基于InSAR技术的广州市...地面沉降监测及诱发因素分析_邵山.pdf

广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023（2）0引言南沙区位于粤港澳大湾区的空间地理几何中心，位于广州市的最南端，处于三江交汇的位置，是广州市唯一的出海通道，与香港、澳门隔海相望，是国家级自贸试验区。南沙区在区域地质构造单元上属于华南褶皱系粤中地块，具有漫长复杂的地质发展演化历史，区内地层、侵入岩发育，地质构造复杂。区域地层时代包括前震旦纪片麻杂岩、元古代云开岩群、白垩纪陆相红色碎屑岩沉积以及第四纪。前震旦纪地层主要为一套片麻杂岩体及元古代云开岩群，构成粤中地块前震旦纪古老结晶基底；侏罗纪地层岀露较少，为一套浅海、海陆交互相碎屑岩沉积；古近纪地层出露比较零星，为一套陆相碎屑沉积；第四纪地层分布最广，是珠江三角洲的重要组成部分，沉积厚度变化较大，纵、横向岩性、岩相变化复杂。区域地质构造以发育北东、北西向两组断裂带为特征，大部分地方断裂构造被第四纪沉积层所覆盖，局部可见岀露于地表。区域性北东、北西向断裂带往往具有多期活动的复杂历史，一般经历了挤压逆冲、硅化破碎、拉伸剥离、同沉积下滑以及正断裂错动等多次活动。根据区域地质、水文及钻孔资料，南沙区内软土及砂类土极发育，累计厚度为8.6529.30 m，平均厚度 18.31 m，顶板埋深 0.908.70 m，层顶标高-1.704.65 m。大部分地段软土为单层，局部为双层，其上覆地层多为人工填土层，局部地区软土即为顶层，下伏地层多为砂层，部分为黏性土。从地质成因来看，区内软土主要为海陆交互相沉积物，其组成部分主要为淤泥和淤泥质土，成为区内主要的不良工程地质问题。近年来，InSAR（Interferometric Synthetic Aperture Radar）技术以其突出的地表形变监测优势，在地质灾害调查监测领域作用明显，为广东省重点沉降区域划定和监测服务提供了更有效的方法1,2。1研究数据及处理方法本文基于2014年12月至2019年10月的Sentinel-1卫星68景InSAR数据，对南沙区进行时序InSAR地表形变监测，以揭示近年来南沙区的地表沉降状况。基于InSAR技术的广州市南沙区地面沉降监测及诱发因素分析邵山1，2，罗锡宜2，姚佳芮1，贾毅1，叶疆1，孟相鹏2，马新建2（1.湖北省地质环境总站，武汉430000；2.广东省佛山地质局，广东佛山528000）摘要基于2014年12月至2019年10月的Sentinel-1卫星68景InSAR数据，监测广州市南沙区多年地表形变，结合现场地面沉降调查情况进行验证。结果表明，南沙区存在7处大范围的沉降区域，均分布于人类工程活动密集的河流沿岸、施工区域、围垦区域等，其中位于珠江街道八涌和十涌之间的义和围村的沉降量级和面积最大，最大年平均沉降速度超过60 mm/a，部分时序点最大累积地面沉降量超过140 mm。本文进一步对南沙区其中4处地面沉降区域进行野外验证和分析，表明南沙区地面沉降诱发因素主要为软土发育、建筑荷载、抽排地下水、欠固结软土人工加速排水等。关键词地面沉降；InSAR；诱发因素；南沙区；广州市中图分类号P642.26文献标识码A文章编号1003-1510（2023）02-0007-07收稿日期2022-07-21基金项目广东省地质灾害应急装备维护升级与宣传（编号0835-90Z13003291）作者简介邵山（1991-），男，湖北随州人，湖北省地质环境总站工程师，硕士，主要从事地质灾害评价与预测工作。测量与地质 7DOI:10.16014/ki.1003-1510.2023.02.031为获得广州市南沙区长时序、大范围、高精度的地表形变监测数据，本文基于一种改进的时序InSAR新技术，对获取覆盖南沙区的数据采用分块处理的方式依次进行处理，在进行时序形变数据处理时，参与解算的数据覆盖范围过大会降低时序形变解算精度，为了得到精细的地表时序形变监测结果，本文采用分块解算的策略，即对于每一个工作区域，对其中包含的区市进行分块，并对覆盖每一个小分块的数据进行裁剪并利用一种改进的时序InSAR新技术依次进行数据处理3,4。将生成的小区块形变监测结果进行分析，并利用各小区块之间的影像重叠部分进行测量平差数据处理和拼接，得到南沙区全域形变监测结果5。2形变结果及分析本文按照数据处理流程对南沙区区域的影像进行处理，获取了南沙区20152019年历年地表形变速度结果（见图1）。经分析可知，地面沉降区域主要分布在河流沿岸、施工区域和围垦区域，区域内多数的沉降量较小，处于沉降稳态，仅少数区域沉降量较大。图1南沙区20152019年地表形变速度图南沙区2018年1月至2019年10月地表年平均形变速度综合图见图2。由图2可知，目前南沙区形变量级较大的区域主要存在7处，其序号分别为1、2、3、4、5、6和7，以下对这些区域进行初步分析：（1）1号区域位于南沙出海口位置，沉降点主要分布在珠江沿岸，最大累积沉降量超过140 mm。其中养殖场区域的地面沉降现象最严重，年平均沉降速度超过60 mm/a。