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近期，学校多个科研团队取得新突破！

快来跟随李子君来看看吧

本期内容

1.徐强教授团队基于时间序列InSAR的平山城市建设潜在滑坡早期识别及运动趋势评估

2.环境与土木工程学院王丹老师在国际顶级期刊Geophysical Research Letters发表重要研究成果，在格陵兰地幔过渡带结构成像及其地球动力学意义研究方面取得重要进展。

3. 王玉杰教授团队揭示颗粒材料从蠕变到流动的独特屈服行为

4.我院本科生戴一新在地学高水平期刊EPSL发表论文，揭示了青藏高原东北缘地壳和地幔的各向异性特征。

徐强教授团队利用时间序列InSAR识别坪山城市建设项目早期潜在的滑坡并评估运动趋势

黄土高原上的大规模城市建设工程是史无前例的。数百米高的“削山造地”，不仅为城市扩张提供了大量平坦的建设用地，也带来了前所未有的重大工程灾害风险。

为此，徐强教授及其团队成员濮传浩研究员等人对黄土高原大型平山城市建设项目相关边坡稳定性问题进行了研究。相关成果以多时相InSAR对与大规模造地项目相关的潜在滑坡进行精细制图和运动学趋势评估发表在地球科学领域知名期刊International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation（District of Applied Earth Observation and Geoinformation）上。 1、中国科学院）。

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2012年以来，黄土高原实施了大规模的“中部城市建设”工程，旨在为城市发展创造额外的平地。但大规模的削山填沟极大地改变了当地的地质环境，形成了大量的黄土工程边坡。基于滑坡破坏前普遍的时空形变规律，构建了基于时间序列InSAR的潜在滑坡早期识别与稳定性评估新方法，并用于黄土高原最大的平山城区识别与评价- 延安新区（YND）。 ）潜在的山体滑坡。

首先，通过将光学遥感解释与SBAS-InSAR分析获得的空间差异形变图相结合，确定潜在滑坡的空间位置和边界。然后使用指数模型对确定的潜在滑坡运动演化趋势进行定量评估，以定量分析时间位移。最后，讨论了潜在滑坡的可能影响因素和破坏模式。

结果表明，InSAR差异变形结果较好地反映了潜在滑坡的外部边界，在延安新区首次识别出18处潜在滑坡。在InSAR监测过程中，这些潜在滑坡中超过82%的相干目标（CT）表现出初始或稳定蠕变；然而，在几个斜坡上也观察到显着加速的三阶蠕变。因此，利用多时相InSAR和/或地基设备对大面积平山城市地区的工程边坡进行持续监测至关重要。时空变形模式与环境因素之间的高度相关性表明，这些潜在滑坡的活动主要受填土厚度控制，而降雨则加速了斜坡位移。研究成果可为大型平山城市建设项目滑坡灾害识别与防治提供决策参考。

潜在滑坡早期识别和长期稳定性评估流程图

潜在滑坡的早期识别和运动趋势评估方法

尽管InSAR技术在滑坡识别和监测方面的巨大优势早已被证明并广泛应用，但目前基于InSAR的滑坡识别和稳定性评估大多是通过考虑变形率阈值来确定滑坡的空间范围和活动规模。事实上，同一或不同地区的不同滑坡具有显着异质的时空变形模式和破坏机制，因此很难确定通用的速率阈值。

然而，滑坡在破坏前通常具有相对普遍的空间差异变形和时间加速变形规律。基于此，本研究提出了一种结合遥感解译、时间序列InSAR、无人机摄影测量和现场调查的潜在方法。滑坡早期识别和稳定性评估新方法根据时间序列InSAR结果计算变形率梯度，表征边坡的空间差异变形，识别潜在的滑坡边界；应用指数模型表征InSAR时间序列位移的长期演化趋势，评价潜在滑坡的运动状态和长期稳定性。

滑坡时空变形模型（a典型滑坡示意图；b滑坡空间差异变形特征；c滑坡失稳前时间变形特征）

潜在滑坡识别和稳定性评估结果

结合Sentinel-1 SBAS-InSAR结果的光学图像解译和差异变形图，可以清晰识别延安新区大面积平山城镇化区活动工程边坡（潜在滑坡）的外边界，并并通过实地勘察和无人机摄影测量验证了识别结果的可靠性。该方法不仅为潜在滑坡及其边界的识别提供了通用的解决方案，而且克服了传统基于速率阈值的滑坡识别方法的局限性。

