物探在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的方法技術(shù).doc

物探在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的方法技術(shù)1前言地質(zhì)災(zāi)害是由于各種(自然的或人為的)地質(zhì)作用導(dǎo)致地質(zhì)體或地質(zhì)環(huán)境發(fā)生變化，給人民的生命財(cái)產(chǎn)、生存環(huán)境以及國(guó)家建設(shè)造成損失的災(zāi)害事件的統(tǒng)稱。近年來，許多地區(qū)各種地質(zhì)災(zāi)害(滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等)頻發(fā)，給當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。我們知道，任何地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生、發(fā)展都會(huì)引起地球物理場(chǎng)的變化，因此，加強(qiáng)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害勘查與治理過程中的物探工作研究是當(dāng)今環(huán)境地質(zhì)工作中的一項(xiàng)重要課題。物探技術(shù)的特點(diǎn)是快速、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)，尤其是在巖溶、土洞、采空區(qū)、地面塌陷、滑坡、壩體滲透等地質(zhì)災(zāi)害勘查評(píng)價(jià)方面，有著獨(dú)特的效果。2 物探在質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的任務(wù)2.1預(yù)測(cè)2.1.1充分利用區(qū)域地質(zhì)資料，研究地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造特征，初步預(yù)測(cè)并圈定進(jìn)一步開展地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查的靶區(qū)；2.1.2在初步預(yù)測(cè)、圈定的靶區(qū)內(nèi)，分析目標(biāo)地質(zhì)體的地層物性特征和發(fā)育規(guī)律，選用合理的方法技術(shù)對(duì)目標(biāo)地質(zhì)體進(jìn)行掃面探測(cè)，了解目標(biāo)地質(zhì)體的賦存形態(tài)、規(guī)模、埋藏深度等特征，為資料解譯提供必要的剖面、平面圖件。2.1.3結(jié)合區(qū)內(nèi)已有的鉆孔資料研究，對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性作出客觀評(píng)估，并提出下一步工作部署或治理方案。2.2監(jiān)測(cè)2.2.1依據(jù)地質(zhì)災(zāi)害已發(fā)區(qū)的地層物性特征和發(fā)育規(guī)律，選用物探方法和高精度的物探儀器，對(duì)災(zāi)害地質(zhì)體及其周邊地區(qū)實(shí)施探測(cè)或長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，獲取真實(shí)數(shù)據(jù)；2.2.2通過計(jì)算機(jī)的精確處理并輸出可供地質(zhì)解譯的各種圖件，分析地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的背景和條件，綜合其它地質(zhì)資料，對(duì)災(zāi)害地質(zhì)體的分布現(xiàn)狀、災(zāi)害是否還會(huì)形成、延續(xù)甚至擴(kuò)大的可能性作出迅速判斷，并提出如何控制或防治的措施；對(duì)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生區(qū)或常發(fā)區(qū)實(shí)施定期或長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。3 物探方法應(yīng)用的原則物探是基于物理學(xué)中的力、聲、光、熱、電、磁與核變等理論為基礎(chǔ)，其方法應(yīng)用是以目標(biāo)地質(zhì)體與周圍介質(zhì)的物性差異為前提，如電性、磁性、密度、波速、溫度、放射性等，根據(jù)物性差異選擇正確的方法與技術(shù)進(jìn)行勘查，一般都可以獲得較好效果。3.1由已知指導(dǎo)未知的原則：探工作的布置必須遵循由已知到未知、由點(diǎn)到面、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的原則。