基于小基線集雷達(dá)干涉測量的中巴公路蓋孜河谷地質(zhì)災(zāi)害早期識別

趙富萌，張 毅，孟興民,3，蘇曉軍，石 偉

(1.蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅省環(huán)境地質(zhì)與災(zāi)害防治研究中心，甘肅 蘭州 730000；3.蘭州大學(xué)地質(zhì)科學(xué)與礦產(chǎn)資源學(xué)院，甘肅 蘭州 730000)

中巴喀喇昆侖公路(Karakoran Highway，KKH)北起中國新疆的喀什，穿過紅旗拉普山口，南到巴基斯坦北部城市塔科特，全線長約1 036 km。公路位于帕米爾東北緣—西昆侖地區(qū)，屬于帕米爾構(gòu)造前緣地帶，是中國大陸受板塊動(dòng)力作用和地震活動(dòng)最強(qiáng)烈的地區(qū)之一[1]。在地震、降水和冰川活動(dòng)下，公路兩側(cè)極易發(fā)生滑坡、泥石流、冰崩和雪崩等災(zāi)害，因此對公路沿線的災(zāi)害進(jìn)行早期識別研究對公路正常通車和中巴經(jīng)濟(jì)走廊建設(shè)具有重要意義。

從20世紀(jì)50年代開始一直有學(xué)者對中巴公路沿線的地質(zhì)構(gòu)造、冰川活動(dòng)及滑坡、泥石流發(fā)育等方面進(jìn)行研究，但由于研究區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害具有災(zāi)種多、規(guī)模大、高頻率分布的特點(diǎn)，使得研究多集中于對典型災(zāi)區(qū)的定性描述。自20世紀(jì)80年代開始對喀什至塔什庫爾干路段冰川泥石流形成原因進(jìn)行調(diào)查，得出區(qū)域泥石流暴發(fā)頻繁的原因在于冰雪消融洪水和巖崩、溝岸坍塌等形成的松散堆積物為泥石流形成提供了水源和物源條件[2]；后來的學(xué)者又對該區(qū)域的地質(zhì)條件、巖崩沉積對河流阻塞的影響、冰川災(zāi)害以及其他一些工程地質(zhì)問題進(jìn)行了討論[3-6]。但由于公路地處高寒無人區(qū)，地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，難以進(jìn)行全面細(xì)致的調(diào)查，尤其是對區(qū)域地表變形監(jiān)測和地質(zhì)災(zāi)害早期識別缺乏深入研究。

合成孔徑雷達(dá)干涉測量(Interferometric Synthetic Aperture Radar，InSAR)技術(shù)由于不受天氣制約和大范圍、高精度的監(jiān)測優(yōu)勢目前已被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害的識別研究中[7-8]，尤其小基線集合成孔徑雷達(dá)干涉測量(Small Baseline Subsets InSAR, SBAS-InSAR)技術(shù)更是克服了傳統(tǒng)干涉測量方法中存在的時(shí)間、空間失相干以及大氣效應(yīng)的限制，使得形變結(jié)果在時(shí)間和空間上更為連續(xù)，適用于監(jiān)測長時(shí)間序列的緩慢非線性形變，目前已被廣泛應(yīng)用于地表沉降[9]、地震[10]、火山[11]、活動(dòng)斷層[12]以及凍土形變和冰川運(yùn)移[13-14]等領(lǐng)域，監(jiān)測優(yōu)勢明顯且潛力巨大，在識別不穩(wěn)定斜坡如蠕移、滑坡[15]等也有良好結(jié)果。

本文以中巴公路地質(zhì)災(zāi)害最為發(fā)育的蓋孜河谷段10 km緩沖區(qū)為研究對象，利用2016—2017年共28景升軌Sentinel-1A衛(wèi)星影像通過裁剪、干涉處理、軌道精煉、反演等得到研究區(qū)域雷達(dá)視線方向(Line of Sight, LOS)向形變速率圖，并通過公式轉(zhuǎn)換為斜坡向形變速率圖，結(jié)合野外驗(yàn)證識別出區(qū)域不穩(wěn)定斜坡，并結(jié)合坡度和降水?dāng)?shù)據(jù)對典型的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)對該區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的早期識別預(yù)警。