（2）2号区域位于珠江街道八涌和十涌之间的义和围村工地，区域内人类工程活动频繁，其局部最大年平均沉降速度超过60 mm/a，最大累积地面沉降量超过140 mm。（3）3号区域位于珠江街五涌周边，该地区主要为围垦区域，最大年平均沉降超过35 mm，年最大邵 山，罗锡宜，姚佳芮，贾 毅，叶 疆，孟相鹏，马新建:基于InSAR技术的广州市南沙区地面沉降监测及诱发因素分析8广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023（2）累积沉降量超过80 mm。（4）4号区域位于大岗镇庙青村围垦区域和南沙明珠湾开发区，该地区存在明显的施工区域，年平均沉降速度超过30 mm/a，年最大累积沉降量超过80 mm。（5）5号区域位于大岗镇安生围和云生围村的施工区域，其最大年平均沉降速度超过60 mm/a，施工区域外围年平均沉降速度亦超过30 mm/a。（6）6号区域主要为城区建筑区域，由地下停车场和建筑施工区域组成，最大年平均沉降速度超过60 mm/a，最大沉降量超过80 mm。（7）7号区域位于黄阁村沙仔村施工区域，其沿江形变量级较大，年平均沉降速度超过 60 mm/a，而其外围区域年平均沉降速度亦超过 30 mm/a，2018年1月至2019年10月之间，最大累积地面沉降量超过140 mm。图2南沙区2018年1月至2019年10月地表年平均形变速度综合图图3龙穴街道出海口养殖场地表年平均形变速度及部分点的形变序列93四处沉降中心监测成果及野外验证结合2014年12月至2019年10月期间的地表形变分析结果和野外调查情况，对重点工作区内的其中4处沉降中心进行详细分析，结果如下：3.1龙穴街道出海口养殖场地面沉降区域龙穴街道出海口养殖场地面沉降区域位于新垦镇、珠江出海口前沿的养殖场区域，占地面积6.07 km2，主要威胁对象为鱼塘、房屋、行人及车辆等，潜在经济损失约30万元。南沙区龙穴街道出海口养殖场地表年平均形变速度及部分点的形变序列见图3。由图3可知，该区域西南侧沉降量级和沉降范围都比较大，年平均沉降速度超过60 mm/a。该区域位于珠江出海口前沿，沉降点主要分布在珠江沿岸，从部分点的形变序列中可以看出，部分时序点最大累积地面沉降量均超过140 mm。现场调查表明，该区域主要为工程施工场地，建筑物较少，区域内存在真空预压软基处理现象，工程活动强烈。其现场情况如图4、5所示。3.2珠江街八涌和十涌之间的义和围村工地地面沉降区域珠江街道八涌和十涌之间的义和围村工地地面沉降区域占地面积10.57 km2，主要威胁对象为房屋、道路、地下管线、行人及车辆等，潜在经济损失约246万元。珠江街八涌和十涌之间的义和围村工地地表年平均形变速度及部分点的形变序列见图6。由图6可知，珠江街八涌和十涌之间的义和围村工地，最大年平均沉降速度超过60 mm/a，部分时序点最大累积地面沉降量超过140 mm。图6珠江街八涌和十涌之间的义和围村工地地表年平均形变速度及部分点的形变序列图4出海口养殖场区域内真空预压软基处理现场图5出海口养殖场区域内施工场地邵 山，罗锡宜，姚佳芮，贾 毅，叶 疆，孟相鹏，马新建:基于InSAR技术的广州市南沙区地面沉降监测及诱发因素分析10广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023（2）现场调查表明，该区域主要为工程施工场地，建筑物较少，区域内存在欠固结软土人工排水加速固结现象，人类工程活动强烈。其现场情况如图7、8所示。图7义和围村工地施工现场3.3珠江街五涌周边地面沉降区域珠江街五涌周边地面沉降区域占地面积10.20km2，主要威胁对象为房屋、道路、地下管线、地铁施工、行人及车辆等，潜在经济损失约140万元。珠江街五涌周边地表年平均形变速度及部分点的形变序列见图9。由图9可知，位于珠江街五涌周边的义隆围区域，局部最大年平均沉降速度超过35 mm/a。从区域部分点的形变序列中可以看出，年最大累积地面沉降量均超过80 mm，野外地面沉降点最大累计沉降量为200 mm。现场调查表明，该区域地面沉降主要为建筑地面沉降。其现场情况如图10、11所示，现场人类活动强烈。图10道路中间开裂下沉图9珠江街五涌周边地表年平均形变速度及部分点的形变序列图8义和围村工地欠固结软土人工排水加速固结现场11图12南沙明珠湾地表年平均形变速度及部分点的形变序列图11珠江街五涌周边现场调查情况3.4南沙明珠湾地面沉降区域南沙明珠湾地面沉降区域占地面积4.48 km2，主要威胁对象为房屋、道路、地下管线、地铁施工、行人及车辆等，潜在经济损失约71万元。南沙明珠湾地表年平均形变速度及部分点的形变序列见图12。由图12可知，南沙明珠湾区域局部最大年平均沉降速度超过30 mm/a，沉降点主要成块聚集于明珠湾施工点，从区域部分点的形变序列中可以看出，年最大累积地面沉降量均超过80 mm。图14南沙明珠湾工程施工现场现场调查表明，该区域主要为工程施工场地，存在地下空间开发。其现场情况如图13、14所示，现场工程活动强烈。