李天話 程謙恭② 王玉峰 林棋文

(①西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院地質(zhì)工程系， 成都 611756， 中國) (②西南交通大學(xué)高速鐵路運營安全空間信息技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室， 成都 611756， 中國)

0 引 言

我國青藏高原的高山峽谷區(qū)以及環(huán)青藏高原盆山地區(qū)是高速遠(yuǎn)程滑坡災(zāi)害的高易發(fā)區(qū)，這些重大滑坡災(zāi)害事件，其源區(qū)具有高隱蔽性、事件的發(fā)生具有突發(fā)性和巨大危害性，嚴(yán)重威脅著我國高山區(qū)城鎮(zhèn)的長治久安以及重大工程和國防戰(zhàn)略工程的安全建設(shè)與運行(劉傳正等， 2020； 許強(qiáng)， 2020)，引起了全社會的廣泛關(guān)注和國家的高度重視，迫切需要開展高速遠(yuǎn)程滑坡致災(zāi)機(jī)理及預(yù)測預(yù)報關(guān)鍵核心技術(shù)的研究。盡管當(dāng)前國內(nèi)外學(xué)者已在高速遠(yuǎn)程滑坡的幾何學(xué)、運動學(xué)、動力學(xué)特征及機(jī)理方面，開展了大量研究工作，取得了具有重要科學(xué)意義的研究成果(黃潤秋， 2004; 程謙恭等， 2007; Delannay et al.，2017; 殷躍平等， 2017; 許強(qiáng)等， 2018; 蘭恒星等， 2019; 郭長寶等， 2020; 鄭光等， 2020; 崔鵬等， 2021; 王玉峰等， 2021a， 2021b)。然而，由于高速遠(yuǎn)程滑坡事件存在高位隱蔽性、啟動突發(fā)性、運動特征復(fù)雜性、災(zāi)害巨大危害性等特點，使得關(guān)于高速遠(yuǎn)程滑坡運動過程的現(xiàn)場第一手目擊資料極少，目前還未能完全掌握和全面準(zhǔn)確理解高速遠(yuǎn)程滑坡的運動學(xué)、動力學(xué)行為和特征，在高速遠(yuǎn)程滑坡超常運動動力學(xué)機(jī)理研究方面仍存在著許多不足之處，理論成果尚不完善，尚無法有效地指導(dǎo)工程實踐中的防災(zāi)減災(zāi)需求。因此，亟待理論創(chuàng)新并實現(xiàn)技術(shù)突破，破解當(dāng)前高速遠(yuǎn)程滑坡動力學(xué)機(jī)理研究以及防災(zāi)減災(zāi)工作中面臨的挑戰(zhàn)性難題。

近年來，隨著全球地震臺網(wǎng)的不斷完善以及地震地質(zhì)學(xué)家對地震波相關(guān)研究的不斷深入，利用地震動信號獲取地表過程關(guān)鍵信息日益受到關(guān)注，并催生出環(huán)境地震學(xué)(Environmental seismology)這一新興研究領(lǐng)域(Larose et al.，2015; Montagner et al.，2020; Cook et al.，2022)?，F(xiàn)有研究結(jié)果表明，地震動信號也可用于對高速遠(yuǎn)程滑坡的運動學(xué)過程進(jìn)行定量表征(Ekstr?m et al.，2013; Petley， 2013)。高速運動的滑坡體與下伏高低起伏的顛簸地形間產(chǎn)生強(qiáng)烈動力相互作用，不同部位的滑坡體物質(zhì)受到不同程度的動力反饋，從而產(chǎn)生諸如碰撞、摩擦、震蕩、顛簸等運動狀態(tài)，諸多不同尺度的動力學(xué)行為相繼產(chǎn)生，引起基底應(yīng)力狀態(tài)的迅速變化，并輻射出復(fù)雜的振動信號，這些信號相互疊加，形成了最終的地震動信號(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; Saló 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 et al.，2021)(圖 1)。

圖 1 高速遠(yuǎn)程滑坡滑震信號的產(chǎn)生Fig. 1 Landquakes generated by a rock avalanche： a. Schematic diagram(Wang et al.，2015); b. Landquakes generated by Bingham Canyon rock avalanche(Moore et al.，2017) a. 滑震信號產(chǎn)生示意圖(據(jù)Wang et al.，2015)； b. 滑震信號示例——美國Bingham Canyon高速遠(yuǎn)程滑坡滑震信號(據(jù)Moore et al.，2017)

與傳統(tǒng)的工程地質(zhì)研究方法相比，通過滑震視角探究高速遠(yuǎn)程滑坡運動學(xué)問題具有明顯的優(yōu)勢和互補(bǔ)性。這些振動信號表征著運動物質(zhì)與地球表面動力相互作用的時空演化過程(Deparis et al.，2008; Vilajosana et al.，2008; Favreauet al.，2010; Helmstetter et al.，2010; Ekstr?m et al.，2013)，蘊(yùn)含著運動物質(zhì)的觸發(fā)、就位、速度、軌跡和流態(tài)等運動狀態(tài)(Pérez-Guillén et al.，2016; Sch?pa et al.，2018; Zhang et al.，2019a， 2019b; Cook et al.，2021; Tiwari et al.，2022)，指示著運動物質(zhì)的規(guī)模、粒度和材質(zhì)等物理屬性以及破碎、分選、鏟刮、裹挾等特征運動行為(Norris，1994; Suriach et al.，2005; Cole et al.，2009; Zobin et al.，2009; Saló et al.，2018; 黃興輝等， 2018; Li Z Y et al.，2019)，拓展人類對地表過程幾何學(xué)尺度、運動學(xué)性質(zhì)和動力學(xué)機(jī)制的認(rèn)知疆域(Larose et al.，2015; Dietze et al.，2017; Allstadt et al.，2018; Cook et al.，2022)。簡言之，滑震信號將為高速遠(yuǎn)程滑坡運動學(xué)研究提供前所未有的細(xì)節(jié)體現(xiàn)和無與倫比的定量化數(shù)據(jù)支撐(Burtin et al.，2014; Allstadt et al.，2018; Cook et al.，2022)。正如英國著名滑坡學(xué)者 Petley(2013)在Science雜志上撰文指出，關(guān)于滑震的研究，將是近年來國際滑坡領(lǐng)域最前沿的科學(xué)問題之一。本文將對這一領(lǐng)域近一百年來國內(nèi)外所取得的研究成果和研究現(xiàn)狀進(jìn)行述評，并對下一步的研究工作進(jìn)行討論和展望。

1 滑震研究的歷史進(jìn)程

從早期的儀器地震學(xué)(Instrumental seismology)開始，地震學(xué)家便已經(jīng)認(rèn)識到作用于地球表面的地貌過程將產(chǎn)生地震波(Ewing， 1884; Benndorf， 1910)。然而，早期地震學(xué)家更多地將這些信號認(rèn)為是不必要的噪聲，并將注意力集中在評估和消除背景噪聲工作中(Montagner et al.，2020; Cook et al.，2022)。在過去的百年時間里，隨著全球地震臺網(wǎng)的不斷完善、地震地質(zhì)學(xué)家對振動波相關(guān)研究的不斷深入，以及環(huán)境地震學(xué)的催生和發(fā)展，地震監(jiān)測臺站捕獲的滑震信號逐漸被認(rèn)為是高速遠(yuǎn)程滑坡運動過程和動力學(xué)機(jī)理研究的重要信息來源，其響應(yīng)范圍涉及事件鄰域乃至全球范圍的地震臺站，以一種獨特的、新穎的方式，洞見并刻畫了高速遠(yuǎn)程滑坡的運動全過程。

早在上個世紀(jì)初，地震波和滑坡之間的聯(lián)系便吸引了眾多地質(zhì)學(xué)家的注意，其中最著名的案例當(dāng)屬1911年2月18日發(fā)生在塔吉克斯坦東部的MW7.7±0.2帕米爾地震(Sarez-Pamir Earthquake)和與之相關(guān)的烏索伊滑坡(Usoy/Usoi rockslide)(Shpilko， 1914; Galitzin， 1915; Klotz， 1916)。近乎在帕米爾地震發(fā)生的同時，規(guī)模達(dá)2.4km3的烏索伊滑坡自700m以上的滑源區(qū)向下運動，其釋放的能量相當(dāng)于一次MW7.8±0.1的構(gòu)造地震(Jeffreys， 1923; Ambraseys et al.，2012)。國際著名地震學(xué)家Galitzin及有關(guān)學(xué)者對1911年帕米爾地震信號的分析表明，此次地震的震中距離烏索伊滑坡發(fā)生位置很近(Shpilko， 1914; Galitzin， 1915; Klotz， 1916)，大量學(xué)者圍繞帕米爾地震和烏索伊滑坡展開了激烈討論，即這些地震信號究竟反映了引發(fā)烏索伊滑坡的強(qiáng)震，還是刻畫了巨型滑坡與運動路徑動力相互作用所產(chǎn)生的振動波(Galitzin， 1915; Klotz， 1916; Oldham， 1923; Macelwane， 1926; Jeffreys， 1937; Ambraseys et al.，2012)。早期的杰出地質(zhì)學(xué)家對1911年帕米爾地震及烏索伊滑坡的相關(guān)研究和討論，為后續(xù)基于滑震波的滑坡運動學(xué)研究提供了突出的理論貢獻(xiàn)和啟發(fā)性思想。