1 研究區(qū)概況

中巴喀喇昆侖公路(中國段)北起中國喀什的疏附縣，沿G314經(jīng)奧依塔克鎮(zhèn)穿蓋孜河谷到布倫口盆地，經(jīng)蘇巴士達(dá)坂和塔什庫爾干到達(dá)中巴邊境口岸紅旗拉普山口。公路沿線地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，地震頻發(fā)，由地震引發(fā)的崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害對公路沿線人民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成巨大威脅[16]。區(qū)域劇烈的構(gòu)造活動(dòng)及地震活動(dòng)破壞巖土體結(jié)構(gòu)，降低巖土體力學(xué)強(qiáng)度，使巖土體變形破碎，為地表滲流和地下水活動(dòng)提供了良好通道，為崩塌、泥石流的形成、發(fā)育和發(fā)生提供了物質(zhì)基礎(chǔ)和水源條件。

蓋孜河谷橫切西昆侖山脈，是中巴公路的咽喉地段，河谷北依昆蓋山，最高海拔6 670 m；南靠公格爾山，最高海拔7 649 m。河谷平均海拔約2 500 m，最寬處不到2 000 m，最窄處不足5 m。深狹的蓋孜河谷兩側(cè)羽狀分布著眾多泥石流溝，溝源區(qū)至溝口的相對高差多在3 000 m以上，以公格爾山北側(cè)的克拉牙依拉克冰川溝谷規(guī)模最大。河谷地區(qū)斷層廣泛發(fā)育，昆蓋山南麓正斷層、蓋孜斷層、主帕米爾斷層和肯別爾特?cái)鄬舆@四條斷層在河谷走向均為NW—SE向，區(qū)內(nèi)地層以石炭系和第四系為主，巖性包括石炭系的花崗巖、砂巖和灰?guī)r，泥盆和二疊系的石英砂巖和片巖、大理巖等，三疊、侏羅和白堊系的紅層泥巖和石膏層，新近系的泥巖和砂巖以及第四系復(fù)合成因的沉積物如砂土、黃土和礫石等(圖1)。區(qū)域由于地處歐亞大陸腹地，典型的大陸性氣候使得區(qū)域降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，寒旱的氣候特征和強(qiáng)烈的冰川及寒凍風(fēng)化作用使得區(qū)域植被稀疏，山體裸露，僅在蓋孜河的河道兩側(cè)生長有少量天然荒漠植被。蓋孜河的支流包括奧依塔克河、木吉河、康西瓦爾河，徑流補(bǔ)給以冰雪融水為主。通過蓋孜河中游克勒克水文站1958—1996年的實(shí)測資料統(tǒng)計(jì)，蓋孜河多年平均流量為31.3 m3/s，河水年內(nèi)四季水量分配比例為春夏秋冬各占14.88%、60.75%、18.11%和6.26%，年內(nèi)豐枯變化懸殊[17]?？死湛怂恼军c(diǎn)資料顯示區(qū)域多年平均氣溫為8.18 ℃，最高月均溫為20.7 ℃，出現(xiàn)在7月；多年平均降水量為123 mm，集中于每年的4—9月，占比達(dá)到76.3%；站點(diǎn)多年平均蒸發(fā)量約2 355 mm。區(qū)域地下水主要為第四系松散層孔隙水和基巖裂隙水，冰川融雪水是地下水的主要補(bǔ)給來源。受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、河流侵蝕和冰川運(yùn)動(dòng)的影響，蓋孜河谷地勢險(xiǎn)峻，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，滑坡、崩塌等斜坡地質(zhì)災(zāi)害以及冰川區(qū)的冰川躍動(dòng)和冰川泥石流等對公路安全造成巨大威脅，尤其在公格爾山北側(cè)路段冰川泥石流風(fēng)險(xiǎn)性高，溜石坡也十分發(fā)育[18]。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)圖概況(源于中國地質(zhì)調(diào)查局1∶50萬地質(zhì)圖數(shù)據(jù)庫)Fig.1 Survey of geological maps in the study area (from 1∶500 000 geological map database of China Geological Survey)

2 方法與數(shù)據(jù)

