应用地球物理与地质灾害勘查讲稿-教学

应用地球物理

与地质灾害勘查

提纲一、问题的提出二、应用现状三、存在问题及前景一、问题的提出二、应用现状三、存在问题及前景

在自然地质作用或人为因素影响下，发生的对人民生命、财产安全造成一定损失、恶化地质环境的地质现象，即为地质灾害。据统计，全国因地质灾害造成的损失每年高达270亿元，目前共发现各类地质灾害点百余处，每年发生地质灾害达十余万次，有700多个县（市）、数万个村庄面临严重威胁。全国有24个省（区）存在地面塌陷灾害；46个城市和地区发生地面沉降和地裂缝灾害；人为引发地质灾害已占地质灾害总数的50%。

随着长江三峡工程移民迁建以及西气东输、南水北调和西部大量的铁路、公路等基础设施建设工程的开展，引发和加剧了西部地质灾害的发生，危害程度不断增加。例如，长江三峡库区的巴东、巫山、奉节等搬迁新县城址和一批乡镇新址，受到滑坡、泥石流灾害直接危害或潜在威胁。2001年5月1日发生于重庆市武隆县城北的滑坡灾害，造成79人惨死的悲剧；5月29日，贵州省兴义市白龙山山体裂缝造成大面积滑坡，使煤矿工人及过往群众近20人失踪，车辆被掩埋损毁。宝成铁路、成昆铁路、川藏公路长期受崩塌、滑坡、泥石流困扰，每年都发生阻断事件。山西地处高原，地形高差大，地质条件复杂，降水量集中，形成崩塌、滑坡、泥石流、地裂缝等地质灾害动力条件充分，属自然地质灾害易发区，历史上自然地质灾害具有点多面广的特点。山西是一个矿业开发大省，随着采矿深度和广度的增大，全省由采矿引起的地面裂缝、地面塌陷、崩塌、滑坡、泥石流等人为地质灾害频繁发生，造成的经济损失与人员伤亡十分严重。另外，山西铁路、公路的修建，重要城市附近地下水的集中超量开采，也一定程度上诱发了崩塌、滑坡、地面裂缝、地面沉降等人为地质灾害的发生。阶梯状塌陷，落差可达2m以上地裂缝滑坡据不完全统计，八十年代以来山西各类地质灾害造成的直接经济损失达数十亿元，死亡人数超过2000人，受潜在地质灾害威胁的人员（近50万人）和财产（上千亿）数量惊人。近几年，虽然山西省有关部门在自然与人为地质灾害防治方面做了大量的工作，取得了一定的成效，但由于省内地质灾害种类多，分布广，各种地质灾害的成因机制、成灾规律、分布现状尚未完全查清，地质灾害仍是影响山西人民生命财产安全和阻碍省内国民经济发展的重要因素。控制和减轻地质灾害已经成为山西省面临的一个重要现实问题。有效地防治地质灾害刻不容缓，要进行地质灾害防治，必须先进行地质灾害勘查。地质灾害勘查方法众多，就地球物理勘查而言：地质灾害可造成岩石（土）的电性、磁性、弹性、放射性等一系列物理性质的变化，采用不同的地球物理勘探方法，可方便、快捷地提供反映地质灾害体点、线、面上的丰富信息，为判定地质灾害的范围、内部结构、变形破坏的关键部位；建立灾害体地质模型、分析成灾机理；判断灾害地质体稳定程度及其发展趋势，进行灾害地质体的监测、防治等提供重要的基础资料。可知地球物理勘查是地质灾害勘查、防治不可缺少的重要手段。一、问题的提出二、应用现状三、存在的问题及前景在地质灾害调查中，作为基础技术手段的地球物理勘探具有显著的优势。具体是：针对不同地质灾害体需查明的地质问题，可选择适宜的地表和地下（井中）地球物理勘探方法组合，进行经济、实用的立体勘查。应用各种地球物理勘探方法的层析成像技术，获得地质灾害体直观和形象的数字图像；可以提供引发地质灾害的地下水流向、流速等参数；可以提供灾害治理工程所需的弹性模数、泊松比、抗压强度等力学参数；提供用于地质灾害勘查中的各种地球物理勘探方法成果综合分析平台，实现多元信息（地质、钻孔、物探）的管理和分析。在近年开展的地质灾害调查勘查中，已经证明有效的物探技术方法有：

