滑坡是我國(guó)西南地區(qū)最主要的地質(zhì)災(zāi)害，往往造成慘重人員傷亡和巨大財(cái)產(chǎn)損失。除地質(zhì)、地形等固有因素外，滑坡的成因同時(shí)受地震、降雨等多種外界因素影響，涉及地球物理（地震）學(xué)、巖石力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)等若干學(xué)科。作為多領(lǐng)域交叉學(xué)科問(wèn)題，滑坡孕育過(guò)程中的多物理場(chǎng)耦合機(jī)理不清、觸發(fā)失穩(wěn)規(guī)律與特征未明，嚴(yán)重制約了地質(zhì)災(zāi)害鏈生演化機(jī)制研究以及邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、工程巖體結(jié)構(gòu)健康診斷與監(jiān)測(cè)預(yù)警等應(yīng)用的深入開展。

針對(duì)上述問(wèn)題，中國(guó)地震局地球物理研究所謝凡研究員采取“向內(nèi)看”策略，充分挖掘波速變化對(duì)介質(zhì)彈性模量弱化而導(dǎo)致的損傷高度敏感的特性，從非相干波場(chǎng)干涉分析角度入手，突破常規(guī)地震被動(dòng)觀測(cè)技術(shù)在時(shí)間分辨率以及淺層空間分辨率的應(yīng)用局限；以巖體淺層散射波場(chǎng)時(shí)空間演化信息為抓手，實(shí)現(xiàn)對(duì)表征滑坡內(nèi)部損傷演化的波速變化這一關(guān)鍵信息的高時(shí)間分辨率、高精度長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。該方法于2019年率先應(yīng)用于我國(guó)川西地區(qū)大渡河流域某典型巖石邊坡并取得良好效果：利用2臺(tái)高靈敏度地震動(dòng)設(shè)備記錄環(huán)境振動(dòng)并提取獲得該巖石邊坡內(nèi)部的散射波場(chǎng)，應(yīng)用波形干涉技術(shù)監(jiān)測(cè)滑坡的波速變化和微裂隙變化，通過(guò)對(duì)方法的改進(jìn)，將波速變化的時(shí)間分辨率提升到20分鐘的同時(shí)將觀測(cè)誤差控制在 10-5（中位數(shù)）。最終實(shí)現(xiàn)對(duì)該典型滑坡體為期一年的高時(shí)間分辨率、高精度的原位觀測(cè)。

研究表明：（1）該典型滑坡淺層波速變化呈現(xiàn)日變化的主要驅(qū)動(dòng)機(jī)制是太陽(yáng)（熱）輻射在滑坡表面巖體產(chǎn)生膨脹所導(dǎo)致的圍壓變化，這也是此滑坡體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度季節(jié)性變化的主要驅(qū)動(dòng)力之一。（2）短時(shí)/持續(xù)性的強(qiáng)降雨在通過(guò)巖石縫隙的擴(kuò)散過(guò)程中會(huì)增大滑坡孔隙壓，導(dǎo)致滑坡體強(qiáng)度在降雨發(fā)生后數(shù)天內(nèi)出下降，從而產(chǎn)生顯著的波速變化下降，這是此滑坡體在雨季出現(xiàn)強(qiáng)度下降的主要驅(qū)動(dòng)力。（3）周邊300公里范圍內(nèi)的中小強(qiáng)度地震也可引發(fā)此滑坡體內(nèi)部既有（微）裂隙的瞬時(shí)打開（可逆型損傷），導(dǎo)致波速階梯式下降；而上述（微）裂隙在震后的緩慢閉合（損傷恢復(fù)）過(guò)程會(huì)導(dǎo)致波速變化在數(shù)天到十?dāng)?shù)天的時(shí)間跨度內(nèi)呈對(duì)數(shù)型增長(zhǎng)并幾近恢復(fù)至震前水平。（4） 當(dāng)震后的波速變化恢復(fù)過(guò)程疊加降雨過(guò)程時(shí)，會(huì)使得此滑坡體不穩(wěn)定性繼續(xù)保持，導(dǎo)致其內(nèi)部的波速變化不能完全恢復(fù)到地震發(fā)生之前的狀態(tài)。（5）上述多種因素的疊加導(dǎo)致該滑坡體出現(xiàn)局部、小規(guī)模失穩(wěn)事件（rock avalanche），得益于優(yōu)化后的時(shí)間分辨率，在滑坡失穩(wěn)發(fā)生前40分鐘觀測(cè)到可預(yù)警的前兆式波速下降。

圖1 在我國(guó)西南地區(qū)典型滑坡體為期一年的高時(shí)間分辨率、高精度的原位觀測(cè)

圖2 在高時(shí)間分辨率（20min）監(jiān)測(cè)模式下，在小規(guī)?；掳l(fā)生前40分鐘觀測(cè)到可預(yù)警的前兆波速下降。圖中紅色圓點(diǎn)是前兆波速下降，黃色虛線是小規(guī)模滑坡發(fā)生時(shí)間

圖3 距離超過(guò)200公里的中小強(qiáng)度的地震（黑色圓點(diǎn)）即可引發(fā)此滑坡（黑色五星）內(nèi)部既有（微）裂隙的瞬時(shí)打開（可逆型損傷），導(dǎo)致波速階梯式下降（藍(lán)色和橘色曲線），當(dāng)震后的波速變化恢復(fù)過(guò)程疊加降雨過(guò)程時(shí)，會(huì)使得此滑坡不穩(wěn)定性繼續(xù)保持，導(dǎo)致該滑坡體內(nèi)部的波速變化不能完全恢復(fù)到地震發(fā)生之前的狀態(tài)（橘色曲線）

非相干波場(chǎng)的散射波速度變化監(jiān)測(cè)具備高應(yīng)力敏感性以及高時(shí)空分辨率特點(diǎn)，相對(duì)傳統(tǒng)地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)技術(shù)更具優(yōu)勢(shì)，可為新一代地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)及早期預(yù)警的地球物理監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展與體系化建設(shè)形成重要支撐。研究成果2022年發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊《Engineering Geology》（Xie F, Larose E, Wang Q, et al. In-situ monitoring of rock slope destabilization with ambient seismic noise interferometry in southwest China[J]. Engineering Geology, 2022: 106922）,受自然科學(xué)基金41874061, 4211001018以及中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金DQJB22Z02資助項(xiàng)目共同資助。

【作者介紹】

謝凡, 研究員。主要從事跨尺度介質(zhì)變化及其成像的高精度觀測(cè)及研究工作.研究方向?yàn)榉蔷鶆蚪橘|(zhì)中的散射波理論、數(shù)值模擬以及在地震孕育和地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)應(yīng)用。相關(guān)成果發(fā)表于地球物理學(xué)，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)，地質(zhì)災(zāi)害防治等領(lǐng)域重要期刊。