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墨西哥中部构造谷地地下水过度开采导致的地面沉降:综述

期刊:Engineering GeologyDOI:10.1016/j.enggeo.2018.09.023

本文是由Sócrates Figueroa-Miranda、José Tuxpan Vargas、José Alfredo Ramos-Leal、Víctor Manuel Hernández-Madrigal和Cecilia Irene Villaseñor-Reyes共同撰写的一篇综述性论文,题为《Land Subsidence by Groundwater Over-Exploitation from Aquifers in Tectonic Valleys of Central Mexico: A Review》,发表于2018年的《Engineering Geology》期刊(第246卷,第91-106页)。该论文主要探讨了墨西哥中部构造谷地中由于地下水过度开采引发的地面沉降问题,特别是结构控制差异沉降(Structurally-Controlled Differential Subsidence, SCDS)的现象。

研究背景与动机

地面沉降(Land Subsidence)是指由于地下物质的移动导致的地表逐渐下沉或突然塌陷的现象。自20世纪40年代以来,随着地下水、石油和天然气的加速开采,地面沉降问题逐渐显现。全球范围内,地下水抽取是地面沉降的主要原因之一。墨西哥中部地区的构造谷地中,SCDS现象自20世纪80年代以来被广泛报道。尽管地下水抽取是主要诱因,但近年来的研究也指出构造因素在SCDS中起到了驱动作用。SCDS的特征是地表出现裂缝、塌陷等地质不连续现象,且这些现象通常沿着控制性地质结构的走向排列。

主要内容与观点

  1. SCDS的定义与特征
    SCDS是一种由地下水抽取引发的地面沉降现象,其特征是地表出现裂缝、塌陷等地质不连续现象,且这些现象通常沿着控制性地质结构的走向排列。SCDS与墨西哥城沉降类型(Mexico City Subsidence Type, MCST)不同,MCST主要表现为同心圆状的下沉模式,而SCDS则表现为沿构造走向的线性沉降模式。

  2. SCDS的空间分布与主要成因
    SCDS主要发生在墨西哥中部的构造谷地中,特别是位于Trans-Mexican Volcanic Belt(TMVB)和Mesa Central两个地貌省的区域。这些地区的地下水抽取量极大,且地下水位的下降导致了沉积物的压实,进而引发地面沉降。此外,构造断层和地震活动也被认为是SCDS的重要驱动因素。

  3. SCDS的监测与量化技术
    论文详细介绍了多种用于监测和量化SCDS的技术,包括扩展测量(Extensometry)、精密水准测量(Precise Leveling)、差分GPS(Differential GPS)和合成孔径雷达干涉测量(InSAR)。这些技术的结合使用能够更好地理解SCDS的时空演变规律。

  4. SCDS的机制与地质背景
    SCDS的机制主要受控于三种不同的基岩配置:浅层基岩、基岩突起和埋藏断层。这些配置解释了地表断层和地裂缝的形成及其排列方式。此外,沉积物的厚度和地下水抽取强度也是影响SCDS速率的重要因素。

  5. SCDS的灾害与经济影响
    SCDS引发的灾害包括建筑物开裂、塌陷、地下水污染以及洪水风险的增加。论文还讨论了SCDS对经济的影响,特别是在历史建筑和文化遗产保护方面。尽管SCDS造成了巨大的经济损失,但相关的研究仍然不足。

  6. 未来研究方向
    论文提出了未来研究的多个方向,包括SCDS概念的标准化、地质和水文地质数据的详细采集、地下水抽取与沉降速率的关系研究、地震活动的影响分析以及经济影响的评估等。此外,论文还强调了立法和政策制定在应对SCDS问题中的重要性。

研究的意义与价值

本文首次对墨西哥中部构造谷地中的SCDS现象进行了全面的综述,提出了SCDS的定义、机制和触发因素的标准化,避免了与MCST的混淆。通过总结现有的研究成果,本文为未来的研究提供了方向,并为制定有效的预防、缓解和修复措施提供了科学依据。此外,本文还强调了SCDS对公共安全、基础设施和经济的潜在威胁,呼吁政府和研究机构加强对这一现象的关注和研究。

亮点与创新

本文的亮点在于首次系统性地总结了SCDS的定义、机制和监测技术,并提出了未来研究的方向。通过结合多种监测技术,本文为理解SCDS的时空演变提供了新的视角。此外,本文还强调了构造因素在SCDS中的重要性,为未来的研究提供了新的思路。

结论

墨西哥中部的地面沉降问题主要分为MCST和SCDS两种类型。SCDS是墨西哥最常见的沉降类型,影响了数百万人口。尽管研究取得了一定的进展,但仍需进一步加强对SCDS的监测、机制研究和经济影响评估。本文提出的未来研究方向为应对SCDS问题提供了重要的参考。

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