在過去的半個世紀(jì)內(nèi)，得益于地震信號采集、數(shù)據(jù)存儲方法和設(shè)備不斷取得的發(fā)展和改進(jìn)，大量寬頻帶地震儀和大容量磁盤存儲設(shè)備投入使用，地震信號從事件觸發(fā)波形數(shù)據(jù)記錄過渡為連續(xù)數(shù)字波形數(shù)據(jù)記錄，越來越多的高速遠(yuǎn)程滑坡事件被不斷完善的地震臺網(wǎng)捕獲(Larose et al.，2015; Storchak et al.，2015)。例如， 1974年4月25日發(fā)生在秘魯?shù)捏w積達(dá) (1.0～1.3)×109m3的Mantaro滑坡被認(rèn)為是首批被當(dāng)?shù)丶斑h(yuǎn)場多個地震觀測站廣泛記錄的大型滑坡之一。Berrocal et al.(1978)于1978年刊登在Nature期刊上的文章表明，Mantaro滑坡產(chǎn)生的滑震能約占滑坡初始勢能的1%，并指出滑坡產(chǎn)生的這些珍貴地震動信號使得計算滑坡的關(guān)鍵動力學(xué)參數(shù)成為可能。為了進(jìn)一步利用滑震信號定量化揭示滑坡運動特征，Kanamori et al.(1982)， Kanamori et al.(1984)分析了1980年 Mount St. Helens滑坡事件產(chǎn)生的長周期面波，指出大規(guī)模高速遠(yuǎn)程滑坡滑震震源可被視為隨時間變化的施加在地球表面的單點力。進(jìn)而，滑坡產(chǎn)生的長周期地震動信號可表征滑坡體施加在地球表面上隨時間變化的力的時間序列?；鹦盘柨捎糜诒碚骰麦w加速和減速階段對運動場地造成的卸載和加載效應(yīng)。在Kanamori et al.(1984) 提出的單點力源模型(Single-force inversions)基礎(chǔ)上，Kawakatsu(1989)以1980年 Mount St. Helens滑坡事件， 1975年 Kalapana 地震事件和1974年 Mantaro滑坡等事件為研究對象，對Dziewonski et al. (1981)提出的用于分析構(gòu)造地震震源的質(zhì)心矩張量波形反演方法(CMT，the centroid moment tensor waveform inversion method)進(jìn)行了改進(jìn)，提出了能夠表征滑坡運動學(xué)過程的質(zhì)心單點力反演方法(CSF，the centroid single force inversion)，建立了滑坡體質(zhì)量、運動距離、動量與滑震信號之間的定量關(guān)系。Kanamori和Kawakatsu的研究成果被后續(xù)大量學(xué)者參考并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了發(fā)展和改進(jìn)，用于通過長周期滑震信號反演巨型滑坡的運動學(xué)演化過程(Dahlen, 1993; Fukao, 1995; Brodsky et al.，2003; Allstadt, 2013; Yamada et al.，2013; Zhao et al.，2015; Li W et al.，2019)。

20世紀(jì)90年代，越來越多的學(xué)者對崩塌、滑坡、火山碎屑流等產(chǎn)生的地震動信號進(jìn)行了更進(jìn)一步的分析，旨在區(qū)分失穩(wěn)崩滑體與其他屬性震源(如火山活動、構(gòu)造地震等)的地震動信號特征，定量地提取和分析雪崩、滑坡、巖崩和泥石流等失穩(wěn)崩滑體產(chǎn)生的滑震信號，進(jìn)而解釋其發(fā)生過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)、認(rèn)識其內(nèi)在機(jī)理，為確定災(zāi)害的發(fā)生時間、追溯運動過程、分析潛在危險等提供關(guān)鍵依據(jù)(Dahlen 1993; Norris， 1994; Uhira et al.，1994; Weichert et al.，1994; Fukao, 1995)。例如，Norris(1994)通過對美國華盛頓Cascade山脈發(fā)生的14起大型巖崩、雪崩事件及其產(chǎn)生的地震動信號進(jìn)行分析，探討了崩滑體規(guī)模、崩滑物質(zhì)、失穩(wěn)模式以及下伏層物質(zhì)等因素與滑震信號之間的關(guān)系。Uhira et al. (1994)基于低頻滑震信號反演了火山碎屑流的力-時間函數(shù)，并探討了火山碎屑流不同運動階段產(chǎn)生的滑震信號特征。Weichert et al. (1994)的研究表明滑震釋放的能量與崩滑體勢能的比值與斜坡的坡度有關(guān)。

在最近的20年時間內(nèi)，由地球物理顆粒流(如高速遠(yuǎn)程滑坡、火山泥流、泥石流和雪崩等)產(chǎn)生的地震動信號日益成為一種強(qiáng)有力的研究手段和突破性研究窗口，不斷為探究地球物理顆粒流運動學(xué)過程及動力學(xué)機(jī)理提供啟發(fā)性方法和思路。其中：以Anne Mangeney， Clément Hibert， Colin P. Stark， G?ran Ekstr?m， Kate E. Allstadt， Kristen L. Cook和Masumi Yamada等為代表的國際著名學(xué)者，開展翔實的高速遠(yuǎn)程滑坡滑震波案例分析、深入物理模型實驗研究和理論分析，取得的系列研究成果為高速遠(yuǎn)程滑坡運動學(xué)過程及滑震波特征研究做出了突出貢獻(xiàn)(Favreau et al.，2010; Hibert et al.，2011， 2014a， 2014b， 2017a， 2017b; Moretti et al.，2012; Yamada et al.，2012， 2013， 2018; Allstadt, 2013; Ekstr?m et al.，2013; Farin et al.，2015， 2016， 2018， 2019a; Levy et al.，2015; Bachelet et al.，2018; Allstadt 2018， 2020; Cook et al.，2021，2022)； 由地震動聯(lián)合研究所(IRIS，Incorporated Research Institutions for Seismology)數(shù)據(jù)管理中心(DMC，Data Management Center)和美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS，U.S. Geological Survey)、西北太平洋地震網(wǎng)絡(luò)(PNSN，Pacific Northwest Seismic Network)聯(lián)合開發(fā)的非地震震源事件編目(ESEC，Exotic Seismic Events Catalog)為滑震研究提供了豐富的公開數(shù)據(jù)支持(Bahavar et al.，2019)； 此外，針對2009年臺灣莫拉克臺風(fēng)所誘發(fā)的大量滑坡事件和1999年集集地震誘發(fā)的草嶺滑坡事件，F(xiàn)eng(2011， 2012)， Feng et al.(2017)、Chen et al. (2013)、Chen et al. (2014)和Chao et al. (2016)等學(xué)者提出滑體與底滑面間的撞擊作用可引起滑坡振動波的產(chǎn)生，并建立了滑坡體運動特征與滑震波動特征的定量化關(guān)系； 崔一飛、嚴(yán)炎、李正媛、黃興輝、趙娟、張振等學(xué)者分別以我國西南地區(qū)以及國際范圍內(nèi)典型高速遠(yuǎn)程滑坡為研究對象，提出了基于滑震信號分析的地質(zhì)災(zāi)害重構(gòu)研究思路、方法體系和理論模型(Zhao et al.，2015; Li et al.，2017， 2019; Yan et al.，2017， 2020a， 2020b; 黃興輝等， 2018; Yu et al.，2019; 趙娟等， 2019; Zhang et al.，2019a， 2019b， 2021; 嚴(yán)炎等， 2021)。

圖 2 Nature報道2013年美國猶他州賓漢姆礦區(qū)高速 遠(yuǎn)程滑坡以及Pankow團(tuán)隊相應(yīng)研究成果Fig. 2 Nature reported the 2013 Bingham Canyon rock avalanches and the corresponding research results of Pankow’s Lab

