高速远程滑坡滑震研究述评_李天话.pdf

书书书Journal of Engineering Geology工程地质学报10049665/2022/30(6)-1929-18李天话，程谦恭，王玉峰，等 2022 高速远程滑坡滑震研究述评J 工程地质学报，30(6):19291946 doi:1013544/jcnkijeg20220633Li Tianhua，Cheng Qiangong，WangYufeng，et al 2022 eview on landquakes related to rock avalanche kinematicsJ Journal of Engineering Geology，30(6):19291946 doi:1013544/jcnkijeg20220633高速远程滑坡滑震研究述评*李天话程谦恭王玉峰林棋文(西南交通大学地球科学与环境工程学院地质工程系，成都 611756，中国)(西南交通大学高速铁路运营安全空间信息技术国家地方联合工程实验室，成都 611756，中国)摘要高速运动的滑坡体与下伏不平顺运动路径间的强烈动力相互作用将产生地震波，即滑震。滑震作为一种独特的研究视角，可为高速远程滑坡运动特征的研究提供前所未有的细节化体现和无与伦比的定量化数据支撑。通过对国内外已有研究成果的归纳梳理，对高速远程滑坡滑震研究的发展过程和研究现状进行了概略性述评:首先，对滑震相关研究近百年来的历史进程和发展趋势进行了归纳;其次，通过对比不同运动行为产生滑震信号的过程，阐述了滑震波的典型信号特征;进一步地，基于不同频段的滑震信号特征，从高速远程滑坡基本特征识别、高速远程滑坡运动学过程和运动特征推演等方面，对现有研究成果进行了述评，探讨了滑震手段推进高速远程滑坡动力学研究的重要贡献和巨大潜力;在此基础上，从滑震数据库的建立和完善、滑震波动机理理论模型的优化与发展、滑震波与滑坡接触力的耦合分析以及多学科交叉融合 4 个方面对下一步的研究工作进行了讨论和展望。关键词高速远程滑坡;地震动信号;运动学特征;滑震;环境地震学中图分类号:P642.22文献标识码:Adoi:1013544/jcnkijeg20220633*收稿日期:20220830;修回日期:20221110基金项目:国家自然科学基金(资助号:42177131，41877226，41877237)This research is supported by the National Natural Science Foundation of China(Grant Nos 42177131，41877226，41877237)第一作者简介:李天话(1992)，男，博士生，主要从事高速远程滑坡动力学机理研究工作 E-mail:tianhualimyswjtueducn通讯作者简介:程谦恭(1962)，男，博士，教授，博士生导师，主要从事高速远程滑坡动力学机理研究工作 E-mail:chengqiangongswjtueducnEVIEW ON LANDQUAKES ELATED TO OCK AVALANCHE KINE-MATICSLI TianhuaCHENG QiangongWANG YufengLIN Qiwen(Department of Geological Engineering，Faculty of Geosciences and Environmental Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 611756，China)(State-Province Joint Engineering Laboratory of Spatial Information Technology for High-Speed ailway Safety，Chengdu 611756，China)AbstractThe intensive and continuous interactions between the high-speed surficial mass movements and the un-derlying rugged topography can generate seismic waves，which is referred to as“landquakes”As a unique researchperspective，the research of landquake can provide unprecedented details and unparalleled quantitative data on theexploration of rock avalanche kinematics This paper presents a systematic review of the representative achievementsin the rock avalanche kinematics and the generated landqukes In particular，it briefly reviews the diachronicprocess and present status of this field Then，this paper analyzes the typical kinematic behaviors of rockfalls，rockavalanches and debris flows in terms of their seismic manifestations，and describes the general signal characteristicsFurthermore This paper reviews the benefits of seismic methods in the toolkit for