土层潮汐的发现

在河口三角洲地区，海洋潮汐会引起河流潮汐，同时也会引起河流两岸土层中的孔隙水压力随河流潮汐而波动（图1）。根据太沙基有效应力原理，土层中孔隙水压力的变化将导致土层发生形变，这是解释地下水开采诱发地面沉降的理论依据。那么，河流潮汐是否也能引起土层发生形变潮汐呢？

为破解这一谜题，南京大学施斌教授带领团队研发出了具有微应变精度的超弱光纤光栅地层形变感知系统，并将该系统安装在长江河口区指南村三个70米的钻孔中（图2），首次观测到了地层形变的半日潮（semidiurnal）和大-小潮（spring–neap cycle）现象，并与张诚成博士和荷兰瓦格宁根大学A. J. F. Hoitink教授通力合作，提出了"土层潮汐"（soil stratum tide）新概念，将其定义为河流潮汐影响范围内由于孔隙水压力波动而引起的土层周期性形变的现象，并揭示了土层潮汐与岩性和深度的依赖关系（图3）。

图1长三角长江潮汐影响分布图

图2长江指南村钻孔全断面超弱光纤光栅地层形变感知系统

图3土层形变半日潮、大-小潮及其对岩性和深度的依赖关系

土层潮汐的发现，证明了河口三角洲地区土层形变潮汐现象的存在，为该区域地球形变观测系统校正、土层固结机理研究和三角洲生态环境保护提供了新的理论依据；同时，再一次诠释了工欲善其事必先利其器的科学道理，表明了超弱光纤光栅地层形变感知系统的高精度和有效性，可应用于微应变级的地层形变感知。

上述研究成果以“Soil stratum tides”为题近期发表于国际地学综合类顶级刊物Geophysical Research Letters，施斌、张诚成和A. J. F. Hoitink为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金重点项目、青年科学基金项目及南京大学毓秀青年学者计划等的资助。

论文链接： https://doi.org/10.1029/2022GL101621