近10年，國際兩大頂級權(quán)威學(xué)術(shù)期刊Nature和Science，以及工程地質(zhì)領(lǐng)域權(quán)威評論家曾多頻次地發(fā)表學(xué)術(shù)論文以及評論性文章，高度評價了滑震信號對高速遠(yuǎn)程滑坡監(jiān)測預(yù)警工作及其運動機(jī)理研究工作的重要作用。2013年4月10日，美國猶他州鹽湖城賓漢姆礦區(qū)發(fā)生大規(guī)?；拢摶庐a(chǎn)生的滑震信號(相當(dāng)于 2～3 級地震)被其周邊400km范圍內(nèi)的密集地震臺網(wǎng)完美捕獲，使其成為除1974年Mantaro滑坡以外，又一被完整記錄的大型滑坡。Pankow et al. (2014)在國際權(quán)威期刊GSAToday撰文，利用翔實的滑震信號對該滑坡事件展開了深度分析，著名自然雜志Nature將該成果作為亮點研究(Research Highlights)進(jìn)行了報道，并直接以“Landslide triggered earthquakes”作為頭號標(biāo)題(圖 2)，高度肯定了滑震信息在滑坡災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警及滑坡運動學(xué)、動力學(xué)機(jī)理研究領(lǐng)域的重要價值(報道詳見：https：∥doi.org/10.1038/505264a)。同年，Ekstr?m et al. (2013)在Science期刊上發(fā)表文章，通過對29處滑坡事件運動過程中所監(jiān)測到的滑震信號進(jìn)行定量化分析，提出滑體與下伏底滑面相互作用過程中所引起的下伏底滑面的加卸荷過程可引起滑震波的產(chǎn)生，并建立了滑震震級與滑體質(zhì)量的定量關(guān)系模型； 2021年2月7日，印度北阿坎德邦查莫利地區(qū)體積2700×104m3的片麻巖巖體和冰體，從海拔6063m處的朗蒂峰極為陡峭的北側(cè)崩塌，隨后與下方山體和溝谷撞擊形成碎屑流，平均速度達(dá) 57～60m·s-1，運動距離達(dá) 10km 以上，堵塞阿拉克南達(dá)河，并形成堰塞湖，最終堰塞湖潰決形成洪水和泥石流，造成200多人死亡或失蹤。針對此次災(zāi)害鏈?zhǔn)录?，Science期刊兩度刊登文章(Cook et al.，2021; Rao et al.，2021)，強(qiáng)調(diào)強(qiáng)有力的地震臺網(wǎng)系統(tǒng)是崩滑地質(zhì)災(zāi)害(鏈)識別、定位、多災(zāi)種臨界轉(zhuǎn)化過程分析以及災(zāi)害早期預(yù)警的關(guān)鍵。此外，國際滑坡領(lǐng)域著名科學(xué)家、英國謝菲爾德大學(xué)副校長Dave Petley教授，在其博客(The Landslide Blog)中四度撰文，分別以2017年8月28日納雍滑坡(Zhu et al.，2019)， 2018年10月、11月金沙江白格滑坡(Zhang et al.，2019a)， 2019年7月23日貴州水城滑坡(Yan et al.，2020b)和2021年印度查莫利災(zāi)害鏈?zhǔn)录?Cook et al.，2021)為例，高度評價了滑震信號在預(yù)測或校核滑坡發(fā)生時間，明確巖體變形、破裂跡象，辨別多災(zāi)種臨界轉(zhuǎn)化過程，以及揭示滑坡運動過程和動力學(xué)機(jī)理方面的突出貢獻(xiàn)。

2 滑震信號特征

高速運動的雪崩、滑坡、巖崩和泥石流等失穩(wěn)崩滑體與下伏不平順運動路徑間的劇烈相互作用產(chǎn)生振動波，其特征通常相當(dāng)于淺源地震(Ekstr?m et al.，2013)，其中體波信號相對較弱(Allstadt et al.，2018)，面波信號顯著(Hibert et al.，2011， 2017a; Levy et al.，2015; Zhang et al.，2021; Cook et al.，2022)，當(dāng)體波與面波時差極短時，通常難以識別明顯的體波信號(Cook et al.，2022)。通常情況下，巖崩、滑坡產(chǎn)生的滑震震級約為 0～ML3.0(Deparis et al.，2008; Guthrie et al.，2012; Hibert et al.，2014a; Pankow et al.，2014; Fuchs et al.，2018; Li Z Y et al.，2019)。特別地， 1991年發(fā)生于新西蘭南島的Mount Cook 高速遠(yuǎn)程滑坡產(chǎn)生了高達(dá)ML3.9的滑震波信號(Evans et al.，2002)； Ambraseys et al. (2012)的研究指出， 1911年發(fā)生在塔吉克斯坦東部的規(guī)模達(dá)2.4km3的滑坡產(chǎn)生的滑震能量相當(dāng)于于一次MW=7.8±0.1的地震。與震級相當(dāng)?shù)臉?gòu)造地震相比，滑震信號的波形相對較復(fù)雜，通常不具有可顯著識別的P波和S波震相?，F(xiàn)有研究通常將滑震信號按頻段范圍劃分為兩種尺度：規(guī)模巨大的滑坡體系統(tǒng)整體在加速或減速運動過程中對地表產(chǎn)生卸載或加載作用，輻射出周期為數(shù)秒至數(shù)百秒的長周期低頻(<1Hz)滑震信號(Kanamori et al.，1982, 1984; Brodsky et al.，2003; Favreau et al.，2010; Allstadt， 2013; Ekstr?m et al.，2013; Zhao et al.，2015; Coe et al.，2016; Li W et al.，2019)； 而大于1Hz的高頻滑震信號通常與滑坡體內(nèi)部顆粒之間、滑坡體與下伏運動路徑之間的摩擦、碰撞以及彈性介質(zhì)中局部小尺度的動力學(xué)過程有關(guān)(Huang et al.，2007; Deparis et al.，2008; Vilajosana et al.，2008; Helmstetter et al.，2010; Hibert et al.，2014a, 2017a; Levy et al.，2015； Farin et al.，2018， 2019a， 2019b)。

高速遠(yuǎn)程滑坡運動產(chǎn)生的振動波反映著運動物質(zhì)對地球表面施加作用力的時空演化過程，而在滑坡運動過程中，其運動形式常在墜落、滑動和流動之間相繼轉(zhuǎn)換，甚至多種運動過程并存(Allstadt et al.，2018)。為了清晰刻畫和區(qū)分不同運動形式產(chǎn)生的滑震信號特征，進(jìn)而對滑震信號的震源機(jī)制形成更為全面且深刻的理解和認(rèn)識，本節(jié)將以： (1)以近自由落體、大角度碰撞、彈跳為主要運動特征的巖崩、落石，(2)高陡斜坡上大規(guī)?；鶐r巖體失穩(wěn)后形成的運動速度極快的巖質(zhì)碎屑流(高速遠(yuǎn)程滑坡)，(3)含大量液相物質(zhì)的泥石流為滑震信號源，闡述不同動力過程產(chǎn)生的滑震信號特征。

2.1 巖崩、落石

巖崩被認(rèn)為是陡峭斜坡上的危巖體在重力作用下脫離母巖體崩落，經(jīng)過自由落體、反彈和/或滾動，高速度運動并在坡腳發(fā)生大角度甚至近乎法向地碰撞，最終在坡腳停積的地質(zhì)現(xiàn)象(Cruden et al.，1996; Okura et al.，2000; Jackson， 2005)。巖崩體的規(guī)模從若干立方米至數(shù)百萬方不等(Nicoletti et al.，1991; Corominas， 1996; Manconi et al.，2016; Fuchs et al.，2018; Provost et al.，2018)，單個或者若干個獨立運動的小規(guī)模落石在運動過程中經(jīng)過跳躍、翻滾、崩解，最后堆積于斜坡坡腳(Evans et al.，1993; 唐紅梅等， 2003; 張路青等， 2004)，并通過碰撞、沖擊等方式對斜坡下方的人口聚集地、公路、鐵路、防護(hù)建筑等構(gòu)筑物造成威脅； 大規(guī)模的巖崩，在運動過程中經(jīng)過強(qiáng)烈的碎屑化作用，形成運動速度極快的災(zāi)難性高速遠(yuǎn)程滑坡，長距離大范圍的運移或擴(kuò)散，嚴(yán)重威脅高山峽谷地區(qū)社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展(Hsü， 1975; Evans et al.，1993; Cruden et al.，1996; Crosta et al.，2007; Hewitt et al.，2008; Ruiz-Carulla et al.，2017; De Blasio et al.，2018; Lin et al.，2020; 王玉峰等， 2021a， 2021b)。了解巖崩、落石的滑震信號特征及其動力學(xué)行為，對高山峽谷地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險性評價以及高速遠(yuǎn)程滑坡啟動、運動機(jī)理等研究至關(guān)重要。