studying the key properties of rockavalanche processes，and discusses the potential for landquakes with different frequency content to drive advancesin our understanding of rock avalanche dynamics On these bases，the future directions toward seismological re-search on rock avalanche dynamics are analyzed and discussed Future works that should be focused are proposed，including setting up better datasets，modeling improvements，integration between basal force fluctuations and land-quakes，and deepening of interdisciplinary integrationKey wordsock avalanche;Seismic signal;Kinematics;Landquake;Environmental seismology0引言我国青藏高原的高山峡谷区以及环青藏高原盆山地区是高速远程滑坡灾害的高易发区，这些重大滑坡灾害事件，其源区具有高隐蔽性、事件的发生具有突发性和巨大危害性，严重威胁着我国高山区城镇的长治久安以及重大工程和国防战略工程的安全建设与运行(刘传正等，2020;许强，2020)，引起了全社会的广泛关注和国家的高度重视，迫切需要开展高速远程滑坡致灾机理及预测预报关键核心技术的研究。尽管当前国内外学者已在高速远程滑坡的几何学、运动学、动力学特征及机理方面，开展了大量研究工作，取得了具有重要科学意义的研究成果(黄润秋，2004;程谦恭等，2007;Delannay et al，2017;殷跃平等，2017;许强等，2018;兰恒星等，2019;郭长宝等，2020;郑光等，2020;崔鹏等，2021;王玉峰等，2021a，2021b)。然而，由于高速远程滑坡事件存在高位隐蔽性、启动突发性、运动特征复杂性、灾害巨大危害性等特点，使得关于高速远程滑坡运动过程的现场第一手目击资料极少，目前还未能完全掌握和全面准确理解高速远程滑坡的运动学、动力学行为和特征，在高速远程滑坡超常运动动力学机理研究方面仍存在着许多不足之处，理论成果尚不完善，尚无法有效地指导工程实践中的防灾减灾需求。因此，亟待理论创新并实现技术突破，破解当前高速远程滑坡动力学机理研究以及防灾减灾工作中面临的挑战性难题。近年来，随着全球地震台网的不断完善以及地震地质学家对地震波相关研究的不断深入，利用地震动信号获取地表过程关键信息日益受到关注，并催生出环境地震学(Environmental seismology)这一新兴研究领域(Larose et al，2015;Montagner et al，2020;Cook et al，2022)。现有研究结果表明，地震动信号也可用于对高速远程滑坡的运动学过程进行定量表征(Ekstrm et al，2013;Petley，2013)。高速运动的滑坡体与下伏高低起伏的颠簸地形间产生强烈动力相互作用，不同部位的滑坡体物质受到不同程度的动力反馈，从而产生诸如碰撞、摩擦、震荡、颠簸等运动状态，诸多不同尺度的动力学行为相继产生，引起基底应力状态的迅速变化，并辐射出复杂的振动信号，这些信号相互叠加，形成了最终的地震动信 号(Tilling et al，1975;Huang et al，2007;Schneider et al，2010;Farin et al，2015，2018，2019a，2019b;Lin et al，2015;Allstadt et al，2018;Sal et al，2018;Huang et al，2019;Li W et al，2019)，即“滑震”(Landquake Favreau et al，2010;Chen et al，2013;Chao et al，2016，2017;Arran etal，2021)(图 1)。与传统的工程地质研究方法相比，通过滑震视角探究高速远程滑坡运动学问题具有明显的优势和互补性。这些振动信号表征着运动物质与地球表面动力相互作用的时空演化过程(Deparis et al，2008;Vilajosana et al，2008;Favreauet al，2010;Helmstet-ter et al，2010;Ekstrm et al，2013)，蕴含着运动物质的触发、就位、速度、轨迹和流态等运动状态(Prez-Guilln et al，2016;Schpa et al，2018;Zhang et al，2019a，2019b;Cook et al，2021;Tiwariet al，2022)，指示着运动物质的规模、粒度和材质等物理属性以及破碎、分选、铲刮、裹挟等特征运动行为(Norris，1994;Suriach et al，2005;Cole et al，2009;Zobin et al，2009;Sal et al，2018;黄兴辉等，2018;Li Z Y et al，2019)，拓展人类对地表过程几何学尺度、运动学性质和动力学机制的认知疆域(Larose et al，2015;Dietze et al，2017;Allstadt etal，2018;Cook et al，2022)。简言之，滑震信号将为高速远程滑坡运动学研究提供前所未有的细节体现和无与伦比的定量化数据支撑(Burtin et al，2014;Allstadt et al，2018;Cook et al，2022)。正如英国著