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先进典型事迹报道之十一

地质灾害防治工作中的“千里眼”——记所InSAR研究团队

发布时间:2018-10-31

地质力学所干涉雷达(InSAR)团队,在中国地质调查局高度重视下,地质力学研究所直接领导和地质灾害研究领域专家的支持下,从无到有、从弱到强,开创了地质力学领域研究与应用新方向,奠定了地质力学所在我国地质灾害InSAR调查监测研究领域的先进地位,为地质调查局开展地质灾害防治工作提供了重要InSAR技术支撑。

一、技术引领,人才是关键

该团队科研人员共11人组成,其中高级职称6人、中级职称5人,在攻关科研项目同时,还承担教书育人工作,招收博士研究生4人、硕士研究生6人。团队成员承担了InSAR相关项目二十余项,发表相关论文40余篇,组织编制了地质灾害防治工程协会的《地质灾害InSAR监测技术指南》(T/CAGHP 013—2018)。

张永双,1968年生,研究员。InSAR实验室学术领头人。组建了地质灾害InSAR研究团队,组织编写了《地质灾害InSAR监测技术指南》(下称《指南》)。《指南》基于研究团队近年来在InSAR研究和应用领域取得的成绩及在地质灾害研究工作方面的积累,历时两年完成,旨在搭建InSAR技术与工程应用间的桥梁,指导地质灾害InSAR监测的方案部署、SAR数据选取、监测方法运用、监测资料整理、地质灾害分析等工作,为地质灾害调查评价和监测预报等工作提供技术支持。

姚鑫,1978年生,教授级高级工程师。InSAR研究团队技术负责、InSAR实验室负责人。InSAR研究团队核心技术人员,有丰富的InSAR数据处理经验与野外地质经验。开创了地质力学所的InSAR研究方向,将InSAR技术有效应用于地质灾害和新构造运动的地调工作中,在InSAR工程化应用方面做出了重要贡献,先后承担InSAR项目12项,地域涉及我国15个省市自治区,为《指南》技术负责人。

李凌婧,1988年生,助理研究员。InSAR研究团队技术副负责。主要研究方向为InSAR地质灾害识别、调查与监测预警上的应用,目前致力于滑坡“三维变形+时间”的InSAR时序变形反演研究。先后承担多项与InSAR有关的自然基金、院所长基金和社会项目。

该团队秉承“技术引领、不畏艰险、高效服务、创新发展”的工作理念,是一支具有应对国家社会需求和促进学科发展的能力、科研及社会应用成果显著、具有创新工作模式的研究及应用型团队。该团队被国土资源部和中国地质调查局授予优秀团队,“优秀基层党支部”称号,团队技术负责人姚鑫教高被原国土资源部和中国地质调查局授予“模范职工”、“地质英才”、“先进个人”等多个荣誉称号,近5年来团队获得省部级科技奖励4项,个人科技奖6项。

二、不畏艰险,高效服务

该团队不畏艰险,将InSAR技术应用于“一带一路”工程地质调查,姚鑫同志带领项目成员奋战在野外一线,克服沿途高寒缺氧、地区政治形势复杂、暴恐严重、交通不便等多个不利因素,对1200余千米沿线的区域构造背景、新构造活动、地层岩性、河流地貌演化、地质灾害等方面进行了考察。在考察过程中科研人员与中巴经济走廊沿线的COMSAT科技委员会、阿巴塔巴德大学、喀喇昆仑国际大学、吉尔吉特巴尔蒂斯坦省政府本部等地质和工程建设机构进行了广泛接触和交流,交换了下一步合作的意愿,为深入开展中巴经济走廊重大工程地质问题的地质调查奠定了基础。

  

项目组开展中巴经济走廊联合野外考察队及安保人员

2015年5月新疆克州境内的西昆仑山公格尔九别峰北山脊山体下发生冰川跃动,“造成冰体滑移10千米,1.5万亩草场消失”,团队及时作出应急响应,运用InSAR技术对该冰川进行变形识别与持续监测,同时姚鑫带领团队成员奔赴现场进行实地验证,团队成员不畏艰险,步行向上,牵着马驮着行李延冰川进行考察,并获取了珍贵的数据资料,并为当地政府和驻军提出了减灾防灾意见和措施。

 

InSAR团队西昆仑山九别峰冰川调查照片

(一)快速支撑地灾应急

在滑坡应急方面,2017年8月28日贵州省纳雍县普洒村发生灾难性滑坡,导致35人死亡(失踪)和严重财产损失,根据局水环部的部署,地质力学所开展了“8.28”普洒滑坡及周边3000 km2的InSAR观测和现场调查。结合地层岩性、煤层赋存、矿山分布、煤矿开采和滑坡变形历史等因素,分析了纳雍滑坡的主要诱因,并初步提出了该地区地质灾害的发育机制和区域分布规律,这为该地区的地质灾害调查和长期的地灾防控提供了依据。

2017年6月24日6时,四川省阿坝州茂县叠溪镇新磨村突发山体高位垮塌,造成河道堵塞2公里,100余人被掩埋。团队利用45期Sentinel-1 SAR数据对茂县滑坡的后分析表明,滑源区存在持续的蠕滑变形,在滑前48天突然加速变形,呈现出典型的临滑“第三阶段加速变形”特点。地质力学所InSAR试验计算结果与国内外的一流研究机构得出相似的预测曲线,表明力学所InSAR团队在滑坡InSAR预测预报技术的先进性。