直流电法电磁法弹性波法层析成像法放射性测量重力勘探直流电法自然电位法充电法电阻率剖面法电阻率测深法激发极化法高密度电阻率法直流电法——自然电位法解决的问题探测滑坡体中地下水、流向，确定滑坡体边界；分析滑坡的活动性；探测隐伏断层、破碎带位置应用条件受地形、环境影响较小；适合地下水位较浅地方工作经济技术特点方法简便、资料直观、成本低直流电法——充电法解决的问题探测滑坡体地下水流速，流向监测滑坡体位移应用条件受地形、环境影响较小经济技术特点方法简便，对一些特殊问题如地下水活动、位移监测有显效，成本低直流电法——电阻率剖面法解决的问题探测隐伏断层、破碎带的位置；探测隐伏地下洞穴的位置、埋深，判断充填状况；探测拉张裂缝的位置、充填状况应用条件地形起伏小，要求场地宽敞经济技术特点资料简单直观，工作效率高，以定性解释为主，成本低直流电法——电阻率测深法解决的问题探测覆盖层厚度，确定基岩面形态；划分基岩分化带，确定其厚度；探测滑坡体岩性结构，岩性接触关系；测定滑坡堆积体的厚度，确定堆积床形态应用条件地形无剧烈变化；电性变化大且地层倾角较陡地区不宜经济技术特点方法简单成熟较普及，资料直观，定性定量解释方法较成熟，成本较低直流电法——激发极化法解决的问题测定地下水位埋深；探测隐伏断层、破碎带位置，含水特征；探测滑坡体软弱夹层或滑面埋深应用条件地形影响小，要求一定工作场地适合岩性变化较小地工作经济技术特点是研究岩石极化特征的方法，可以提供一些特殊信息，但机理复杂，需认真分析直流电法——高密度电阻率法解决的问题探测隐伏断层、破碎带位置、产状和性质；探测后缘拉张裂缝、前缘鼓胀裂缝的位置、产状及充填状况；探测覆盖层厚度，确定基岩面形态；划分基岩分化带，确定其厚度；探测滑坡体地层结构，岩性接触关系；测定滑坡堆积体的厚度，确定堆积体形态应用条件地形无剧烈变化，要求一定工作场地；勘探深度一般较小经济技术特点兼具剖面、测深功能，装置形式多样，分辨率相对较高，质量可靠，资料为二维结果，信息丰富，便于整个分析，定量解释能力强，成本较高电磁法音频大地电场法电磁感应法甚低频电磁法电磁测深法瞬变电磁法探地雷达电磁法——音频大地电场法解决的问题探测隐伏断层、破碎带位置探测拉张裂缝的位置应用条件受地形场地限制小天然场变影响较大时不宜工作输电线、变压器附近不宜工作经济技术特点仪器轻便，方法简单，适合地形复杂区工作，资料直观，以定性解释为主，适于初勘工作，成本低电磁法—易—电磁感磨应法解决的跃问题探测隐州伏断层豆、破碎跌带位置探测拉张览裂缝的位征置应用条件地形相对叉平坦强游散电捆流干扰地大区不宜工驶作经济技所术特点对低阻体前较灵敏，适方法组合辞较多，可姻针对不同变地质体采嗽用不同方椅式探测，杏资料结果赵较复杂眠，以定性肃解释为主耍，成本低电磁法境——甚调低频电炮磁法解决的问齿题探测隐妖伏断层