地震触发的次生地质灾害对人民生命财产和重要基础设施构成威胁。基于多重散射波的新型地质灾害监测系统凭借高应力敏感性和高时空分辨率的特点,能够敏锐捕捉地质灾害体内部变应力场时空变化过程,利用波速变化及微裂隙变化快速准确评估地震导致的滑坡等地质灾害体的损伤程度。
泸定地震发生后,在中国地震局地球物理研究所“雅江下游地质灾害地球物理监测与预警示范工程”和国家自然科学基金国际(地区)合作与交流项目“大规模滑坡、泥石流动力过程的震动响应和基于地震动信号反演的灾害风险预警方法”的支持下,中国地震局地球物理研究所谢凡研究员与四川省地震局震灾风险防治中心戴仕贵高工合作,利用距离震中距离分别约90公里,180公里和360公里的三处地质灾害示范监测点获取的实时监测数据,通过基于多重散射波的速度变化监测到在地震发生后这三处示范监测点产生了由泸定地震导致的速度下降分别是约-2.1%,-0.5%和-0.2%(图1),且在地震发生后的12小时内,距离震中较近的示范点A并未发生对数型强度恢复过程。这表明距离震中较近的地质灾害体整体强度显著地下降,并可能需要长的恢复时间。但离震中较远的地质灾害体整体强度受到地震影响较为微弱。
图1 地质灾害监测示范点位及相应示范点的监测结果
尽管泸定6.8级地震对示范点c的影响微弱,但借助在该示范点试运行的全新散射波动态变化快速成像系统,监测到了在地震发生前,示范点坡体波速变化整体均匀;地震发生时及发生后坡体出现局部波速下降区域,该区域集中在示范点的坡顶局部区域(图2)。这表明由于非均匀性及地形效应的存在,地震对示范点C加载后会导致其坡体顶部局部区域强度发生弱化。这为利用非破坏性地震(中小地震)对地质灾害体开展远程健康监测提供全新手段。
图2 地质灾害示范点C在泸定地震发生前后一小时快速成像结果
具有自主知识产权[1]的基于多重散射波的新型地质灾害监测系统是由谢凡研究员将实验室尺度的介质四维变化监测方法[2]引入地质灾害监测预警领域,该系统在2019年成功预警过一次边坡崩塌事件并被中国地震局官网报道[3,4],以及对此前的长宁[5]、珙县[6]、玛多[7]地震以及此次泸定地震响应过程的研究证明该系统在地质灾害监测预警领域应用的可行性。该系统不仅能够监测由地震触发的地质灾害,还能够对降雨、气温、地下水等不同加载过程对地质灾害体内部产生的影响开展实时监测和早期预警,具有广泛应用的前景,能够有力地支撑防震减灾工作。
参考文献:
[1] 基于测量多重散射波的滑坡动态变化监测系统 ZL202210091261.4
[2] Xie Fan, Ren Y, Zhou Y, Larose E, Baillet L. 2018. Monitoring local changes in granite rock under biaxial test: A spatio-temporal imaging application with diffuse waves. JGR-Solid Earth, https://doi.org/10.1002/2017JB014940.
[3] 谢 凡 等,2020, 基于多重散射波波速变化的滑坡实时监测方法与应用研究, 岩石力学与工程学报, (11): 2274-2282 doi:10.13722/j.cnki.jrme.2020.0426
[4] h
ttps://www.cea.gov.cn/cea/xwzx/xydt/5488305/index.html
[5] Huang HB,Dai SG, Xie Fan (通信作者), 2020, Monitoring in-situ seismic response on rock slopes using ambient noise interferometry: Application to the 2019 Changning (Mw 5.7) earthquake, China, Front. Earth Sci. doi: 10.3389/feart.2020.610181
[6] Xie et al, 2022, Rock slope destabilization in situ monitoring with high frequency ambient seismic noise interferometry in southwest China, Engineering Geology, under reviewing.
[7] Huang, H., Dai, S., Yu, Y., & Xie, F(通讯作者). (2022). Observing Earthquake-Induced Velocity Change on the Rock Slope Following the 2021 M 7.4 Maduo Earthquake 780 km Away. Sustainability, 14(15), 9345.