在地震救灾应急方面,采用基于Sentinel-1 SAR数据的InSAR技术,对2016年11月25日西昆仑Mw6.6地震从两个角度进行了变形观测,结合构造背景的约束,计算得到了厘米级精度的同震三维变形场,并通过与震源机制解和地表破裂的对比验证了准确性。InSAR变形场为该区同震灾害和长期构造活动提供了新的认识。

(二)地质灾害普查

2017年6月24日茂县滑坡发生后,为了避免类似灾害的再次发生,根据国土资源部与中国地质调查局的部署,应用多种SAR数据源组合,对四川地质灾害高发的8个县3万平方千米进行了活动性地质灾害InSAR应急排查,共提供21版地灾图件,解译活动性地质灾害563处,有力的支持了四川省2017年的地质灾害防控。

(三)服务于水库区安全建设

金沙江下游是我国最大的水力发电基地,建设的4级水电站装机容量是三峡水库的2.3倍,但巨幅的水位变动也诱发了严重的滑坡隐患。团队通过InSAR技术准确的识别了溪洛渡库区段滑坡的位置、范围、动态变形 和发育机制等信息,揭示了滑坡变形的时空演化机制,为金沙江的环境保护和地质灾害防控提供重要支撑。

利用InSAR针对同一滑坡的多时相、多角度变形观测结果通过三维分解、野外调查及地质模型组合分析,反演滑坡深部几何参数特征,精确引导现场调查工作、部分替代勘察工作,进而判断地质灾害的稳定性。

(四)工程选线服务

在近期国家大力开展自然灾害防治和川藏铁路建设的方针指引下,InSAR研究团队再上征程、不畏艰险,承担了川藏交通干线某区段的地质灾害InSAR识别及调查任务,结合线路规划的几种方案,重点对表层重大地质灾害的稳定性进行InSAR识别与评估,总结线路上的工程地质问题,进行工程地质条件分区,为线路的选线及优化提出依据,并依据监测结果为甲方提出最佳的路线方案。

由于上述工作取得的成绩,研究团队应邀多次向中国地质调查局党组和相关部门进行有关地质灾害InSAR防灾工作的建议和汇报,为中国地质调查局制定地质灾害InSAR防控工作决策提供了重要的依据和支撑。

三、攻坚克难,创新发展

团队成员在完成国家部署的任务的同时,不忘“创新是引领发展的第一动力”的理念。在滑坡灾害InSAR防控这一新兴的研究领域处于国内先进水平并紧跟国际前沿:1.提出并实践了InSAR技术在地质灾害静态识别、体积计算、动态监测、稳定性分析、预警预报五个方面的研究与应用;2.改进优化了针对滑坡灾害InSAR观测的技术方法,改善了高山峡谷区阴影叠掩、河谷区大气延迟、干涉时相失相干等问题;3.发表InSAR相关科研论文和专著20余篇(部)(含SCI/EI论文5篇);4.作有全国性和省域影响力的地质灾害InSAR工作方法报告8次,在国内外做InSAR科研学术报告9次,对地质灾害InSAR防控技术的推广应用做出了贡献。

目前,该研究团队在研6项与InSAR相关的国家级、省部级和社会横向课题,团队也在积极申报四川省地质防治InSAR专项、三峡公司水库岸坡变形破坏监测项目和贵州省地质灾害防控项目。在设备建设方面,2019年实验室计划引进为LiDAR测量设备、无人机设备、大数据云处理服务器等,最终目的为实现DEM+RS形态识别→InSAR+控灾条件活动性识别→LiDAR+现场调查稳定性识别的“三识”地质灾害早期识别技术方法体系,大幅提升地质灾害调查监测的效果和效率,信息化推进目标是要建立地质灾害“三识”云处理模块,实现三种识别数据的云端交互。

四、地灾防治,作用明显

自2008年以来,该研究团队先后完成了2008年汶川地震构造变形模式InSAR识别、2010年玉树地震发震断裂InSAR定位、2016年新疆西昆仑山地震同震三维形变场InSAR提取、中巴经济走廊沿线地质灾害InSAR调查、2015年西昆仑山冰川跃动灾害动态监测、鲜水河断裂带活动地质灾害InSAR识别、青藏重点工程InSAR选址、四川省八县地质灾害应急排查、金沙江库区地质灾害InSAR综合防控研究、深圳市地质灾害动态监测、安徽省北部地面沉降监测、贵州西部地区地质灾害早期识别、2018年甘肃系列暴洪滑坡InSAR分析等一大批急难险重的地质调查工作,积极发挥团队在灾害地质和工程地质领域的优势,高效并有力支撑中国地质调查局部署的地质灾害应急任务,同时为地区政府部门提供了优质的服务与有效的建议,促进了InSAR技术在地质灾害领域应用的进步。

近年来,该团队不断发挥自身技术优势,扩大应用技术在地质灾害防治的运用,特举办 “地质灾害InSAR调查监测技术研讨会和培训会”,中国地质调查局六大区中心、地质环境监测院、水环中心、航遥中心、矿产所、工艺所、发展中心等地灾调查相关单位,各省地质环境总站,以及测绘、遥感、交通、铁路、电力、航天等行业的24个省(区、市)78家单位相关人员参会研讨,搭建了一个地质灾害InSAR防控理论方法互相学习交流的平台,为下一步在相关地质工作中更好地运用InSAR技术和减灾防灾开拓了思路、积累了素材、谋划了方向,推动了全行业InSAR技术的工程化应用与发展。