缓、破碎士带位置探测拉梳张裂缝斯的位置应用条痛件有效勘张探深度乘较小，醒一般数丢十米受电力传旗输线干扰起易形成假监异常经济技术铃特点被动源颂电磁法右、较轻局便，受钞地形限络制较小扬，以定均性解释杰为主，扮成本低电磁法零——电集磁测深烂法解决的问敏题探测隐伏李断层、破煮碎带位置贫、产状和青性质探测滑朗坡体的队地层结细构，岩邀性接触径关系测定滑炸坡堆积毅体的厚汁度，堆核积床的掀形态应用条摸件适于地冰表岩性编较均匀脉地区电网密集袍、游散电员流干扰地链区不宜工假作经济技术劝特点工作简勺便，效漫率高，目勘探分败辨率较秧高，受病地形限懒制较小浑，但在圈山区受蠢静态影挠响严重众，成本温适中电磁法—轻—瞬变电蜜磁法解决的摩问题探测隐伏梳断层、破腾碎带位置肤、产状和痰性质测定覆盖擦层厚度、屈确定基岩恭面形态划分基示岩风化细带，确杠定其厚缘瑞度探测滑坡贡体的地层好结构，岩扎性接触关顷系测定滑渐坡堆积抖体的厚谊度，确桐定堆积亡床的形也态应用条绵件受地形努、接地兔条件影张响小电网密牧集、游预散电流宰干扰地姥区不宜宜工作经济技泛术特点静态影茶响和地贩形影响悟较小，岸对低阻蹦体反应虏灵敏，辣工作方凉式灵活疏多样，迁成本适弦中电磁法善——探外地雷达解决的楚问题探测隐伏酱断层、破五碎带位置羞、产状和牌性质探测拉蓄张裂缝摆的位置山、产状殊和性质测定覆盖袖层厚度、腹确定基岩拥面形态划分基岩汗风化带，成确定其厚果度测定滑动新面的埋深咱，确定滑有动面形态探测滑扎坡体的沿地层结兽构，岩盛性接触鹊关系测定滑第坡堆积逼体的厚言度，确样定堆积胸床的形辆态应用条芳件受地形要、场地福限制较蚁小勘探深涂度较小坏，最大岛深度30m~50m经济技术喊特点具有较高还的分辨率沫，适用范要围广，成赛本较高弹性波法浅层地湾震瑞雷波法声波法弹性波法热——浅层酸地震解决的踩问题探测隐伏临断层位置业、产状和巷性质测定覆办盖层厚育度、确冒定基岩籍面形态测定滑动讲面的埋深钥，确定滑巾动面形态探测滑坡遵体的地层葡结构，岩摘性接触关伏系测定滑坡想堆积体的菜厚度，确冤定堆积床蜂的形态应用条件人工噪困音大的刘地区施屑工难度范大要求一石定范围喝的施工屿场地经济技监术特点对地层结派构、空间装位置反映毫清晰，分臂辨率高，诵精度高，玻成本高弹性波法系——瑞雷令波法解决的问虎题测定覆森盖层厚赢度、确狐定基岩映面形态测定滑斯坡堆积老体的厚长度，确咏定堆积似床的形英态应用条件受地形羊、场地胖条件限鹊制较小勘探深度悄较小，目鸦前一般在30m~50m左右经济技术仗特点适合于复株杂地形条右件下工作烦，特别是或对浅部精歪细结构反没映清晰，勉分辨率高哨，工作效竭率高，资睛料直观，定成本适中弹性波辅法——恩声波法解决的问弱题探测隐患伏裂缝辈的延深贵、产状测定崩塌瓣体岩石力两学性质，询确定岩石凭完整程度探测破易碎带、窃裂缝带豪，较弱娘地层的远位置、疫厚度检测防石治工程殊质量，旅确定其够强度、膨均匀性恒，破坏严情况应用条粥件钻孔测试灿需在下井增管之前进忧行干孔测试雾需要特殊罪的耦合方笔式可对岩怎芯（样宏）进行质测定经济技术注特点测试工筹作技术香简单，揉资料分辈析直观势，效率践高，效驻果明显竿，并可吓获得动毯力学参煮数，成健本适中层析成像喊法电阻率层席析成像地磁波层做析成像地震层拐析成像声波层对析成像层析成像含法——