地球物理方法在地質(zhì)災(zāi)害勘查中的應(yīng)用

黃蛟

（江西省地質(zhì)局地理信息工程大隊(duì)，江西 南昌 330001）

0 引言

近年來，由于經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，人類對(duì)生態(tài)環(huán)境的損害日益嚴(yán)重，同時(shí)也引發(fā)了許多地質(zhì)災(zāi)害。而隨著物探技術(shù)的發(fā)展，物探技術(shù)也在飛速發(fā)展。在地質(zhì)災(zāi)害勘探中，地球物理方法的作用越來越突出，并在實(shí)踐中收到了很好的成效[1]。在進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害勘探時(shí)，主要是要找出地層地層中的電阻率、密度、彈性、放射性、介電常數(shù)等物性差異。將地質(zhì)災(zāi)害的相關(guān)知識(shí)與異常區(qū)進(jìn)行比較，科學(xué)地分析地質(zhì)工作狀態(tài)和自然災(zāi)害的發(fā)生概率，為人們預(yù)防和保護(hù)人類的生命和生命提供了科學(xué)的保證[2]。

1 地球物理方法的發(fā)展

地球物理勘探是一種以巖石礦物在地殼中的物理特性差異為基礎(chǔ)，進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查的一種重要手段。在煤炭、運(yùn)輸、冶金、石油、地質(zhì)、建筑、水電等諸多行業(yè)中，地球物理勘探有著舉足輕重的地位。同時(shí)，對(duì)我國(guó)的資源、能源的勘探、地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)報(bào)、對(duì)地球環(huán)境的污染進(jìn)行監(jiān)控也具有重要意義。近幾年，地質(zhì)勘查技術(shù)在工程、環(huán)境、資源等方面的需求迅速增加，同時(shí)，地質(zhì)勘查技術(shù)所涉及的儀器、儀器、方法也得到了極大的提高，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展作出了巨大的貢獻(xiàn)[3]。

2 引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的因素

由于各種原因，地質(zhì)災(zāi)害類型多樣，其成因也不盡相同，既有自然原因也有人為原因。地震是最具毀滅性的一類地質(zhì)災(zāi)害，其成因是自然原因。當(dāng)?shù)刭|(zhì)構(gòu)造改變時(shí)，會(huì)有一次很難預(yù)料的地震?；乱陨降貫橹鳎纫紤]到自然條件，又要考慮人的影響。在滑坡發(fā)生的時(shí)候，不但要對(duì)其進(jìn)行地形觀測(cè)，而且要對(duì)其周圍的地質(zhì)環(huán)境以及當(dāng)?shù)氐娜藶橐蛩剡M(jìn)行研究，例如是否有工程建設(shè)、是否有露天開采等。在滑坡中，必須對(duì)其巖體的構(gòu)造表面進(jìn)行分析。一旦挖掘，就會(huì)產(chǎn)生很大的水土流失，從而導(dǎo)致了這樣的地質(zhì)災(zāi)難。土石流的出現(xiàn)，必須對(duì)當(dāng)?shù)氐牡孛策M(jìn)行考察，并對(duì)當(dāng)?shù)氐慕邓⑷藶橐蛩剡M(jìn)行研究，確定有無森林砍伐，有無采石后的殘骸亂堆。若出現(xiàn)地表塌陷或地表塌陷，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，并對(duì)其進(jìn)行人為因素的影響。如果在這個(gè)地方，開采量太大，有排水設(shè)施，又沒有保護(hù)，導(dǎo)致地下坑道等，都會(huì)發(fā)生。

3 常見地質(zhì)災(zāi)害類型與危害

3.1 滑坡

滑坡是由河流沖刷、地下水活動(dòng)、雨水浸泡、地震、人工切坡等因素共同作用而形成的一種自然現(xiàn)象?；顒?dòng)的巖石（土）叫變形體或滑動(dòng)體，而不活動(dòng)的土（土）則叫滑動(dòng)。

