地震学视角下的结构时变特征监测：方法创新、应用进展与未来方向

摘要

地下结构时变特征的地震学监测为解析断层动力学演化、火山活动机制近地表多物理量耦合机理等关键地球物理过程提供了重要的观测约束，其技术革新正驱动地球系统科学研究范式转变。依托密集台网观测系统的规模化部署与先进数据处理算法的迭代升级，现代监测体系已集成主动源激发与被动源信号提取的协同方法，实现了千米至米级空间“尺度”和年至分钟级时间精度的动态监测能力。技术突破驱动研究领域向多学科交叉方向延伸，不仅实现了地下流体运移、冰川消融动力学等环境过程的定量表征，更在工程地质与环境安全领域形成创新性应用，典型代表包括滑坡、塌陷灾害监测及桥梁、超高层建筑等重大基础设施的结构健康诊断技术。笔者系统梳理了主动源与被动源两类技术路线的理论基础与技术发展，分析了前人研究中不同方法的物理机制、技术原理与适用场景。笔者还特别介绍了本研究团队基于弥散地震背景噪声的定量评估、全要素格林函数提取、地下波速及衰减特征时变监测的系列创新成果。面向未来发展，该领域需要聚焦四个维度突破：一是振动源端需研发低成本、高重复性的可控源技术支撑高密度、长期监测需求；二是观测技术端需融合分布式光纤声学传感等新型传感网络提升空间覆盖密度；三是反演算法端需构建包含介质衰减参数的多物理量耦合反演框架增强模型约束能力；四是应用场景端可拓展至碳封存过程实时监控、水库渗流动态追踪及超高层建筑动力响应解析等领域。

关键词

时变监测 / 地震干涉 / 自相关 / HVSR / 重复地震 / 孔弹效应 / 冻融过程 / 波致流效应