为研究盐岩构造变形的重要工具。该技术不仅可以捕捉盐岩构造的长期稳定变形,还能揭示其季节性波动,从而为理解盐岩构造的动态演化过程提供了新的视角。
本文采用了一种改进的Small Baseline Subset Interferometric Synthetic Aperture Radar(SBAS-InSAR)方法,优化了干涉图的选择策略,以监测Hoja-Mumin盐岩构造从2017年10月至2023年12月期间的表层变形情况。通过分析Sentinel-1A卫星数据在升轨和降轨轨道上的干涉图,研究人员能够获得高精度的沿视线(LOS)位移图,从而进一步提取垂直和东西向的位移分量。研究过程中,采用了视觉相位解缠质量、相位闭合环一致性以及相干性方差评估等方法,以确保所选干涉图的质量和可靠性。这种改进的SBAS-InSAR方法在处理复杂的地表变形模式方面表现出色,能够有效识别盐岩构造的变形特征及其控制因素。
研究结果表明,Hoja-Mumin盐岩构造的表层变形呈现出明显的不对称性。东西向的变形速率在该区域呈现出显著的差异,其中东向的变形速率约为26.8厘米/年,而西向的变形速率则高达38.6厘米/年。垂直方向的变形速率则在-17.4厘米/年到8.3厘米/年之间变化。值得注意的是,在构造的中心区域,除了长期的线性变形外,还观察到了显著的季节性波动。这种季节性波动可能与盐岩地层中的土壤湿度和温度变化有关,尤其是在富含盐分的土壤中,这些环境因素对地表变形的影响尤为明显。
此外,研究还发现,盐岩构造的变形模式与地形坡度密切相关。在构造的西侧,由于地表坡度较大,盐岩的上升和下沉现象更为显著,而在东侧,由于地表坡度较小,盐岩的变形受到一定的抑制。这一现象表明,盐岩构造的变形不仅受到内部地质因素的影响,还与外部环境条件密切相关。地形坡度对盐岩变形的控制作用可能与盐岩的流变特性有关,盐岩在不同坡度条件下的响应可能表现出不同的模式。因此,地形因素在盐岩构造的变形过程中起到了关键的调控作用。
盐岩构造的变形过程通常涉及多种驱动力的相互作用,包括断层活动、重力作用、地形条件、盐岩的流变特性以及区域气候因素。在Hoja-Mumin盐岩构造的研究中,这些因素共同影响了其表层变形的时空分布。断层活动可能为盐岩的上升提供了通道,而重力作用则驱动盐岩向地表迁移。地形条件决定了盐岩构造在不同区域的变形模式,例如在构造的中心区域,由于地形相对平缓,盐岩的上升现象更为明显。盐岩的流变特性决定了其在不同应力条件下的响应方式,而区域气候条件则可能通过影响土壤湿度和温度,间接调控盐岩的变形速率。
研究还发现,盐岩构造的季节性变形主要受到土壤湿度和温度变化的影响。在某些区域,盐岩的上升和下沉可能与降水和气温的周期性变化密切相关。例如,在雨季,土壤中的水分含量增加,可能会导致盐岩构造的变形速率加快,而在旱季,水分减少则可能减缓变形过程。此外,温度的变化也可能影响盐岩的物理性质,从而影响其变形行为。这些环境因素的变化不仅影响盐岩构造的短期变形,还可能对其长期演化产生重要影响。
通过整合InSAR时间序列数据、温度和降水数据以及地质资料,研究人员能够更全面地分析盐岩构造的变形机制。这种多源数据融合的方法不仅提高了研究的精度,还为理解盐岩构造的复杂变形过程提供了新的思路。此外,研究还揭示了盐岩构造的变形模式与周围地质结构之间的关系,例如断层活动、地层厚度和岩性差异等。这些因素可能共同作用,导致盐岩构造在不同区域表现出不同的变形特征。
盐岩构造的变形研究对于资源勘探和地质灾害评估具有重要意义。在油气资源丰富的地区,盐岩构造的变形可能影响油气藏的形成和分布,因此对其变形机制的深入理解有助于提高资源勘探的效率和准确性。此外,盐岩构造的变形可能引发一系列地质灾害,例如地面塌陷、裂缝扩展和地表沉降等,这些灾害对当地居民的生活和基础设施安全构成威胁。因此,对盐岩构造的变形进行监测和分析,不仅有助于理解其演化过程,还能为地质灾害的预警和防控提供科学依据。
综上所述,本文通过改进的SBAS-InSAR方法,对Hoja-Mumin盐岩构造的表层变形进行了系统的监测和分析,揭示了其变形的时空特征及其控制因素。研究结果表明,盐岩构造的变形不仅受到内部地质因素的影响,还与外部环境条件密切相关。此外,该研究还为InSAR技术在盐岩构造监测中的应用提供了方法学参考,为今后相关研究奠定了基础。未来的研究可以进一步探讨盐岩构造变形的长期演化趋势,以及其与区域气候变化之间的关系,从而更全面地理解盐岩构造的动态行为及其对地质环境的影响。
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