山體滑坡經(jīng)常造成工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生命財(cái)產(chǎn)的巨大損失，甚至造成嚴(yán)重的災(zāi)難性后果?；聦?duì)農(nóng)村地區(qū)的最大威脅是破壞農(nóng)田、房屋、人畜、森林、道路、農(nóng)業(yè)機(jī)械、水利、水力等，有時(shí)還會(huì)給農(nóng)村帶來災(zāi)難性的災(zāi)難。城鎮(zhèn)內(nèi)發(fā)生的泥石流經(jīng)常會(huì)造成房屋倒塌、人員死亡、農(nóng)田受損、工廠、學(xué)校、機(jī)關(guān)單位等的倒塌，還會(huì)造成電力供應(yīng)中斷、停水、停工，有時(shí)還會(huì)造成全城的破壞。工礦區(qū)發(fā)生的塌方，會(huì)對(duì)礦井的設(shè)備、人員的死亡、工廠的破壞、礦井的關(guān)閉和生產(chǎn)的關(guān)閉，往往會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

3.2 泥石流

泥石流是一種由暴雨、暴雪等自然災(zāi)害引起的山崩，夾雜著大量的泥沙和石頭。泥石流的特征是速度快、流量大、物料體積大、破壞性大。

泥石流往往爆發(fā)得突然，來勢(shì)兇猛，速度快。它同時(shí)具有崩塌、滑坡、洪水等多種功能，其危害范圍遠(yuǎn)大于單純的崩塌、滑坡和洪水。泥石流往往會(huì)沖垮公路、鐵路等交通設(shè)施，乃至村莊，造成重大的災(zāi)害。

3.3 巖溶地面塌陷

喀斯特地表塌陷是由外部動(dòng)力或人為因素引起的地表突然變形破壞，所造成的地表坍塌多為圓錐形凹坑?？λ固氐乇硖且环N常見的地表變形破環(huán)，多見于含碳酸鹽巖、鈣質(zhì)碎屑巖、鹽巖等易溶巖中?？λ固氐乇硖怯勺匀灰蛩匾鸬?，如地震、洪水、降雨等，其影響范圍最大，沒有任何征兆，因此造成的損失也是最大的。

3.4 地面沉降

地表塌陷是一種由地表變形引起的地質(zhì)災(zāi)害。然而，由于地表塌陷的危害范圍較廣，給建筑物的巖土工程帶來了很大的危險(xiǎn)。地表塌陷的發(fā)生與場(chǎng)地的土壤性質(zhì)有關(guān)，比如，濕陷性黃土是一種極易引起地表塌陷的類型，在這種地基上修建建筑物或巖土工程，將極大地縮短工程的使用年限，嚴(yán)重威脅到人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全[4]。

4 地災(zāi)勘查的地球物理方法與應(yīng)用

4.1 高密度電法

高密度電阻法是一種陣列探測(cè)技術(shù)，又稱為電阻率自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，它的作用類似于四極測(cè)量和點(diǎn)輪廓測(cè)量。利用電極為地面供電，在地面上形成一個(gè)人造電場(chǎng)，其電場(chǎng)分布與地下介質(zhì)的電阻率分布有很大關(guān)系，利用地面上不同位置的人造電場(chǎng)，可以得到地下介質(zhì)視電阻率ρs 的分布情況，從而推測(cè)出地層構(gòu)造。該方法原理清楚、圖象直觀，具有很高的解析度。近幾年來，由于電腦資料的不斷發(fā)展，資料的收集效率得到了極大的改善，剖面的覆蓋面和深度都得到了極大的改善，而且在強(qiáng)干擾的情況下，資料的可靠性得到了極大的改善，從而使得對(duì)地質(zhì)體的探測(cè)更加精確，見圖1。

圖1 高密度電法地災(zāi)勘查視電阻率斷面圖

4.2 地質(zhì)雷達(dá)

