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地热知识

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物探在地质灾害调查中的方法技术

发表日期 :2014/10/22 12:04:19    浏览次数 : 7

   地质灾害是由于各种(自然的或人为的)地质作用导致地质体或地质环境发生变化,给人民的生命财产、生存环境以及国家建设造成损失的灾害事件的统称。近年来,许多地区各种地质灾害(滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等)频发,给当地的经济建设和人民生命财产安全构成了严重威胁。我们知道,任何地质灾害的发生、发展都会引起地球物理场的变化,因此,加强对地质灾害勘查与治理过程中的物探工作研究是当今环境地质工作中的一项重要课题。 

  物探技术的特点是快速、准确、、经济,尤其是在岩溶、土洞、采空区、地面塌陷、滑坡、坝体渗透等地质灾害勘查评价方面,有着独特的效果。 

1 物探在质灾害调查中的任务 

1.1预测 

1.1.1充分利用区域地质资料,研究地质灾害易发区的区域地质构造特征,初步预测并圈定进一步开展地质灾害调查的靶区; 

1.1.2在初步预测、圈定的靶区内,分析目标地质体的地层物性特征和发育规律,选用合理的方法技术对目标地质体进行扫面探测,了解目标地质体的赋存形态、规模、埋藏深度等特征,为资料解译提供必要的剖面、平面图件。 

1.1.3结合区内已有的钻孔资料研究,对测区内的地质灾害危险性作出客观评估,并提出下一步工作部署或治理方案。 

1.2监测 

1.2.1依据地质灾害已发区的地层物性特征和发育规律,选用物探方法和高精度的物探仪器,对灾害地质体及其周边地区实施探测或长期监测,获取真实数据; 

1.2.2通过计算机的精确处理并输出可供地质解译的各种图件,分析地质灾害发生的背景和条件,综合其它地质资料,对灾害地质体的分布现状、灾害是否还会形成、延续甚至扩大的可能性作出迅速判断,并提出如何控制或防治的措施;对地质灾害发生区或常发区实施定期或长期监测。 

2 物探方法应用的原则 

  物探是基于物理学中的力、声、光、热、电、磁与核变等理论为基础,其方法应用是以目标地质体与周围介质的物性差异为前提,如电性、磁性、密度、波速、温度、放射性等,根据物性差异选择正确的方法与技术进行勘查,一般都可以获得较好效果。 

2.1由已知指导未知的原则:探工作的布置必须遵循由已知到未知、由点到面、由简单到复杂的原则。应充分利用区内已有的各种地质资料,合理地选取各种技术参数,建立地质—地球物理模型,指导面上物探数据的正确采集,从而保证对数据处理、资料解释以及成果推断具有参照性和可比性。因此,布置物探工作前应认真收集、分析和利用区内已有的地质资料。 

2.2综合大信息量原则:般来说,灾害地质体与围岩介质之间不同程度地存在着多种物性差异。因此,可投入多种物探方法来获取多参数异常,从多种角度、不同的物性差异产生的大信息量数据来综合分析和研究灾害地质体的赋存特征及形成条件,在一定程度上可以避免物探异常的多解性,有助于提高物探资料解释成果的可靠性和准确率。 

2.3优化组合原则:一般在已知地质资料的地段(点),根据不同的物性差异,选用不同的物探方法开展试验,然后将各自的试验成果进行对比分析,以能够查明问题为标准,以节约资金为原则,合理地选定有效的物探方法进行优化组合,这是保证勘查效果、提高经济效益的重要途径。 

3 常用的物探方法 

3.1 电法:以自然界的岩(土)层由于其种类、成分、结构、温度和湿度等不同,而具有不同的电性差异为前提,通过获取的电参数来解决相关地质问题。该方法由于装置的变换可以导出多种解决不同地质问题的方法。目前,地质灾害调查中使用较多的是电测深法和在其基础上利用多路电极转换器来实现对供电与测量电极自动转换的高密度测量系统,它们在岩溶、土洞、塌陷、滑坡、堤坝渗漏等地质灾害勘查中发挥了较好的作用。除反映灾害地质体与周围介质的电性差异外,往往由于溶洞或断裂破碎带充水(泥)而引起了低阻变异,在电测深曲线和断面图上均呈现电阻率曲线扭曲和梯度变化,这些信息很容易被人们捕捉,它是勘查岩溶、土洞、塌陷和滑坡的主要异常标志;尤其是高密度测量系统,其分辨率和效果均优于其他方法,它具有较好的分层和探测细小目标的能力,非常适合于堤防隐患探测和浅部岩溶、采空区、塌陷、滑坡等地质灾害探测。 

3.2 浅层地震 

  浅层地震是研究人工激发的地震波在岩(土)层中传播的规律来解决浅层地质问题的方法。在地质灾害勘查中,地震波的激发方式一般为敲击法或落锤法,当敲击或落锤能量弱时,在确认不引起或不诱发地质灾害时可考虑采用小药量爆炸法。 