圖 3 不同地點捕獲的巖崩滑震信號Fig. 3 The seismic signals of rockfall events recorded at Chamousset(a)，Super-Sauze(b) and Séchilienne(c). (Provost et al.，2018) a. Chamousset; b. Séchilienne； c. Aaknes(Provost et al.，2018)

對于墜落過程中保持相對完整(未發(fā)生顯著碎屑化)的單體落石，其與運動路徑碰撞接觸產(chǎn)生的地震動信號與構(gòu)造地震信號相似，表現(xiàn)為陡然出現(xiàn)的尖銳脈沖信號(Dammeier et al.，2011)，當(dāng)落石與運動路徑發(fā)生連續(xù)碰撞時，其系列動力相互作用行為將被接連出現(xiàn)的離散脈沖信號記錄和表達(dá)，各脈沖之間的間隔可用于表征落石與地面碰撞接觸之后的反彈過程(Hibert et al.，2017a; Le Roy et al.，2019)(圖 3a)。通過分析落石脫離母巖和初次撞擊地面產(chǎn)生的2次特征振動信號時間差，Le Roy et al. (2019)成功反演了落石的墜落高度。當(dāng)若干危巖體同時崩落或落石在運動過程中破碎為若干塊體時，各離散塊體與運動路徑之間產(chǎn)生接連不斷的頻繁碰撞(圖 3b)，隨之產(chǎn)生時間間隔緊密的大量振動脈沖，隨著崩塌運動的持續(xù)發(fā)育，振動脈沖將發(fā)生不同程度的重疊； 進(jìn)一步地，隨著崩塌體碎屑化程度的不斷加深，巖體的運動由崩塌向碎屑流過渡，各離散塊體產(chǎn)生的振動脈沖將充分重疊并難以分辨，此時的滑震信號與高速遠(yuǎn)程滑坡產(chǎn)生的滑震信號相似，其外包絡(luò)線呈雪茄型(圖 3c)(Moran et al.，2008; Levy et al.，2011, 2015; Hibert et al.，2014b; Zimmer et al.， 2015; Provost et al.，2017; Le Roy et al.，2018)。

2.2 高速遠(yuǎn)程滑坡

高速遠(yuǎn)程滑坡(Rock avalanches， Sturzstorms)是地球巖石圈造山帶一類大規(guī)模、多相變、跨尺度的地表固體物質(zhì)遷移過程。具體是指高山峽谷地區(qū)高陡斜坡上大規(guī)?；鶐r巖體失穩(wěn)后以快速或者極快速的速度，以巖屑流的形式似流體狀態(tài)長距離運動且具有極端破壞力的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象。其典型的運動特征是：滑坡源區(qū)斜坡巖體初始破壞表現(xiàn)為大型的巖崩(rockfall)或者巖滑(rockslide)，在失穩(wěn)后沿運動路徑的后續(xù)運動過程中巖體經(jīng)過強(qiáng)烈的碎屑化作用而逐漸解體為顆粒尺寸范圍通?？缭绞畮讉€數(shù)量級的碎屑顆粒，以類似流體的形式(flow-like form)長距離大范圍地運移或擴(kuò)散，屬于一種非?？焖僦翗O快速的巖質(zhì)碎屑流(程謙恭等， 2007; 張明等， 2010; 劉傳正， 2017; 蘭恒星等， 2019; 林棋文等， 2021; 王玉峰等， 2021a， 2021b; 李坤等， 2022)。

高速遠(yuǎn)程滑坡運動過程中，滑體內(nèi)部以及滑體與下伏高低起伏、顛簸不平的運動路徑之間頻繁產(chǎn)生諸如碰撞、摩擦等諸多不同時間和空間尺度的動力相互作用，進(jìn)而輻射出振動信號(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; Saló et al.，2018; Li W et al., 2019; Li Z Y et al.，2019; Huang et al.，2019)，這些振動信號相互疊加，并隨著時間、空間的演化，形成滑震信號，被地震監(jiān)測臺站所記錄(Allstadt et al.，2018; Cook et al.，2021; Tiwari et al.，2022)。

與同等震級的構(gòu)造地震產(chǎn)生的信號相比，高速遠(yuǎn)程滑坡產(chǎn)生的滑震信號更加復(fù)雜，信號的持續(xù)時間相對較長，伴隨于滑坡運動的整個過程(Jeffreys， 1937; Hibert et al.，2011; Ambraseys et al.， 2012; Li W et al.，2019)?；鸩ǖ耐獍j(luò)線通常呈典型的雪茄形、紡錘形或者水滴形(Norris， 1994; Allstadt et al.，2018; Provost et al.，2018)，即滑震波率先以振幅較低的低頻信號形式出現(xiàn)，隨后振幅逐漸增大并伴隨高頻信號的出現(xiàn)，在迅速增大至峰值后逐漸減小至底噪水平。這種典型的波形信號特征不依賴于事件的尺度，從小尺寸顆粒流斜滑槽實驗(Farin et al.，2018， 2019a; Arran et al.，2021)到體積為數(shù)立方米、數(shù)千立方米的碎屑流(Deparis et al.，2008； Vilajosana et al.，2008)，直至規(guī)模超過數(shù)百萬立方米的大型高速遠(yuǎn)程滑坡均能觀測到此現(xiàn)象(Favreau et al.，2010; Schneider et al.，2010; Allstadt， 2013; Pankow et al.，2014)。不同學(xué)者對這種特殊的波形特征展開了探討：Suriach et al. (2005)認(rèn)為，滑震振幅的演化趨勢反映了高速遠(yuǎn)程滑坡體流經(jīng)地震動監(jiān)測臺站時，逐漸靠近隨后逐漸遠(yuǎn)離臺站的相對運動過程； Hibert et al. (2011)則認(rèn)為，距震源不同距離的地震動監(jiān)測臺站均捕獲到了雪茄形的滑震波形特征，表明這種特殊的波形可能是由特定的震源機(jī)制而并非振動波的傳播路徑所控制的； 高速遠(yuǎn)程滑坡的運動伴隨著勢能的逐漸釋放，亦即滑坡體運動速度的逐漸增大-逐漸減小的過程，Havens et al. (2014)認(rèn)為，滑震信號的波形特征恰恰對應(yīng)著滑坡體運動速度的發(fā)育和演化過程； Hibert et al. (2017b)通過對 1999～2014 年發(fā)生的12例大型滑坡進(jìn)行滑震信號分析表明，頻段為3～10Hz的滑震波包絡(luò)線與滑坡體動量之間存在顯著相關(guān)性(相關(guān)性系數(shù)為 0.87～0.98)，值得注意的是，這種相關(guān)性依賴于滑震信號的頻段范圍，即頻段為1～3Hz的滑震波包絡(luò)線與滑坡體動量之間的相關(guān)性要弱于 3～10Hz 頻段的滑震波。

2.3 泥石流

高速運動的滑坡體經(jīng)過強(qiáng)烈的碎屑化作用而逐漸解體為碎屑流，并與沿途地表物質(zhì)相互作用。在降水、冰雪融水或其他水分補(bǔ)給作用下，滑坡體與水分不斷摻混，其物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，當(dāng)液相含量超過臨界值時，混合體發(fā)生相變，形成泥石流(崔鵬等， 2021)。