2.1 SBAS-InSAR技術(shù)原理及方法

InSAR相比于傳統(tǒng)的形變監(jiān)測方法如GPS等具有不受天氣制約和大面積監(jiān)測等優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害識別中[19]。而時(shí)序干涉測量技術(shù)則利用多期影像對地表形變進(jìn)行反演，從而可以對區(qū)域地表形變的時(shí)間演化有很好的分析能力[20]。其中SBAS-InSAR的方法為最小化視角差異造成的誤差和失相干，選取時(shí)間和空間基線都較小的SAR影像干涉對，對SAR影像干涉對進(jìn)行差分多視處理，對差分干涉圖的像元基于相干性篩選出高相干點(diǎn)，然后對這些高相干像元進(jìn)行相位解纏，利用地面控制點(diǎn)進(jìn)行軌道精煉，去除相干性較低和解纏錯(cuò)誤的干涉像對，通過奇異值分解法和最小二乘法解得影像獲取時(shí)刻的累計(jì)形變，最后利用時(shí)域的高通濾波和空間域的低通濾波去除大氣影響得到最終的形變結(jié)果[9,21]。該方法在山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害早期識別中有較廣泛應(yīng)用。

SBAS方法獲得沿雷達(dá)視線方向(LOS)的地表形變信息，而對于山區(qū)來說， LOS向的形變速率不足以真實(shí)反映斜坡的真正形變情況。通過公式將LOS向的形變速率轉(zhuǎn)換為沿坡度方向的形變速率[22]：

Index=nlos·nslope

nlos=(-sinθcosαS,sinθsinαS,cosθ)

nslope=(-sinαcosφ,-cosαcosφ,sinφ)

式中：Vslope——沿坡度方向的形變速率；

Vlos——LOS向的形變速率；

α——斜坡的坡向/(°)；

φ——斜坡的坡度/(°)；

θ——雷達(dá)入射角/(°)；

αS——衛(wèi)星軌道方向與正北方向的夾角，即雷達(dá)衛(wèi)星飛行方向，升軌數(shù)據(jù)為負(fù)，降軌數(shù)據(jù)為正。

2.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與處理

本研究選擇中巴公路災(zāi)害發(fā)生頻率最高的蓋孜河谷段為研究對象，以公路線為中心分別向兩側(cè)延伸10 km的緩沖區(qū)作為實(shí)際研究范圍，利用SBAS-InSAR方法得到研究區(qū)地表形變速率結(jié)果，數(shù)據(jù)選擇覆蓋研究范圍從2016—2017年共28景的升軌Sentinel-1A衛(wèi)星影像(表1)，通過設(shè)置最大空間基線閾值為110 m和最大時(shí)間基線閾值為90 d共生成162個(gè)干涉像對(圖2)，借助美國地質(zhì)調(diào)查局的SRTM(Shuttle RadarTopography Mission)模擬地形相位，在ENVI軟件下的SARScape模塊支持下對SAR影像進(jìn)行裁剪、連接圖生成、影像配準(zhǔn)、差分干涉、自適應(yīng)濾波、相位解纏、軌道精煉、形變相位估計(jì)、大氣效應(yīng)去除等處理，得到最終每個(gè)相干點(diǎn)的形變速率值和時(shí)間序列的非線性形變圖。

圖2 SBAS處理中的干涉對時(shí)間-空間基線連接圖Fig.2 Time-space baseline connection diagram of the SBAS processing interference pair

表1 Sentinel-1A數(shù)據(jù)屬性表

為分析時(shí)間序列的形變結(jié)果與降水之間的關(guān)系，需要獲取研究區(qū)降水?dāng)?shù)據(jù)，但由于區(qū)域氣象站點(diǎn)缺乏，我們選擇了攜帶熱帶降雨測量任務(wù)(Tropical Rainfall Measuring Mission，TRMM)的遙感衛(wèi)星的3B43數(shù)據(jù)，其空間分辨率為0.25°× 0.25°，基本滿足研究區(qū)對降水?dāng)?shù)據(jù)空間分辨率的需求。TRMM數(shù)據(jù)在廣泛應(yīng)用的同時(shí)，也有許多學(xué)者將其與臺站、雷達(dá)觀測的其他降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行了比較，對其應(yīng)用于實(shí)際分析中的精度進(jìn)行了驗(yàn)證。如最開始采用TRMM 3B41 RT數(shù)據(jù)在青藏高原周邊區(qū)域與觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，證實(shí)了TRMM數(shù)據(jù)大致上可以反映降水的基本特征[23]，后又將TRMM 3B42 RT數(shù)據(jù)在日和月尺度上與氣象觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性檢測，表明TRMM降水?dāng)?shù)據(jù)與觀測數(shù)據(jù)之間具有較高的線性相關(guān)特性[24]。而本研究使用的TRMM 3B43數(shù)據(jù)，經(jīng)驗(yàn)證在月尺度上的局部地區(qū)的相關(guān)系數(shù)接近0.9[25]。

