物探技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害防治中的應(yīng)用研究

張文強(qiáng)

山東省華魯工程總公司，山東 濟(jì)寧 272000

近些年，我國(guó)很多地形地勢(shì)比較特別的地區(qū)發(fā)生了不少嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害，造成了很大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，而這類地質(zhì)災(zāi)害防治需要大量的前期調(diào)查、長(zhǎng)久的地質(zhì)監(jiān)測(cè)來(lái)分析目標(biāo)地質(zhì)結(jié)果特點(diǎn)及發(fā)展變化規(guī)律，以預(yù)測(cè)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生率，了解地質(zhì)災(zāi)害類型，確定災(zāi)害防治區(qū)域和目標(biāo)，而物探技術(shù)正好可以對(duì)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)，快速獲得較為準(zhǔn)確、全面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，從而為災(zāi)害處理提供有效的數(shù)據(jù)支持，以便制訂科學(xué)的預(yù)防控制措施。

1 地質(zhì)災(zāi)害的概念

地質(zhì)災(zāi)害多是因地下異常活動(dòng)造成地面出現(xiàn)較大的震蕩，通常以滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷形式出現(xiàn)，主要發(fā)生在山區(qū)地帶，受地勢(shì)和氣候環(huán)境影響，斜坡等地質(zhì)結(jié)構(gòu)表面巖土因重力作用與斜坡結(jié)構(gòu)脫離，承載力較弱的巖塊直接崩落，墜落的碎石巖塊會(huì)堆積在坡底或是攔截于山邊道路上，特別是在暴雨季，雨水會(huì)加速泥土石塊流動(dòng)，造成的危險(xiǎn)更大，將給過(guò)往行人和車輛造成極大的威脅，也會(huì)造成國(guó)家及地方經(jīng)濟(jì)的巨大損失。鑒于地質(zhì)災(zāi)害的極大危害性和難掌控性，為了對(duì)這種不良地質(zhì)現(xiàn)象有更好的了解，以便縮小及控制地質(zhì)災(zāi)害影響范圍，需要通過(guò)物探技術(shù)來(lái)全面獲取相關(guān)資料，因此相關(guān)部門(mén)要緊抓地質(zhì)災(zāi)害勘探工作。

2 物探技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害防治中應(yīng)用的意義

物探技術(shù)主要是通過(guò)一些技術(shù)手段對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)行全面且準(zhǔn)確的了解，在地質(zhì)災(zāi)害勘探、工程勘探等具有良好的應(yīng)用效果。隨著科技的發(fā)展，該技術(shù)發(fā)展越來(lái)越先進(jìn)化、智能化，在進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害勘測(cè)時(shí)，由于災(zāi)害地質(zhì)體與周圍介質(zhì)當(dāng)中存在著很多的物理差異，可通過(guò)各種科學(xué)的物探技術(shù)手段來(lái)獲得大量的信息數(shù)據(jù)，并借助相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將監(jiān)測(cè)到的信息轉(zhuǎn)化為直觀的圖像、文字，進(jìn)而可以準(zhǔn)確地分析地質(zhì)災(zāi)害，初步預(yù)測(cè)可能存在的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，協(xié)助地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防和災(zāi)后救援及重建，提高災(zāi)害防治工作的安全性。

3 物探技術(shù)的主要類型

3.1 高密度電法

由于地下巖土介質(zhì)導(dǎo)電性存在差異，可以一個(gè)整體的斷面為主，并合理劃分出小斷面，選擇適宜的勘測(cè)點(diǎn)，通過(guò)人工送電的方式形成電場(chǎng)，若所探測(cè)的區(qū)域地下存在洞穴、土質(zhì)松散或不均勻體時(shí)，相應(yīng)部位的電阻率會(huì)出現(xiàn)異常，呈現(xiàn)出特殊的電阻分布圖，探測(cè)人員可借助所檢測(cè)的傳導(dǎo)電流變化與分布的情況來(lái)研究地下介質(zhì)具體狀態(tài)，判定巖土本身性質(zhì)，推斷出隱患部位的具體情況。這種技術(shù)的采樣密度高、采集速度快，抗干擾性強(qiáng)，可以自動(dòng)化地一次布極實(shí)現(xiàn)多種裝置觀測(cè)，有效降低勘查工作中的人為失誤率，且由于獲得的監(jiān)測(cè)信息較為豐富，故可顯著提高地質(zhì)分析和災(zāi)害預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度。