與巖崩及高速遠(yuǎn)程滑坡相比，泥石流產(chǎn)生的滑震信號具有更長的持續(xù)時間和更寬的頻段范圍(Allstadt et al.，2018)。當(dāng)?shù)卣饎觽鞲衅靼惭b在泥石流鄰近位置時，可監(jiān)測到100Hz甚至更高頻的滑震信號(Burtin et al.，2016; Walter et al.，2017)。滑震信號的特征頻率、振幅與流經(jīng)傳感器的流體質(zhì)量或固相物質(zhì)含量有關(guān)，泥石流固相物質(zhì)含量越高，其產(chǎn)生的滑震信號的低頻段組份強(qiáng)度越高(Cole et al.，2009)。受分選效應(yīng)的影響，粗大塊石主要聚集于泥石流的龍頭區(qū)域。相應(yīng)地，當(dāng)泥石流龍頭逐漸靠近地震動傳感器時，滑震信號的振幅逐漸增大，隨著龍頭流經(jīng)傳感器并逐漸遠(yuǎn)離，滑震信號逐漸減小(Kean et al.，2015; Burtin et al.，2016; Walter et al.，2017)。此外，在泥石流滑震信號中可以觀察到尖銳的低頻脈沖信號，對應(yīng)于大巨石與溝道間劇烈的碰撞接觸(Provost et al.，2018)。Farin et al. (2019b)根據(jù)泥石流流體不同位置的動力學(xué)機(jī)制的差異，將泥石流流體劃分為4個區(qū)域，并探討了不同區(qū)域的滑震信號特征。Lai et al. (2018)分析了2018年美國加州Montecito 泥石流產(chǎn)生的地震動信號，并探討了泥石流龍頭區(qū)長度(L)、寬度(W)、固相顆粒尺寸(D3)和龍頭平均流速(u3)之間的關(guān)系。Allstadt et al. (2020)通過開展大型水槽實驗，利用流體運動產(chǎn)生的 15～50Hz 頻段的振動信號，反演了水槽基底的波動應(yīng)力，并指出泥石流產(chǎn)生的滑震信號可用于表征泥石流的流深、密度、動量等運動特征信息。

3 滑震研究現(xiàn)狀及重要貢獻(xiàn)

大規(guī)模高速遠(yuǎn)程滑坡運動過程將釋放不同頻段的滑震信號?；麦w系統(tǒng)整體在加速或減速運動過程中對地殼產(chǎn)生卸載/加載作用，輻射出周期為數(shù)秒至數(shù)百秒的長周期低頻(<1Hz)振動信號，這類滑震信號在地層傳播過程中不受小尺度的不均勻性影響，且衰減程度相對較低，能夠被數(shù)百公里外甚至全球范圍內(nèi)的地震臺站捕獲(Kanamori et al.，1982， 1984; Brodsky et al.，2003; Favreau et al.，2010; Allstadt， 2013; Ekstr?m et al.，2013; Zhao et al.，2015; Coe et al.，2016)。而小規(guī)?；?碎屑流或局部小尺度滑坡巖土體單元在運動過程中，與基底和側(cè)壁之間的摩擦和碰撞通常產(chǎn)生大于1Hz的振動信號，這些滑震信號在傳播過程中通常較易衰減，只能被距離震源較近的臺站捕獲(Levy et al.，2015; Hibert et al.，2017a， Cook et al.，2022)。

密集的振動監(jiān)測臺站組成的地震臺網(wǎng)協(xié)同工作，可以近乎實時地進(jìn)行滑震信號監(jiān)測(Ekstr?m et al.，2013)?；鹦盘枙r域特征與滑坡持續(xù)時間相關(guān)，通過對滑震信號進(jìn)行階段劃分和時頻分析，可推斷滑坡運動過程的關(guān)鍵時間節(jié)點和持續(xù)時間，表征滑坡的發(fā)生過程(Burtin et al.，2009; Dammeier et al.，2011; Fuchs et al.，2018; Li Z Y et al.，2019； Li W et al.， 2019; Zhang et al.，2019a)； 利用長周期滑震信號反演大規(guī)模災(zāi)難性滑坡體受力-時間函數(shù)，可以實現(xiàn)對滑坡發(fā)生位置、運動速度、運動路徑、影響范圍、基底摩擦系數(shù)等關(guān)鍵運動參數(shù)的定量化推演分析(Brodsky et al.，2003; Yamada et al.，2012， 2013， 2018; Allstadt， 2013; Ekstr?m et al.，2013; Moretti et al.，2015; Coe et al.，2016; Moore et al.，2017; 黃興輝等， 2018; 趙娟等， 2019; 許世民等， 2020)； 利用高頻滑震信號可提取更為豐富的目標(biāo)參數(shù)，用于聚焦大型滑坡體局部小尺度破撞、摩擦、侵蝕等動力學(xué)行為以及中小規(guī)?；碌倪\動特征(Cole et al.，2009; Dammeier et al.，2011; Kean et al.，2015; Levy et al.，2015; Bachelet et al.，2018; Saló et al.，2018)，或建立滑坡復(fù)雜運動路徑地形條件(粗糙度、坡面或溝谷形態(tài)、可侵蝕程度等)、巖土體物理力學(xué)屬性(規(guī)模、質(zhì)量、粒徑、材質(zhì)等)與振動信號之間的定量化數(shù)學(xué)-力學(xué)關(guān)系模型，進(jìn)而將滑震信號應(yīng)用于滑坡災(zāi)害的快速識別、精準(zhǔn)定位、類型劃分、運動學(xué)參數(shù)反演(Huang et al.，2004; Favreau et al.，2010; Barrière et al.，2015; Farin et al.，2015， 2018， 2019a， 2019b; Hibert et al.，2017b; Bachelet et al.，2018; Allstadt et al.，2020; Arran et al.，2021)。

3.1 基于滑震信號的高速遠(yuǎn)程滑坡基本特征識別

對于地形條件復(fù)雜、地質(zhì)環(huán)境惡劣或隱蔽性、突發(fā)性、災(zāi)難性滑坡頻發(fā)的高山峽谷或火山地區(qū)，對由大規(guī)模高速遠(yuǎn)程崩滑體產(chǎn)生的長周期地表振動波的探測，使得人們能夠在遠(yuǎn)離災(zāi)害危險范圍的安全地帶確定災(zāi)害發(fā)生的時間、地點和規(guī)模等特征信息，從而有針對性地采取應(yīng)急避險或防控治理措施，并開展災(zāi)情研判和應(yīng)急響應(yīng)工作。

Burtin et al. (2009)利用地震動包絡(luò)線互相關(guān)方法(Cross correlation of seismic envelopes)，分析低頻(0.6～0.9Hz)振動信號，確定了2003年8月15日發(fā)生于喜馬拉雅山地區(qū)的Ramche泥石流震源位置； 2018年10月金沙江白格滑坡發(fā)生后，Zhang et al. (2019a)基于國家測震臺網(wǎng)數(shù)據(jù)備份中心提供的滑震波形數(shù)據(jù)，推演并校正了該滑坡的準(zhǔn)確發(fā)生時間； Fuchs et al. (2018)通過對阿爾卑斯山脈東部地區(qū)19組中大型崩塌長周期振動信號進(jìn)行分析，開發(fā)了一種自動化崩塌時間檢測、定位和分類方法； Li Z Y et al. (2019)針對2017年6月新磨村高速遠(yuǎn)程滑坡，利用距震中360km的21個地震臺站的46條地震道，進(jìn)行了0.01～0.1Hz頻段的長周期振動波形反演，結(jié)果表明，新磨滑坡持續(xù)時間為79s，加速階段為47s，減速階段為32s； Feng (2011)利用Hilbert-Huang變換對莫拉克臺風(fēng)誘發(fā)的小林滑坡滑震信號進(jìn)行時頻分析，得出該滑震信號能量主要來自于 0.5～1.5Hz 頻段； Dammeier et al. (2011)基于區(qū)域地震數(shù)據(jù)，對阿爾卑斯山區(qū)域內(nèi)發(fā)生的20個巖滑(Rockslides)進(jìn)行分析，利用滑震信號持續(xù)時間、地面速度包絡(luò)曲線等量化了5個特征指標(biāo)，用以評估崩滑體體積、運動距離、豎向落差、Fahrb?schung等基本致災(zāi)信息； Pankow et al. (2014)和Moore et al. (2017)根據(jù)全球地震臺網(wǎng)記錄的數(shù)據(jù)，指出美國猶他州賓漢姆峽谷礦區(qū)分別于2013年4月11日03：30和 05：05發(fā)生兩次大規(guī)模高速遠(yuǎn)程滑坡以及11處小型崩滑事件，推測崩滑體總規(guī)模約(6200～6500)×105m3。Sch?pa et al. (2018)利用來自58個地震臺站捕獲的滑震數(shù)據(jù)，對2014年7月21日發(fā)生于冰島Askja火山地區(qū)的大型滑坡展開研究，通過長周期振動波反演表明該滑坡于23：24： 05 UTC自SE向NW方向運移，持續(xù)時間約2min。

3.2 基于低頻滑震信號的高速遠(yuǎn)程滑坡運動學(xué)特征反演

高速遠(yuǎn)程滑坡運動學(xué)過程和動力學(xué)機(jī)理研究一直是國際工程地質(zhì)及地質(zhì)災(zāi)害領(lǐng)域長期關(guān)注的熱點與前沿性科學(xué)問題?；鹦盘柲軌蚩朔聻?zāi)害高隱蔽性、突發(fā)性和巨大災(zāi)難性等特點，彌補(bǔ)傳統(tǒng)工程地質(zhì)調(diào)查手段的缺陷和不足，為高速遠(yuǎn)程滑坡運動全過程提供連續(xù)的高分辨率數(shù)據(jù)支撐。