3 結(jié)果與分析

3.1 SBAS結(jié)果

SBAS-InSAR方法干涉處理得到區(qū)域LOS向形變值為-76～28 mm/a，依據(jù)形變速率值標(biāo)準(zhǔn)差選取-5～5 mm/a作為形變相對穩(wěn)定值，負(fù)值表示形變點(diǎn)沿LOS向遠(yuǎn)離傳感器的方向運(yùn)動(dòng)；正值表示形變點(diǎn)沿LOS向接近傳感器的方向運(yùn)動(dòng)(圖3)。由于采用的升軌數(shù)據(jù)，正值LOS向的形變在沿斜坡向的分量并不一定也是正值，另外雷達(dá)視線向形變結(jié)果受山區(qū)地形效應(yīng)影響，與實(shí)際形變特征出現(xiàn)偏差，所以根據(jù)轉(zhuǎn)換關(guān)系將LOS向形變速率值轉(zhuǎn)為坡度向形變速率值。當(dāng)公式中的Index趨于0，Vslope趨于無窮大。為剔除這一異常值，Herrera等以經(jīng)驗(yàn)值Index=±0.3作為固定閾值，設(shè)定當(dāng)-0.3

圖3 蓋孜河谷段2016—2017年LOS向形變速率Fig.3 Map showing the LOS deformation rate of the Gaizi valley from 2016 to 2017

圖4 蓋孜河谷段2016—2017年斜坡向形變速率Fig.4 Map showing the slope deformation rate of the Gaizi valley from 2016 to 2017

3.2 區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害變形分布特征

根據(jù)2016—2017年斜坡向滑移速率，結(jié)合前人相關(guān)研究成果和經(jīng)驗(yàn)，選取數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差(σ=15 mm/a)為穩(wěn)定點(diǎn)閾值，利用斜坡向滑移速率和野外驗(yàn)證圈定出449處地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)，包括31處滑坡、416處不穩(wěn)定斜坡和2處冰川運(yùn)動(dòng)(圖5)。該區(qū)滑坡主要是表現(xiàn)在短時(shí)強(qiáng)降水條件下斜坡上部不穩(wěn)定土體整體向下滑移的過程；不穩(wěn)定斜坡空間分布頻率最高、變形速率最大的集中于公路兩側(cè)的斜坡上，尤其是在公路北側(cè)的東向斜坡存在大量不穩(wěn)定點(diǎn)，在公路南側(cè)冰川發(fā)育地區(qū)由冰磧物運(yùn)動(dòng)引起斜坡失穩(wěn)；在公路南段公格爾山處冰川運(yùn)動(dòng)活躍，冰磧物廣泛存在，地質(zhì)環(huán)境很不穩(wěn)定，斜坡向滑移量顯示存在多處由冰磧物運(yùn)動(dòng)引起的滑坡和不穩(wěn)定斜坡。由于InSAR結(jié)果不能識別泥石流，而蓋孜河谷段由于降雨和冰川融雪引發(fā)的泥石流災(zāi)害尤為嚴(yán)重，所以本研究基于Google影像解譯和現(xiàn)場調(diào)查圈定出23條泥石流溝，分布于公路兩側(cè)(圖5)，在每年6—9月爆發(fā)的泥石流對公路正常通車造成極大阻礙。

圖5 蓋孜河谷段地質(zhì)災(zāi)害類型分布圖Fig.5 Map showing the distribution of geological hazard type in the Gaizi valley

