بررسی تغییرات توپوگرافی ناشی از معدن‌کاری سطحی با استفاده از تداخل‌سنجی راداری روشSBAS (مطالعة موردی: معدن سنگ‌آهن سنگان خواف)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری ژئومورفولوژی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد

2 دانشیار ژئومورفولوژی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد

3 دانشیار ژئومورفولوژی، دانشگاه کمپلوتنسه مادرید، مادرید، اسپانیا

4 استادیار گروه جغرافیا (گرایش ژئومورفولوژی)، دانشگاه پیام نور، تهران

5 استاد زمین‌شناسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد

چکیده

معدن‌کاری سابقه‌ای طولانی دارد و در طیف گسترده‎ای از محیط‎های ژئومورفیک رخ می‎دهد. میزان تغییراتی که این فعالیت‎های معدن‌کاری در مورفولوژی و محیط معدنی به‌وجود می‎آورند گاه به‌اندازه‎ای است که محیط اطراف را دچار تغییرات اساسی و خسارات فراوانی می‎کند و ازاین‌رو این تغییرات نیازمند پایش دقیق است. از اوایل دهة ۱۹۹۰U تداخل‌سنجی راداری به‌صورت ابزاری مفید در مطالعة تمامی پدیده‎هایی که سبب تغییر سطح زمین می‎شوند، مطرح شده و به‌کار رفته است؛ بدین‌معنا که اگر سطح زمین بین دو تصویر راداری تغییرشکل بیابد، می‎توان نقشة جابه‌جایی سطحی را با وضوح و دقت میلی‎متری ایجاد کرد. این مقاله یافته‎های حاصل از اجرای روش SBAS روی سری زمانی مجموعه داده‌های سنتینل‌– 1 برای شناسایی تغییرشکل‌های سطحی، در معدن سنگ‌آهن سنگان‌– خواف به‌منزلة یک معدن سطحی روباز را گزارش می‎دهد. معدن سنگ‌آهن سنگان از بزرگ‌ترین و غنی‌ترین ذخایر سنگ‌آهن در خاورمیانه و ایران است. این معدن، براَثر برداشت و استخراج سنگ‌آهن، دچار تغییرات فراوان توپوگرافی و ژئومورفولوژی شده است که این تغییرات می‎تواند سبب تشدید فرایندها و مخاطرات ژئومورفولوژیکی شود. برای تخمین و به‌دست‌آوردن مقدار تغییرشکل سطح زمین، از 48 تصویر SAR از معدن سنگ‌آهن سنگان استفاده شده است. این تصاویر با استفاده از ماهوارة سنتینل‌– 1 آژانس فضایی اروپا به‌دست آمد. سری زمانی (2014-2020) حاصل از تغییرشکل در محدودة معادن پلاسری تجزیه‌وتحلیل شد. نتایج به‌دست‌آمده میزان متوسط جابه‌جایی 20- تا 35- میلی‌متر در سال و حداکثر میزان تجمعی تغییرات 120- میلی‌متر را نشان می‎دهد. بررسی نیم‌رخ عرضی در نواحی ابتدایی مخروط‎افکنه در معادن پلاسری، طی بازة زمانی 2014-2020، شدت تغییرات توپوگرافی را به‌خوبی نشان می‎دهد. برای ارزیابی قابلیت اطمینان نتایج، به‌دلیل نبود داده (ایستگاه GPS) در محدودة معادن پلاسری، نتایج مشتق از SBAS با مقادیر اندازه‌گیری‌شده ازطریق توتال استیشن مربوط به واحد ژئومورفولوژی کوهستان منطقة معدنی در سال‌های ۲۰۲۰ -۲۰۱۴ به‌کار رفته است. نتایج نشان داد که میزان تغییرات حاصل از داده‎های راداری با استفاده از روش SBAS، در مقایسه با داده‎های نقشه‌برداری زمینی، الگوی تقریباً مشابهی را طی کرده است اما تفاوت‌هایی نیز دارد که ممکن است ناشی از ماهیت متفاوت برداشت (در نقشه‌برداری زمینی، تغییرات ارتفاعی برای یک نقطه اندازه‌گیری می‎شود اما، در تداخل‌سنجی، مقدار میانگین از نقاط مجاور یکدیگر به‌دست می‎آید) و از همه مهم‌تر، وجودنداشتن داده‎‌های متوالی ترازیابی در سطح پلاسری‌ها به‌منظور ارزیابی دقیق‌تر نتایج است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Investigation of Topographic Changes in Open Pit Mines by Radar Interferometry (Case Study: Sangan- Khaf iron Ore Mines)

