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主要作者与机构及发表信息
本研究的主要作者包括谢凡（Fan Xie）、Eric Larose、王庆宇（Qingyu Wang）和张玉祥（Yuxiang Zhang）。谢凡来自中国地震局地球物理研究所和地震源物理重点实验室；Eric Larose 来自法国格勒诺布尔大学 ISTerre 实验室；王庆宇同时隶属于麻省理工学院地球、大气与行星科学系；张玉祥则来自哈尔滨工程大学声学科技实验室。该研究发表于《Engineering Geology》期刊，2023年第312卷，文章编号为106922。
学术背景
本研究属于地质工程与地球物理学交叉领域，旨在通过环境噪声干涉法（ambient seismic noise interferometry）监测岩石边坡的失稳过程。岩石边坡运动是山区地貌形成的重要过程之一，但其加速阶段和流动行为难以预测，常导致重大地质灾害，如对大坝、道路、桥梁等基础设施的破坏以及人员伤亡。岩石边坡的稳定性主要与其材料的机械刚度相关，而累积的岩石损伤会导致失稳。然而，由于边坡的高度异质性，量化损伤具有挑战性。研究表明，损伤的发展会伴随刚度降低，从而导致地震波速度的变化。因此，利用环境噪声干涉法推断的速度变化（dv/v）可以远程评估边坡的损伤状态。
尽管已有研究使用连续地震噪声记录提取岩石边坡信息，但对于高频段（>1 Hz）的边坡尺度监测仍较少涉及。此外，系统性监测多种材料组成的岩石边坡在周期性或瞬态应力/应变作用下的损伤状态仍是未解决的问题。本研究的目标是通过高时间分辨率的 dv/v 监测技术，探索岩石边坡失稳前的可能前兆信号，并分析外部因素（如地震、降雨和温度）对 dv/v 的影响。
研究流程
本研究分为以下几个主要步骤：
研究区域与数据采集
研究区域为中国西南部山区的普布沟（Pubugou）岩石边坡，这是一个典型的缓慢移动型边坡，主要由分层火山岩组成。研究团队在边坡上安装了两个短周期地震台站（T01 和 T02），间距为157米。每个台站配备了 GL-CS2 型地震仪，采样频率为100 Hz。地震噪声数据以每小时为单位存储并传输至四川地震局服务器。
数据预处理与互相关分析
数据预处理包括去趋势化、分割为20分钟长序列、去除仪器响应、频带滤波（2–20 Hz）、谱白化和剪辑。随后，计算两台站间的互相关函数（CCF），并采用 Wiener 滤波提高信噪比（SNR）。研究选取了滞后时间为1-11秒的尾波窗口进行 dv/v 分析，并使用拉伸方法估计速度变化。
实验设计与数据分析
为了验证 dv/v 的可靠性，研究团队还收集了 GNSS 表面位移数据、气温和降雨量数据。dv/v 的测量误差通过理论公式估算，深度分辨率则通过主动震源实验和 Rayleigh 波敏感性核函数分析确定。研究还包括了对两次中等地震（ML 6.2 和 ML 5.3）和一次小型岩崩事件的详细分析。
创新方法与设备
研究采用了改进的 Wiener 滤波算法（2×2 阶滤波器）以提高 SNR 和时间分辨率。此外，研究首次将高时间分辨率的 dv/v 技术应用于岩石边坡失稳前的前兆信号检测。
主要结果
1. 地震与降雨对 dv/v 的影响
研究发现，两次中等地震（ML 6.2 和 ML 5.3）均导致了显著的同震速度下降（分别为~1.5% 和 ~0.7%）。地震后的恢复过程表现出“慢动力学”特征，恢复时间约为15天。然而，在雨季期间，降雨引发的孔隙压力变化显著延缓了恢复过程。合成 dv/v 模拟表明，降雨引起的流体活动耦合到地震后松弛过程中，导致 dv/v 在地震后8天内未能恢复到初始状态。
可能的前兆信号
在一次小型岩崩事件发生前约40分钟，研究观测到了一个~0.5% 的瞬时 dv/v 下降。这一前兆信号通过微震事件和残差波形去相关性（kd）得到了验证。研究认为，这种前兆信号可能与颗粒尺度上的刚度损失有关，可作为未来预警系统的潜在指标。
每日 dv/v 变化
年度 dv/v 振荡与大气温度变化高度相关，振幅可达~10^-5。频谱分析显示，dv/v 在每日周期（1 cpd）和半日周期（2 cpd）上均有显著峰值，分别对应于太阳辐射引起的热弹性效应和潮汐调制。研究进一步通过堆叠分析区分了温度对 dv/v 的影响。
测量误差与深度分辨率
使用 Wiener 滤波优化后，dv/v 的测量误差显著降低。主动震源实验表明，Rayleigh 波的深度敏感性范围为几米至约200米，覆盖了边坡的浅层破碎区和完整岩石区。
结论与意义
本研究证实了高时间分辨率 dv/v 技术在岩石边坡失稳监测中的可行性。主要结论包括：
1. 中等地震引发的同震速度下降及其恢复过程揭示了边坡的不稳定相态。
2. 观测到的~0.5% 前兆 dv/v 下降为早期预警系统提供了潜在指标。
3. 每日 dv/v 循环反映了岩石边坡与大气温度之间的热弹性耦合，速度-温度灵敏度约为10^-4 K^-1。
本研究的科学价值在于系统性地揭示了岩石边坡在内外力作用下的动态响应机制。其应用价值体现在高时间分辨率 dv/v 技术可用于未来岩石边坡损伤监测，特别是在失稳前的关键阶段。
研究亮点
1. 首次将高时间分辨率 dv/v 技术应用于岩石边坡失稳前的前兆信号检测。
2. 提出了基于 Wiener 滤波的优化方法，显著提高了信噪比和时间分辨率。
3. 揭示了地震、降雨和温度对岩石边坡动态响应的综合影响。
其他有价值内容
研究团队还讨论了 dv/v 测量误差的来源及其优化策略，并提出了未来研究方向，包括数值模拟和多物理场耦合机制的深入探讨。