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本期內容

1.徐強教授團隊基于時間序列InSAR的平山城市建設潛在滑坡早期識別及運動趨勢評估

2.環(huán)境與土木工程學院王丹老師在國際頂級期刊Geophysical Research Letters發(fā)表重要研究成果，在格陵蘭地幔過渡帶結構成像及其地球動力學意義研究方面取得重要進展。

3. 王玉杰教授團隊揭示顆粒材料從蠕變到流動的獨特屈服行為

4.我院本科生戴一新在地學高水平期刊EPSL發(fā)表論文，揭示了青藏高原東北緣地殼和地幔的各向異性特征。

徐強教授團隊利用時間序列InSAR識別坪山城市建設項目早期潛在的滑坡并評估運動趨勢

黃土高原上的大規(guī)模城市建設工程是史無前例的。數百米高的“削山造地”，不僅為城市擴張?zhí)峁┝舜罅科教沟慕ㄔO用地，也帶來了前所未有的重大工程災害風險。

為此，徐強教授及其團隊成員濮傳浩研究員等人對黃土高原大型平山城市建設項目相關邊坡穩(wěn)定性問題進行了研究。相關成果以多時相InSAR對與大規(guī)模造地項目相關的潛在滑坡進行精細制圖和運動學趨勢評估發(fā)表在地球科學領域知名期刊International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation（District of Applied Earth Observation and Geoinformation）上。 1、中國科學院）。

文章首頁

2012年以來，黃土高原實施了大規(guī)模的“中部城市建設”工程，旨在為城市發(fā)展創(chuàng)造額外的平地。但大規(guī)模的削山填溝極大地改變了當地的地質環(huán)境，形成了大量的黃土工程邊坡?；诨缕茐那捌毡榈臅r空形變規(guī)律，構建了基于時間序列InSAR的潛在滑坡早期識別與穩(wěn)定性評估新方法，并用于黃土高原最大的平山城區(qū)識別與評價- 延安新區(qū)（YND）。 ）潛在的山體滑坡。

首先，通過將光學遙感解釋與SBAS-InSAR分析獲得的空間差異形變圖相結合，確定潛在滑坡的空間位置和邊界。然后使用指數模型對確定的潛在滑坡運動演化趨勢進行定量評估，以定量分析時間位移。最后，討論了潛在滑坡的可能影響因素和破壞模式。

結果表明，InSAR差異變形結果較好地反映了潛在滑坡的外部邊界，在延安新區(qū)首次識別出18處潛在滑坡。在InSAR監(jiān)測過程中，這些潛在滑坡中超過82%的相干目標（CT）表現出初始或穩(wěn)定蠕變；然而，在幾個斜坡上也觀察到顯著加速的三階蠕變。因此，利用多時相InSAR和/或地基設備對大面積平山城市地區(qū)的工程邊坡進行持續(xù)監(jiān)測至關重要。時空變形模式與環(huán)境因素之間的高度相關性表明，這些潛在滑坡的活動主要受填土厚度控制，而降雨則加速了斜坡位移。研究成果可為大型平山城市建設項目滑坡災害識別與防治提供決策參考。

潛在滑坡早期識別和長期穩(wěn)定性評估流程圖

潛在滑坡的早期識別和運動趨勢評估方法

盡管InSAR技術在滑坡識別和監(jiān)測方面的巨大優(yōu)勢早已被證明并廣泛應用，但目前基于InSAR的滑坡識別和穩(wěn)定性評估大多是通過考慮變形率閾值來確定滑坡的空間范圍和活動規(guī)模。事實上，同一或不同地區(qū)的不同滑坡具有顯著異質的時空變形模式和破壞機制，因此很難確定通用的速率閾值。

然而，滑坡在破壞前通常具有相對普遍的空間差異變形和時間加速變形規(guī)律?；诖?，本研究提出了一種結合遙感解譯、時間序列InSAR、無人機攝影測量和現場調查的潛在方法?；略缙谧R別和穩(wěn)定性評估新方法根據時間序列InSAR結果計算變形率梯度，表征邊坡的空間差異變形，識別潛在的滑坡邊界；應用指數模型表征InSAR時間序列位移的長期演化趨勢，評價潛在滑坡的運動狀態(tài)和長期穩(wěn)定性。