應(yīng)充分利用區(qū)內(nèi)已有的各種地質(zhì)資料，合理地選取各種技術(shù)參數(shù)，建立地質(zhì)地球物理模型，指導(dǎo)面上物探數(shù)據(jù)的正確采集，從而保證對(duì)數(shù)據(jù)處理、資料解釋以及成果推斷具有參照性和可比性。因此，布置物探工作前應(yīng)認(rèn)真收集、分析和利用區(qū)內(nèi)已有的地質(zhì)資料。3.2綜合大信息量原則：般來說，災(zāi)害地質(zhì)體與圍巖介質(zhì)之間不同程度地存在著多種物性差異。因此，可投入多種物探方法來獲取多參數(shù)異常，從多種角度、不同的物性差異產(chǎn)生的大信息量數(shù)據(jù)來綜合分析和研究災(zāi)害地質(zhì)體的賦存特征及形成條件，在一定程度上可以避免物探異常的多解性，有助于提高物探資料解釋成果的可靠性和準(zhǔn)確率。3.3優(yōu)化組合原則：一般在已知地質(zhì)資料的地段(點(diǎn))，根據(jù)不同的物性差異，選用不同的物探方法開展試驗(yàn)，然后將各自的試驗(yàn)成果進(jìn)行對(duì)比分析，以能夠查明問題為標(biāo)準(zhǔn)，以節(jié)約資金為原則，合理地選定有效的物探方法進(jìn)行優(yōu)化組合，這是保證勘查效果、提高經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑。4常用的物探方法4.1 電法：以自然界的巖(土)層由于其種類、成分、結(jié)構(gòu)、溫度和濕度等不同，而具有不同的電性差異為前提，通過獲取的電參數(shù)來解決相關(guān)地質(zhì)問題。該方法由于裝置的變換可以導(dǎo)出多種解決不同地質(zhì)問題的方法。目前，地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中使用較多的是電測(cè)深法和在其基礎(chǔ)上利用多路電極轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)對(duì)供電與測(cè)量電極自動(dòng)轉(zhuǎn)換的高密度測(cè)量系統(tǒng)，它們?cè)趲r溶、土洞、塌陷、滑坡、堤壩滲漏等地質(zhì)災(zāi)害勘查中發(fā)揮了較好的作用。除反映災(zāi)害地質(zhì)體與周圍介質(zhì)的電性差異外，往往由于溶洞或斷裂破碎帶充水(泥)而引起了低阻變異，在電測(cè)深曲線和斷面圖上均呈現(xiàn)電阻率曲線扭曲和梯度變化，這些信息很容易被人們捕捉，它是勘查巖溶、土洞、塌陷和滑坡的主要異常標(biāo)志；尤其是高密度測(cè)量系統(tǒng)，其分辨率和效果均優(yōu)于其他方法，它具有較好的分層和探測(cè)細(xì)小目標(biāo)的能力，非常適合于堤防隱患探測(cè)和淺部巖溶、采空區(qū)、塌陷、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害探測(cè)。4.2 淺層地震淺層地震是研究人工激發(fā)的地震波在巖(土)層中傳播的規(guī)律來解決淺層地質(zhì)問題的方法。在地質(zhì)災(zāi)害勘查中，地震波的激發(fā)方式一般為敲擊法或落錘法，當(dāng)敲擊或落錘能量弱時(shí)，在確認(rèn)不引起或不誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害時(shí)可考慮采用小藥量爆炸法。4.2.1 折射波法折射波法在地質(zhì)災(zāi)害勘查中，常用于研究地下不同介質(zhì)的分界面(如覆蓋層的厚度、目標(biāo)界面的埋藏深度、展布形態(tài))、斷層位置等，是一種直接有效的方法。4.2.2 橫波反射法橫波又稱剪切波，其傳播速度與介質(zhì)所能承受的剪切力以及各種彈性參數(shù)密切相關(guān)，在淺層勘查中它具有較高的分辨率和精確度。因此，利用橫波反射技術(shù)來探測(cè)地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)的地下構(gòu)造和地層界面，劃分巖土性質(zhì)，判斷地基是否存在砂土液化，預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害事故的發(fā)生，能取得較好的效果。橫波的速度值與地層的松散固結(jié)程度、承載力、切變模量等緊密相關(guān)，它更能反映覆蓋層在地下水潛蝕作用下原狀結(jié)構(gòu)被破壞的特征。因此，橫波波場(chǎng)異常又是判斷潛在巖溶塌陷危險(xiǎn)區(qū)的重要標(biāo)志。4.2.3 瑞雷波法瑞雷波是一種沿自由表面?zhèn)鞑サ恼駝?dòng)波，它的傳播速度與介質(zhì)密度有關(guān)，所能達(dá)到的有效勘查深度與振動(dòng)波長(zhǎng)、頻率有關(guān)。