在利用滑震手段探索高速遠(yuǎn)程滑坡運動學(xué)過程中，最為成熟的應(yīng)用之一是通過低頻滑震信號重建滑坡力-時間函數(shù)(Cook et al.，2022)。如前文所述，在規(guī)模巨大的高速遠(yuǎn)程滑坡啟動及運動過程中，滑坡體作為一個整體對地表產(chǎn)生卸載/加載作用，并伴隨低頻滑震信號的輻射和傳播。此類信號可被遠(yuǎn)至數(shù)百公里甚至全球范圍內(nèi)的地震監(jiān)測臺站捕獲，進(jìn)一步地，由于滑坡的運動尺度遠(yuǎn)小于滑坡發(fā)生位置與地震臺站之間的距離，因此可以將高速遠(yuǎn)程滑坡的運動過程視為作用在地球表面上的力矢的時間序列(Allstadt et al.，2018; Yu et al.，2019)，低頻滑震信號的產(chǎn)生來源于施加在地球表面上的力矢序列，進(jìn)而表征著滑坡整體隨時間演化的加速、減速運動行為。

盡管低頻滑震信號的相關(guān)研究提高了對災(zāi)難性高速遠(yuǎn)程滑坡的理解，但低頻段滑震信號通常在規(guī)模大于107m3的大型高速遠(yuǎn)程滑坡運動過程中產(chǎn)生(Allstadt et al.，2018)，且現(xiàn)有研究方案僅適用于持時大于10s的大型滑坡體，有研究價值的完整低頻滑震信號僅在有限的典型高速遠(yuǎn)程滑坡研究中被記載(Hibert et al.，2017b)。此外，通過長周期滑震信號反演滑坡體受力時序過程，須將滑體視為一個質(zhì)點，因此反演所得結(jié)果主要表征滑體質(zhì)心的運動特征，更接近滑體的平均速度(Yu et al.，2019)，而高速遠(yuǎn)程滑坡不同部位的動力學(xué)特征，難以通過此方法進(jìn)行研究。換言之，即便研究者能夠順利獲得完整的低頻滑震信號數(shù)據(jù)，如果期望利用它來理解，研究或表征滑坡的內(nèi)在動力學(xué)機(jī)理，還需配合高頻滑震信號，提取更為豐富的動力學(xué)細(xì)節(jié)參數(shù)。

3.3 基于高頻滑震信號的高速遠(yuǎn)程滑坡運動特征分析

高速遠(yuǎn)程滑坡體中，巖土體結(jié)構(gòu)單元的巖性、磨圓度、強(qiáng)度、粒度、粒序分布等內(nèi)在物理力學(xué)特征以及運動路徑地形條件等因素往往控制著高速運動的滑坡體的碰撞、摩擦、剪切、擠壓、偏轉(zhuǎn)、沖高等小尺度動力學(xué)行為，進(jìn)而影響著滑坡運動及停積就位的全過程(程謙恭等， 2007; 王玉峰等， 2012a， 2021b; 樊曉一等， 2017; 蘭恒星等， 2019)，并以源區(qū)層序保留、反粒序沉積結(jié)構(gòu)、碎屑化、多層剪切帶、相態(tài)轉(zhuǎn)化、流態(tài)化堆積地貌等特征結(jié)果而顯現(xiàn)(Dufresne et al.，2016， 2017; Wang et al.，2018， 2019a， 2019b， 2019c; Lin et al.，2020; Li et al.，2021， 2022)?，F(xiàn)有研究表明，滑震震源鄰域內(nèi)的地震監(jiān)測臺站記錄的高頻滑震信號蘊(yùn)含著崩滑體及其組成單元的定量化特征信息，能夠表征高速遠(yuǎn)程滑坡小尺度運動行為，進(jìn)而有助于揭示滑坡運動的內(nèi)在運動機(jī)理(Deparis et al.，2008; Dammeier et al.，2011; Hibert et al.，2011， 2017b; Yamada et al.，2012; Levy et al.，2015; Le Roy et al.，2019; Yan et al.，2020a，2020b)。

由于高頻滑震信號易在傳播過程中衰減、彌散，僅有少量現(xiàn)場研究建立了崩滑體運動參數(shù)與高頻滑震頻譜信號之間的尺度關(guān)系。Deparis et al. (2008)對阿爾卑斯山地區(qū)10處體積為 2×103～1.75×106m3的崩塌進(jìn)行滑震信號分析表明，滑震釋放能量與勢能減少量之比ES/EP在 10-3～10-5范圍內(nèi)； Hibert et al. (2011)證實了Deparis et al.(2008)的研究結(jié)論，并在此基礎(chǔ)上建立了崩滑體規(guī)模與滑震能量的函數(shù)關(guān)系； 進(jìn)一步地，Dammeier et al. (2011)通過對阿爾卑斯山區(qū)域內(nèi)20處規(guī)模在 1×103～2×106m3的崩滑事件進(jìn)行研究，建立了考慮持續(xù)時間ts、振動速度包絡(luò)線峰值A(chǔ)max及包絡(luò)面積EA與崩滑體規(guī)模V之間的函數(shù)關(guān)系； Yamada et al. (2012)通過對日本Talas臺風(fēng)誘發(fā)的18處滑坡及其產(chǎn)生的高頻滑震信號進(jìn)行分析表明，距震源 1km 處的滑震能量近似與滑坡體積的平方呈成正比關(guān)系； Levy et al. (2015)通過對Montserrant地區(qū)的200處滾石滑震信息進(jìn)行分析表明，滑震能量與勢能的變化量存在正比例關(guān)系，此外，崩滑體與復(fù)雜運動路徑之間的相互作用直接影響著高頻滑震信號的脈沖波形； Hibert et al. (2017b)通過對 1999～2014 年發(fā)生的不同地質(zhì)條件下的12處特大滑坡滑震信號進(jìn)行分析表明，高頻滑震信號歸一化包絡(luò)圖與長周期滑震信號反演得到的滑坡體動量時程曲線吻合性良好，高頻滑震信號振幅與滑坡體動量存在正相關(guān)； Le Roy et al. (2019)通過對阿爾卑斯山脈Chartreuse Massif地區(qū)發(fā)生的21處崩塌事件及其振動信號分析表明：振動波信號能有效地用于識別崩塌體的位置、體積、幾何形狀和運動演化過程等，此外，還給出了崩塌體勢能與振動能量之間的經(jīng)驗函數(shù)； 2019年7月23日貴州水城發(fā)生災(zāi)難性滑坡事件，對此滑坡的已有研究結(jié)論認(rèn)為該滑坡體的初始破裂位置位于滑源區(qū)頂部，Yan et al. (2020b)結(jié)合滑坡野外調(diào)查資料，基于 4.5～6Hz 滑震信號重構(gòu)滑坡的動態(tài)過程，對前人研究結(jié)論進(jìn)行修正，認(rèn)為滑坡的初始斷裂點位于滑源區(qū)底部和加速帶頂部之間，其研究成果得到了國際滑坡領(lǐng)域著名科學(xué)家、英國謝菲爾德大學(xué)副校長Dave Petley教授的高度肯定。

3.4 基于高頻滑震信號的物理模型實驗研究

滑坡沿其運動路徑運動時伴隨著裹挾或沉積過程，導(dǎo)致滑體體積隨時間產(chǎn)生顯著變化(Egashira et al.，2001; Iverson et al.，2011; Mangeney， 2011)。當(dāng)滑坡體中有冰雪融化和/或有氣、液介質(zhì)摻入時，其運動特征也會相應(yīng)改變(王玉峰等， 2014; Stilmant et al.，2015; Pérez-Guillén et al.，2016)。此外，與釋放的振動能量有關(guān)的勢能變化取決于下落高度(Farin et al.，2018， 2019a)，相應(yīng)地，滑坡運動的豎向運動距離很大程度上又取決于運動路徑地形條件、初始滑坡體規(guī)模和巖體結(jié)構(gòu)等(樊曉一等， 2014， 2017， 2018， 2020; 蘭恒星等， 2019)，滑坡運動影響因素的復(fù)雜性決定了滑震信號的復(fù)雜性(Schneider et al.，2010; Hibert et al.，2015， 2017a; Levy et al.，2015; Allstadt et al.，2018)。