滑坡時空變形模型（a典型滑坡示意圖；b滑坡空間差異變形特征；c滑坡失穩(wěn)前時間變形特征）

潛在滑坡識別和穩(wěn)定性評估結果

結合Sentinel-1 SBAS-InSAR結果的光學圖像解譯和差異變形圖，可以清晰識別延安新區(qū)大面積平山城鎮(zhèn)化區(qū)活動工程邊坡（潛在滑坡）的外邊界，并并通過實地勘察和無人機攝影測量驗證了識別結果的可靠性。該方法不僅為潛在滑坡及其邊界的識別提供了通用的解決方案，而且克服了傳統(tǒng)基于速率閾值的滑坡識別方法的局限性。

此外，利用指數模型表征InSAR時間序列位移，可以高效、快速地評估已識別潛在滑坡的長期運動學演化趨勢和穩(wěn)定性。評估結果揭示了已識別的潛在滑坡的空間異質運動演化模式，為地面設備提供關鍵支持和持續(xù)高精度監(jiān)測，以支持災害風險管理。

根據InSAR結果導出的差異變形圖繪制的活動工程邊坡（潛在滑坡）

指數模型揭示的潛在滑坡長期運動學演化趨勢

滑坡潛在影響因素及潛在不穩(wěn)定模式

時空變形模型為研究潛在滑坡的影響因素以及可能的變形破壞模式提供了條件。通過時空變形模型與環(huán)境因素的相關性分析，揭示了填土厚度和降雨對控制潛在滑坡活動具有重要作用。不同厚度的充填黃土控制坡面變形差異，從而引起表面裂縫；雨水沿著裂縫形成的優(yōu)先通道迅速滲透，加速邊坡的位移，最終可能導致滑坡。

潛在滑坡變形與（a）填方黃土厚度和（b）降水量之間的關系

活動邊坡的潛在變形和破壞模式（潛在滑坡）

該研究基于滑坡破壞前普遍的時空形變規(guī)律，構建了光學遙感、時序InSAR和現場調查相結合的潛在滑坡早期識別和穩(wěn)定性評估新方法，實現了大規(guī)模人類滑坡的潛力。工程活動?；碌目焖僮R別和初步評估。

隨著SAR影像數量、類型、空間分辨率和重訪頻率的增加，以及InSAR處理技術的優(yōu)化，利用時間序列InSAR技術進行滑坡識別和監(jiān)測的能力將不斷增強。因此，本研究提出的新方法在區(qū)域潛在滑坡精細識別和預警方面具有巨大的應用潛力，可為滑坡災害風險管理提供重要參考。

環(huán)境與土木工程學院王丹老師在國際頂級期刊Geophysical Research Letters上發(fā)表重要研究成果，在格陵蘭地幔過渡帶結構成像及其地球動力學意義研究方面取得重要進展。

近日，成都理工大學環(huán)境與土木工程學院王丹教授及其合作者在格陵蘭地幔過渡帶結構成像及其地球動力學意義研究方面取得重要進展。相關研究成果以《格陵蘭克拉通龍骨下方傾斜的寬大羽流》為題發(fā)表在權威期刊《Nature Index of Earth Sciences》和中科院一區(qū)頂級期刊《地球物理研究快報》（Geophysical Research Letters）上）。

格陵蘭島起源于勞倫大陸的核心部分，有著悠久而復雜的構造歷史。格陵蘭地殼和地幔由前寒武紀大陸盾組成，包括太古代克拉通和幾個古元古代造山帶。北大西洋的海底擴張以及隨后的拉布拉多海和巴芬灣導致了格陵蘭島東西海岸的大規(guī)模火山活動，形成了北大西洋大型火成巖省的一部分。

