基于纵向 LOS 速度剖面推断滑坡运动学及滑动面几何形态

《Engineering Geology》：Inferring landslide kinematics and failure surface geometry from longitudinal LOS velocity profiles

　　

• 纵向视线方向（LOS）剖面图能够实现区域尺度的滑坡运动学推断。
• 概念模型和有限元（FE）模型支持对破坏面几何形态的解释。
• 对 498 处滑坡的分析揭示了依赖于类型的运动学模式。
• 案例研究重现了主要的运动机制和变形区。
• 高活动性与一致的旋转运动或旋转 - 平动运动相关联。

引言
滑坡是一种地质力学系统，其表面变形反映了内部应力重分布、破坏面几何形态以及非均质岩体的力学行为（例如 Petley 等，2005；Hungr 等，2014；Jaboyedoff 等，2020）。从工程地质学角度来看，滑坡的运动学机制对于评估稳定性条件、预测未来演化以及约束数值模型假设至关重要（Gong 等，2024；Zeng 等，2024；Zhao 等，2024）。然而，破坏面几何形态的直接识别往往受到剪切带深度、可进入性限制以及地下调查高成本的限制（Jaboyedoff 等，2020；Liu 等，2021；Zeng 等，2024）。因此，持续存在一种需求，即需要间接但可靠的方法，能够将可观察到的表面变形与内部结构机制联系起来（例如 Ozturk 等，2022；Lima 等，2023）。
时间序列干涉合成孔径雷达（InSAR）技术已成为区域尺度监测斜坡变形的必要工具。如小基线集 InSAR（SBAS-InSAR）等方法能够实现毫米级的地表位移检测，并提供空间连续的变形场（例如 Liu 等，2021；Zhang 等，2021；Xu 等，2023；Fu 等，2024；Lv 等，2025；Zhang 等，2025）。这些数据集显著改善了活动滑坡的识别和位移速率的量化，使得能够检测活动斜坡、评估时间加速以及在山地地形中划定变形区域（例如 Zhao 等，2024；Zhou 等，2024；Zhang 等，2025）。
表面变形模式并非随机。它们源于由剪切面几何形态、结构不连续性及岩体性质控制的特定内部运动学几何形态（Hungr 等，2014；Stead and Wolter, 2015；Frattini 等，2018；Jaboyedoff 等，2020）。例如，沿层理面以平面滑动为主的滑坡可能在斜坡轴向上表现出相对均匀的位移，而沿弯曲剪切面的旋转运动可能会产生位移幅度的系统性空间变化。涉及多个剪切带的复合机制可能会产生更复杂的变形模式。因此，变形场的空间结构包含了关于内部破坏几何形态的隐含信息（例如 Cruden and Varnes, 1996；Booth 等，2013；Jaboyedoff 等，2020；Medwedeff 等，2025）。
现有研究表明，沿滑坡主滑动方向提取的位移速率可以为破坏面几何形态提供间接约束（例如 Schl?gel 等，2016；Frattini 等，2018；Intrieri 等，2020；Zhu 等，2024）。沿斜坡相对均匀的变形可能表明平动滑动，而从后缘到前缘的渐变可能暗示旋转行为。更复杂的模式，包括多个峰值、突变号或交替趋势，可能反映复合或多剪切带系统（例如 Zhu 等，2022；Li 等，2025）。然而，现有的基于 InSAR 的研究仍主要侧重于活动检测、时间演化或局部加速（例如 Dini 等，2026），而整个斜坡变形的空间组织及其与内部运动学结构的关系尚未得到系统的探索。
此外，许多以前的基于 InSAR 的研究集中在单个滑坡案例上（Vassileva 等，2023；Wang 等，2023），而针对不同滑坡类型的变形模式及其相应破坏几何形态的系统比较分析仍然稀缺。在区域尺度上概括和定量分析变形结构差异的综合框架仍然缺乏（Wistuba 等，2024；Zhang 等，2025）。因此，开发从整个斜坡角度表征变形空间组织的方法应被视为当前滑坡研究中的关键挑战（Gong 等，2024）。
从工程地质学角度来看，滑坡类型学与地质和结构控制密切相关（Jaboyedoff 等，2020；Corominas 等，2023）。岩性、地层结构、不连续性方位和河谷形态的变化可能产生不同的内部变形模式（Albano 等，2023；Zhao 等，2025）。因此，假设不同类型的滑坡表现出与特定破坏面几何形态相对应的特征变形模式是合理的。建立这种对应关系将增强 InSAR 数据集的解释价值，并支持基于遥感变形场的快速运动学评估（Festa 等，2023；Masciulli 等，2025）。
在本研究中，我们提出了一种框架，通过系统分析纵向 LOS 速度剖面，从滑坡运动学角度解释 SBAS-InSAR 变形场。该方法不仅仅关注位移量，还强调主轴线上的 LOS 速度的总体趋势、梯度变异性、分段性和局部异常。这些特征用于推断主要的破坏面几何形态，并以一致且可重复的方式对运动学行为进行分类。基于先前的研究（Zhao 等，2024；Zhao 等，2025），本研究选择青藏高原东部的班达 - 隆区（BLR）作为研究区。该地区以复杂的地形、多样的滑坡类型和丰富的活动滑坡现象为特征，加上可获取的 InSAR 观测数据，使其成为一个理想的测试场（Fan 等，2019；Wu 等，2023）。根据地貌和结构特征，研究区的滑坡分为四种主要类型：岩质斜坡变形（RSD）、崩塌（RF）、岩崩（RA）和岩冰川（RG）。利用 SBAS-InSAR 时间序列变形数据，我们沿每个滑坡的主轴提取纵向 LOS 速度剖面。然后分析纵向变形模式以推断主要的破坏面几何形态和运动学行为。
因此，本研究旨在：(1) 建立一个跨区域清单构建和解释纵向 LOS 速度剖面的标准化工作流程；(2) 识别与不同滑坡类型相关的主要破坏面几何形态，并检查它们在 RSD、RF、RA 和 RG 特征中的发生差异；以及 (3) 使用基于案例的地质证据和独立于剖面形状计算的活动指标来评估解释的合理性和区域一致性。通过建立表面变形结构与滑坡类型学之间的定量关系，本研究寻求增强 InSAR 数据集的结构解释。这一视角有助于更机理化地理解斜坡失稳，为区域运动学表征提供了实用工具，并为结构复杂山地地形中的稳定性分析模型、监测策略和工程地质评估提供了约束（McColl and Cook, 2024；Yu 等，2024；Zhang 等，2025；Zhao 等，2025）。