3.2.1 折射波法 

  折射波法在地质灾害勘查中,常用于研究地下不同介质的分界面(如覆盖层的厚度、目标界面的埋藏深度、展布形态)、断层位置等,是一种直接有效的方法。 

3.2.2 横波反射法 

  横波又称剪切波,其传播速度与介质所能承受的剪切力以及各种弹性参数密切相关,在浅层勘查中它具有较高的分辨率和精确度。因此,利用横波反射技术来探测地质灾害多发区的地下构造和地层界面,划分岩土性质,判断地基是否存在砂土液化,预防地质灾害事故的发生,能取得较好的效果。 

  横波的速度值与地层的松散固结程度、承载力、切变模量等紧密相关,它更能反映覆盖层在地下水潜蚀作用下原状结构被破坏的特征。因此,横波波场异常又是判断潜在岩溶塌陷危险区的重要标志。 

3.2.3 瑞雷波法 

  瑞雷波是一种沿自由表面传播的振动波,它的传播速度与介质密度有关,所能达到的有效勘查深度与振动波长、频率有关。通过测量不同频率成份瑞雷波的传播速度就可以确定一定深度范围内的地层结构情况,这是因为传播速度的变化反映了振动波经过一定范围内介质密度的变化情况,而振动频率可以确定探测目标物的深度。 

  浅部岩溶发育带、破碎带、裂隙带、采空区、地基松软层以及滑坡软弱层等,由于其与周围介质的密度不同,瑞雷波的传播速度有着明显的差异,利用这一特征,我们可以较容易识别这些灾害性的波速异常。 

3.2.4 地脉动测试 

  在许多自然强烈地震的宏观调查中,可以发现大量的震害现象与场地运动特征有着密切的关系。地震时,当建筑物的自振周期与地基的卓越周期相同或相近时,两者就会产生共振或类共振现象,从而大大增加了振动幅值和时间,致使建筑物被彻底破坏。 

应用专门仪器测量地面振动,将所得记录进行频谱分析,确定地基的卓越周期,为正确设计和防止由于地基与工程建筑物的共振而引起的震害提供基础数据。 

3.3 地质雷达探测 

  地质雷达是应用脉冲电磁波来探测隐蔽介质分布和目标物。当仪器向地下发射高频宽频带脉冲电磁波时,其波形将随通过介质的介电特性及几何形态而变化,根据接收到反射波的旅行时间、频率和振幅等参数,可以推断介质内部的结构和目标物的埋藏深度及形态。 

近年来,地质雷达在地质灾害领域应用颇多,当地下存在介电或介磁特性分界面时,只要选择合适的采集参数,一般都会有较好效果。因其探测速度快、精度高而受到重视。在地质灾害勘查与防治过程中主要解决以下问题: 

  地下岩溶、土洞、采空区、人防工程及地面塌陷地质灾害调查;山体滑坡、地裂缝、地层断陷、软地基等不良地质现象勘查;江、河、湖、库大坝坝体质量无损检测及渗漏探测;各类工程质量隐患检测:如隧道渗漏治理与二次衬砌注浆质量无损检测、软地基处理后质量检测、高层建筑或地下隐蔽工程(支护体)建筑构(物)件质量无损检测;地下水及污染区环境地质调查;对实施中的灾害治理工程进行质量监测。 

3.4 瞬变电磁法 

  瞬变电磁法实际上是感应类电法中的一种,它以勘查低阻良导体为对象,主要是观测目标地质体受感应产生的二次涡流讯号。一般来说,只要探测目标与围岩存在明显的电性差异,通过研究区内地下电性分布结构,就可以圈定目标地质体的空间位置及几何形态。在高阻覆盖区具有较大的探测深度,也有较好效果。主要适用于充水断裂破碎带、溶洞、滑脱面及水源地勘查等。 

4 结语 

4.1 客观存在的隐伏地质体或勘查目标所产生的物理信息量是大量的,综合物探可以获得多种物理参量和丰富的地学信息。因此,物探工作不仅可以获得深部的地质信息,是地质找矿的重要手段,而且同样可以用来探测浅层地质现象。近年来,在环境与灾害地质勘查、工程勘察、地下水资源调查、以及某些非地学领域(工程质量检测)的应用已越来越广泛,作用也越来越重要。 

4.2 物探工作应充分利用前人的经验和成果,特别是要以地质先验信息为指导,力保定性解释的可靠性,千方百计地提高解释推断的定量化程度,才能使物探方法的应用领域更为宽广,更加受到社会各界的欢迎。 

4.3 物探工作科技含量较高,而且比较容易引进和吸收现代科学技术的最新成果。近年来,物探与电算技术的有机结合,软件固化程度高,不少方法实现了数据处理的人机对话和推断解释的野外现场化,大大地缩短了工作周期,真正体现了物探的经济、快速和准确的特点。


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