圖1.（a）格陵蘭島及周邊地區(qū)主要區(qū)域構造特征。背景顏色為NAT2021區(qū)域速度模型(Celli et al. 2021)的上地幔和地殼(0~410km)的平均S波速度異常。不同顏色的實線代表了先前研究中可能的冰島熱點的軌跡。白色圓圈和數據基于Forsyth 等人提出的地幔柱的年齡和位置。 （1986）。彩色三角形代表格陵蘭島火山的分布和分布。其對應的年齡范圍(Wilkinson et al. 2017)，粗黑色虛線代表本研究中觀察到的地幔過渡帶異常厚度區(qū)域的位置(A區(qū)和B區(qū))。 (b) 研究區(qū)地形圖及地震臺分布。黃色圓圈表示本研究使用的地震臺站分布，黑點表示射線穿透點在地幔過渡帶中部535km深度投影的位置，右上插圖表示分布本研究中使用的遠震事件的位置。

但由于格陵蘭島被大量冰蓋覆蓋，人跡罕至且缺乏觀測數據，限制了對北大西洋火成巖省地球動力學起源的格陵蘭島內部殼幔結構的認識和冰島熱點賽道。這些科學問題對于解釋地幔不均勻性和地球動力學過程至關重要。

本研究利用分布在格陵蘭島不同地點的44個地震臺站觀測到的P到S轉換波的遠震數據，采用基于非平面波假設的改進接收函數計算方法，對整個區(qū)域進行了410km的地下和地下測量。格陵蘭。對660 公里地幔過渡帶上方和下方的兩個不整合面（分別稱為d410 和d660）進行了成像，并使用最近發(fā)布的三個格陵蘭區(qū)域和全球速度模型（包括P 波和S 波速度）進行了進一步的深度測量。修正，通過計算不同模型修正后的平均值，減少因模型選擇帶來的修正誤差。

圖2穿過地幔過渡帶厚度異常區(qū)的四個緯向剖面的疊加接收函數波形。白點表示所選不整合面最大幅度的位置。背景顏色顯示NAT2021（Celli et al. 2021）速度模型中的S 波速度異常結果。頂部曲線顯示了基于三種速度模型計算的橫波速度異常結果。橫波速度異常剖面的變化及其標準差（每個點的小垂直線）。

圖3.a-d為基于標準地速度模型IASP91計算的格陵蘭地幔過渡帶不整合面“視”深度、厚度分布及厚度標準差； e-h顯示了三種速度模型深度校正后的地幔過渡帶不整合面校正深度的平均值、對應的厚度分布以及厚度的標準差。

結果表明，格陵蘭島南部大部分克拉通區(qū)域經過速度校正后，不整合深度和地幔過渡帶厚度均表現出正常，表明該區(qū)域速度異常主要集中在上地幔區(qū)域。然而，在格陵蘭島東海岸和中部和北部地區(qū)觀察到地幔過渡帶厚度異常。在這些地區(qū)，修正后的d410 和d660 不整合面都表現出比正常沉降更深的構造特征。

但由于兩個不整合面的沉降程度不同，導致東海岸地區(qū)地幔過渡帶明顯增厚，而中部和北部地區(qū)地幔過渡帶變薄。利用之前公布的所有克拉佩龍坡度值的平均值，研究人員根據兩個不整合面不同的礦物轉化特征，結合礦物學實驗和地球動力學的結果，進一步計算了該地區(qū)的溫度異常，化學模型揭示了廣闊的地幔羽流在格陵蘭克拉通地塊下方上升。

這進一步反映了地幔過渡帶的橫向溫度變化和不均勻性，并通過觀測手段驗證了高溫異常下660km地幔過渡帶不整合面存在另一個以石榴石礦物為主的“后石榴石相”。石榴石后相變對地幔柱動力學的影響為該地區(qū)地幔不均勻性、冰島熱點軌跡以及整個北大西洋火成巖省的形成和演化提供了重要的觀測和科學見解。依據。

