地震地质 ›› 2026, Vol. 48 ›› Issue (3): 704-723.DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.20250007
李德康1)(
), 谢凡1),*(
), 谢俊举1), 戴仕贵2), 李丽1)
收稿日期:2025-01-17
修回日期:2025-03-18
出版日期:2026-06-20
发布日期:2026-07-09
通讯作者:
*谢凡, 男, 1981年生, 研究员, 主要从事环境地震学研究及其应用, E-mail: xiefan@cea-igp.ac.cn。
作者简介:李德康, 男, 1995年生, 2025年于中国地震局地球物理研究所获固体地球物理学专业博士学位, 主要从事介质变化监测等方面的研究工作, E-mail: dkli@cnic.cn。
基金资助:
LI De-kang1)(
), XIE Fan1),*(
), XIE Jun-ju1), DAI Shi-gui2), LI Li1)
Received:2025-01-17
Revised:2025-03-18
Online:2026-06-20
Published:2026-07-09
摘要:
近年来, 利用环境地震学方法对岩质边坡等地质灾害体开展监测预警日益受到行业关注。其中, 利用环境背景噪声干涉技术测量边坡内部的速度变化, 对于深入了解外界因素作用下边坡内部的损伤演化过程及其规律具有重要的研究和应用价值。文中通过布设在中国西南地区大渡河流域典型岩质边坡-瀑布沟边坡上的2台长期运行的地震仪, 利用环境背景噪声干涉技术对该边坡开展了长达2年5个月的多重散射波波速变化监测。结果表明: 在年尺度内, 波速变化在-1.5%~2.0%的范围内表现出季节性的可逆型波动, 且与气温变化呈现出显著的线性正相关; 在季节性尺度内, 边坡对夏季降雨的响应表现为0.3%~0.6%的波速小幅下降, 同时周边区域的大地震事件也会导致边坡速度的短时下降。最后, 文中利用多元线性回归方法, 构建了该岩质边坡季节性波速变化的多物理场耦合模型, 对上述外界因素与波速变化之间的关系进行分析, 得到气温、降雨及地震活动对该岩质边坡波速变化的定量化响应。
李德康, 谢凡, 谢俊举, 戴仕贵, 李丽. 岩质边坡季节性波速变化及其影响因素研究——以中国西南地区瀑布沟岩质边坡为例[J]. 地震地质, 2026, 48(3): 704-723.
LI De-kang, XIE Fan, XIE Jun-ju, DAI Shi-gui, LI Li. SEASONAL VARIATIONS OF WAVE VELOCITY AND ITS INFLUENCE FACTORS ON ROCK SLOPE: APPLICA-TION TO THE PUBUGOU ROCK SLOPE IN SOUTHWEST CHINA[J]. SEISMOLOGY AND GEOLOGY, 2026, 48(3): 704-723.
图1 瀑布沟边坡周围区域的地质构造环境及地形图 a 在2020年10月1日—2023年2月26日期间(879d), 在边坡周围半径250km范围内共记录到27 446次ML≥1的地震事件; b 红色虚线表示瀑布沟边坡的边界, 红色圆圈表示2座地震台站(T01和T02)的位置; 红色箭头表示安置地震计的小型混凝土观测屋
Fig. 1 Tectonic setting and Terrain map surrounding the Pubugou rock slope.
图2 T01台站随机选取的1h原始地震背景噪声波形图、时频图及功率谱密度
Fig. 2 One-hour raw seismic background noise waveform randomly selected from Station T01, Spectrogram of the raw waveform, and Power spectral density(PSD) of the raw waveform.
图4 每日的噪声互相关图di(t)及参考信号dref(t) a 2020年10月1日—2023年2月26日(879d)期间, 在2~20Hz频率范围内按天排列的噪声互相关图di(t), 白色水平带表示由于数据传输失败而产生的数据缺口; b 均所有日互相关得到的参考信号dref(t), 垂直灰色虚线和箭头代表用于测量波速变化的尾波窗口(1~10s); c 参考信号的能量包络, 信号后期波动水平用水平实线和虚线表示, 代表13~15s之间的信号振幅平均值(平均值±1个标准差); 该波动水平被用于选取尾波窗口的末端
Fig. 4 Daily correlograms di(t) and reference signal dref(t).
图5 2020年10月1日—2023年2月26日期间(共879d), 在瀑布沟边坡以日分辨率记录的季节性波速变化(a)与气温(b)、每日降雨量(c)和边坡周围250km半径内ML≥1的每日地震事件数量(d)之间的关系 图a中的灰色实线为温度校正后的波速变化
Fig. 5 Seasonal seismic velocity changes(a), air temperature(b), daily rainfall(c), and daily number of earthquake events(ML≥1) within a 250km radius around the slope recorded at a 1-day sampling rate(d) on the Pubugou slope during October 1, 2020, to February 26, 2023.
图6 2020年10月1日—2023年2月26日期间气温与波速变化之间的关系(灰色虚线代表趋势线)
Fig. 6 The relationship between air temperature and seismic velocity changes during October 1, 2020, to February 26, 2023(the red dashed line represents the trend line).
图7 降雨和地震活动对边坡内部波速变化的耦合影响(去除温度因素) a 黑色曲线代表温度校正后的波速变化; b 每日降雨量; c 边坡周围250km半径内ML≥1的每日地震事件数量。红色垂直虚线代表2022年9月5日ML6.8泸定地震导致的波速下降; 绿色垂直虚线表示2023年1月26日ML5.6余震引起的波速下降; 红色和绿色箭头分别指示2次地震引起的波速下降, 幅度约为2.3%和0.4%; 红色的对数实线表示拟合的震后波速变化的恢复趋势
Fig. 7 Coupled influence of the rainfall and earthquake activity for the seismic velocity changes of the slope after removing the influence of the temperature.
图8 孔隙压力、地震活动以及波速变化随时间的演化 a 每日降雨量及降雨引起的孔隙压力变化; b 边坡周围250km半径内ML≥1的每日地震事件数量及地震导致的地震强度变化; c 测量的波速变化(黑色)与合成的波速变化(灰色)的比较
Fig. 8 The evolution of pore pressure, seismic activity, and wave velocity over time.
| 多物理场变量 | 气温αT | 孔隙压力αP | 地震强度αI | 偏移常数C | 显著性系数p |
|---|---|---|---|---|---|
| 最优响应系数 | 1.0×10-3 | -3.59×10-5 | -6.68×10-4 | -0.013 | 1.74×10-5 |
表1 气温、孔隙压力和地震强度的最优响应系数
Table1 The optimal response coefficients of the air temperature(αT), pore pressure(αP), and seismic intensity(αI)
| 多物理场变量 | 气温αT | 孔隙压力αP | 地震强度αI | 偏移常数C | 显著性系数p |
|---|---|---|---|---|---|
| 最优响应系数 | 1.0×10-3 | -3.59×10-5 | -6.68×10-4 | -0.013 | 1.74×10-5 |
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