学术前沿 | Engineering Geology 全球地震滑坡的运动模式与非地震滑坡趋势不同

学术   2024-11-21 08:03   陕西  

亮点:
  • 我们为23次地震和73,665个单独滑坡开发了一个全球地震滑坡运动长度和流动性的数据集。

  • 我们发现,与非地震滑坡的成熟运动性趋势相比,地震滑坡的运动性趋势存在显著差异,地震触发的滑坡具有更大的分散性,以及更复杂的运动性模式。

  • 现有的非地震滑坡经验性运行模型难以很好地解释地震滑坡的运动行为,灾害和风险建模应考虑新的地震特定模型。

地震滑坡在地震期间及紧随其后对人类和经济损失的贡献显著,但关于这类滑坡的运行数据却非常有限。尽管非地震滑坡(例如,由水文触发的)的运行流动性行为已经建立了强烈的滑坡大小与流动性之间的相关性,但对地震滑坡运行的有限研究表明了相互矛盾的流动性趋势。我们提出了一个全球数据集,其中包含了使用一种新的自动化方法估计滑坡运行长度所产生的运行长度,该方法利用五次独特地震中1726个手动绘制的滑坡进行了开发和验证。然后,我们将自动化运行工具应用于23个全球地震诱发滑坡目录,产生了一个包含73,665个测量和估计的地震滑坡运行长度的汇编数据库,以评估流动性趋势。我们发现,与非地震滑坡的成熟流动性趋势相比,地震滑坡的流动性趋势存在显著差异,地震触发的滑坡具有更大的分散性和更复杂的流动性模式。作为滑坡大小的函数,我们观察到全球地震滑坡流动性模式是双线性的,即在超过某个阈值的大小上,随着大小的增加,流动性逐渐降低。非地震滑坡和地震滑坡流动性之间的这种不一致可能是滑坡类型、运动学、水文或不同触发机制之间的系统差异的函数,应该更深入地探索这些差异,以发展这些独特运行模式的预测模型。这些结果表明,对于地震滑坡的危害和风险模型可能会显著低估或高估影响,这取决于触发的滑坡的大小。
图1 理想的滑坡示意图,描绘了它的总高度(H)、运动距离(L)和坡度。
图2所示。地震(黑色)和同震(彩色)滑坡运动度数据(L/H)作为面积和体积的函数。个别同震滑坡数据在可用的情况下绘制,为清楚起见省略了地震滑坡数据。Larsen et al.(2010)之后公布的滑坡体积换算成面积。
图3 世界地图显示了美国地质勘探局地震触发地面故障清单开放存储库v. 4.0中49个同震滑坡清单的位置(Schmitt et al., 2022)。黄色圆圈:人工测量的滑坡跳动。绿色圆圈:模拟的滑坡运动,三角形:点数据清单,不包括在本研究中。
图4 图中所示的滑坡示例及其模拟运动长度估计以红色显示,由第2.3节所述的预处理和处理规则决定。箭头表示每个滑坡多边形内的平均坡向。(A)通过使用中心线长度的所有规则的示例滑坡,以及(Bsingle bondF)单个或多个规则的不同失效。Cplx:复杂性,Sin:弯曲度,C/B:中心线与箱体长度比,L.Asp:滑坡与中心线向差,B.Asp:滑坡与边界盒向差。
图5 对波多黎各、艾森峡湾、基霍罗、米林和北岭的滑坡面积进行了同震滑坡迁移率的测量。黑线和阴影区域为地震滑坡移动趋势,符号见图2。
图6 (A)同震滑坡迁移率随对数-对数空间面积的线性拟合和(B)双线性拟合。(C)决定系数(r2)作为阈值滑坡面积的函数,双线性拟合,实线表示线性拟合r2。在(B)中,虚线表示双线性拟合没有显著改善。每个滑坡清单的颜色和符号与图6相匹配。
图7 五个测量数据集的滑坡运动模型对数残差绘制为归一化密度图。顶部和中间行分别显示了使用定向边界框长度(蓝色)、框宽度(绿色)和Nyberg等人(2015)中心线(黄色)作为每个库存中所有滑坡的唯一跳动长度代理的结果。下一行显示了提出的跳动模型(红色)的残差,该模型将三个代理中的一个指定为单个滑坡。在所有的图中,分布的平均值用垂直的虚点线表示;零由一条垂直的红线表示。(读者可参阅本文的网页版本,以了解此图例中有关颜色的解释。)
图8 20个滑坡清单的全球同震滑坡迁移率随面积的函数。图5中人为测量的库存数据(灰色热图)和地震趋势显示为背景(黑线,见图2)。蓝线表示r2 > 0.05的线性拟合(如果r2 < 0.05则无线显示)。金线表示双线性拟合,其中双线性r2比线性(蓝色)拟合提高50% %或更高。(读者可参阅本文的网页版本,以了解此图例中有关颜色的解释。)

我们呈现了一个全球性的地震滑坡运行和流动性数据集,该数据集包含了来自23次地震的73,665个滑坡的数据。这个数据集是利用一个自动化的滑坡运行映射工具开发的,该工具已经通过与五次不同地震中的1726个滑坡运行路径的对比进行了验证。无论是测量的滑坡运行数据还是模型化的全球汇编数据,都显示出与非地震滑坡的成熟流动性趋势相比,地震滑坡的流动性趋势存在显著差异。我们发现,地震滑坡的运行流动性在大小函数上的分散程度非常高,相对于非地震滑坡研究来说,这一点在地震滑坡运行的前向建模中应该被考虑。我们观察到小型地震滑坡在增加大小时表现出与非地震滑坡相似或更大的流动性增加(定义为滑坡长度与高度比),然后出现运行行为的反转,地震滑坡在超过某个阈值面积后,随着大小的增加而变得不那么流动。这个阈值的存在和位置可能与每个地震滑坡数据集的地形、地质、气候和地震震动特征有关。虽然存在不确定性,但我们提出了一个地震滑坡大小与预期运行流动性之间的一般化全球关系,这与非地震滑坡不同,可以用于灾害和风险研究。收集更多的地震滑坡运行数据,以及理解非地震和地震流动性差异的原因,可能会导致地震运行流动性模型的改进。

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