圖4. 基于觀測結果和溫度異常計算的最終地球動力學模型。在整個地幔過渡帶（A區(qū)和B區(qū)）異常厚度區(qū)域中，660km不整合面主要是一次以石榴石礦物為主的“石榴石后”礦物相變，而A區(qū)和B區(qū)則存在兩種不同的不整合面。深度的變化是由地幔過渡帶傾斜上涌的地幔柱帶來的橫向溫度異常變化引起的。結合上地幔和地表地熱觀測，推測上地幔中傾斜上涌的地幔柱再次是克拉通造成的。由于該地區(qū)巖石圈厚度的差異，方向再次發(fā)生變化。

論文第一作者（獨立）為我校環(huán)境與土木工程學院地質工程系王丹老師。成都理工大學環(huán)境與土木工程學院為第一單位。美國密蘇里科技大學Kelly H. Liu教授為該論文的通訊作者。其他共同作者包括密蘇里科技大學的Stephen S. Gau 教授和博士生廖陽陽。

王玉杰教授團隊揭示顆粒材料從蠕變到流動的獨特屈服行為

近日，我校地質災害防治與地質環(huán)境保護國家重點實驗室和數理學院王玉杰教授團隊及其合作者對循環(huán)剪切下顆粒材料的微觀動力學進行了研究，揭示了獨特的弛豫機制和顆粒物料的產量。行為。該研究最近發(fā)表在《自然通訊》（自然通訊）上，標題為“從蠕變到流動： 循環(huán)剪切下的顆粒材料”。這一成果標志著成都理工大學在粒子物理和土力學基礎研究方向取得重要突破。

顆粒物質是由大量宏觀顆粒組成的離散系統(tǒng)，包括土壤、谷物、礦石等。顆粒物質與許多重要的工程應用問題密切相關，也是地震、泥石流等地質過程的主要載體。自然界中的顆粒物在沒有外力作用下往往像固體一樣靜止不動，以無序堆積結構存在，類似于金屬玻璃、膠體玻璃等，因此被視為無序固體的一種。

屈服是固體材料的一大特性，是指材料在應變積累下從彈性區(qū)過渡到塑性區(qū)的轉變點。在彈性區(qū)內，材料在外應力的作用下會發(fā)生彈性變形，卸載外載荷后又恢復到原來的形狀。當應變超過屈服點時，系統(tǒng)將發(fā)生不可逆的塑性變形。

顆粒材料在簡單剪切下的宏觀應力-應變曲線與一般非晶固體相似。然而，其微觀動力學在承受循環(huán)載荷時會出現更為復雜的屈服現象。是否存在完全彈性區(qū)域存在爭議，表現為在屈服應變下仍會發(fā)生蠕變并最終導致材料失效。這對顆粒材料作為工程材料或地質載體在地震、水流沖擊等長期循環(huán)荷載作用下的穩(wěn)定性提出了巨大的挑戰(zhàn)。同時，對于顆粒表面粗糙度對其力學響應行為的影響也缺乏了解。對不同振幅循環(huán)剪切下的粒子系統(tǒng)進行系統(tǒng)研究，可以更有效地幫助我們從微觀動力學的角度闡明上述問題。

王玉杰團隊及合作者利用X射線CT成像技術追蹤了兩個不同粗糙度粒子系統(tǒng)在循環(huán)剪切下的三維運動軌跡。兩個系統(tǒng)在不同剪切幅值下均表現出從蠕變（亞擴散）到流動（簡單擴散行為）的轉變，證實顆粒材料不存在完全彈性響應區(qū)域，材料在屈服點之前仍會發(fā)生蠕變。改變。同時實驗發(fā)現，當顆粒粗糙度較小時，顆粒系統(tǒng)在振幅約為0.1的循環(huán)剪切作用下表現出明顯的動態(tài)減速和動態(tài)不均勻性；而當粗糙度較大時，動態(tài)學習隨著剪切幅度不斷演化。這些結果表明，顆粒粗糙度將新的尺度引入經典的玻璃態(tài)能量景觀中，從而改變系統(tǒng)的弛豫機制。

