SBAS 技術下的金屬礦山沉陷規律分析

李建國

（四川省阿壩州盛屯礦業集團金川奧伊諾礦業有限公司，四川 金川 624107）

我國資源開采利用的經驗較多，在礦區沉陷規律上也取得較多成果，但以往的觀測數據多使用傳統測量方法獲取，且研究結果也多圍繞煤礦開采展開，對金屬礦區的應用研究較少。由于金屬礦山地質結構更為復雜，InSAR技術在礦山監測中有適用的先例，能夠對礦區時空形變數據進行高精度分析，因此，本文探討SBAS技術在金屬礦山沉陷規律中的應用。

1 SBAS技術簡介

D-InSAR技術適用于時空基線較短的情況，可以獲得兩幅影像間地表形變數據。而一般金屬礦山的采礦作業活動周期會比較長，由于作業活動持續不斷，不同時點觀測的數據才能反映該區域一段時間內的地表沉陷變形過程，而D-InSAR技術不同同時處理時間序列圖像，存在干涉圖不相關情況。SBAS通過將對特定區域內基于時空基線的若干組合，使單位內部基線差異盡量縮小，并使用最小二乘法獲得礦山地表形變時間序列，而各集合之間存在較大差異。SBAS方法是對所有SAR數據進行的合理組合，組合內使用D-lnSAR技術對圖像進行處理，干涉解纏后恢復真實相位，并形成時間序列，通過點技術，將相關性較高的點重合，獲取關鍵點的沉降速度和形變數據。小基線集技術對同一圖像進行分析，同名點數據會由于不同時點的觀測具有差異，進而分析一段時間內的累積形變實施分析，從中找出沉陷規律，生成對應的相干圖。選擇一副主圖像以此為參考對所有圖像進行配準，使所有圖像處于同一坐標下。去地形相位，得差分干涉圖，并進行相位解纏。并分析同名點的穩定性、空間相關性等根據數據大小做出判定，并選出相位穩定的具有較強相關性的點[1]。然后在選擇的高相干性點上可以建立觀測目標方程，并借助奇異值分析法得到觀測區域內的形變速率，最后通過殘差分離，可以求出對應時間段內的積分，獲得累積形變數據。

2 工程概述

香格里拉縣地處云南橫斷山脈中部，在地殼上升背景下受外力切割形成，屬于高山峽谷地貌。礦區與2008年5月開工，格咱斯各銻礦廠采礦區位于南側，整體為斜坡發育，邊坡坡向約為214°區域構造為松潘-甘孜褶皺帶，礦床位置位于納通牛場向斜的東部一級背斜軸部。礦區向斜軸由北向西長約5米，核部為上上三疊統拉納山組一段，兩翼位于三疊統拉納山組二段，核部為上三疊統喇嘛啞組，兩翼地層產狀為230°-260°∠68°-70°，東翼產狀為55°-70°∠50°-52°。礦區中間發現橫切斷層，斷層產狀15°∠62°-75°長度約為500m且破碎帶為1m～20m，銻礦體位于斷層破碎帶內。區中地質結構為中等復雜類型。下圖1為礦區位置。

圖1 銻礦區位置

3 基于SBAS技術的銻礦山地陷監測分析

基于小基線技術獲得時序地表沉降影像，本文主要對銻礦區東南的斷層周邊礦區進行數據觀測，并獲取選擇開礦以來的地表變化過程。

（1）礦區影像數據。實驗采用的數據主要為ALOS衛星和美國NASA提供衛星影像12張，衛星獲取數據的時間2008-5-14,2008-10-03,2009-7-152010-3-21,2010-8-12,2011-1-23,2011-9-17,2012-5-21,2013-4-22,2013-10-13，2014-5-16，2015-1-28.SRTM數據在網上公開發布，具有較高的分辨率。其中覆蓋礦區東南部有8幅 分 別 為N25E99，N26E100，N26E101，N27E101，N27E101，N27E103，N28E100，N28E101。