此外，利用指数模型表征InSAR时间序列位移，可以高效、快速地评估已识别潜在滑坡的长期运动学演化趋势和稳定性。评估结果揭示了已识别的潜在滑坡的空间异质运动演化模式，为地面设备提供关键支持和持续高精度监测，以支持灾害风险管理。

根据InSAR结果导出的差异变形图绘制的活动工程边坡（潜在滑坡）

指数模型揭示的潜在滑坡长期运动学演化趋势

滑坡潜在影响因素及潜在不稳定模式

时空变形模型为研究潜在滑坡的影响因素以及可能的变形破坏模式提供了条件。通过时空变形模型与环境因素的相关性分析，揭示了填土厚度和降雨对控制潜在滑坡活动具有重要作用。不同厚度的充填黄土控制坡面变形差异，从而引起表面裂缝；雨水沿着裂缝形成的优先通道迅速渗透，加速边坡的位移，最终可能导致滑坡。

潜在滑坡变形与（a）填方黄土厚度和（b）降水量之间的关系

活动边坡的潜在变形和破坏模式（潜在滑坡）

该研究基于滑坡破坏前普遍的时空形变规律，构建了光学遥感、时序InSAR和现场调查相结合的潜在滑坡早期识别和稳定性评估新方法，实现了大规模人类滑坡的潜力。工程活动。滑坡的快速识别和初步评估。

随着SAR影像数量、类型、空间分辨率和重访频率的增加，以及InSAR处理技术的优化，利用时间序列InSAR技术进行滑坡识别和监测的能力将不断增强。因此，本研究提出的新方法在区域潜在滑坡精细识别和预警方面具有巨大的应用潜力，可为滑坡灾害风险管理提供重要参考。

环境与土木工程学院王丹老师在国际顶级期刊Geophysical Research Letters上发表重要研究成果，在格陵兰地幔过渡带结构成像及其地球动力学意义研究方面取得重要进展。

近日，成都理工大学环境与土木工程学院王丹教授及其合作者在格陵兰地幔过渡带结构成像及其地球动力学意义研究方面取得重要进展。相关研究成果以《格陵兰克拉通龙骨下方倾斜的宽大羽流》为题发表在权威期刊《Nature Index of Earth Sciences》和中科院一区顶级期刊《地球物理研究快报》（Geophysical Research Letters）上）。

格陵兰岛起源于劳伦大陆的核心部分，有着悠久而复杂的构造历史。格陵兰地壳和地幔由前寒武纪大陆盾组成，包括太古代克拉通和几个古元古代造山带。北大西洋的海底扩张以及随后的拉布拉多海和巴芬湾导致了格陵兰岛东西海岸的大规模火山活动，形成了北大西洋大型火成岩省的一部分。

图1.（a）格陵兰岛及周边地区主要区域构造特征。背景颜色为NAT2021区域速度模型(Celli et al. 2021)的上地幔和地壳(0~410km)的平均S波速度异常。不同颜色的实线代表了先前研究中可能的冰岛热点的轨迹。白色圆圈和数据基于Forsyth 等人提出的地幔柱的年龄和位置。 （1986）。彩色三角形代表格陵兰岛火山的分布和分布。其对应的年龄范围(Wilkinson et al. 2017)，粗黑色虚线代表本研究中观察到的地幔过渡带异常厚度区域的位置(A区和B区)。 (b) 研究区地形图及地震台分布。黄色圆圈表示本研究使用的地震台站分布，黑点表示射线穿透点在地幔过渡带中部535km深度投影的位置，右上插图表示分布本研究中使用的远震事件的位置。

但由于格陵兰岛被大量冰盖覆盖，人迹罕至且缺乏观测数据，限制了对北大西洋火成岩省地球动力学起源的格陵兰岛内部壳幔结构的认识和冰岛热点赛道。这些科学问题对于解释地幔不均匀性和地球动力学过程至关重要。

本研究利用分布在格陵兰岛不同地点的44个地震台站观测到的P到S转换波的远震数据，采用基于非平面波假设的改进接收函数计算方法，对整个区域进行了410km的地下和地下测量。格陵兰。对660 公里地幔过渡带上方和下方的两个不整合面（分别称为d410 和d660）进行了成像，并使用最近发布的三个格陵兰区域和全球速度模型（包括P 波和S 波速度）进行了进一步的深度测量。修正，通过计算不同模型修正后的平均值，减少因模型选择带来的修正误差。

