本文由Luigi Bruno、Bruno Campo、Bianca Costagli、Esther Stouthamer、Pietro Teatini、Claudia Zoccarato和Alessandro Amorosi等作者共同完成，分别来自意大利摩德纳和雷焦艾米利亚大学、博洛尼亚大学、荷兰乌得勒支大学以及意大利帕多瓦大学。该研究于2020年4月22日发表在《Proceedings of the International Association of Hydrological Sciences (IAHS)》期刊上，题为《Factors Controlling Natural Subsidence in the Po Plain》。
地表沉降（land subsidence）是沿海平原地区面临的重要地质问题，尤其是在人口密集的区域。随着全球海平面上升的预期，地表沉降可能对沿海城市和旅游热点地区造成严重影响。波河平原（Po Plain）是意大利北部的一个重要冲积平原，近年来由于人类活动（如地下水和天然气的抽取）导致的地表沉降问题日益突出。为了区分自然沉降和人为沉降的影响，研究自然沉降的机制及其历史变化至关重要。此前的研究主要基于深部地震分析，计算了长期（百万年尺度）的自然沉降速率，但对中等时间尺度（千年至十万年尺度）的沉降速率分布了解较少。
本研究通过分析波河平原40公里长的横断面，计算了过去12万年和5.6千年内的沉降速率（subsidence rates, SR）。研究主要基于沉积物岩芯中的两个标志层（marker beds），分别来自末次间冰期（MIS 5e）和当前间冰期（MIS 1）。通过岩芯对比和地震分析，研究团队重建了地下3公里深度的地层结构，并评估了沉积物压实对地表沉降的贡献。
沉降速率的计算依赖于两个标志层的海拔高度：一个是末次间冰期的泻湖层（MIS 5e），另一个是距今约5.6千年的泻湖层。研究使用了76个碳14测年数据来提供时间约束。为了评估埋藏断层和褶皱对沉降速率的影响，研究团队垂直于这些构造进行了地层对比，并通过地震剖面和勘探井数据进行了时间-深度转换。
沉降速率的计算基于公式：
[ SR(\Delta t) = \frac{z{td} - z{t0}}{\Delta t} ]
其中，( z{td} ) 是标志层在沉积时的海拔，( z{t0} ) 是当前海拔。研究还考虑了岩芯拉伸或压缩带来的误差，并基于沉积环境对海平面高度进行了估计。
为了评估沉积物压实对自然沉降的贡献，研究团队应用了有限元一维解压实模型（decompaction model），并结合了固结试验、体积密度和烧失量测试数据。
研究区域的地下结构主要由逆冲断层（thrust faults）和背冲断层（back-thrusts）组成，形成了三个构造-地层单元：前构造单元、同构造单元和后构造单元。1.5百万年前的不整合面（unconformity）描绘了一个主要的褶皱，其波长约为30公里。
研究区域的最上层140米地层主要由末次间冰期的海岸砂层和泻湖沉积组成。距今5.6千年的泻湖层在整个横断面上清晰可见，覆盖在淡水沉积物之上。
沉降速率主要受埋藏构造的控制，特别是在背斜（anticline）和向斜（syncline）区域。过去5.6千年的沉降速率范围为0.8-2.0毫米/年，约为过去12万年沉降速率的两倍。沉积物的压实对近5.6千年的沉降速率有显著影响，尤其是在软泥和沼泽沉积物分布的区域。
本研究通过精确的地层学框架，计算了波河平原过去5.6千年和12万年内的沉降速率。结果表明，沉降速率主要受埋藏构造的控制，特别是阿平宁山脉相关的逆冲褶皱。沉积物的压实对近期的沉降速率有显著贡献，尤其是在软泥和沼泽沉积物分布的区域。
研究中使用的地震数据和勘探井数据可通过相关数据库公开获取，具体链接见原文补充材料。
Luigi Bruno负责主要的地层学研究，Bianca Costagli进行了实验室分析，Claudia Zoccarato和Pietro Teatini负责解压实模型的构建。所有作者共同参与了论文的撰写和图表的制作。
本研究得到了Alessandro Amorosi的RFO资助，并隶属于国际地质科学计划（IGCP）项目663“沿海城市地表沉降的影响、机制与监测”。
通过本研究，我们对波河平原的自然沉降机制有了更深入的理解，为未来的地质研究和灾害防治提供了重要的科学依据。