滑坡是我国西南地区最主要的地质灾害，往往造成惨重人员伤亡和巨大财产损失。除地质、地形等固有因素外，滑坡的成因同时受地震、降雨等多种外界因素影响，涉及地球物理（地震）学、岩石力学、工程地质学等若干学科。作为多领域交叉学科问题，滑坡孕育过程中的多物理场耦合机理不清、触发失稳规律与特征未明，严重制约了地质灾害链生演化机制研究以及边坡稳定性评价、工程岩体结构健康诊断与监测预警等应用的深入开展。

针对上述问题，中国地震局地球物理研究所谢凡研究员采取“向内看”策略，充分挖掘波速变化对介质弹性模量弱化而导致的损伤高度敏感的特性，从非相干波场干涉分析角度入手，突破常规地震被动观测技术在时间分辨率以及浅层空间分辨率的应用局限；以岩体浅层散射波场时空间演化信息为抓手，实现对表征滑坡内部损伤演化的波速变化这一关键信息的高时间分辨率、高精度长期监测。该方法于2019年率先应用于我国川西地区大渡河流域某典型岩石边坡并取得良好效果：利用2台高灵敏度地震动设备记录环境振动并提取获得该岩石边坡内部的散射波场，应用波形干涉技术监测滑坡的波速变化和微裂隙变化，通过对方法的改进，将波速变化的时间分辨率提升到20分钟的同时将观测误差控制在 10-5（中位数）。最终实现对该典型滑坡体为期一年的高时间分辨率、高精度的原位观测。

研究表明：（1）该典型滑坡浅层波速变化呈现日变化的主要驱动机制是太阳（热）辐射在滑坡表面岩体产生膨胀所导致的围压变化，这也是此滑坡体结构强度季节性变化的主要驱动力之一。（2）短时/持续性的强降雨在通过岩石缝隙的扩散过程中会增大滑坡孔隙压，导致滑坡体强度在降雨发生后数天内出下降，从而产生显著的波速变化下降，这是此滑坡体在雨季出现强度下降的主要驱动力。（3）周边300公里范围内的中小强度地震也可引发此滑坡体内部既有（微）裂隙的瞬时打开（可逆型损伤），导致波速阶梯式下降；而上述（微）裂隙在震后的缓慢闭合（损伤恢复）过程会导致波速变化在数天到十数天的时间跨度内呈对数型增长并几近恢复至震前水平。（4） 当震后的波速变化恢复过程叠加降雨过程时，会使得此滑坡体不稳定性继续保持，导致其内部的波速变化不能完全恢复到地震发生之前的状态。（5）上述多种因素的叠加导致该滑坡体出现局部、小规模失稳事件（rock avalanche），得益于优化后的时间分辨率，在滑坡失稳发生前40分钟观测到可预警的前兆式波速下降。

图1 在我国西南地区典型滑坡体为期一年的高时间分辨率、高精度的原位观测

图2 在高时间分辨率（20min）监测模式下，在小规?；路⑸?0分钟观测到可预警的前兆波速下降。图中红色圆点是前兆波速下降，黄色虚线是小规?；路⑸奔?/span>

图3 距离超过200公里的中小强度的地震（黑色圆点）即可引发此滑坡（黑色五星）内部既有（微）裂隙的瞬时打开（可逆型损伤），导致波速阶梯式下降（蓝色和橘色曲线），当震后的波速变化恢复过程叠加降雨过程时，会使得此滑坡不稳定性继续保持，导致该滑坡体内部的波速变化不能完全恢复到地震发生之前的状态（橘色曲线）

非相干波场的散射波速度变化监测具备高应力敏感性以及高时空分辨率特点，相对传统地质灾害监测技术更具优势，可为新一代地质灾害监测及早期预警的地球物理监测技术的发展与体系化建设形成重要支撑。研究成果2022年发表于学术期刊《Engineering Geology》（Xie F, Larose E, Wang Q, et al. In-situ monitoring of rock slope destabilization with ambient seismic noise interferometry in southwest China[J]. Engineering Geology, 2022: 106922）,受自然科学基金41874061, 4211001018以及中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金DQJB22Z02资助项目共同资助。

【作者介绍】

谢凡, 研究员。主要从事跨尺度介质变化及其成像的高精度观测及研究工作.研究方向为非均匀介质中的散射波理论、数值模拟以及在地震孕育和地质灾害监测应用。相关成果发表于地球物理学，结构健康监测，地质灾害防治等领域重要期刊。