章节摘要
研究区
班达 - 隆区（BLR）位于青藏高原东部怒江盆地的中上游，覆盖中国西藏班达和隆县的部分地区。研究区范围大约从北纬 30°到 31°30'，东经 94°到 97°，总面积约为 17,000 平方公里（图 1）。它位于班公湖 - 怒江缝合带（BNSZ）内，这是一个由拉萨和羌塘地块碰撞形成的主要构造带（Jiang 等，2020；Peng 等...
方法论
本研究开发了一个纵向 LOS 速度剖面框架，用于解释来自区域 SBAS-InSAR 观测的活动滑坡的运动学行为。工作流程由四个主要部分组成（图 2）。首先，概念和数值参考模型阐明了代表性的运动学行为如何表现为纵向变形模式。其次，利用 SBAS-InSAR 处理推导出平均年度 LOS 速度场，并分析了 LOS 观测...
表面变形
下行的 Sentinel-1 观测提供了覆盖 91.27% 分析地形的有效变形测量，而雷达叠掩和阴影分别占 7.68% 和 1.05%（图 5a）。像素级 LOS 几何灵敏度因子 GLOS 的空间分布在 BLR 表现出显著的可变性，主要反映了局部斜坡方向相对于卫星 LOS 方向的差异。在像素尺度上，55.38% 的有效变形像素...
区域运动学解释框架的多层次验证
对于区域滑坡清单，破坏面几何形态的直接地下验证通常不可用，因为钻孔调查、地球物理调查和详细的野外观测成本高昂，且通常仅限于少数个别斜坡。因此，在本研究中，可靠性评估使用了几个互补的证据线，包括质量控制后的输入清单、与两处有详细记录的滑坡的详细比较，以及区域...
结论
本研究建立了一个标准化的框架，用于从纵向 LOS 速度剖面中解释滑坡运动学和指示性破坏面几何形态。其主要方法论创新在于将表面变形视为空间组织的结构信号，而不仅仅是变形量或时间演变的度量。通过整合概念模型、有限元参考模拟以及描述剖面趋势的诊断属性...

CRediT 作者贡献声明
赵光华：写作 – 初稿，可视化，验证，软件，方法论，调查，正式分析，概念化。兰恒星：监督，资源，项目管理，资金获取，概念化。李朗平：写作 – 审阅与编辑，监督，方法论。张宇通：写作 – 审阅与编辑，监督，方法论。刘世杰：验证，数据整理。Alexander Strom：验证，数据整理。张宁：方法论，数据...

利益冲突声明
作者声明没有已知的相互竞争的经济利益或个人关系，这些关系可能被认为会影响本文中报告的工作。

致谢
本研究受中国国家自然科学基金委员会（批准号 42177150）、第二次青藏高原科学考察研究（STEP）计划（批准号 2019QZKK0904）以及中央高校基本科研业务费（CHD，批准号 300102262901）支持。本研究是对 IAEG 的 C37 组的贡献。

赵光华 | 兰恒星 | 李朗平 | 张宇通 | 刘世杰 | Alexander Strom | 张宁 | 李永杰 | 赵正 | 张程伟