电伶阻率层析持成像解决的问拐题探明滑坡卸体地层结炭构，确定献地层、厚钩度、产状合等探测隐伏圈断层、破捧碎带的位邻置、厚度探明拉张忘裂缝的位公置、产状应用条暮件孔内无套蔑管井-井探测处有效距行离小于120该m剖面与孔东深比一般物要求小于1经济技秃术特点属近源已探测，梯准确性仿较高，提适合对仍重点部辛位地质猪要素的厚详细了浩解，资神料结果疼比较直堡观、精遗确，成蚂本较高层析成像培法——地忍磁波层析脚成像解决的洒问题探明滑坡厌体地层结糠构，确定岁地层、厚臂度、产状执等探测隐搬伏断层煤、破碎厚带的位咸置、厚踩度探明拉草张裂缝积的位置扮、产状应用条稻件充水（路液）孔猜、孔内横无套管于；井-井探测有饮效距离一典般在100熄m以内剖面与孔兵深比一般趣要求小于1经济技术像特点适合对重尊点部位地号质要素的缠勘探，资栽料直观、慈精确，成犬本较高层析成凯像法—陕—地震绒层析成蚀像解决的纠问题探明滑轨坡体地洽层结构樱，确定开地层、非厚度、拿产状等探测隐伏艺断层、破无碎带的位默置、厚度探明拉张晋裂缝的位脏置、产状应用条件钻孔的激金发、接收骆条件应一西致可在井妄管孔中顿施工井-井探测槽有效距评离小于120m剖面与孔雄深比一般待要求小于1经济技宰术特点适合对重叙点部位地尺质要素的早了解，资续料准确、危直观，成握本较高层析成肿像法—梨—声波堵层析成毛像解决的套问题探明拉拖张裂缝若的位置榨、产状探明滑浩动带、歌滑动面董的形态款埋深应用条伪件受发射挪能量限乔制，井-井跨距一矿般较小，飘最大约30m~50m剖面与扛孔深比贩一般要坐求小于1经济技术名特点为无损膝检测工伟作，孔舱内工作炊激发比乏较简单勾，可测晚声波参匹数多，茄信息量卫大，成库本较高放射性测用量——氡垄气法解决的新问题探测隐伏佩裂缝的位蔬置、分布探测隐伏挺断层的位哈置、分布探测地躬下洞穴忙的位置帜、分布初步划度分滑坡恳体的范流围应用条件受地形、姑场地、环糠境的限制袖小测点尽可笼能避开近冷期的人工抗扰动地段经济技灿术特点方法简甜便，限漆制少，系适于普剑查工作纹，成本着低重力勘探昌——微重病力测量解决的问予题探测隐伏牲裂缝、破缠碎带的位杰置探测地下透洞穴的位毕置、分布探测地响下塌陷絮的位置酸、范围探测岩萝石破裂雀塌陷应用条汉件要求精两确的测内地工作不受场地犬环境限制刷，在坑道绪，平硐中拼可开展工尿作经济技术征特点测量条件销简单，资糟料分析难晶度较大，乔适合于在璃某些特殊疗地质环境驼下的工作蔬，成本高电法勘探电法勘负探是当粱前国内裙外地质糕调查、刺找矿、松找水和宰解决岩改土工程荡问题的坦重要勘哪探方法荒。它利更用岩（呼矿）石逝间电磁席学性质谁及电化希学性质片的差异私，通过严观测和冤研究人象工建立召的或天铲然存在绒的电磁命场空间急和时间梦分布规慌律，来罪勘查地洲质目标响和解决惊地质问笛题。在魄地质灾俊害调查随中,电如法是使积用频率跪最高，舱应用面硬最广和材解决问滑题较好棉的方法前。探地雷糕达探地雷情达(简宵称GP皂R)是倘20世蚊纪70僻年代发悲展起来食的一种忆用于确练定地下遥介质分岩布的广详谱电磁烧法。自堤80年酒代末9株0年代悬初以来匙,随着胁信号处奶理技术繁和电子隙技术的谨飞速发怜展,探匆地雷达存在技术戏装备上脾有了突晚破性的配进展,帅大大扩担展了该岂方法的谁应用领躁域。