期刊快讯：基于光纤光栅钻孔位移观测的东寨港沉降研究

研究背景

东寨港位于中国海南省琼北地区，是1605年琼州M7½历史地震的典型沉陷区。尽管历史地震曾引发大规模不均匀沉降，但现代地表形变监测（如GPS和水准测量）显示垂直形变速率极低，与传统沉降机制（砂土液化、软土流滑）的衰减特征不符。为揭示深层变形机制、评估地质灾害风险及指导海口市规划，需从地下变形视角量化沉降过程。

东寨港地区光纤钻孔位移监测点位置及活动断裂分布

研究方法与技术突破

1. 光纤光栅（FBG）钻孔位移观测技术
   • 自主研发高精度FBG位移计，突破传统地表监测局限，实现深层垂向位移的分层分布式测量。
   • 技术优势：
     • 弹性结构与温度补偿光栅设计，抑制温度漂移干扰；
     • 高精度（微米级）、宽量程（±10 mm）、宽温域适用（-20~80℃）。
2. 数据来源与处理
   • 7个钻孔监测点，覆盖深度36.5~120 m的粘土、砂层、花岗岩等多类地层；
   • 近两年观测数据（2020—2021年），经异常值剔除和温度校正，确保可靠性。

年位移速率沿AA’剖面的距离-深度分布(红色为沉降，蓝色为抬升)

关键发现

1. 沉降分层特征显著
   • 深层（>60 m）年均位移速率达0.5~1.2 mm/a，显著高于浅层（<0.2 mm/a），表明深部构造活动主导现今变形。
2. 构造应力驱动沉降
   • 沉降速率与地层承载力呈正相关（如花岗岩层速率最高），构造应力挤压是主因，传统砂土液化机制影响有限。
3. 构造格局控制空间分异
   • 东寨港地堑内部持续沉降（速率0.8~1.0 mm/a），两侧地垒抬升（0.2~0.4 mm/a），与铺前—清澜断裂正断活动模式高度吻合（图9）。
4. 温度补偿技术验证
   • 串接温度光栅校正后，环境温度干扰降低90%，证明FBG技术在复杂地质环境中的适用性。

不同地层的平均年位移速率

铺前-清澜断裂活动示意图

实践意义与局限性

1. 应用价值
   • 明确构造活动对沉降的持续影响，为海口市基础设施规划提供科学依据（如避让断层带）；
   • FBG技术为深层变形监测、隐蔽断层识别提供可靠工具。
2. 研究局限
   • 观测周期短（2年），难以区分构造活动周期性与长期趋势；
   • 空间覆盖不足，可能遗漏区域变形全貌；
   • 未定量评估地下水等非构造因素的影响。

未来方向

1. 增加钻孔密度，延长监测周期；
2. 结合InSAR、水文等多源数据，构建“构造-水文-地表”耦合模型；
3. 深化断层活动与区域应力场的动态关联分析。

资助

国家电网科技项目（5200-202455115A-1-1-ZN）、国家自然科学基金（41374182）、北京市自然科学基金（3151003）、中国地质调查项目（DD20190306）。