3.2.1滑坡變形特征

研究區(qū)滑坡崩塌災(zāi)害的誘因包括兩種：地震滑坡崩塌和降雨融雪型滑坡崩塌。在蓋孜河谷段中部有多條斷層穿過，地震活動(dòng)頻繁，再加上強(qiáng)降水的誘發(fā)，使得滑坡崩塌災(zāi)害嚴(yán)重[27]，以蓋孜河谷段某處滑坡為例，分析其變形特征(圖6)：該滑坡位于艾爾庫然溝右側(cè)斜坡上，地層上屬于泥盆系的克孜勒陶組，上部為黃褐、灰黑色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖夾生物碎屑灰?guī)r；下部為碎屑巖，在降水作用下，極易發(fā)生失穩(wěn)滑動(dòng)。圖6(a)中A1點(diǎn)斜坡向滑移速率為-33 mm/a，中間因形變速率超過InSAR監(jiān)測能力而出現(xiàn)空值；圖6(b)中的月降水?dāng)?shù)據(jù)來自于美國國家航空航天局(NASA)的0.25°空間分辨率的TRMM 3B43衛(wèi)星數(shù)據(jù)，地面空間分辨率約2.75 km，基本能代表斜坡上的降水強(qiáng)度，另外TRMM數(shù)據(jù)能夠保證不同海拔高度降水?dāng)?shù)據(jù)的均一性，所以基本滿足地基臺站降水?dāng)?shù)據(jù)極度缺乏的蓋孜河谷段的降水分析[26]。圖6(b)中A1點(diǎn)形變曲線顯示在2017年1月和2月兩月間的累計(jì)形變量為-32 mm，對應(yīng)的兩個(gè)月累計(jì)降水量為143 mm，強(qiáng)降水對應(yīng)于強(qiáng)變形，但受水力作用于土壤的過程，所以斜坡滑移會(huì)稍滯后于強(qiáng)降水事件的發(fā)生，滑坡變形對降水響應(yīng)較為敏感。圖6 (c)野外驗(yàn)證中出現(xiàn)多條因降雨沖蝕出現(xiàn)的細(xì)溝，極易發(fā)生滑塌。

圖6 滑坡識別分布特征圖Fig.6 Map showing the landslide identification distribution

3.2.2不穩(wěn)定斜坡變形特征

圖7 不穩(wěn)定斜坡數(shù)量與地層巖性和坡度的關(guān)系Fig.7 Relationship between the numbers of unstable slopes and stratigraphic lithology and slope

中巴公路橫穿帕米爾西構(gòu)造結(jié)，破碎的構(gòu)造帶、活躍的構(gòu)造活動(dòng)、短時(shí)間的強(qiáng)降暴雨和蓋孜河對斜坡坡腳不斷的深切侵蝕是斜坡運(yùn)動(dòng)的主要控制因素和誘發(fā)因子。通過斜坡向滑移速率識別出區(qū)域不穩(wěn)定斜坡416處，占所有識別的地質(zhì)災(zāi)害類型的85.6%。圖5顯示不穩(wěn)定斜坡集中于坡度較大、植被稀疏的高海拔山區(qū)地帶。區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，寒凍風(fēng)化作用強(qiáng)烈，使得崩塌滑落發(fā)育。影響斜坡災(zāi)害發(fā)生的因素主要包括地層巖性和坡度兩個(gè)方面，地層巖性條件表現(xiàn)為不穩(wěn)定斜坡點(diǎn)的51%分布于石炭、二疊系的粉細(xì)砂巖、片巖和石英片巖區(qū)域，18%分布于泥盆系泥質(zhì)粉砂巖區(qū)域，在三疊系的砂巖、粉砂巖，白堊系的泥巖，新近系的泥巖、砂巖以及全新世的復(fù)合成因堆積物也分布有規(guī)模不一的不穩(wěn)定斜坡(圖7a)。在區(qū)域強(qiáng)烈的凍融風(fēng)化作用下，巖石內(nèi)部的強(qiáng)度降低，節(jié)理裂隙發(fā)育，一方面氣溫升高時(shí)裂隙內(nèi)的積雪融化會(huì)降低巖體的抗剪強(qiáng)度，使得巖體極易破裂而發(fā)生崩塌滑落；另一方面冰雪融水沿地裂縫滲入巖體，聚集于相對隔水層之上，軟化侵蝕巖體結(jié)構(gòu)，使巖體失穩(wěn)而發(fā)生滑落。統(tǒng)計(jì)識別出的416處不穩(wěn)定斜坡發(fā)育與坡度值對應(yīng)關(guān)系如圖7(b)所示，可以看出不穩(wěn)定斜坡集中發(fā)育于坡度在20°～50°之間，占總的不穩(wěn)定斜坡數(shù)量的75%，不穩(wěn)定斜坡發(fā)育數(shù)量與坡度并沒有明顯的正相關(guān)關(guān)系，不穩(wěn)定斜坡的發(fā)育受多種因素控制，除巖性和斜坡坡度外，區(qū)域斷層活動(dòng)、地震、降水和植被蓋度對斜坡穩(wěn)定性也會(huì)產(chǎn)生影響。

