利用SBAS-InSAR技术监测露天矿引发滑坡的演变过程：以土耳其博卢省的Himmeto?lu滑坡为例

《Advances in Space Research》：Monitoring the evolution of an open-pit mine-induced landslide using SBAS-InSAR: The Himmeto?lu case, Bolu, Türkiye

　　

Bekir Poyraz

土耳其锡瓦斯省锡瓦斯共和国大学理学院物理系，锡瓦斯58140

摘要

2017年12月12日，在博卢省G?ynük区以南约18公里处的一座露天矿场发生了大规模的地质运动。由于这次运动，原本为安全目的而保留的上层矿台出现了严重的裂缝，同时矿场附近的七个住宅区也受到了损坏。本研究利用InSAR技术分析了该地区的地质变化，数据分为时间重叠率为75%的连续时间段进行处理。研究探讨了滑坡前期的变形信号是否能够被检测到，并根据变形区域中识别出的DS点计算了每个时间段的变形率，并详细研究了这些点的变形随时间的变化趋势。此外，还建立了一个覆盖滑坡前期的十个月时间序列，以评估地质运动的变化过程。研究结果表明，在滑坡发生前约10个月，位于滑坡核心区域的DS点出现了向西的水平变形；伴随这种变形的垂直运动表现为抬升和沉降。这些发现为了解地表应力积累、土壤的脆弱性以及地质运动的初始机制提供了重要线索。研究表明，定期监测InSAR数据是一种有效的方法，有助于早期发现缓慢发展的滑坡现象。

引言

滑坡是一种由于自然因素（如地震、坡度、重力和气候条件）以及人类活动（如建筑、采矿、挖掘和填土）导致的大规模土壤或岩石物质移动现象。特别是在采矿过程中进行的大规模挖掘和填土作业可能会引发滑坡，增加滑坡的风险。这类滑坡可能导致人员伤亡和财产损失，干扰生产进程，从而带来劳动力损失。为了最小化这些风险，必须在采矿活动的所有阶段对挖掘和填土区域进行系统而有效的监测。

近年来，世界各地的露天矿场发生了多起程度不一的滑坡事件，造成了严重的生命和财产损失（Li等人，2025；Chen等人，2025；Büyükakp?nar等人，2025；Eker等人，2024；Wang等人，2024；Wang等人，2023；Sun等人，2023；An等人，2023；Sun等人，2022）。为了预防和控制此类灾害，科学合理地评估滑坡对人员和经济资产的影响至关重要，以便有效减轻潜在损失，并加强滑坡风险评估措施，以确保矿场的安全高效运行（Jia等人，2023）。

传统上，露天采矿中的变形监测主要依赖于基于点的测量方法，通过这些点检测到的运动来评估滑坡风险。然而，当监测地点未观察到变形时，人们通常认为该地区没有风险。这种假设使得及时发现滑坡等突发性地质运动并采取有效的预防措施变得困难。此外，由于测量点分布稀疏，这些技术的监测范围有限，只能监控特定目标区域，因此难以覆盖整个监测区域，从而导致人力和成本增加（Chen等人，2020；Wang等人，2020）。露天矿场的异质结构以及持续的挖掘/填土活动会导致不连续面和应力方向随时间发生变化。这表明变形并不局限于特定区域；相反，应将整个研究区域及其周边视为潜在的变形区域。因此，变形监测不应仅限于点数据，而应采用覆盖整个矿场及其周边区域的测量技术（Gül等人，2024）。