图2穿过地幔过渡带厚度异常区的四个纬向剖面的叠加接收函数波形。白点表示所选不整合面最大幅度的位置。背景颜色显示NAT2021（Celli et al. 2021）速度模型中的S 波速度异常结果。顶部曲线显示了基于三种速度模型计算的横波速度异常结果。横波速度异常剖面的变化及其标准差（每个点的小垂直线）。

图3.a-d为基于标准地速度模型IASP91计算的格陵兰地幔过渡带不整合面“视”深度、厚度分布及厚度标准差； e-h显示了三种速度模型深度校正后的地幔过渡带不整合面校正深度的平均值、对应的厚度分布以及厚度的标准差。

结果表明，格陵兰岛南部大部分克拉通区域经过速度校正后，不整合深度和地幔过渡带厚度均表现出正常，表明该区域速度异常主要集中在上地幔区域。然而，在格陵兰岛东海岸和中部和北部地区观察到地幔过渡带厚度异常。在这些地区，修正后的d410 和d660 不整合面都表现出比正常沉降更深的构造特征。

但由于两个不整合面的沉降程度不同，导致东海岸地区地幔过渡带明显增厚，而中部和北部地区地幔过渡带变薄。利用之前公布的所有克拉佩龙坡度值的平均值，研究人员根据两个不整合面不同的矿物转化特征，结合矿物学实验和地球动力学的结果，进一步计算了该地区的温度异常，化学模型揭示了广阔的地幔羽流在格陵兰克拉通地块下方上升。

这进一步反映了地幔过渡带的横向温度变化和不均匀性，并通过观测手段验证了高温异常下660km地幔过渡带不整合面存在另一个以石榴石矿物为主的“后石榴石相”。石榴石后相变对地幔柱动力学的影响为该地区地幔不均匀性、冰岛热点轨迹以及整个北大西洋火成岩省的形成和演化提供了重要的观测和科学见解。依据。

图4. 基于观测结果和温度异常计算的最终地球动力学模型。在整个地幔过渡带（A区和B区）异常厚度区域中，660km不整合面主要是一次以石榴石矿物为主的“石榴石后”矿物相变，而A区和B区则存在两种不同的不整合面。深度的变化是由地幔过渡带倾斜上涌的地幔柱带来的横向温度异常变化引起的。结合上地幔和地表地热观测，推测上地幔中倾斜上涌的地幔柱再次是克拉通造成的。由于该地区岩石圈厚度的差异，方向再次发生变化。

论文第一作者（独立）为我校环境与土木工程学院地质工程系王丹老师。成都理工大学环境与土木工程学院为第一单位。美国密苏里科技大学Kelly H. Liu教授为该论文的通讯作者。其他共同作者包括密苏里科技大学的Stephen S. Gau 教授和博士生廖阳阳。

王玉杰教授团队揭示颗粒材料从蠕变到流动的独特屈服行为

近日，我校地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室和数理学院王玉杰教授团队及其合作者对循环剪切下颗粒材料的微观动力学进行了研究，揭示了独特的弛豫机制和颗粒物料的产量。行为。该研究最近发表在《自然通讯》（自然通讯）上，标题为“从蠕变到流动： 循环剪切下的颗粒材料”。这一成果标志着成都理工大学在粒子物理和土力学基础研究方向取得重要突破。

颗粒物质是由大量宏观颗粒组成的离散系统，包括土壤、谷物、矿石等。颗粒物质与许多重要的工程应用问题密切相关，也是地震、泥石流等地质过程的主要载体。自然界中的颗粒物在没有外力作用下往往像固体一样静止不动，以无序堆积结构存在，类似于金属玻璃、胶体玻璃等，因此被视为无序固体的一种。

屈服是固体材料的一大特性，是指材料在应变积累下从弹性区过渡到塑性区的转变点。在弹性区内，材料在外应力的作用下会发生弹性变形，卸载外载荷后又恢复到原来的形状。当应变超过屈服点时，系统将发生不可逆的塑性变形。

颗粒材料在简单剪切下的宏观应力-应变曲线与一般非晶固体相似。然而，其微观动力学在承受循环载荷时会出现更为复杂的屈服现象。是否存在完全弹性区域存在争议，表现为在屈服应变下仍会发生蠕变并最终导致材料失效。这对颗粒材料作为工程材料或地质载体在地震、水流冲击等长期循环荷载作用下的稳定性提出了巨大的挑战。同时，对于颗粒表面粗糙度对其力学响应行为的影响也缺乏了解。对不同振幅循环剪切下的粒子系统进行系统研究，可以更有效地帮助我们从微观动力学的角度阐明上述问题。