（2）監測的銻礦山。使用瑞士伽馬軟件對獲取的12張衛星圖像進行小基線技術處理，這里選取2008年6月14日的的影像為主影像，主影像的變形假設為零，觀測時間段內獲取的其他影像與主影像進行參照，并獲得該時間段內的11張形變圖，構成基于時間的形變序列，具體如下圖2。

圖2 地理編碼后變形序列圖

從監測影像可以看出，監測時間段內中間部位存在較大變形，根據資料分析得知是該地區開采銻礦導致的沉降，三段采取基本開采完畢，監測周期內發生形變最大為22m，位于陰影部分的左下方，主要分析該礦區的地表沉降數據。

從中選取2014年5月16日的形變進行分析，如圖3左所示，為該區域銻礦床地表沉降情況，在2014年之前，該區域最大形變為22m，且沉降走向為西偏南30°左右。圖3右為截止到2014年5月的累積沉降等值線。

圖3 銻礦床地表沉降情況以及累積沉降低等值線

圖4 東北走向地表沉陷曲線

（3）礦區地表移動規律分析。礦床地表沉降規律的分析需要結合不同時點獲得的沉降影像進行觀測，因此，通過繪制沉降序列曲線，更加精準的描繪和探究沉降規律。礦床整體呈東北走向且和地表沉降走勢一致，因此，選取礦體走向和傾向方向兩個斷面分析沉降序列。

圖5 傾向走向地表沉陷曲線

經分析發現，礦床地表沉陷和高斯曲線具有相似性，也就說明在一定范圍內地表沉降符合概率統計學原理。經過實地調查發現，沉降較大的區域位于第二中段附近三四中段也不同程度的影響了覆地面。

通過擬合礦體走向和傾向走向的曲線，清楚的看到曲線數據和實際數據的擬合效果，盡管局部擬合效果存在一定偏差，也可能是SBAS技術獲取的數據精確度存在問題導致的，或者由于地表斷裂產生的不連續導致擬合度不高。

（4）金屬礦山和地表沉陷的關系。礦山開采形成地表沉降會對礦區周圍的建筑物、居民點、公路等基礎設施造成影響。而且地表巖層受到破壞會導致礦區的通風系統、運輸通道等發生安全隱患，無法保證安全生產[2]。工程概況中介紹納通銻金屬礦區的主要受背斜和斷層的影響，已經開發過的一號礦體為主要開礦體，從2014年觀測的累積形變圖可以發現，12次監測中A區沒有發生明顯形變，B區發生較為明顯的形變。為了準確分析A,B兩區地表形變原因，對該區域內的采礦活動進行分析。該礦區2015年對A區所在的第四中段進行開采，根據礦銻儲量和驗收報告發現，四中段礦藏深度平均為163m左右，該區域之前的主要采礦活動圍繞作業區域內的礦體進行開采，并且采礦作業后進行礦井充填，綜合考慮A區域沒有明顯地表沉降的原因為開采區距離地面相對較遠，并在開采后實施管理且之后該地區沒有發生大范圍的地質災害導致地表形變。B區域銻礦體埋藏深度范圍為90m～138m，主要集中在二、三中段，由于開發年限較長，且沒有對開發后的采空區進行處理，對該區域一直存在殘采情況，采空區遺留的礦柱、邊角被開發之后，沒有及時處理，且礦區距離地面較近,容易導致地表沉降。所以直接導致了地表產生了下沉。

4 結語

隨著能源需求的增加，金屬礦區采礦作業會越加頻繁，不合理的礦區作業和后期管理會對原有應力結構產生破壞，需要通過大量觀察資料和實際經驗探索礦山沉陷規律。基于SBAS技術的應用可以提高分析精度，對于金屬礦山等復雜地質構造進行較為精確的控制。

參考文獻

[1]雷廣淵,周輝.基于SBAS技術的金屬礦山沉陷規律研究[J].測繪工程,2015,(3)：40-46.

[2]張偉佳.基于SBAS-InSAR技術的礦區形變監測研究[D].長安大學,2013.