本文由L. Tosi、P. Teatini、L. Carbognin和G. Brancolini等作者撰写,分别来自意大利国家研究委员会海洋科学研究所(Institute of Marine Sciences, National Research Council)和帕多瓦大学(University of Padova)。该研究于2009年发表在《Tectonophysics》期刊上,题为《Using high resolution data to reveal depth-dependent mechanisms that drive land subsidence: The Venice coast, Italy》。研究旨在通过高分辨率数据揭示意大利威尼斯海岸地区地面沉降的深度依赖性机制。
地面沉降是沿海地区面临的重要环境问题,可能导致洪水、海水入侵、海岸线后退和湿地丧失等严重后果。威尼斯地区因其独特的地理位置和长期的地质活动,成为研究地面沉降的理想案例。自20世纪60年代以来,威尼斯的地面沉降问题引起了广泛关注,尤其是在工业化和地下水过度开采的背景下,沉降速率显著增加。尽管自20世纪70年代停止过度开采后,人为沉降得到控制,但自然沉降和地质活动仍然对地面位移产生重要影响。
本研究的主要目标是通过高分辨率的地面位移数据,结合地质、地球物理和水文地质数据,分析威尼斯海岸地区地面沉降的多种驱动机制,并区分这些机制的作用深度。研究旨在为理解地面沉降的空间变异性提供新的见解,并为未来的环境管理和城市规划提供科学依据。
研究采用了“沉降综合监测系统”(Subsidence Integrated Monitoring System, SIMS),该系统结合了高精度水准测量、全球定位系统(GPS)和合成孔径雷达(SAR)干涉测量技术。通过这些技术的结合,研究团队获得了1992年至2002年间威尼斯地区的地面位移高分辨率地图。
研究流程包括以下几个步骤: 1. 数据采集与整合:通过水准测量、GPS和SAR技术获取地面位移数据,并进行交叉验证,确保数据的准确性和一致性。 2. 数据处理与分析:使用地统计学方法对SAR数据进行重采样和滤波,减少数据中的噪声和不一致性。最终通过克里金插值法生成整个研究区域的地面位移图。 3. 机制分析:根据地面位移的空间变异性,结合地质、地球物理和水文地质数据,分析不同深度下的自然和人为因素对地面沉降的贡献。
研究结果表明,威尼斯地区的地面位移速率在空间上表现出显著的变异性,从轻微的1-2毫米/年的抬升到严重的超过10毫米/年的沉降不等。研究将地面沉降的驱动机制分为深部、中深部和浅部三类: 1. 深部机制(深度大于400米):主要与构造活动有关,特别是与亚得里亚板块的俯冲和阿尔卑斯山脉的推覆构造相关。深部机制对地面沉降的贡献相对较小。 2. 中深部机制(深度在400米至50米之间):包括地质特征(如可压缩的黏土层)和地下水开采。地下水开采在20世纪50年代和60年代是威尼斯地区地面沉降的主要驱动因素,尽管自70年代停止过度开采后,沉降速率有所减缓,但在东北海岸和内陆地区,地下水开采仍然是局部沉降的主要原因。 3. 浅部机制(深度小于50米):主要与全新世沉积物的自然固结、土地开垦、有机土壤的氧化以及新建建筑物的荷载有关。浅部机制在沿海地区的地面沉降中起主导作用,尤其是在全新世沉积物较厚的区域。
研究得出结论,威尼斯地区的地面沉降主要由全新世沉积物的固结和人类活动(如地下水开采、土地开垦和城市化)驱动。浅部机制对地面沉降的贡献远大于深部机制。研究通过高分辨率数据揭示了地面沉降的空间变异性,并提供了对不同驱动机制的深入理解。这些发现不仅对威尼斯地区的环境管理和城市规划具有重要意义,也为其他沿海地区的地面沉降研究提供了参考。
研究还指出,尽管威尼斯地区的地面沉降问题已经得到了广泛研究,但本研究首次将多种驱动机制整合到一个统一的框架中,为未来的研究提供了新的方向。此外,研究还强调了浅部机制在沿海地区地面沉降中的重要性,这一发现对其他沿海和三角洲地区的地面沉降研究具有重要的借鉴意义。