传统方法（GNSS、倾斜仪、水平测量、地面大地测量）长期以来一直用于监测矿场的位移（Hui等人，2019）。然而，传统变形监测方法的全面性和有效性正受到越来越多的质疑，这凸显了需要更高效、更全面的监测技术的必要性。近年来，干涉合成孔径雷达（InSAR）技术得到了广泛应用，该技术通过发射微波电磁波来捕获地表反射信号，从而获取同一区域的多张雷达图像（Jiang等人，2021）。当前的研究利用InSAR数据（特别是来自升轨和降轨的图像），获取大尺度、高分辨率的地表数据，用于监测和分析滑坡活动，并能够早期识别危险区域（Liu等人，2026；Rana等人，2026；Yang等人，2026；Liu等人，2025；Dai等人，2024；Kadi和Saralioglu，2024）。InSAR技术能够实现低成本、高分辨率和毫米级精度的距离变化测量（He等人，2021；Poyraz和Hastaoglu，2020；Hastaoglu，2014；Ferretti等人，2007）。凭借这些优势，InSAR已成为监测由采矿活动引起的地表变形（Guo等人，2026；Meng等人，2025；Zhang和Dong，2025；Bai等人，2022；Wang等人，2021；Peng等人，2019）、滑坡（Yang等人，2026；Kadi和Saralioglu，2024；Du等人，2023；Liu等人，2021）以及其他各种地质灾害（Bai等人，2025）的有效方法。

为了有效地进行采矿作业中的变形分析，需要综合评估多个测量点的数据。通过对时间序列的分析，可以独立分析各个点的变形随时间的变化情况。如今，矿业公司力求定期和空间上监测采矿区域的变形情况，根据监测结果评估变形行为，并进行未来预测。这可以通过对SAR数据得出的变形率进行分类，并分析这些分类在不同时间段内的变化来实现。这样可以揭示变形的时间变化趋势（Gül等人，2025）。

2017年12月12日晚上10点左右，在博卢省G?ynük区以南约18公里处的露天矿场发生了地质运动。此次事件导致原本为安全目的保留的上层矿台出现严重裂缝，矿场附近的多个住宅区也受到了结构损坏。虽然没有人员伤亡报告，但有七座建筑受损（图1）。

本研究提出了一种基于时间重叠率为75%的连续时间段的新型InSAR方法框架，以便更详细、更早地确定采矿场的变形过程。虽然现有文献主要关注整个观测期内的单一长时间序列数据，但本研究旨在通过设计这种重叠时间段来探究潜在的季节性影响，并更精确地揭示变形行为的时间变化。在此框架下，利用考虑了矿场具体条件的分析方法，将降轨和升轨轨迹的视距（LOS）速度分量转化为水平（东西向）和垂直（沉降-抬升）变形速度分量。此外，还分析了每个时间段内分布式散射体（DS）的变形速度，以定量评估变形趋势的变化。通过结合长期时间序列分析和基于时期的比较评估，提高了缓慢发展变形过程的早期识别能力，并更清晰地揭示了变形率的突然变化。因此，本研究为基于InSAR的采矿变形分析提供了方法论上的贡献。

章节摘录

研究区域

研究区域位于博卢省G?ynük区以南约18公里处，靠近Himmeto?lu村庄（北纬40°14′7.74″，东经30°46′49.52″）（图2）。该地区属于新近纪湖相沉积盆地，具有富含有机质的地层特征（Ye?iladal?等人，2012）。盆地沉积物由煤层和油页岩层交替排列，同时夹杂着泥岩、泥灰岩和粉砂岩层。地层证据表明……

结果与讨论

对图4的分析显示，在露天矿场边界及其为安全目的保留的上层矿台的八个时间段内，水平变形率和垂直变形率随时间发生了变化。在水平变形率图中，向西的移动用负值表示，并用蓝色显示；而向东的移动用正值表示，并用红色显示……

结论与建议

本研究利用Sentinel-1A卫星图像的InSAR技术，详细分析了滑坡前后的地表变形情况。SAR图像是在八个连续的四个月时间段内进行的评估，这种配置能够高精度地揭示地表运动的空间和时间变化趋势。

分析结果表明，在滑坡前期，尤其是向西的水平移动……

未引用的参考文献

Cruden和Varnes，1996；Chu和Lee，2025；Pawluszek-Filipiak和Borkowski，2020；Poyraz和Hastao?lu，2020；Urgilez Vinueza等人，2022；Wessel等人，2019。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

作者衷心感谢阿拉斯加卫星设施（ASF）提供了本研究中使用的Sentinel-1雷达数据。同时，也感谢欧洲航天局（ESA）对Copernicus计划的持续贡献，使得Sentinel-1数据集能够公开获取。本文中使用的部分图表是用 Generic Mapping Tools 6版本生成的（Wessel，2019）。