遥感技术主要对地上-地表-地下地物成像，能够准确记录地表特征的时间、空间的分布和变化信息。遥感变化检测技术随着在近几年来得到了飞速的发展，本论文综合阐述和利用了已有变化检测方法对我国西部地区的地上-地表-地下地物地表特征的时空变化信息进行了遥感检测，并统计了变化的结果。本文从变化检测的目的出发，对遥感监测的地上-地表-地下三层遥感体系进行了系统的遥感应用研究，主要作了三大部分的工作：1)利用最新的NOAA/AVHRR的NDVI数据对我国西部20年来的植被状况在时间序列上的变化作了初步的研究；2)利用欧空局的ERS-1/2雷达卫星的SLC(单视复数据)数据进行干涉处理，提取了玛尼地震同震形变场，模拟了断层参数，并对发震断层的构造运动模式进行了探索，对不同时间尺度下的断层位移量作了恢复。3)提取了库车盆地丘里塔格背斜构造的地层产状特征，并对地层产状的空间变化与地下构造的空间分布进行了系统研究。本文基于多源遥感数据包括：NOAA/AVHRR数据、LandsatTM、ETM，高分辨率间谍卫星(CORONA)数据，SIR-C/X-SAR数据和ERS-1/2的Tandem数据，对有关变化检测和监测的信息提取及应用课题进行了广泛的研究，特别是首次提出了利用生物量斜率对植被生长趋势的监测以及首次将大地线计算方法应用到地层产状的提取的基本原理进行了详细论述，对产状信息提取和地质应用进行了开拓性的发展，取得了一些创新性成果。主要结论如下： 1)差分方法、生物量变化斜率方法和第四主成分图像中发生变化的像素表现一致，基本是位置相同，具有相同的变化方向和量级，差分方法、NDVI斜率拟合、生物量拟合图像，具有很强的相关性，表现为很高的相关性。生物量斜率图像比差分图像更接近于代表植被变化的第四主成分，而且比主成分变换更明确地反映了20年间植被生长的生物物理意义，综合分析差分、生物量斜率像和主成分变换，认为生物量斜率方法更适合于确定植被的变化监测。差分图像反映的是时间端点的变化，第四主成分反映的是20年的平均变化，斜率拟合图像反映的是植被的变化趋势。斜率拟合图像、差分图像、第四主成分图像所揭示的中国西部变化的像素区域分布、变化方向、变化量级基本一致。 2)综合统计结果显示前10年(1981-1991)植被生长状况要好于后10年(1991-2001)；而且基于沙漠区域像素20年不变的原则，分割生物量斜率图像的统计结果揭示了我国西部在1981-2001的20年间，林地、草地都发生了高比例、大面积的退化，只有很小比例的植被得以改善，表现出局部改善、总体恶化的局面。 3)叙述了干涉SAR提取DEM和差分干涉的原理，并提取了玛尼地震的同震形变场。干涉条纹解译的位移矢量分解结果显示，在1997年11月8日的地震中，可以得到南侧最大的斜距向变形量为100.8厘米，北侧最大的斜距向变形量为-84厘米。玛尔盖查卡断层的北部边缘在断层走向上相对于参考点来说，移动了约2.28米，南部边缘在断层走向上相对于参考点移动了约2.74米，因此沿断层分布的最大水平错动量为5.02米，相比较而言，这与野外的观测结果(4.5米)更加一致。 4)根据Okada的三维弹性半无限空间模型模拟的断层参数表明玛尔盖查卡断层发震破裂可以分为5段，是典型的走滑逆断层。玛尔盖查卡断层两侧分布的湖泊呈线性排列，表现出明显的构造拉伸成因。野外实地观测和LandsatETM数据的解译结果都揭示玛尔盖查卡断层走滑的证据，并根据地貌和构造解译标志恢复了玛尔盖查卡断层不同部位的走滑量，分别为150米、720米和22.5公里，说明了玛尔盖查卡断层在不同时间尺度下的走滑活动。 5)利用多极化的SIR-C/X-SAR图像数据，融合了LandsatTM数据，充分利用TM数据的丰富光谱信息和SAR数据的纹理信息，结果表明融合图像的地层岩性清楚，线性界限和纹理易于识别，便于进行地质填图和冲积扇的期次划分。 6)利用高分辨率卫星数据(CORONA)，首次提出并详细阐述了利用大地线计算方法计算高陡地层产状的理论。根据产状数据的空间变化规律结合断层相关褶皱理论，以实例说明了遥感获取的产状数据可以用来解译地震剖面，有助于建立三维地质模型。