3.2 淺層地震法

淺層地震法不受地層限制，無(wú)須利用體型較大的設(shè)備，主要是利用人工激發(fā)地震波，通過(guò)監(jiān)測(cè)分析以敲擊法或落錘法產(chǎn)生的波在巖土層中傳播的規(guī)律，了解淺層地質(zhì)的異常情況。目前多以瑞雷面波為主，基于運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)理論，作為一種彈性面波，質(zhì)點(diǎn)波在傳播過(guò)程中，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)軌跡、振幅的變化可以反映出地質(zhì)情況，如垂直地面方向地質(zhì)體的物性變化，且面波的波速與介質(zhì)的密實(shí)度成正比關(guān)系，因此可根據(jù)波速計(jì)算出巖土層力學(xué)參數(shù)。例如在探測(cè)堤防工程部位、惡劣地質(zhì)條件下的軟土?xí)r，可基于隱患部位與周圍介質(zhì)的波阻抗差異了解滑坡體構(gòu)造形態(tài)和空間位置，判斷是否會(huì)發(fā)生滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。

3.3 磁法物探法

鑒于不同巖層地區(qū)磁性上的差異，產(chǎn)生的磁場(chǎng)環(huán)境也有所不同，當(dāng)有地磁異常情況時(shí)，地質(zhì)災(zāi)害防治小組的物探人員可以利用探測(cè)設(shè)備收集這種異常變化，進(jìn)而查明相關(guān)地質(zhì)災(zāi)害誘發(fā)因素。這種地質(zhì)災(zāi)害防治中較為常用的技術(shù)類型囊括很多領(lǐng)域的磁法物探模式，能夠覆蓋相當(dāng)大的目標(biāo)區(qū)域范圍，是較為先進(jìn)的技法之一，通過(guò)探查磁性環(huán)境、地質(zhì)勘查，劃分多種巖土的分布范圍，制作填圖，在此基礎(chǔ)上針對(duì)地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行研究，分析與地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)聯(lián)的地質(zhì)構(gòu)造情況，明確其斷裂帶情況，調(diào)查地質(zhì)災(zāi)害各類隱患因素，進(jìn)而起到預(yù)測(cè)和防控各類地質(zhì)災(zāi)害的作用。

4 物探技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害防治中的具體應(yīng)用

4.1 在滑坡地質(zhì)災(zāi)害防治中的應(yīng)用

采用高密度電阻法可把一個(gè)大的斷面分割成不同的小面，應(yīng)用不同電極裝置，獲得小面上近似點(diǎn)的監(jiān)測(cè)結(jié)果，鑒于地質(zhì)體與周圍介質(zhì)的電性差異，當(dāng)巖層內(nèi)部有充水溶洞等災(zāi)害隱患時(shí)，由于低阻變異，對(duì)相應(yīng)部位的探測(cè)會(huì)得到不一樣電測(cè)曲線和橫斷圖，通過(guò)分析電阻率曲線扭曲和梯度變化，可以了解滑坡周邊地理環(huán)境、巖石結(jié)構(gòu)及工程地質(zhì)特征，預(yù)測(cè)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害范圍。這種物探技術(shù)可進(jìn)行分層和細(xì)小目標(biāo)探測(cè)，且具有很好的分辨率，因此除了預(yù)測(cè)滑坡地質(zhì)災(zāi)害，也非常適合提防隱患和淺部巖溶、采空區(qū)塌陷等地質(zhì)災(zāi)害。對(duì)于滑坡，還可采用瞬時(shí)電磁物探法，對(duì)于電網(wǎng)不密集的區(qū)域，采用高密度電阻法可準(zhǔn)確探測(cè)到滑坡災(zāi)害的發(fā)生位置、巖石層的變化情況、災(zāi)害程度，細(xì)致分析滑坡災(zāi)害出現(xiàn)的原因和可能造成的影響，當(dāng)然還可采用瑞雷波探測(cè)法，由于實(shí)際勘測(cè)深度不高，因此可用于掌握較為淺層地區(qū)的基巖面的基本形態(tài)，但適用性更強(qiáng)，對(duì)地形地勢(shì)的要求不高。

4.2 在復(fù)雜土質(zhì)堤防隱患探測(cè)中的應(yīng)用

在堤防工程填筑介質(zhì)均勻且碾壓密實(shí)的情況下，地下空間相當(dāng)于均勻介質(zhì)，無(wú)異常情況下，若采用地質(zhì)雷達(dá)法進(jìn)行探測(cè)，電磁波信號(hào)發(fā)射到地下然后經(jīng)過(guò)反射回到地面接收器，反射信號(hào)很弱且同相軸連續(xù)，若經(jīng)過(guò)了介電常數(shù)發(fā)生變化的界面，其波形、路徑及電磁場(chǎng)強(qiáng)度都會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化。例如存在洞、縫、松等不良地質(zhì)體時(shí)，這時(shí)可分析反射信號(hào)的強(qiáng)度、波形及同相軸的特征來(lái)了解被測(cè)對(duì)象的隱患位置、特性及分布情況。此外，也可采用高密度電法，該法集電剖面法和電測(cè)深法于一體，對(duì)于埋深較大，具有一定規(guī)模的隱患探測(cè)準(zhǔn)確率較高，通過(guò)測(cè)量電極觀測(cè)其電場(chǎng)分布，研究地下介質(zhì)的分布情況，正常情況下，電阻率等值線呈水平層狀分布且電阻率值從堤頂向下一般呈降低趨勢(shì)，若堤防工程內(nèi)部出現(xiàn)隱患，電阻率梯度、分布形狀會(huì)產(chǎn)生變化，根據(jù)這種變化，綜合相關(guān)工程資料，可以判斷堤防工程出現(xiàn)坍塌等災(zāi)害的可能性，避免堤身或堤基嚴(yán)重?fù)p壞造成更大的事故。