圖：兩種粗糙度（左：小粗糙度；右：大粗糙度）粒子系統(tǒng)在循環(huán)剪切下的擴散行為（上）和能量圖（下）。

王玉杰研究小組看到的實驗現象和相應的物理解釋表明，顆粒系統(tǒng)的多尺度特性對于理解其獨特的微觀動力學、宏觀屈服和流變行為至關重要。同時，這一結果對于理解多個重要的工程和地質過程至關重要，例如微地震下的滑坡萌生行為以及長期循環(huán)荷載下堆石壩等土木工程結構的變形。

該論文第一作者為上海交通大學物理與天文學院博士后袁野（共同導師王玉杰教授）。通訊作者為我院王玉杰教授和我院兼職教授Walter Kob教授。該工作得到國家自然科學基金項目No.11974240、上海市科委項目No.22YF1419900和中國博士后科學基金項目No.2021M702151的資助。

Yuan, Y. Zeng, Z. Xing, Y.et al.從蠕變到流動： 循環(huán)剪切下的顆粒材料.Nat Commun 15, 3866 (2024).https://doi.org/10.1038/s41467-024-48176-6

我院本科生戴一新在地學高水平期刊EPSL發(fā)表論文，揭示了青藏高原東北緣地殼和地幔的各向異性特征。

青藏高原地殼變形復雜，是研究陸陸碰撞引起的巖石圈變形的理想場所。研究該地區(qū)的變形對于理解青藏高原的隆升機制至關重要。

戴益欣從大二開始就加入成都理工大學地球物理學院梁春濤研究團隊，一直從事應用波動梯度法構建三維方位各向異性橫波速度模型的科研工作（圖1）青藏高原東北邊緣。結果揭示了青藏高原東北邊緣的變形模式（圖2）。研究發(fā)現，祁連地塊和巴顏喀拉地塊在25~40 km深度存在相對較弱的低速層，且地殼和地幔的各向異性快波方向存在解耦。

也就是說，中下地殼快波的方向大致垂直于青藏高原向外擴張的方向，平行于區(qū)域深斷裂的走向。中下地殼的各向異性可能主要與地殼強烈的剪切變形有關；而巖石圈地幔是各向異性的。該各向異性與青藏高原向外擴張方向平行，反映了地幔橄欖石晶格在東北—西南壓應力作用下的定向排列。論文推斷，青藏高原東北緣的主要隆升機制是側向縮短引起的地殼垂直增厚。

圖1 20 km（a）、40 km（b）、60 km（c）和90 km（d）處的深度橫波速度圖和方位各向異性圖。黑條方向為快波方向；黑條的長度代表各向異性的大?。话拙€是塊邊界；灰線代表主要故障；灰色粗虛線代表海拔2500米處的地形等高線。紅色箭頭表示GPS速度方向。

圖2 青藏高原東北緣地殼與巖石圈地幔三維FPD解耦模型。灰線表示故障。紫色箭頭表示不同區(qū)域的快波方向。綠色杏仁狀體代表斷層周圍形狀的首選方向。粉紅杏仁狀體和紫色杏仁狀體分別代表下地殼和上地幔礦物的定向排列。紅色箭頭表示假設的地幔運動方向。地幔快波的方向大致平行于地幔運動方向或青藏高原的東北擴張方向，而地殼的各向異性主要平行于深斷裂，表明地殼以剪切變形為主。

上述成果發(fā)表在權威期刊《自然索引》《地球與行星科學快報》（地球與行星科學快報）上。論文第一作者為成都理工大學地球物理學院2019級本科生戴一新，通訊作者為成都理工大學地球物理學院梁春濤教授。該研究由國家重點研發(fā)計劃項目（2022YFF0800601）、國家自然科學基金項目（42174071）和四川省重點研發(fā)計劃項目（23ZDYF2412）聯(lián)合資助。

戴Y.梁C.曹F.陳L.劉Z.范X.王C.(2024)。通過波動梯度法提取的下地殼和上地幔的解耦各向異性解析了青藏高原東北部的差異變形機制。地球與行星科學快報，633, 118654。https://doi.org/10.1016/j.epsl.2024.118654