通過測(cè)量不同頻率成份瑞雷波的傳播速度就可以確定一定深度范圍內(nèi)的地層結(jié)構(gòu)情況，這是因?yàn)閭鞑ニ俣鹊淖兓从沉苏駝?dòng)波經(jīng)過一定范圍內(nèi)介質(zhì)密度的變化情況，而振動(dòng)頻率可以確定探測(cè)目標(biāo)物的深度。淺部巖溶發(fā)育帶、破碎帶、裂隙帶、采空區(qū)、地基松軟層以及滑坡軟弱層等，由于其與周圍介質(zhì)的密度不同，瑞雷波的傳播速度有著明顯的差異，利用這一特征，我們可以較容易識(shí)別這些災(zāi)害性的波速異常。4.2.4 地脈動(dòng)測(cè)試在許多自然強(qiáng)烈地震的宏觀調(diào)查中，可以發(fā)現(xiàn)大量的震害現(xiàn)象與場(chǎng)地運(yùn)動(dòng)特征有著密切的關(guān)系。地震時(shí)，當(dāng)建筑物的自振周期與地基的卓越周期相同或相近時(shí)，兩者就會(huì)產(chǎn)生共振或類共振現(xiàn)象，從而大大增加了振動(dòng)幅值和時(shí)間，致使建筑物被徹底破壞。應(yīng)用專門儀器測(cè)量地面振動(dòng)，將所得記錄進(jìn)行頻譜分析，確定地基的卓越周期，為正確設(shè)計(jì)和防止由于地基與工程建筑物的共振而引起的震害提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。4.3 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)地質(zhì)雷達(dá)是應(yīng)用脈沖電磁波來探測(cè)隱蔽介質(zhì)分布和目標(biāo)物。當(dāng)儀器向地下發(fā)射高頻寬頻帶脈沖電磁波時(shí)，其波形將隨通過介質(zhì)的介電特性及幾何形態(tài)而變化，根據(jù)接收到反射波的旅行時(shí)間、頻率和振幅等參數(shù)，可以推斷介質(zhì)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和目標(biāo)物的埋藏深度及形態(tài)。近年來，地質(zhì)雷達(dá)在地質(zhì)災(zāi)害領(lǐng)域應(yīng)用頗多，當(dāng)?shù)叵麓嬖诮殡娀蚪榇盘匦苑纸缑鏁r(shí)，只要選擇合適的采集參數(shù)，一般都會(huì)有較好效果。因其探測(cè)速度快、精度高而受到重視。在地質(zhì)災(zāi)害勘查與防治過程中主要解決以下問題：地下巖溶、土洞、采空區(qū)、人防工程及地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查；山體滑坡、地裂縫、地層斷陷、軟地基等不良地質(zhì)現(xiàn)象勘查；江、河、湖、庫(kù)大壩壩體質(zhì)量無損檢測(cè)及滲漏探測(cè)；各類工程質(zhì)量隱患檢測(cè)：如隧道滲漏治理與二次襯砌注漿質(zhì)量無損檢測(cè)、軟地基處理后質(zhì)量檢測(cè)、高層建筑或地下隱蔽工程(支護(hù)體)建筑構(gòu)(物)件質(zhì)量無損檢測(cè)；地下水及污染區(qū)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查；對(duì)實(shí)施中的災(zāi)害治理工程進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)測(cè)。4.4 瞬變電磁法瞬變電磁法實(shí)際上是感應(yīng)類電法中的一種，它以勘查低阻良導(dǎo)體為對(duì)象，主要是觀測(cè)目標(biāo)地質(zhì)體受感應(yīng)產(chǎn)生的二次渦流訊號(hào)。一般來說，只要探測(cè)目標(biāo)與圍巖存在明顯的電性差異，通過研究區(qū)內(nèi)地下電性分布結(jié)構(gòu)，就可以圈定目標(biāo)地質(zhì)體的空間位置及幾何形態(tài)。在高阻覆蓋區(qū)具有較大的探測(cè)深度，也有較好效果。主要適用于充水?dāng)嗔哑扑閹А⑷芏?、滑脫面及水源地勘查等? 結(jié)語5.1 客觀存在的隱伏地質(zhì)體或勘查目標(biāo)所產(chǎn)生的物理信息量是大量的，綜合物探可以獲得多種物理參量和豐富的地學(xué)信息。因此，物探工作不僅可以獲得深部的地質(zhì)信息，是地質(zhì)找礦的重要手段，而且同樣可以用來探測(cè)淺層地質(zhì)現(xiàn)象。近年來，在環(huán)境與災(zāi)害地質(zhì)勘查、工程勘察、地下水資源調(diào)查、以及某些非地學(xué)領(lǐng)域(工程質(zhì)量檢測(cè))的應(yīng)用已越來越廣泛，作用也越來越重要。5.2 物探工作應(yīng)充分利用前人的經(jīng)驗(yàn)和成果，特別是要以地質(zhì)先驗(yàn)信息為指導(dǎo)，力保定性解釋的