囿于滑坡影響因素和運動機(jī)理的復(fù)雜性，高頻振動信號與顆粒流參數(shù)之間的定量關(guān)系難以單純通過現(xiàn)場調(diào)查而建立(Hibert et al.，2017a; Farin et al.，2019a)。一方面，對于高速運動的滑坡體，其厚度、運動速度、粒度分布等參數(shù)隨時間和空間而呈現(xiàn)連續(xù)性演化和非均勻分布，這使得運用野外捕獲的振動信號推導(dǎo)上述目標(biāo)參數(shù)極具挑戰(zhàn)(Suriach et al.，2000; Favreau et al.，2010; Pérez-Guillén et al.，2016)。另一方面，除滑坡巖土體物理力學(xué)參數(shù)以外，運動路徑地形條件的不規(guī)則性及下伏層物質(zhì)的非均質(zhì)性引起的路徑效應(yīng)(如路徑偏轉(zhuǎn)程度、路徑起伏程度，下伏層松散程度等)，將導(dǎo)致振動信號的抑制、彌散或衰減，同時顯著影響滑震信號的產(chǎn)生及傳播(Favreau et al.，2010; Allstadt， 2013; Kean et al.，2015; Moretti et al.，2015; Bachelet et al.，2018)。

有介于此，近年來，有關(guān)學(xué)者嘗試?yán)谜駝觽鞲衅饔涗涱w粒流運動碰撞產(chǎn)生的振動信號，開展室內(nèi)模型實驗研究，通過改變某一目標(biāo)參數(shù)同時固定其他參數(shù)，從而逐一探討各初始條件對滑震信號的影響，建立滑坡運動的初始/邊界條件與滑震波信號的定量關(guān)系(Huang et al.，2004; Hsu et al.，2014; Barrière et al.，2015; Farin et al.，2015， 2018， 2019a; Bachelet et al.，2018; Allstadt et al.，2020; Arran et al.，2021; Feng et al.， 2021)。

Huang et al. (2004)利用地聲檢知器記錄單體塊石及泥石流流體碰撞、摩擦行為下產(chǎn)生的振動信息，經(jīng)由快速傅里葉變換(FFT)及Gabor變換分析處理實驗所測信號，研究結(jié)果表明：單體塊石摩擦產(chǎn)生的地表振動頻率范圍約在 10～300Hz 之間； 單體塊石碰撞產(chǎn)生的地表振動頻率在 10～500Hz 范圍內(nèi)； 實驗條件下，泥石流流體產(chǎn)生的振動頻率范圍介于 20～300Hz 之間，固相粒徑越大或斜坡坡度越陡，地表振動的強(qiáng)度越強(qiáng)。Hsu et al. (2014)分析了干燥和固-液兩相寬級配碎屑流對轉(zhuǎn)鼓基底動態(tài)碰撞行為及平均沖擊力，建立了碎屑流基底動態(tài)沖擊力與有效粒徑和流速之間的近線性關(guān)系。Barrière et al. (2015)通過滑槽模型實驗對顆粒流與滑槽底部相互作用產(chǎn)生的振動信號進(jìn)行捕捉分析，建立了顆粒流中值粒徑D50與峰值振幅Amax以及平均振動頻率fmean之間的經(jīng)驗定律。Farin et al. (2015， 2016)對球狀顆粒與平面間的碰撞過程進(jìn)行了基于彈性、黏彈性、彈塑性碰撞原理的理論分析，并對不同物理力學(xué)性質(zhì)的球體顆粒與底板/底座之間的碰撞過程進(jìn)行了系列物理實驗分析，建立了振動能量與碰撞體質(zhì)量、碰撞速度、彈性參數(shù)等之間的定量化關(guān)系，從而有助于根據(jù)滑震信號推測崩滑體的規(guī)模、速度等致災(zāi)參數(shù)。Bachelet et al. (2018)通過室內(nèi)碰撞試驗并收集彈性波動信息，在非線性赫茲接觸定律理論支持下，探討了碰撞體尺寸、材質(zhì)、碰撞速度、碰撞角度、底板粗糙度、可侵蝕性等因素對振動波能量的影響。Farin et al. (2018)建立了離散顆粒集合體在PMMA斜板上的坍落模型實驗。首先，探討了不同傾斜角度條件下，顆粒流沿斜板坍落至停積過程中產(chǎn)生的振動信號，重點分析了振動能量與顆粒體勢能變化量之間的比例關(guān)系。進(jìn)一步地，完善了不同離散顆粒結(jié)合體質(zhì)量m，高寬比a，顆粒粒徑d等不同工況下滑震信號的頻譜特征，分析了振動能量Wel，勢能Ep在不同工況下的演化特征，并從顆粒與底板之間的碰撞率Rimp和碰撞強(qiáng)度Iimp兩方面，探討了振動波的產(chǎn)生和演化機(jī)理(Farin et al.，2019a)

4 滑震研究面臨的關(guān)鍵科學(xué)問題

國內(nèi)外學(xué)者經(jīng)過百年探索，在理解高速遠(yuǎn)程滑坡動力相依滑震波動特征和機(jī)理方面正不斷取得突破性進(jìn)展。地震學(xué)方法的應(yīng)用將極大程度地推進(jìn)地球科學(xué)及工程地質(zhì)學(xué)者對高速遠(yuǎn)程滑坡事件的幾何學(xué)尺度、運動學(xué)性質(zhì)和動力學(xué)機(jī)理的探索深度和認(rèn)知疆域，并有望實現(xiàn)傳統(tǒng)滑坡調(diào)查研究手段無法實現(xiàn)的洞見。然而，面對這項極具發(fā)展?jié)摿Φ难芯渴侄?，我們?nèi)匀狈Ω咚龠h(yuǎn)程滑坡滑震波內(nèi)在機(jī)理的進(jìn)一步理解，關(guān)鍵問題依然存在。

高速遠(yuǎn)程滑坡的運動過程是由多個同時發(fā)生的子事件組成的復(fù)雜動力學(xué)過程，失穩(wěn)滑坡體的初始勢能(由滑坡體規(guī)模和滑源區(qū)高程決定)，巖土體結(jié)構(gòu)單元的巖性、強(qiáng)度、粒度、粒序分布等內(nèi)在物理力學(xué)特征以及坡度、粗糙度、坡面或溝谷形態(tài)等運動路徑地形條件等因素，往往控制著高速運動的滑坡體的碰撞、摩擦、剪切、擠壓乃至犁鏟、推擠、裹挾、偏轉(zhuǎn)、沖高、碎屑化、相態(tài)轉(zhuǎn)化等動力學(xué)行為，進(jìn)而影響著滑坡運動及停積就位的全過程，并以流態(tài)化堆積地貌(橫向脊、縱向脊、邊緣堤、錐狀丘以及舌形、扇形及指狀分叉式堆積形態(tài)等)，“滑坡-構(gòu)造”形態(tài)(小型逆沖斷層、翻卷褶皺、沖入火焰狀砂脈甚至底辟構(gòu)造等)，沉積學(xué)結(jié)構(gòu)特征(原巖層序保留、反粒序結(jié)構(gòu)、拼貼構(gòu)造等)等一系列復(fù)雜的特征地質(zhì)現(xiàn)象而顯現(xiàn)。

有介于此，通過滑震波視角研究或表征高速遠(yuǎn)程滑坡的運動過程，就必須在獲取豐富的滑震信號的基礎(chǔ)上，建立滑震信號與高速遠(yuǎn)程滑坡幾何學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)參數(shù)之間的數(shù)學(xué)、力學(xué)定量化關(guān)系，進(jìn)一步地，需要明確不同初始條件和邊界條件下滑坡動力行為產(chǎn)生特征振動波的內(nèi)在機(jī)理。為實現(xiàn)上述關(guān)鍵科學(xué)突破，亟待從以下幾個方面進(jìn)一步開展研究工作：

4.1 滑震數(shù)據(jù)庫的建立與完善

盡管高速遠(yuǎn)程滑坡運動產(chǎn)生的滑震信號具有諸多普遍存在的標(biāo)志性特征，被用來區(qū)分滑震與構(gòu)造地震信號之間的差異。然而，如前文所述，滑坡體的運動受巖土體結(jié)構(gòu)單元的物理力學(xué)條件以及運動路徑的地形條件等多方面因素制約，這些制約因素將在不同滑坡事件之間存在很大差異，亦可能在同一事件的不同階段發(fā)生變化，進(jìn)而直接控制著滑震信號的細(xì)節(jié)呈現(xiàn)(例如，幅度、持續(xù)時間、頻率特征等振動信號參數(shù))及其隨滑坡運動的演化。介于高速遠(yuǎn)程滑坡影響因素和動力學(xué)機(jī)理的復(fù)雜性以及滑震信號的敏感性，對偶得滑震信號的有限案例分析已難以滿足日益發(fā)展的滑震波動機(jī)理研究進(jìn)程。

