利用综合地球探测技术识别软质三角洲沉积物中分层变形的多种驱动因素

《Scientific Reports》：Identifying multiple drivers of stratified deformation in soft deltaic deposits using integrated geosensing

　　

摘要

在经济发展水平高且人口密集的沿海平原和河流三角洲地区，地面沉降与回弹已成为威胁城市安全的重大地质灾害。然而，传统的地表监测方法难以揭示深层第四纪沉积物的分层变形特征，以及它们对地下水变化、历史取水行为和工程活动所呈现的不同响应。为解决这一问题，我们结合了持久散射体干涉合成孔径雷达、分布式光纤传感技术以及光纤布拉格光栅压力计，系统分析了盛泽地区在多种作用力下的地层变形过程。首先利用PS-InSAR技术来描绘整个区域的变形场，结果发现该地区的地面沉降存在明显的空间差异，中心区域的沉降速率在-20至-14毫米/年之间。随后通过DFOS技术研究地下深处的变形情况，从而识别出三种不同的变形机制：第一，2012年至2015年间，变形主要是由深度约为60–100米的深层隔水层缓慢固结所导致的，这一过程使得这些隔水层持续压缩，累计产生了13.39毫米的位移；第二，在2016年至2020年期间，主导变形因素转变为季节性的地下水变化，相同深度处的隔水层会随着季节性水文状况出现周期性的变形，变形幅度在0到5毫米之间波动；第三，2020年7月，短期卸荷效应成为导致总变形的主要因素，DFOS技术捕捉到了由于建筑物拆除而引发的从0到196米深度范围内的同步抬升现象，其峰值拉伸应变约为100微应变，表面回弹量约为21毫米，这一抬升信号也得到了PS-InSAR观测结果的独立验证。本研究表明，软土地区的地层变形是长期缓慢固结、季节性水文变化以及快速工程卸荷共同作用的结果，为评估城市更新过程中的沉降与回弹风险提供了重要依据。