目砌前,探育地雷达埋的应用童已拓展句到矿产纳勘查、赢环境工尸程、水仙文工程拒、城建便工程、黄路桥、关涵隧工蹈程、水死利水电榜工程、醒浅水水击域工程芳、地质绩工程、税考古调固查、无纪损检测剑、桩粪基或混础凝土检域测等众转多领域寒。任何地质倾灾害的发毁生都会在上介质(土哗层、岩层顺等)中留吓下痕迹,级即通常的骆介质界面许,如地裂华缝留下的铅裂隙、活膀动断裂留植下的破碎榆带、滑坡丈留下的滑捞脱面以及征塌陷留下蛾的地穴或衰陷坑等,循这些界面甜两侧介质稼的物性差第异很大,壳致使电磁戴波穿过该吹界面时的法反射能量拖发生增减下，波形幅懂值出现明洁显变化,润据此可解毅释出该界黑面的准确伐位置及大忘致形态等虚相关信息纳。探地雷缎达可用于魄：勘查岩贫溶塌陷、施地裂缝、践滑坡、活塞动断裂、谷孤石体及搞小型不良饰地质体、香地下洞室浴、煤田自慰燃区、陷润落柱、多段年冻土等外地质灾害椒。地震勘探近年来，每浅层高分限辨率地震亭勘探!面旗波勘探等严技术是针校对工程地恢质问题的效挑战应运杨而生的地拴震勘探技耳术，这些毫先进的技鼻术勘查对领象广、施捞工周期短会、费用低滑、解决问转题的准确个性和精度密较高。地震勘苍探浅层地震慕勘探地震勘源探要求努探测深余度一般家不超过晶100窗～20缸0m,烛被探萄测对象兆的规模搭小，形饰态和岩鸦性纵!尾横向变弯化大要装求有较偷高的分谜辨率，圣因此可鞭以使用蝴浅层高览分辨率己地震勘建探。目份前，该龙方法在鲁地质灾森害勘查信中已获瘦得广泛疫应用，啦取得了们明显的酿社会效踏益和经胖济效益趣。例如种：唐山搞市、湘趣潭市、姑徐州市坏地面岩太溶塌陷樱,西安隆市地裂吗缝地质熊灾害，削三峡黄锡腊石滑聋坡，三埋峡链子调崖危岩抬体防治尼和深圳篮市罗湖组区地壳完稳定性属评价等俗均应用衔了浅层也高分辨眯率地震岁勘探。弹在地质烦灾害勘以查中，浅层高分支辨率地震燃勘探可进飞行隐伏断叮层、破碎抛带、溶洞贯、土洞、铲古河道及恒暗河探查翼，勘查滑暮坡，勘查盆地裂缝，举勘查多年坐冻土，进榨行饱和砂铜土层的液愚化判别，须预测岩爆女探测煤矿叛陷落柱，紫探测煤层纸采空区，失预测瓦斯升富集带，出预防井喷大，探测煤磁矿突水巷雀道位置及冠埋深。浅层地爷震勘探偏在岩溶美塌陷灾菠害勘查池中可以绣取得较道好的地此质效果态，它可顺用于查逼明岩溶娇区的基症岩地质溜条件和互覆盖层宋地质条色件，圈贫定出潜葛在岩溶撤塌陷危惹险区或盐地段。地震勘探面波勘探面波勘翻探是近谱十几年笼来发展淋起来的傻一种新难的浅层愁地震勘桨探方法军,与传悟统地震播勘探方卖法的差筛别在于戏它是利圾用了以肾前被视嘱为干扰窑的面波止－瑞雷暂波。瑞然雷面波咬勘探有距稳态法搂和瞬态拖法2种籍。为了疤克服这搬2种方注法中存胳在的缺绪点,又绢发展了扑一种新举的瑞雷黎面波勘浮探方法卸－瞬态振多道瑞前雷波勘羡探技术雹,它可验以通过出多次叠低加和多旦道相关黑叠加,换使得频弃谱能量引加大,圾干扰减队小,测吼试结果剩更为可挠靠。面波勘探叠在地质灾战害勘查中榜可用于冻杠土勘查,滴滑坡调查糠,泥石流胀调查,地炎下空洞调烛查,饱和符砂土层的雁液化判别仓,探测煤拢矿巷道顶园板离层。声波检测声波测付量是通源过探测团声波在客岩土内翻的传播界特征来房诚研究岩已土性质巾和完整刷性的一煮种物探临方法。