地質(zhì)雷達(dá)是將高頻電磁波以一種脈沖的方式，經(jīng)一根發(fā)射天線，將其送至要探測(cè)的介質(zhì)中，在該介質(zhì)中，當(dāng)與電位有不同的介電層或靶材時(shí)，該電磁波會(huì)被反射、折射，由接收天線接收，由雷達(dá)系統(tǒng)獲取并顯示。通過對(duì)所獲取的電磁波進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，利用電磁波的波形、振幅強(qiáng)度、時(shí)間等特性，推測(cè)出目標(biāo)物在探測(cè)介質(zhì)中的空間位置、結(jié)構(gòu)、形態(tài)和埋藏深度，以實(shí)現(xiàn)對(duì)地層或?qū)ο蟮奶綔y(cè)。在地震勘探中，地質(zhì)雷達(dá)顯示了成果和直觀的特征，見圖2。

圖2 地質(zhì)雷達(dá)地災(zāi)勘查成果

4.3 瞬變電磁法

采用瞬變電磁場(chǎng)方法，利用脈沖電流在地面或非接地環(huán)上，激發(fā)目標(biāo)物體感應(yīng)二次電流，并在脈沖間隔處測(cè)量二次電場(chǎng)的響應(yīng)。瞬變電磁方法中存在著兩種不同的激發(fā)磁場(chǎng)，即載流線圈或回路和接地電極?，F(xiàn)在使用最廣泛的是回線磁場(chǎng)。輸出的脈沖波有矩形波、三角波和正弦波，其頻率隨波變化而變化，所產(chǎn)生的二次場(chǎng)頻率也不盡一致。瞬變電磁方法在低電阻率的情況下，其解析度高，可用于地質(zhì)勘探，見圖3。

圖3 瞬變電磁法地災(zāi)勘查視電阻率斷面圖

4.4 地震映像

地震映象法是以反射波方法中的最優(yōu)偏移量為基礎(chǔ)發(fā)展而成。該方法既可以將各種地震波用作有效波，也可以按探測(cè)需要只使用一種特定的地震波。地震映象法中，各記錄道均使用同一偏移距離，因此，地震記錄中的時(shí)間變動(dòng)以地下地質(zhì)體為主，便于數(shù)據(jù)的解釋，并可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化處理，例如頻譜分析、相關(guān)分析等。在地質(zhì)災(zāi)害勘探中，地震成像技術(shù)是一種成果和直觀的方法，見圖4。

圖4 地震映像地災(zāi)勘查成果

4.5 直流電測(cè)深法

直流電測(cè)量是地球物理勘探中的一個(gè)重要手段。該方法基于巖體的導(dǎo)電率差異，通過觀察和研究人為形成的穩(wěn)定電流的分布，從而解決了一些地質(zhì)問題。垂直直流電測(cè)深方法是在相同的測(cè)點(diǎn)上逐步增加供電電極間距，使得勘探深度從較小逐步加深，從而可以觀察到從淺到深的測(cè)點(diǎn)視電阻率的變化。通過對(duì)電測(cè)深曲線的分析，能夠較好地反映出地電剖面在縱深方向上的特點(diǎn)。在實(shí)際地質(zhì)勘探中，該方法的垂直分辨率較高，見圖5。

圖5 直流電測(cè)深法地災(zāi)勘查視電阻率斷面圖

5 結(jié)語

地質(zhì)災(zāi)害勘查，一方面，需要大量的資料，另一方面，各個(gè)時(shí)期所使用的地球物理方法種類繁多，資料形式多種多樣。根據(jù)地質(zhì)數(shù)據(jù)的一些共同特點(diǎn)，構(gòu)建地質(zhì)災(zāi)害勘探地質(zhì)信息系統(tǒng)，既方便了地質(zhì)資料的系統(tǒng)管理，又有利于綜合分析，加深了對(duì)災(zāi)害體的認(rèn)識(shí)。在新形勢(shì)下，城市地質(zhì)災(zāi)害的治理已成為迫切需要解決的問題。物探技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害勘探中的應(yīng)用，取得了良好的效果，它具有工效高、成本低、設(shè)備輕便、能快速提供大范圍的綜合資料等優(yōu)點(diǎn)，使地球物理勘探在地質(zhì)災(zāi)害防治中占有重要地位。