图13南沙明珠湾地下隧道4结语本文运用InSAR技术对广州市南沙区地面沉降进行监测分析，发现南沙区形变量级较大的区域主要存在7处，结合野外4处地面沉降的验证分析，南沙区地面沉降的诱发因素主要为软土发育、建筑荷载、抽排地下水、欠固结软土人工加速排水等。InSAR技术在大面积地面沉降监测中具有高效、快邵 山，罗锡宜，姚佳芮，贾 毅，叶 疆，孟相鹏，马新建:基于InSAR技术的广州市南沙区地面沉降监测及诱发因素分析12广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023（2）捷且经济的全天候高密度和高精度的优点。随着南沙区城市规划建设的大力发展，其面临的地面沉降灾害风险将加剧，InSAR技术将在南沙区地面沉降监测防治过程中发挥越来越重要的作用。参考文献1刘琦，岳国森，丁孝兵，等.佛山地铁沿线时序InSA形变时空特征分析J.武汉大学学报（信息科学版），2019，44（7）：1099-1106.2伍素贞，谢荣安，谢文珠，等.时序InSAR20182019年广州市南沙区形变监测与分析J.工程勘察，2020，48（8）：48-52.3高磊，陈运坤，屈尚侠，等.广州南沙区软土地面沉降特征及监测预警分析J.人民长江，2020，51（S2）：94-97，154.4陈运坤，高磊，屈尚侠.广州南沙区软土分布和地面沉降特征分析J.资源信息与工程，2021，36（2）：19-21.5汪生燕.基于PS-InSAR技术的城市地表沉降监测J.地理空间信息，2020，18（9）：113-115，121，8.（责任编辑：刘征湛）Land subsidence monitoring and inducing factor analysis based onInSAR technology for Nansha District of Guangzhou CitySHAO Shan1,2,LUO Xi-yi2;YAO Jia-rui1,JIA Yi1,YE Jiang1,MENG Xiang-peng2,MA Xin-jian2(1.Geological Environmental Center of Hubei Province,Wuhan 430000,China;2.Geology Bureau of Foshan City,Foshan 528000,China)Abstract:Based on the Sentinel-1 satellite 68 view InSAR data from December 2014 to October 2019,the surfacedeformation was monitored for years and verified combined with investigation of field land subsidence in NanshaDistrict of Guangzhou City.The results demonstrate that Nansha District has seven large settlement zones distributed in areas where human engineering activities are intensive such as riverside,constructing area and planting areaetc.The Yihewei Village located between Ba Chong and Shi Chong on Pearl River Street has the highest settlementmagnitude and the largest settlement area,with the maximum annual average settlement speed exceeding 60mm/aand the maximum accumulated land subsidence at some sequential points exceeding 140mm.Field verification andanalysis was conducted at four land subsidence zones in Nansha District.The results of analysis demonstrate the inducing factors of land subsidence in Nansha District mainly include soft soil development,building loads,pumpingof underground water,artificially accelerated drainage of under-consolidated soft soil.Key words:Land subsidence;InSAR;inducing factor;Nansha District;Guangzhou City欢 迎 投 稿欢 迎 订 阅广西水利水电 微信公众号13