因此，有必要創(chuàng)建一個全面的、集中的、持續(xù)更新的滑震數(shù)據(jù)庫，將滑震定量化信息與高速遠(yuǎn)程滑坡事件的各種幾何學(xué)特征、運動學(xué)過程和動力學(xué)機(jī)制等關(guān)鍵細(xì)節(jié)(如滑坡體規(guī)模、巖性、水平及豎向運動距離以及衛(wèi)星影像、氣象數(shù)據(jù)等)建立密切定量化關(guān)系，以便幫助我們更好地利用滑震信號推進(jìn)高速遠(yuǎn)程滑坡動力學(xué)機(jī)理的研究。

4.2 理論模型的優(yōu)化與發(fā)展

盡管國內(nèi)外大量學(xué)者嘗試提出并建立了滑震特征參數(shù)與高速遠(yuǎn)程滑坡基本特征、動力學(xué)參數(shù)之間的經(jīng)驗關(guān)系和理論模型。然而，大部分研究成果都是基于某種特殊區(qū)域地質(zhì)背景或理想的實驗室條件下實現(xiàn)的，脫離特定邊界條件難以實現(xiàn)不同理論模型之間的相互論證和結(jié)合。例如，滑震釋放的振動能與高速遠(yuǎn)程滑坡釋放的勢能的比值Rs/p被廣泛用于定量化評估高速遠(yuǎn)程滑坡災(zāi)害的潛在危害，然而不同學(xué)者提出的Rs/p值在 10-6～1 范圍內(nèi)波動，差異懸殊； 再如，由于滑震波傳播介質(zhì)的非均質(zhì)性以及滑震波衰減和彌散的不確定性，導(dǎo)致觀測到的滑震波頻譜特征在很大程度上取決于地震臺站相對于事件的位置以及特定地質(zhì)條件。因此，將不同研究成果推廣并應(yīng)用到其他滑坡事件，就要求相關(guān)學(xué)者充分理解和量化差異的來源(例如，不同的震源理論、震源過程、振動波傳播效應(yīng)等)，并進(jìn)一步建立解譯這些差異的技術(shù)手段和理論方法。

4.3 從接觸力視角解譯滑震信號

高速遠(yuǎn)程滑坡與運動路徑的相互作用是其動力學(xué)特性的重要表現(xiàn)形式之一，也是滑震信號產(chǎn)生的主要來源。巖土體單元與運動路徑的復(fù)雜相互作用可以在一定程度上反映滑坡體的運動行為，如聲波流態(tài)化(Melosh， 1979; Johnson et al.， 2016)、顆粒彌散力減阻效應(yīng)(Bagnold， 1954; Davies， 1982; Campbell， 1989)、自激振動懸浮減阻效應(yīng)(Wang et al.， 2015)等。高速遠(yuǎn)程滑坡與運動路徑之間以接觸力的形式進(jìn)行相互作用，并通過振動波的形式進(jìn)行傳播。因此，接觸力的力學(xué)特征、滑震波的波動特征以及高速遠(yuǎn)程滑坡的動力學(xué)特征存在內(nèi)在聯(lián)系。從接觸力視角研究滑震信號有望為高速遠(yuǎn)程滑坡滑震波動機(jī)理研究提供有價值的參考。

4.4 深化多學(xué)科交叉融合

高速遠(yuǎn)程滑坡動力相依滑震波動機(jī)理科學(xué)問題具有多學(xué)科交叉性和復(fù)雜性的特點，要讓地震學(xué)研究方法和理論知識在推進(jìn)高速遠(yuǎn)程滑坡動力學(xué)的研究中發(fā)揮其全部潛力，要求跨越領(lǐng)域和學(xué)科的視角，整合不同過程、不同時空尺度、不同學(xué)科領(lǐng)域，提出解決方案。在地貌學(xué)和滑坡動力學(xué)中更廣泛地引入、采用、適應(yīng)并繼續(xù)發(fā)展地震學(xué)理論和技術(shù)，打破不同領(lǐng)域技術(shù)和方法的界限，融合并創(chuàng)新，這是支撐高速遠(yuǎn)程滑坡滑震波動機(jī)理相關(guān)研究長足發(fā)展的必然要求。

5 結(jié) 語

滑震研究方法與傳統(tǒng)的工程地質(zhì)研究方法相比具有明顯的優(yōu)勢和互補(bǔ)性?；诨鹛卣鞯母咚龠h(yuǎn)程滑坡研究有助于直觀揭示高速遠(yuǎn)程滑坡與地球表面動力相互作用的時-空演化細(xì)節(jié)，其不僅是目前高速遠(yuǎn)程滑坡研究領(lǐng)域關(guān)注的熱點問題之一，同時也是揭示高速遠(yuǎn)程滑坡動力學(xué)機(jī)理的一個重要切入點。本文圍繞國內(nèi)外基于滑震特征的高速遠(yuǎn)程滑坡運動學(xué)相關(guān)研究內(nèi)容，對本領(lǐng)域近百年來的歷史進(jìn)程和發(fā)展趨勢進(jìn)行了歸納，對滑震波的典型信號特征進(jìn)行了概述，在此基礎(chǔ)上，從高速遠(yuǎn)程滑坡基本特征識別、高速遠(yuǎn)程滑坡運動學(xué)過程和運動特征推演等方面，對現(xiàn)有研究成果進(jìn)行了述評，探討了滑震手段推進(jìn)高速遠(yuǎn)程滑坡動力學(xué)機(jī)理研究的重要貢獻(xiàn)和巨大潛力； 最后，從滑震數(shù)據(jù)庫的建立和完善、滑震波動機(jī)理理論模型的優(yōu)化與發(fā)展、滑震波與滑坡接觸力的耦合分析以及多學(xué)科交叉融合4個方面對下一步的研究工作進(jìn)行了討論和展望。

國際著名地震學(xué)家Galitzin曾表示：“地震波是一盞燈，盡管它點燃的時間短暫，卻照亮著地球的內(nèi)部； 盡管目前這盞燈的光芒還不夠耀眼，但毋庸置疑，隨著時間的流逝它將愈發(fā)明亮”。盡管目前國內(nèi)外對于高速遠(yuǎn)程滑坡滑震波動機(jī)理的研究尚處于起步和發(fā)展階段，現(xiàn)有研究成果以基于低頻滑震信號的滑體宏觀運動過程反演為主，尚缺乏對全頻域滑震信號形成機(jī)理以及滑震表征滑坡宏/微觀動力學(xué)過程的深入系統(tǒng)性研究，現(xiàn)有地震臺網(wǎng)并非針對高速遠(yuǎn)程滑坡監(jiān)測預(yù)警工作而設(shè)計和建立，上述種種局限使得應(yīng)用滑震信號全面準(zhǔn)確地揭示高速遠(yuǎn)程滑坡動力學(xué)行為并進(jìn)行有針對性的災(zāi)害(鏈)的預(yù)測預(yù)報和應(yīng)急響應(yīng)面臨著諸多困難。但毫無疑問，隨著滑震波相關(guān)研究的不斷深入，滑震信號分析與傳統(tǒng)工程地質(zhì)調(diào)查手段的密切結(jié)合將成為推動高速遠(yuǎn)程滑坡運動學(xué)過程和動力學(xué)機(jī)理研究的最有效方法之一。

通訊作者程謙恭寄語：謹(jǐn)以此文紀(jì)念中國工程地質(zhì)學(xué)科重要奠基人之一、區(qū)域工程地質(zhì)理論體系創(chuàng)始人劉國昌先生誕辰110周年。劉國昌先生曾擔(dān)任西安地質(zhì)學(xué)院(現(xiàn)長安大學(xué))副院長，并兼任學(xué)術(shù)委員會、學(xué)位委員會主任。我1983年7月大學(xué)畢業(yè)的畢業(yè)證和學(xué)位證上，就加蓋有劉先生手跡簽名的印章。劉先生1983年在西安地質(zhì)學(xué)院創(chuàng)立了水文地質(zhì)工程地質(zhì)學(xué)科博士點，培養(yǎng)了一大批水文地質(zhì)工程地質(zhì)學(xué)科人才。吃水不忘挖井人，作為1997年11月在母校獲得水文地質(zhì)工程地質(zhì)博士學(xué)位并由此跨入工程地質(zhì)學(xué)研究領(lǐng)域受益匪淺的學(xué)子，當(dāng)永遠(yuǎn)銘記劉國昌先生的培育之恩!