نویسندگان [English]

  • Mahvash Naddaf 1
  • seyedReza Hosseunzadeh 2
  • Jose Martin 3
  • mahnaz jahadi 4
  • Naser Hafezimoghaddas 5
1 Ph.D. Student of Geomorphology, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad
2 Associate Prof., Dep. of Geography, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad,
3 Associate Prof. of Geomorphology, Faculty of Geological Sciences, Complutense University of Madrid, Madrid, Spain
4 Assistant Prof., Dep. of Geogeraphy, Payame Noor University, Tehran
5 Prof. of Dep. of Geology, Ferdowsi University University of Mashhad, Mashhad
چکیده [English]

In the early 1990s, radar interferometry was introduced and used as a useful tool in the study of all phenomena that cause land surface deformations. If the land surface deforms between two radar images, a surface displacement map can be created with millimeter resolution and accuracy. This paper reports the findings of the Sentinel1 –A data time series results using the SBAS algorithm to detect surface deformation in the Sangan iron ore mine. Sangan Iron Ore Mine is the largest open pit iron ore deposit in the Middle East. Due to mining activities, this mine has undergone many changes in terms of topography and geomorphology, which can intensify geomorphological processes. To detect and obtain the amount of land deformation, 48 SAR images of Sangan iron ore mine obtained by the European Space Agency's Sentinel 1-A satellite were used. The time series (2014-2020) obtained from the deformation in the range of placer mines were analyzed. The results show the average displacement rate of -20 to -35 mm per year and the maximum cumulative rate of deformations of -120 mm. Investigation of the cross-section in the two parts of the apex and the center of the alluvial fan in the placer mines during the period 2014-2017 shows the topographic changes well. To evaluating the reliability of the results, the results derived from SBAS have been compared due to the lack of data in the range of placer mines with the values measured by the total station related to the mountain unit in the years 2020-2014. The results showed that the rate of deformations from radar data using the SBAS algorithm compared to the leveling data has followed a similar pattern. However, there may be some error due to the different nature, ie in the leveling of elevation deformations measured for a point, but in interferometry the average rate is obtained from adjacent points.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sangan-Khaf
  • Iron ore
  • Radar interferometry
  • SBAS
  • Sentinel 1-A