圖8 不穩(wěn)定斜坡識別分布特征圖Fig.8 Map showing the unstable slope identification distribution

以蓋孜檢查站附近的斜坡災(zāi)害為例分析其發(fā)生與降水的關(guān)系(圖8)。該斜坡海拔約4 300 m，由斜坡向形變速率圖可以看出，斜坡處于極不穩(wěn)定狀態(tài)，形變劇烈且分布廣泛(圖8 a)。在斜坡下部附近出現(xiàn)空白區(qū)域是因?yàn)閷?shí)際形變值超出InSAR監(jiān)測能力而出現(xiàn)空值。圖8 (a)中點(diǎn)A1和A2的時(shí)間序列形變圖見圖8(b)，A1點(diǎn)斜坡向滑移量從2016年1月6日到2017年12月14日累計(jì)達(dá)-81 mm，且在2017年1月的位移量超過-11 mm，通過TRMM降水?dāng)?shù)據(jù)可以看到2017年1月的降水量為64 mm，占全年降水量的18%。這一降水過程也是全球氣候異常的一個(gè)表現(xiàn)，因強(qiáng)降水事件的發(fā)生而導(dǎo)致斜坡變形，所以對區(qū)域強(qiáng)降水的發(fā)生需給以重視，預(yù)防災(zāi)害的發(fā)生；A2點(diǎn)從2016年1月6日到2017年12月14日的累積位移量為-54 mm。圖8(c)、(d)是發(fā)生斜坡坡面碎屑流的野外照片，坡度較陡，為上部碎屑巖體滑落提供了動(dòng)力條件，表面幾乎無植被覆蓋，碎屑物在雨水作用下沿斜坡沖刷出多條細(xì)溝，在坡腳處堆積。蓋孜河谷屬于干熱河谷，降水稀少且集中，每年的降水量以歷時(shí)短暫的暴雨形式出現(xiàn)。降水是引發(fā)斜坡失穩(wěn)的重要原因，主要通過以下方式影響斜坡的穩(wěn)定性：一方面降水入滲使土體達(dá)到飽和，孔隙水壓力增加，斜坡的抗剪強(qiáng)度降低，易失穩(wěn)下滑；另一方面降水入滲到巖土體中，增加土體重量，從而降低軟弱結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度，也會(huì)使滑帶土得到軟化，極易發(fā)生土體滑動(dòng)，同時(shí)也說明斜坡變形會(huì)稍滯后于強(qiáng)降水事件。另外地震也是斜坡失穩(wěn)的重要原因。地震導(dǎo)致坡體結(jié)構(gòu)破壞，巖土體疏松，強(qiáng)降雨沿著疏松滑坡坡體裂縫、落水洞等優(yōu)勢通道快速入滲，從而導(dǎo)致巖土體含水量上升、強(qiáng)度降低，地下水位也隨之上升，誘發(fā)坡體變形[28]。

3.2.3冰川運(yùn)動(dòng)變形特征

圖9 冰川運(yùn)動(dòng)點(diǎn)分布特征圖Fig.9 Features of the glacier movement identification distribution

公路南段的公格爾山平均海拔超過4 000 m，冰川活動(dòng)強(qiáng)烈，尤其是公格爾山，最高峰海拔7 649 m，是冰川源區(qū)，由于變形相對較大超出InSAR識別的范圍導(dǎo)致嚴(yán)重的失相干。圖9顯示了公格爾山北側(cè)冰川攜帶冰磧物運(yùn)動(dòng)情況。在InSAR識別的初始階段，冰川運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，A1點(diǎn)的冰磧物沿斜坡向下游接收區(qū)輸送冰體和碎屑物質(zhì)，大量物質(zhì)堆積造成該處冰面隆起，變現(xiàn)為曲線的上升(圖9 b)，當(dāng)部分碎屑流繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)， A1點(diǎn)失去源區(qū)冰磧物補(bǔ)給而不再發(fā)生正的變形，但由于該地區(qū)的土質(zhì)多為季節(jié)性凍土，極不穩(wěn)定，在沖擊作用下使得下部土體下沉從而表現(xiàn)為負(fù)的變形，如此循環(huán)，對斜坡土體造成更大破壞，加劇了不穩(wěn)定斜坡的發(fā)生，甚至引發(fā)冰磧物滑坡。