王玉杰团队及合作者利用X射线CT成像技术追踪了两个不同粗糙度粒子系统在循环剪切下的三维运动轨迹。两个系统在不同剪切幅值下均表现出从蠕变（亚扩散）到流动（简单扩散行为）的转变，证实颗粒材料不存在完全弹性响应区域，材料在屈服点之前仍会发生蠕变。改变。同时实验发现，当颗粒粗糙度较小时，颗粒系统在振幅约为0.1的循环剪切作用下表现出明显的动态减速和动态不均匀性；而当粗糙度较大时，动态学习随着剪切幅度不断演化。这些结果表明，颗粒粗糙度将新的尺度引入经典的玻璃态能量景观中，从而改变系统的弛豫机制。

图：两种粗糙度（左：小粗糙度；右：大粗糙度）粒子系统在循环剪切下的扩散行为（上）和能量图（下）。

王玉杰研究小组看到的实验现象和相应的物理解释表明，颗粒系统的多尺度特性对于理解其独特的微观动力学、宏观屈服和流变行为至关重要。同时，这一结果对于理解多个重要的工程和地质过程至关重要，例如微地震下的滑坡萌生行为以及长期循环荷载下堆石坝等土木工程结构的变形。

该论文第一作者为上海交通大学物理与天文学院博士后袁野（共同导师王玉杰教授）。通讯作者为我院王玉杰教授和我院兼职教授Walter Kob教授。该工作得到国家自然科学基金项目No.11974240、上海市科委项目No.22YF1419900和中国博士后科学基金项目No.2021M702151的资助。

Yuan, Y. Zeng, Z. Xing, Y.et al.从蠕变到流动： 循环剪切下的颗粒材料.Nat Commun 15, 3866 (2024).https://doi.org/10.1038/s41467-024-48176-6

我院本科生戴一新在地学高水平期刊EPSL发表论文，揭示了青藏高原东北缘地壳和地幔的各向异性特征。

青藏高原地壳变形复杂，是研究陆陆碰撞引起的岩石圈变形的理想场所。研究该地区的变形对于理解青藏高原的隆升机制至关重要。

戴益欣从大二开始就加入成都理工大学地球物理学院梁春涛研究团队，一直从事应用波动梯度法构建三维方位各向异性横波速度模型的科研工作（图1）青藏高原东北边缘。结果揭示了青藏高原东北边缘的变形模式（图2）。研究发现，祁连地块和巴颜喀拉地块在25~40 km深度存在相对较弱的低速层，且地壳和地幔的各向异性快波方向存在解耦。

也就是说，中下地壳快波的方向大致垂直于青藏高原向外扩张的方向，平行于区域深断裂的走向。中下地壳的各向异性可能主要与地壳强烈的剪切变形有关；而岩石圈地幔是各向异性的。该各向异性与青藏高原向外扩张方向平行，反映了地幔橄榄石晶格在东北—西南压应力作用下的定向排列。论文推断，青藏高原东北缘的主要隆升机制是侧向缩短引起的地壳垂直增厚。

图1 20 km（a）、40 km（b）、60 km（c）和90 km（d）处的深度横波速度图和方位各向异性图。黑条方向为快波方向；黑条的长度代表各向异性的大小；白线是块边界；灰线代表主要故障；灰色粗虚线代表海拔2500米处的地形等高线。红色箭头表示GPS速度方向。

图2 青藏高原东北缘地壳与岩石圈地幔三维FPD解耦模型。灰线表示故障。紫色箭头表示不同区域的快波方向。绿色杏仁状体代表断层周围形状的首选方向。粉红杏仁状体和紫色杏仁状体分别代表下地壳和上地幔矿物的定向排列。红色箭头表示假设的地幔运动方向。地幔快波的方向大致平行于地幔运动方向或青藏高原的东北扩张方向，而地壳的各向异性主要平行于深断裂，表明地壳以剪切变形为主。

上述成果发表在权威期刊《自然索引》《地球与行星科学快报》（地球与行星科学快报）上。论文第一作者为成都理工大学地球物理学院2019级本科生戴一新，通讯作者为成都理工大学地球物理学院梁春涛教授。该研究由国家重点研发计划项目（2022YFF0800601）、国家自然科学基金项目（42174071）和四川省重点研发计划项目（23ZDYF2412）联合资助。

戴Y.梁C.曹F.陈L.刘Z.范X.王C.(2024)。通过波动梯度法提取的下地壳和上地幔的解耦各向异性解析了青藏高原东北部的差异变形机制。地球与行星科学快报，633, 118654。https://doi.org/10.1016/j.epsl.2024.118654