通过合成孔径雷达后向散射分析和干涉测量技术，对巴西圣弗朗西斯科盆地中与天然氢气渗漏相关的“仙环”现象进行探索与监测

本研究利用SAR回波分析和干涉测量技术，在巴西圣弗朗西斯科盆地的仙圈区域监测植被/土壤湿度和地面运动动态，发现部分仙圈在5年内存在显著变化，但未明确与地下氢气渗漏的直接关联。研究证实SAR技术能有效追踪仙圈动态，为氢能勘探提供新工具。

　　
巴西圣弗朗西斯科盆地的“仙圈”现象与氢气渗漏关系研究

一、研究背景与科学问题
自然积累的氢气（H?）目前仅在马里Bourakébougou等少数地点被有效开发，这暴露出该领域的基础研究存在显著空白。研究团队聚焦圣弗朗西斯科盆地，该区域拥有大量仙圈（直径100米至2公里的圆形植被缺失区），并检测到Campinas和Baru两个H?渗漏结构。核心科学问题在于揭示仙圈形成与演化的动态过程及其与地下氢气系统的关联。

二、地质与地球物理背景
研究区域位于巴西古老克拉通（约40公里厚结晶基底）之上，地质构造复杂。盆地下伏绿岩带、片麻岩和含铁Formation等，可能构成氢气生成与运移的潜在通道。盆地区域应力场以东西向压缩为主，断裂系统发育，这些特征为氢气通过次生孔隙迁移提供了地质条件。

三、研究方法与技术路线
1. 多源遥感数据融合
- 采用Sentinel-1 SAR卫星（5年连续观测，分辨率11.65米）
- 补充Landsat-8 OLI传感器NDVI植被指数（2017-2021年，30米分辨率）
- 建立SRTM数字高程模型辅助校正

2. 关键分析技术
（1）回散射系数（γ?）时序分析
- 建立年均值对比图（2017 vs 2021）
- 应用高斯滤波（3像素半径）消除 speckle噪声
- 观测到部分仙圈存在5年累计5-7 dB的显著回散射增强

（2）InSAR干涉测量
- 采用多基线（MB）方法处理85景卫星影像（2016-2021）
- 划定参考点消除大气相位误差
- 应用标准差阈值（2 mm/年）和相干度筛选（>0.78）
- 发现整体区域年均负向位移达-6 mm/年

四、主要观测结果
1. 植被-土壤湿度动态
- 73%仙圈显示2017-2021年植被扩张趋势（回散射增强）
- 趋势与区域降水增加（2017年450 mm → 2021年920 mm）显著相关
- 季节性波动明显（与巴西雨季/旱季周期吻合）

2. 地面运动特征
- 负向位移中心值-6 mm/年（95%置信区间±2 mm/年）
- Campinas中心区最大位移-1 cm/年（持续线性运动）
- 运动范围覆盖整个仙圈富集区（约4平方公里）

五、机制分析与讨论
1. 氢气运移的潜在通道
- 断裂系统（NE-SW走向推测断裂带）控制H?迁移路径
- 砂质沉积物（外圈）与黏土层（中心区）形成渗流通道与封存结构
- 实验室模拟显示机械压实可解释仙圈形态演化

2. 多因素耦合作用
- 气候因素（降水增加）与地质过程（压实作用）共同影响
- 微生物活动可能加速表层H?消耗
- 非线性时间尺度（10-100年地质周期 vs <5年监测周期）

3. 技术验证与局限性
- SAR方法成功识别H?活跃区（如Campinas）
- InSAR检测到与地质结构不吻合的宏观运动（需验证地质模型）
- 缺乏地面GPS观测数据（误差范围±2 mm/年）
- 未发现直接关联植被变化与地下H?浓度的证据

六、应用价值与展望
1. 能源勘探新方法
- SAR时序分析可识别潜在H?渗漏区（效率提升300%）
- InSAR技术监测地质压实（精度达毫米级）
- 与高光谱遥感形成互补（植被覆盖度区分度达90%）

2. 研究展望
- 需建立多尺度时空数据库（涵盖地质-生态-气象）
- 开发AI驱动的自动识别系统（目标检测准确率>85%）
- 加强地面验证（布设50个监测点，每点200m间距）
- 模拟研究应纳入构造活动（如断层走滑速率0.5 mm/年）

该研究证实SAR技术可有效追踪仙圈动态，为深层氢气系统勘探提供新工具。但需注意，植被变化与地质运动可能存在异步响应，建议后续研究采用跨尺度模型（耦合气象、地质、生态数据），并建立长期监测网络（10年以上周期）。