3.2.4泥石流溝運(yùn)動(dòng)特征

中巴公路蓋孜河谷段兩側(cè)泥石流廣泛發(fā)育。據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)區(qū)域泥石流按照形態(tài)可分為溝谷型泥石流和坡面型泥石流。溝谷型泥石流多發(fā)育于公路北側(cè)的山谷內(nèi)，流通區(qū)和發(fā)育區(qū)的分區(qū)不明顯，多分布在山谷和山前坡地；溝谷兩側(cè)的坡腳處發(fā)育坡積物，溝床內(nèi)的堆積物厚度較大，松散固體物質(zhì)較為豐富。坡面型泥石流的形成區(qū)一般分布在公路兩側(cè)的山體上。山體較為破碎，堆積物較多，顆粒松散，粒徑較大，新發(fā)生的泥石流堆積于老泥石流扇上，坡面水流匯集，表層松散堆積物直接轉(zhuǎn)化為泥石流。

區(qū)域泥石流按照水源條件可分為融雪型泥石流和洪水型泥石流兩類。融雪型泥石流集中于公路兩側(cè)的昆蓋山和公格爾山冰川分布區(qū)，一般為溝谷型泥石流，海拔多在4 000 m以上。冰川泥石流溝由于物源區(qū)被冰川積雪所覆蓋，狀態(tài)極不穩(wěn)定：一方面夏季的持續(xù)高溫使冰川積雪急劇消融，突發(fā)水源大量增加，另一方面冰川融水在向下流動(dòng)時(shí)會(huì)攜帶大量的冰磧或雪崩巖屑等固體物質(zhì)。洪水型泥石流分布廣泛，在年降水量極少的干旱期由于強(qiáng)烈的物理風(fēng)化作用使得地表形成豐富的松散碎屑物質(zhì)，在公路北側(cè)普遍存在著有利于匯水的圍谷狀地貌，且形成區(qū)面積大、坡面多、坡度陡、溝壑密度大，暴雨作用下造成泥石流發(fā)生[29]。

4 結(jié)論

(1)SBAS的監(jiān)測結(jié)果顯示2016—2017年研究區(qū)LOS向形變速率為-76～28 mm/a；結(jié)合研究區(qū)的坡度、坡向以及衛(wèi)星采集數(shù)據(jù)的幾何姿態(tài)等信息將LOS向形變速率轉(zhuǎn)換為斜坡向形變速率最大達(dá)到-157 mm/a；基于斜坡向滑移速率，得到覆蓋研究區(qū)的449處災(zāi)害點(diǎn)，包括31處滑坡，416處不穩(wěn)定斜坡和2處冰川運(yùn)動(dòng)，形變點(diǎn)集中分布于道路北側(cè)；不穩(wěn)定斜坡集中的溝道為泥石流發(fā)育提供了充足的物源物質(zhì)，使得蓋孜河谷段的泥石流溝廣泛存在。遙感解譯結(jié)合野外調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)出研究區(qū)存在23個(gè)泥石流溝。

(2)結(jié)合區(qū)域TRMM降水?dāng)?shù)據(jù)對典型地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的時(shí)間序列變形結(jié)果進(jìn)行分析，證實(shí)了斜坡運(yùn)動(dòng)與強(qiáng)降水存在較強(qiáng)相關(guān)性，但因水對巖體的入滲侵蝕需要一個(gè)過程，所以斜坡滑移滯后于強(qiáng)降水事件的發(fā)生。在當(dāng)前全球氣候變化背景下，會(huì)發(fā)生越來越多氣候異常事件，這也迫切需要對地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測和早期識別。

(3)該研究證明了SBAS-InSAR方法在地質(zhì)災(zāi)害早期識別和監(jiān)測中的應(yīng)用優(yōu)勢，但受限于方法和數(shù)據(jù)的不足，對植被覆蓋區(qū)和冰川區(qū)識別結(jié)果較少，受衛(wèi)星重訪周期影響，對短時(shí)間發(fā)生的崩塌等地質(zhì)災(zāi)害沒有有效識別，在今后研究中應(yīng)合理選擇雷達(dá)數(shù)據(jù)和處理方法，以有效快速地對地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行早期識別。