مراجع

Berardino, P., Fornaro, G., Lanari, R. & Sansosti, E., 2002, A New Algorithm for Surface Deformation Monitoring Based on Small Baseline Differential SAR Interferograms, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 40(11), PP. 2375-2383.
Brown, A.G., Tooth, S., Chiverrell, R.C., Rose, J., Thomas, D.S., Wainwright, J., ... & Downs, P., 2013, The Anthropocene: Is There A Geomorphological Case?, Earth Surface Processes and Landforms, 38(4), PP. 431-434.
Du, Q., Li, G., Zhou, Y., Chai, M., Chen, D., Qi, S. & Wu, G., 2021, Deformation Monitoring in an Alpine Mining Area in the Tianshan Mountains Based on SBAS-InSAR Technology, Advances in Materials Science and Engineering.
Ellis, E.C., 2011, Anthropogenic Transformation of the Terrestrial Biosphere, Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 369(1938), PP. 1010-1035.
Foley, J.A., DeFries, R., Asner, G.P., Barford, C., Bonan, G., Carpenter, S.R., ... & Snyder, P.K., 2005, Global Consequences of Land Use, Science, 309(5734), PP. 570-574.
 Ferretti, A., Prati, C. & Rocca, F., 2001, Permanent Scatterers in SAR Inter-ferometry, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 39(1), PP. 8-20.
Gabriel, A.K., Goldstein, R.M. & Zebker, H.A., 1989, Mapping Small Elevation Changes over Large Areas: Differential Radar Interferometry, Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 94(B7), PP. 9183-9191.
Ge, L., Chang, H.C. & Rizos, C., 2007, Mine Subsidence Monitoring Using Multi-Source Satellite SAR Images, Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, 73(3), PP. 259-266.
Hu, Z., Ge, L., Li, X., Zhang, K. & Zhang, L., 2012, An Underground-Mining Detection System Based on DInSAR, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 51(1), PP. 615-625.
Naghizadeh, A., Mahvi, A.H., Alidadi, H, & Dadpour, A.R., 2007, Investigating the Level of Dust and Free Silica Present in the Air of Khavaf Iron Ore Mines and Providing Solutions to Reduce Silicosis, The 11th National Conference on Environmental Health of Iran, Zahedan.
Li, Z.W., Yang, Z.F., Zhu, J.J., Hu, J., Wang, Y.J., Li, P.X. & Chen, G.L., 2014, Retrieving Three-Dimensional Displacement Fields of Mining Areas from a Single InSAR Pair, J. Geod., 89, PP. 17-32.
Liu, X., Xing, X., Wen, D., Chen, L., Yuan, Z., Liu, B. & Tan, J., 2019, Mining-Induced Time-Series Deformation Investigation Based on SBAS-InSAR Technique: A Case Study of Drilling Water Solution Rock Salt Mine, Sensors, 19(24), P. 5511.
Liu, J., Ma, F., Li, G., Guo, J., Wan, Y. & Song, Y., 2022, Evolution Assessment of Mining Subsidence Characteristics Using SBAS and PS Interferometry in Sanshandao Gold Mine, China, Remote Sensing, 14(2), P. 290.
Pawluszek-Filipiak, K. & Borkowski, A., 2020, Integration of DInSAR and SBAS Techniques to Determine Mining-Related Deformations Using Sentinel-1 Data: The Case Study of Rydułtowy Mine in Poland, Remote Sensing, 12(2), P. 242.
Shami, S., Mashhadhi, H.A. & Babaei, S., 2018, Analysis of Large-Scale Displacements Using Radar Interferometry Technology in Open Pit Mines (Case Study: Sirjan Golgohar Mine), Scientific Journal of Mapping and Spatial Information Engineering, 10(3), PP. 41-51.
Tang, W., Motagh, M. & Zhan, W., 2020, Monitoring Active Open-Pit Mine Stability in the Rhenish Coalfields of Germany Using a Coherence-Based SBAS Method, International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 93, P. 102217.
Tarolli, P., 2014, High-Resolution Topography for Understanding Earth Surface Processes: Opportunities and Challenges, Geomor-phology, 216, PP. 295-312.
Tarolli, P. & Sofia, G., 2016, Human Topographic Signatures and Derived Geomorphic Processes Across Landscapes, Geomorphology, 255(3), PP. 140-161.
Zebker, H.A. & Villasenor, J., 1992, Decorrelation in Interferometric Radar Echoes, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 30(5), PP. 950-959.
Zhang, L., Ge, D., Guo, X., Liu, B., Li, M. & Wang, Y., 2020, InSAR Monitoring Surface Deformation Induced by Underground Mining Using Sentinel-1 Images, Proceedings of the International Association of Hydrological Sciences, 382, PP. 237-240.
Zhu, Y., Zhou, S., Zang, D. & Lu, T., 2018, Monitoring of Surface Subsidence of the Mining Area Based on Sbas, International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 42, P. 3.
Yao, J., Yao, X., Wu, Z. & Liu, X., 2021, Research on Surface Deformation of Ordos Coal Mining Area by Integrating Multitemporal D-InSAR and Offset Tracking Technology, Journal of Sensors.
Yuan, M., Li, M., Liu, H., Lv, P., Li, B. & Zheng, W., 2021, Subsidence Monitoring Base on SBAS-InSAR and Slope Stability Analysis Method for Damage Analysis in Mountainous Mining Subsidence Regions, Remote Sensing, 13(16), P. 3107.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار