长安大学李振洪教授团队佳作【EG】(配视频)| 利用 InSAR 观测表征 2008 年汶川地震近 15 年后大光包滑坡的演化

文摘   2024-10-16 16:46   德国  

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期刊: Engineering Geology


作者:Yi Chen a b c ,  Chuang Song a c d ,  Zhenhong Li *a c d ,  Chen Yu a c d ,  Zhenjiang Liu a b c ,  Xuesong Zhang a b c ,  Bo Chen a b c ,  Xiaoning Hu a b c 



年份:2024


亮点• 提出了一种评估同震滑坡稳定性和风险的新框架。• 汶川地震 15 年后,大光包滑坡仍处于活跃状态。• 随着时间的推移,降雨比余震发挥更大的作用。• 不同滑坡部分的预计稳定时间从 2027 年到 2040 年不等。• 同震滑坡堆积物形成了一个新的、深度达 500 米的滑动面。


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摘要

大光包滑坡(DGBL)是 2008 年汶川 8.0 级地震触发的最大滑坡,备受关注,但其震后长期演化和活动驱动力仍知之甚少。由于主震、余震和降雨的影响,大光包滑坡的演化行为较为复杂,因此研究该滑坡的动力学具有重要意义。本研究提出了一个系统全面的框架,用于评估同震滑坡的长期稳定性和风险。基于 ALOS-1 和 Sentinel-1 数据,利用时间序列 InSAR 技术揭示了大光包滑坡在不同阶段近 15 年的震后演化特征,随后进行了稳定时间预测、滑坡厚度估算和风险评估。第一阶段确定为地震后三年(2008 - 2011 年)。在此阶段,ALOS-1 结果显示大光包滑坡变形剧烈(300 毫米/年),空间分布不均,2009 年一次 5.3 级余震以及降雨增加引发了其加速。第二阶段为 2014 年至 2022 年。在这个阶段,我们采用质量守恒方法反演了大光包滑坡的厚度,揭示了在 2008 年同震破坏后形成了一个新的滑动面和厚度中心。Sentinel-1 时间序列结果表明,即使在汶川地震 15 年后,大光包滑坡仍然活跃,但变形已显著减缓(50 毫米/年)。根据指数模型预测,大光包滑坡不同部分的稳定时间在 2027 年至 2040 年之间。除了总体恢复趋势外,与降雨密切相关的季节性运动(包括 2021 年的局部加速)仍然明显,但随着时间的推移,余震对大光包滑坡的影响严重减弱。无人机和实地调查结果表明,大光包滑坡局部泥石流的风险仍然存在。我们的研究提高了对大光包滑坡长期演化模式的理解,并为震后滑坡风险评估和防灾提供了重要参考。

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图表

图 1.(a)研究区域地理位置和地形,以及 2008 年汶川地震震源机制解。哨兵 1 号和 ALOS 数据覆盖范围以黑色线框显示。大光包滑坡(DGBL)区域用红星标注。(b)大光包滑坡区域地质岩性(改编自(Huang 等人,2016))。Eq:寒武系岳家河组;Ds:泥盆系沙窝子组;Zg:震旦系观音崖组;Tf:三叠系飞仙关组;Zs:震旦系水井沱组;Zd:震旦系灯影组;Cz:石炭系总长沟组;P:二叠系梁山组、阳新组、龙潭组和吴家坪组。

图 2. 同震滑坡长期稳定性与风险调查框架。

图 3. 不同轨道 InSAR 结果的相关散点图。(a)T128 和 T55 速率结果之间的相关性。(b)和(c)分别是 T55 和 T128 的局部入射角。

图 4. 视线方向的变形速率图:(a)轨道 474 升轨(PALSAR-1)的变形速率图,(b)轨道 128 升轨(Sentinel-1)的变形速率图,(c)轨道 55 升轨(Sentinel-1)的变形速率图,以及(d)轨道 55 降轨(Sentinel-1)的变形速率图。黑点位于大光包滑坡的四个典型变形区域,用于后续的变形分析。负值表示地表正在远离卫星移动。