4.3 在水災(zāi)害防治中的應(yīng)用

傳統(tǒng)鉆探探測(cè)受技術(shù)對(duì)于這一類災(zāi)害的探測(cè)結(jié)果不夠準(zhǔn)確，無(wú)法獲得較為全面的資料進(jìn)行預(yù)測(cè)，因此防范效果較差，主要是進(jìn)行災(zāi)后治理，而綜合利用物探技術(shù)，可在原有的鉆探技術(shù)上加以完善，對(duì)突水災(zāi)害做到防治結(jié)合。例如采用瞬變電磁勘探技術(shù)，對(duì)于礦區(qū)的因出水引起的地質(zhì)災(zāi)害可發(fā)揮較好的作用，能夠掌握礦井下松散層含水、煤層頂?shù)装迳皫r裂隙水、斷層帶導(dǎo)水等隱患，提前發(fā)現(xiàn)造成突水的突水水源及導(dǎo)水通道，準(zhǔn)確定位治理區(qū)域，進(jìn)而可以提前采取封堵或打鉆疏放等措施進(jìn)行防控，化解突水威脅，有效避免出水事故的發(fā)生，降低突水災(zāi)害造成的損失，實(shí)現(xiàn)防治結(jié)合的水害處理目標(biāo)。

5 物探技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害防治中的應(yīng)用建議

5.1 綜合創(chuàng)新應(yīng)用物探技術(shù)

當(dāng)下的物探技術(shù)種類多樣，各自的探測(cè)對(duì)象和應(yīng)用范圍不同，各地區(qū)的地質(zhì)條件不同，可能出現(xiàn)多種災(zāi)害情況，因此工作人員需要認(rèn)真地做好前期調(diào)查，了解地形地貌，掌握不同物探技術(shù)的應(yīng)用方式和要求，結(jié)合實(shí)際，合理選擇物探技術(shù)，創(chuàng)新物探思路。當(dāng)前社會(huì)的科技水平使得新的物探技術(shù)和設(shè)備被不斷開(kāi)發(fā)推廣，舊的物探技術(shù)也得到了升級(jí)完善，因此在地質(zhì)災(zāi)害防治中要靈活應(yīng)用，合理利用這些新技術(shù)和新設(shè)備，實(shí)現(xiàn)多種技術(shù)互補(bǔ)，以提高物探工程的工作效率。

5.2 加強(qiáng)物探技術(shù)應(yīng)用管理

物探技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害防治中的應(yīng)用是一項(xiàng)具有科技含量和專業(yè)性要求的工作，為了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化實(shí)施物探技術(shù)方案，提高探測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，提升預(yù)測(cè)和防治成效，需要在明確防災(zāi)治理物探技術(shù)手段和應(yīng)用模式的技術(shù)上進(jìn)行監(jiān)管管控，建立相應(yīng)的管理部門(mén)，構(gòu)建信息管理平臺(tái)，對(duì)物探勘察的各項(xiàng)工作進(jìn)行系統(tǒng)科學(xué)的監(jiān)督管理，對(duì)參與災(zāi)害防治、物探工作的各人員進(jìn)行指導(dǎo)和監(jiān)控，防止因方案設(shè)計(jì)不合理或執(zhí)行操作不當(dāng)而影響物探技術(shù)的功效發(fā)揮。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，各類地質(zhì)災(zāi)害的危害性非常大，對(duì)國(guó)家發(fā)展和人們生活都有很不利的影響，而物探技術(shù)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防和治理工作有極大的促進(jìn)作用，目前在滑坡、塌陷等地質(zhì)災(zāi)害的防治工作中取得了較好的應(yīng)用實(shí)踐成果。通過(guò)物探勘測(cè)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析后可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)災(zāi)害發(fā)生的可能性和位置，進(jìn)而為災(zāi)害防治小組提供參考，完善災(zāi)害防治方案。但是也應(yīng)該清楚地認(rèn)識(shí)到物探技術(shù)種類較多，有些物探方法適用性有限，且地質(zhì)勘探工作也有一定的實(shí)施難度，因此一定要科學(xué)規(guī)范應(yīng)用，將物探技術(shù)與地質(zhì)災(zāi)害勘探工作合理融合，以發(fā)揮其應(yīng)有的作用，切實(shí)提升對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的防范和治理能力。