期刊：Earth and Planetary Science Letters
作者：Zhiqiang Liu, Chuntao Liang, Christoph Sens-Schönfelder, Wei Hu, Xinlei Sun, Tuo Zhang, Rui Xu, Zhiyu Jiang, Hao Jiang
年份：2024
研究亮点
从环境噪声测量西山村滑坡的小时速度变化
将与不同环境因素相关的速度异常解耦
揭示了滑坡活动对降雨入渗的影响
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摘要
许多潜在的滑坡以缓慢的滑动速度对人类安全构成持续威胁。这些滑坡的运动不断改变水文地质条件，导致裂缝扩大，使随后的降雨更容易渗透到滑坡内部。监测滑坡内部结构和孔隙水压力的微小变化有助于理解这种耦合机制，评估滑坡破坏风险。在这里，本研究利用地震环境噪声干涉法来评估每小时的速度变化，这使我们能够量化滑坡对不同深度外部因素的反应，包括地震、降雨和滑动的力学响应。在中国四川省西山村滑坡的案例中，我们观察到在滑坡经历垂直位移的时期内，与降雨和地震活动爆发相吻合的速度明显下降。本研究的观察突出了研究滑坡运动的力学过程如何改变水文地质条件、促进降雨渗透以及评估后续恢复过程的新视角。
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图表
图：6月西山村滑坡（中国四川省）下部地震台站分布和叠加小时地震速度变化（dv/v，10-20Hz）随台站数量增加。（a） 红色图钉表示地震台站的位置，黄色三角形表示雨量计传感器。（b） 红色和黑色波形表示Xs09-Xs03站对（10-20Hz，ZZ分量）的参考和电流（6月19日2:00）CCF。（c） 以不同颜色显示的曲线描绘了不同堆叠站号的平均dv/v曲线（更多细节请参见方法）。细灰线表示dv/v叠加在11个站点上。
图：综合分析温度和降雨对堆积在11个站点上的滑坡dv/v的影响（对应于约2200尾波）。（a） 蓝色和橙色曲线分别表示dv/v（10-20Hz）和空气温度。（b） 黄色条表示滑坡上记录的降雨数据，灰色曲线表示其累积值。（c） 灰色条表示区域降雨数据。（d） 橙色和蓝色实线表示6月份观测到的每日dv/v和温度变化，而橙色虚线表示2小时时间偏移的每日平均温度数据。（e） 温度与dv/v的关系，时间偏移2小时。蓝色和黑色点表示6月18日之前和之后的数据，而红色虚线表示趋势线。（f） 橙色曲线表示由10°C的温度波动引起的模拟热弹性应变。
图：综合分析地震事件和滑坡活动对叠加dv/v的影响。（a）蓝色曲线表示dv/v（10-20Hz），虚线表示与地震事件相关的速度降低。（b） Xs12电台在20-45Hz高频范围内的频谱分析。两个子图放大了6月18日和7月20日的观测结果，其中蓝色和黑色曲线表示dv/v和高频信号振幅（20-45Hz）。（c） E1地震事件中，沿通往山顶的道路布置的不同台站的Z分量的地震记录（1-45Hz）。（d） 不同台站对群体事件E2和分别用黑框和红框标记的震颤的地震记录。（e） InSAR反演在不同时间阶段获得的地面位移图，红点表示地震台站。
图：在去除温度影响后，滑坡活动和降雨对滑坡dv/v的耦合影响。（a） 蓝色和灰色曲线表示由气温数据和累积降雨量校正的dv/v（10-20Hz）。绿色和红色虚线表示地震E1和震颤1的发生。（b） 6月18日Xs12台地震记录的dv/v和频谱图之间关系的比较。（c） 不同降雨期R1、R2和R3累积降雨量值与dv/v的散点图(图2b). （d） 蓝色曲线表示去除温度影响后的dv/v。灰色条表示区域降雨量(图2c)。
图：6月期间，通过5-10Hz、7.5-10Hz、10-20Hz和20-30Hz的不同频带测量的堆叠dv/v。（a） 不同颜色的曲线表示以不同频率叠加在所有站上的dv/v。（b） 不同颜色的曲线表示由气温数据校正的dv/v。
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结论
本研究采用地震环境噪声干涉法来评估中国四川省西山村滑坡下部的小时速度变化。通过叠加数千个尾波的结果（称为多路径空间叠加法），可以有效提高滑坡速度测量的稳定性和时间分辨率。本研究的发现对于量化滑坡对外部因素（如气温、地震、降雨和滑动引起的力学效应）的耦合响应具有重要意义。
本研究的发现揭示了滑坡体内每小时的速度波动与气温之间存在稳定的正相关关系，其特征是两小时的时间延迟。在这些变量之间建立线性关系可以减轻热应变的影响，并有助于全面量化降雨、滑坡活动和地震等变量的影响。
我们观察到，在滑坡经历垂直位移的时期，降雨和地震活动爆发时，速度明显下降。不同频率下的速度变化结果表明，浅层变形可能导致浅层粘土层的渗透性变化，从而促进降雨渗透到滑坡底部的多孔砾石土层中。本研究的观察为理解滑坡运动的力学过程如何改变水文地质条件并导致滑坡灾害提供了新的视角。
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参考文献
Liu Z, Liang C, Sens-Schönfelder C, Hu W, Sun X, Zhang T, et al. Monitoring crack opening via seismic velocity variation to assess that fatal effect of precipitation for landslide motion. Earth and Planetary Science Letters. 2024;644:118922.
投稿｜engeomodel@gmail.com
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