问声波检低测技术汉在灾害响地质中它的作用浑,可归撕结为两袍个大的兄方面:一是灾害订地质体的哨勘查,查跪明其构造牌及其有关鹅物理力学搅参数(包国括勘查断痛层、破碎租带、滑坡强体滑床等毅，探测地路下岩溶、泊古洞、空哗洞、埋设秒物、矿区轧采空区等菠的空间位哨置及规模章，查明地罩下构造、真渗漏带、确水流通道厅和方位,扭圈定破碎提带位置和缩慧范围,预杂测岩爆等宪);二是伏对地质灾引害防治工仅程施工过督程中的监械测及检测脆(包括检演测岩体灌拥浆补强施末工质量，段检测混凝勺土灌注桩低完整性，杏检测与评插价地面混鹊凝土构筑材物强度，牢检测地面柱混凝土构并筑物缺陷良，检测边逢坡、洞室缘瑞岩体爆破斜后松动范泊围，检测载喷锚支护仙法喷射混凭凝土厚度余等)。重力勘耻探重力测量垂是通过野鹿外观测,贝获得有关昂地质体或亚地质构造按产生的重残力异常,锁然后通过傍分析研究形这些重力伪异常的变萝化规律,枕以达到解僻决有关地掠质问题的跃一种地球仆物理探测豪方法。重饺力测量在庸土木工程由、环境地作质勘查等闸浅层探测梯方面的应嗓用直到7稠0年代以毛后出现高连精度(微搅伽级)重物力仪后才冻成为现实坏。重力勘心探在灾害稻地质调备查中微段重力方跟法可用舟于探测鸡近地表岩漠溶、洞碧穴,探折测废矿牛山巷道奶以及规退模较小悄的断裂夹、断层歇等地质异构造,养探测煤计矿陷落细柱及地辞下采空普区,勘溜探冻土。在水库营、矿山巷絮道可以用遍微重力动游态监测因粘岩层受力宋变化而可奶能诱发的岩爆,它还递可用于滑坡、姓地面沉伪降及煤晴田火区钱的监测。然而胆,由于雄方法本京身的局纪限性,氧如受各手种干扰筐因素的女影响强马烈,测露量成本漂较高!词野外作绸业复杂条以及探江测目标搭重力异雪常微弱膀等,在蛋一定程布度上限柱制了该爪方法的为应用。氡气测砌量位于铀材系中的雷氡(22286Rn)述是一种另放射性锅惰性气伙体，其晒半衰期圾较长，份活动性浩强而化船学性质犁稳定，爆易溶于伏水。凡海是有物辅质存在似的地方归都存在亿氡，只批是浓度写不同而返已。随舌着科学愉技术的痕发展，钳人们对恋氡气的装认识也屡不断深尿化，氡蚕气在国篇民经济借各领域哑中的应割用在不嘱断扩大地。近20械年来，属测氡被烫用于地垄质灾害咽和环境丘研究中普，引起途了世人渠的关注担。氡测航量在地乱质灾害志勘查中刘可用于愧查明断裂构锹造，预报滑扬坡，探测岩勿溶塌陷，探测地裂兼缝，在矿悔山地质仙灾害勘蠢查中可挥用于探测地下捉采空区、勘查煤隙田自燃冤火区的参范围、骡探测煤朴矿断层以裂隙带档、探测天岩溶陷烦落柱等。氡气本只身也可以泽形成地质从灾害，同欲时有关研元究证实,知氡是导致盛肺癌的一仁个重要因崭素,因此宣氡气测量袍得到关注损。一、问瘦题的提垄出二、应房诚用现状三、存踩在的问取题及前美景(1)以弟往对地质史灾害的勘堤查研究，滋多是在灾院难发生后嚷以被动、掏应急、营淡救的形式号进行工作筐，缺乏超高前性、全做面性、预材见性，缺扯少总体控果制。只有是全面深入肺掌握研究膝区地质灾翁害的分布扬、发展规丈律，及其内类型、成楚因、才能姜有效地防绑治地质灾稀害。(2)地惯质灾害勘佳查中，除历了查清影尺响灾害形惊成和发展漫的因素外笋，还应注喊意查明诱殊发成灾的泼次要因素陵。在特定夹历史环境偏条件下某摄些次要因屈素可能转套化为主要键因素，如竟地震、洪钩灾诱发的野滑坡、泥背石流等。(3