图 7. 有地震和降雨情况下累积视线向位移时间序列的对比分析。(a)-(d)分别代表 P1、P2、P3 和 P4。D 和 DL 分别代表地震震源深度以及从震中到滑坡的距离。

图 9.(a)显示通过对 DGBL 沿滑动方向时间序列进行 K 均值聚类得到的三个聚类位置的地图。(b)-(d)三个聚类中每个聚类的时间序列。黑色虚线代表三个聚类中每个聚类的 InSAR 平均时间序列。

图 10. 对 Sentinel-1 观测数据进行独立成分分析(ICA)的结果。黑色虚线框表示 2018 年 IC1 的加速。

图 11. 典型变形区域 InSAR 位移时间序列的建模与分析。0 到 239 代表 InSAR 观测窗口时间(即,0 是 2014 年 11 月 2 日,239 是 2022 年 12 月 31 日)。

图 13.(a)地震前(SRTM)和地震后(TanDEM)DGBL 高程之差。(b)是无人机获取的 DSM。紫色虚线表示反演结果中厚度明显的位置。

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结论

在这项研究中,提出了一个系统的同震滑坡稳定性监测和风险评估框架,以研究震后大光包滑坡(DGBL)的动态演化特征、预测稳定时间、估算滑坡厚度并评估局部风险。首先,我们收集了 PALASAR-1 和 Sentinel-1 图像,并使用时序干涉合成孔径雷达(TS-InSAR)技术获得了 DGBL 的长时间序列变形监测结果。分析了不同阶段滑坡变形与余震/降雨之间的关系,同时使用 K-均值和独立成分分析(ICA)对滑坡变形时间序列进行聚类和分解。其次,采用指数模型对 DGBL 的 InSAR 时间序列位移进行建模,并对典型区域变形率达到临界稳定阈值所需的时间进行合理预测。利用质量守恒方程反演 DGBL 厚度,从而估算滑坡体积。最后,结合无人机和实地调查对 DGBL 的局部泥石流风险进行评估。


DGBL(震后)的演化经历了两个主要阶段。第一阶段为 2008 年至 2011 年。PALASAR-1 结果显示,地震三年后 DGBL 变形强烈(300 毫米/年),空间分布不均匀。卫星雷达观测成功捕捉到由余震(5.3 级)和降雨触发的滑坡加速迹象。DGBL 不同断面在雨季(无余震)的变形率变化小于雨季(有余震)的变形率变化,这意味着余震的影响可能更占主导。第二阶段为 2014 年至 2022 年。在此阶段,采用质量守恒方法反演 DGBL 的厚度,厚度结果与相关文献一致。通过比较同震堆积体和活动滑坡段的厚度,我们发现同震堆积体在地震后形成了新的滑动面和新的厚度中心。此外,Sentinel-1 结果显示,在过去八年中,DGBL 的变形明显减缓(50 毫米/年),空间分布以滑坡堆积区的局部变形特征为主。指数模型结果表明,DGBL 不同段的稳定时间在 2027 年至 2040 年之间。尽管 DGBL 的总体趋势是趋于恢复,但大多数 K-均值聚类像素在 2021 年雨季高峰后显示出加速迹象,结合三个 IC 结果,表明具有强烈的季节性。这表明随着时间的推移,余震的作用减弱,降雨的影响凸显。无人机和实地调查结果表明,DGBL 局部泥石流风险仍然存在。


总之,余震和降雨是 DGBL 震后长时间序列演化过程中的主要影响因素。尽管运动学显示出逐渐稳定的趋势,但在未来强震和强降雨的情况下,DGBL 可能会引发二次地震灾害。本文的结果为评估震后滑坡的复活/破坏风险提供了重要参考。



(The video comes from  from  Chen et al. 2024)

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参考文献

Chen, Y., Song, C., Li, Z., Yu, C., Liu, Z., Zhang, X., Chen, B. and Hu, X., 2024. Characterizing the evolution of the Daguangbao landslide nearly 15 years after the 2008 Wenchuan earthquake by InSAR observations. Engineering Geology, 107748.


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